《系統(tǒng)建模與仿真》教學(xué)大綱

《系統(tǒng)建模與仿真》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：10140121課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)必修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論32學(xué)時(shí)）先修課程：高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、運(yùn)籌學(xué)A、PlantSimulation初步、系統(tǒng)工程導(dǎo)論、生產(chǎn)計(jì)劃與控制后續(xù)課程：系統(tǒng)建模與仿真訓(xùn)練適用專(zhuān)業(yè)：工業(yè)工程開(kāi)課單位：管理學(xué)院一、課程說(shuō)明《系統(tǒng)建模與仿真》是工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課程。本課程主要是講授系統(tǒng)仿真的基本理論、方法與仿真工具使用，加強(qiáng)對(duì)實(shí)體系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析、評(píng)價(jià)和規(guī)劃的能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)系統(tǒng)的布置、調(diào)度、分析、交互，熟悉和掌握計(jì)算機(jī)仿真軟件的基本操作和實(shí)現(xiàn)的功能。通過(guò)學(xué)習(xí)掌握建模與仿真技術(shù)，為畢業(yè)后利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)對(duì)實(shí)體系統(tǒng)進(jìn)行分析、研究、設(shè)計(jì)及調(diào)試打下必要的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握系統(tǒng)建模的基本原理，熟悉仿真平臺(tái)的常用工具使用，熟練掌握仿真平臺(tái)基本對(duì)象的使用、操作流程和仿真語(yǔ)言的基本語(yǔ)法，能夠熟練構(gòu)建較為復(fù)雜的仿真模型。課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)展分析、規(guī)劃、架構(gòu)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、設(shè)計(jì)，并運(yùn)用基礎(chǔ)理論與方法對(duì)仿真模型進(jìn)行優(yōu)化。課程目標(biāo)3：在智能制造大背景下，生產(chǎn)物流模式的大變革中，讓學(xué)生了解我國(guó)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展階段及應(yīng)用情況，培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀(guān)、高度的社會(huì)責(zé)任感、較強(qiáng)的終身學(xué)習(xí)意識(shí)和不斷學(xué)習(xí)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)發(fā)展的能力。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)工業(yè)工程畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.3能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識(shí)和系統(tǒng)建模方法用于推演、分析工業(yè)工程問(wèn)題。課程目標(biāo)1：掌握系統(tǒng)建模的基本原理，熟悉仿真平臺(tái)的工具界面分布，掌握仿真平臺(tái)基本對(duì)象的使用、操作流程和仿真語(yǔ)言的基本語(yǔ)法，能夠熟練構(gòu)建基礎(chǔ)的仿真模型。課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)展分析、規(guī)劃、架構(gòu)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、設(shè)計(jì)，并運(yùn)用基礎(chǔ)理論與方法對(duì)仿真模型進(jìn)行優(yōu)化。M2.問(wèn)題分析2.2能認(rèn)識(shí)到解決問(wèn)題有多種方案可選擇，會(huì)通過(guò)文獻(xiàn)研究尋求可替代的解決方案。課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)展分析、規(guī)劃、架構(gòu)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、設(shè)計(jì)，并運(yùn)用基礎(chǔ)理論與方法對(duì)仿真模型進(jìn)行優(yōu)化。M3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.2能夠針對(duì)特定需求，完成設(shè)施布置、運(yùn)作流程或人因平臺(tái)等設(shè)計(jì)。課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)展分析、規(guī)劃、架構(gòu)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、設(shè)計(jì)，并運(yùn)用基礎(chǔ)理論與方法對(duì)仿真模型進(jìn)行優(yōu)化。課程目標(biāo)3：在智能制造大背景下，生產(chǎn)物流模式的大變革中，讓學(xué)生了解我國(guó)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展階段及應(yīng)用情況，培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀(guān)、高度的社會(huì)責(zé)任感、較強(qiáng)的終身學(xué)習(xí)意識(shí)和不斷學(xué)習(xí)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)發(fā)展的能力。H5.使用現(xiàn)代工具5.3能夠針對(duì)具體的對(duì)象，開(kāi)發(fā)或選用滿(mǎn)足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測(cè)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，并能夠分析其局限性。課程目標(biāo)2：能夠根據(jù)選擇的建模理論和方法，確定合理的仿真工具和方法，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)展分析、規(guī)劃、架構(gòu)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、設(shè)計(jì)，并運(yùn)用基礎(chǔ)理論與方法對(duì)仿真模型進(jìn)行優(yōu)化。課程目標(biāo)3：在智能制造大背景下，生產(chǎn)物流模式的大變革中，讓學(xué)生了解我國(guó)虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展階段及應(yīng)用情況，培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀(guān)、高度的社會(huì)責(zé)任感、較強(qiáng)的終身學(xué)習(xí)意識(shí)和不斷學(xué)習(xí)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)發(fā)展的能力。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.離散事件建模與仿真的基本原理1.1離散事件系統(tǒng)建模要素與結(jié)構(gòu)1.2常用建模方法與常用分布1.3面向?qū)ο蠼５幕舅枷虢虒W(xué)要求：掌握離散事件建模要素的內(nèi)涵；理解常用建模方法與常用分布；理解掌握面向?qū)ο蠼５幕舅枷搿Ｖ攸c(diǎn)：離散事件系統(tǒng)建模要素，面向?qū)ο蠼５幕舅枷?。難點(diǎn)：面向?qū)ο蠼５幕舅枷搿?1、22.案例教學(xué)教學(xué)要求：理解人、機(jī)、料互相協(xié)同配合基本原理；掌握完整的系統(tǒng)建模工作流程；理解掌握服務(wù)的原理及操作方法；理解掌握AGV小車(chē)的基本操作規(guī)范。重點(diǎn)：系統(tǒng)建模工作流程，服務(wù)的原理及操作方法。難點(diǎn)：服務(wù)的原理及操作方法。51、2、33.統(tǒng)計(jì)優(yōu)化分析與隨機(jī)數(shù)3.1分布表格與經(jīng)驗(yàn)分布原理3.2概率分布與仿真預(yù)熱3.3統(tǒng)計(jì)優(yōu)化工具及順序抽樣3.4變體生成器及隨機(jī)數(shù)教學(xué)要求：理解分布表格與經(jīng)驗(yàn)分布的原理；理解概率分布與仿真預(yù)熱；理解掌握常見(jiàn)的統(tǒng)計(jì)優(yōu)化工具和方法；掌握變體生成器及隨機(jī)數(shù)的原理和隨機(jī)數(shù)生成方法。重點(diǎn);統(tǒng)計(jì)優(yōu)化工具的使用，隨機(jī)數(shù)生成方法。難點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)優(yōu)化工具的使用。21、24.仿真過(guò)程的用戶(hù)交互4.1數(shù)據(jù)采集周期4.2數(shù)據(jù)采集函數(shù)方法與屬性4.3用戶(hù)交互應(yīng)用4.4報(bào)告、甘特圖與網(wǎng)頁(yè)接口教學(xué)要求：理解數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)涵；理解數(shù)據(jù)采集函數(shù)方法與屬性；熟練掌握常用的用戶(hù)交互工具使用；了解報(bào)告、甘特圖與網(wǎng)頁(yè)接口的使用。重點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集函數(shù)方法與屬性，用戶(hù)交互應(yīng)用。難點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集函數(shù)方法與屬性。61、25.仿真優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)5.1仿真實(shí)驗(yàn)流程與基本仿真實(shí)驗(yàn)5.2多級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)5.3規(guī)則法設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)5.4二級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的因子分析與因子回歸教學(xué)要求：理解仿真實(shí)驗(yàn)流程和基本的仿真實(shí)驗(yàn)；理解掌握多級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；理解規(guī)則法設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)；理解二級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的因子分析與回歸。重點(diǎn)：仿真實(shí)驗(yàn)流程，多級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：規(guī)則法設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，二級(jí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的因子分析與回歸。21、26.制造生產(chǎn)模式建模與仿真6.1生產(chǎn)控制中的推動(dòng)式控制：MTS生產(chǎn)模式6.2生產(chǎn)控制中的拉動(dòng)式控制：MTO生產(chǎn)模式6.3生產(chǎn)線(xiàn)建模教學(xué)要求：理解掌握MTS生產(chǎn)模式的原理、分析過(guò)程及仿真實(shí)現(xiàn)；理解掌握MTO生產(chǎn)模式的原理、分析過(guò)程及仿真實(shí)現(xiàn)；理解掌握生產(chǎn)線(xiàn)建模原理及流程。重點(diǎn)：MTS、MTO生產(chǎn)模式的原理及實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：MTS、MTO生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)。81、2、37.混流裝配線(xiàn)物料配送綜合案例7.1混流裝配線(xiàn)工作的原理；7.2裝配線(xiàn)及AGV配送路線(xiàn)建模；7.3AGV配送小車(chē)優(yōu)化。教學(xué)要求：理解混流裝配線(xiàn)工作的原理；掌握裝配線(xiàn)及AGV配送路線(xiàn)建模流程及方法；理解AGV配送小車(chē)優(yōu)化方法。重點(diǎn)：混流裝配線(xiàn)工作的原理；裝配線(xiàn)及AGV配送路線(xiàn)建模。難點(diǎn)：裝配線(xiàn)及AGV配送路線(xiàn)建模；AGV配送小車(chē)優(yōu)化。81、2、3合計(jì)32五、教學(xué)方法及手段本課程采用理實(shí)一體化教學(xué)模式，結(jié)合理論講授，通過(guò)大量案例教學(xué)完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。通過(guò)課堂教授基本的原理方法，課堂進(jìn)行訓(xùn)練，課后布置相關(guān)作業(yè)加強(qiáng)對(duì)基本方法和基本原理的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，掌握系統(tǒng)建模與仿真的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)課程的學(xué)習(xí)，達(dá)到具備基本的建模與仿真的初步能力。六、課程資源1.推薦教材：李世榮.數(shù)字化工廠(chǎng)實(shí)踐指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2022年2.參考書(shū)：（1）朱文海,郭麗琴.智能制造系統(tǒng)中的建模與仿真:系統(tǒng)工程與仿真的融合[M].北京:清華大學(xué)出版社.2022年.（2）胡耀華,梁乃明等.數(shù)字化工廠(chǎng)仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2022年.（3）蘇春.制造系統(tǒng)建模與仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2019年.3.期刊：（1）工業(yè)工程，廣東工業(yè)大學(xué)，雙月刊（2）工業(yè)工程與管理，上海交通大學(xué)和德國(guó)施普林格出版社合辦，雙月刊（3）InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）西門(mén)子中國(guó)官網(wǎng)：/cn/zh/home.html（2）工業(yè)工程網(wǎng)：.（3）仿真科技論壇，七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末大作業(yè)成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表3。表3課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況、線(xiàn)上資源學(xué)習(xí)情況等進(jìn)行考核，滿(mǎn)分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?42作業(yè)評(píng)價(jià)10（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿(mǎn)分100分。（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?42操作練習(xí)30（1）主要考核綜合運(yùn)用理論知識(shí)、計(jì)算機(jī)技能和處理工程實(shí)際問(wèn)題的能力，滿(mǎn)分100分。（2）以操作成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?01010期末考核大作業(yè)50（1）主要考核面向?qū)ο蠼５幕驹?、常?jiàn)的控件屬性、方法和操作過(guò)程；基本的SimTalk語(yǔ)法；基本的建模流程、分層建模方法等內(nèi)容。（2）以大作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?02010合計(jì)：100分383824八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)評(píng)價(jià)、操作練習(xí)、大作業(yè)等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。考核基本要求：考核總成績(jī)由期末大作業(yè)成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末大作業(yè)成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重50%）；課堂表現(xiàn)、作業(yè)評(píng)價(jià)、操作練習(xí)等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過(guò)程性考核和大作業(yè)測(cè)試內(nèi)容分值分配與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表4。表4過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)20積極參與教學(xué)活動(dòng)，按時(shí)完成線(xiàn)上教學(xué)資源，踴躍回答問(wèn)題。認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，按時(shí)完成線(xiàn)上教學(xué)資源，認(rèn)真回答問(wèn)題。偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，完成線(xiàn)上教學(xué)資源50%以上。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，完成線(xiàn)上教學(xué)資源低于50%。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動(dòng)，完成線(xiàn)上教學(xué)資