《系统建模与仿真》教学大纲

《系统建模与仿真》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：10140121课程性质：专业必修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：高等数学、概率论与数理统计、运筹学A、PlantSimulation初步、系统工程导论、生产计划与控制后续课程：系统建模与仿真训练适用专业：工业工程开课单位：管理学院一、课程说明《系统建模与仿真》是工业工程专业的一门专业必修课程。本课程主要是讲授系统仿真的基本理论、方法与仿真工具使用，加强对实体系统进行建模、分析、评价和规划的能力，使学生能够运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置、调度、分析、交互，熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和实现的功能。通过学习掌握建模与仿真技术，为毕业后利用计算机仿真系统对实体系统进行分析、研究、设计及调试打下必要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握系统建模的基本原理，熟悉仿真平台的常用工具使用，熟练掌握仿真平台基本对象的使用、操作流程和仿真语言的基本语法，能够熟练构建较为复杂的仿真模型。课程目标2：能够根据选择的建模理论和方法，确定合理的仿真工具和方法，对实际系统开展分析、规划、架构，对实际系统进行建模、仿真、设计，并运用基础理论与方法对仿真模型进行优化。课程目标3：在智能制造大背景下，生产物流模式的大变革中，让学生了解我国虚拟仿真技术的发展阶段及应用情况，培养学生树立正确的价值观、高度的社会责任感、较强的终身学习意识和不断学习、适应社会经济和工程技术发展的能力。三、课程目标与毕业要求《系统建模与仿真》课程教学目标对工业工程毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3能够将相关知识和系统建模方法用于推演、分析工业工程问题。课程目标1：掌握系统建模的基本原理，熟悉仿真平台的工具界面分布，掌握仿真平台基本对象的使用、操作流程和仿真语言的基本语法，能够熟练构建基础的仿真模型。课程目标2：能够根据选择的建模理论和方法，确定合理的仿真工具和方法，对实际系统开展分析、规划、架构，对实际系统进行建模、仿真、设计，并运用基础理论与方法对仿真模型进行优化。M2.问题分析2.2能认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。课程目标2：能够根据选择的建模理论和方法，确定合理的仿真工具和方法，对实际系统开展分析、规划、架构，对实际系统进行建模、仿真、设计，并运用基础理论与方法对仿真模型进行优化。M3.设计/开发解决方案3.2能够针对特定需求，完成设施布置、运作流程或人因平台等设计。课程目标2：能够根据选择的建模理论和方法，确定合理的仿真工具和方法，对实际系统开展分析、规划、架构，对实际系统进行建模、仿真、设计，并运用基础理论与方法对仿真模型进行优化。课程目标3：在智能制造大背景下，生产物流模式的大变革中，让学生了解我国虚拟仿真技术的发展阶段及应用情况，培养学生树立正确的价值观、高度的社会责任感、较强的终身学习意识和不断学习、适应社会经济和工程技术发展的能力。H5.使用现代工具5.3能够针对具体的对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。课程目标2：能够根据选择的建模理论和方法，确定合理的仿真工具和方法，对实际系统开展分析、规划、架构，对实际系统进行建模、仿真、设计，并运用基础理论与方法对仿真模型进行优化。课程目标3：在智能制造大背景下，生产物流模式的大变革中，让学生了解我国虚拟仿真技术的发展阶段及应用情况，培养学生树立正确的价值观、高度的社会责任感、较强的终身学习意识和不断学习、适应社会经济和工程技术发展的能力。H注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.离散事件建模与仿真的基本原理1.1离散事件系统建模要素与结构1.2常用建模方法与常用分布1.3面向对象建模的基本思想教学要求：掌握离散事件建模要素的内涵；理解常用建模方法与常用分布；理解掌握面向对象建模的基本思想。重点：离散事件系统建模要素，面向对象建模的基本思想。难点：面向对象建模的基本思想。11、22.案例教学教学要求：理解人、机、料互相协同配合基本原理；掌握完整的系统建模工作流程；理解掌握服务的原理及操作方法；理解掌握AGV小车的基本操作规范。重点：系统建模工作流程，服务的原理及操作方法。难点：服务的原理及操作方法。51、2、33.统计优化分析与随机数3.1分布表格与经验分布原理3.2概率分布与仿真预热3.3统计优化工具及顺序抽样3.4变体生成器及随机数教学要求：理解分布表格与经验分布的原理；理解概率分布与仿真预热；理解掌握常见的统计优化工具和方法；掌握变体生成器及随机数的原理和随机数生成方法。重点;统计优化工具的使用，随机数生成方法。难点：统计优化工具的使用。21、24.仿真过程的用户交互4.1数据采集周期4.2数据采集函数方法与属性4.3用户交互应用4.4报告、甘特图与网页接口教学要求：理解数据采集周期内涵；理解数据采集函数方法与属性；熟练掌握常用的用户交互工具使用；了解报告、甘特图与网页接口的使用。重点：数据采集函数方法与属性，用户交互应用。难点：数据采集函数方法与属性。61、25.仿真优化与实验设计5.1仿真实验流程与基本仿真实验5.2多级实验设计与随机实验设计5.3规则法设计仿真实验5.4二级实验设计中的因子分析与因子回归教学要求：理解仿真实验流程和基本的仿真实验；理解掌握多级实验设计与随机实验设计；理解规则法设计仿真实验；理解二级实验设计中的因子分析与回归。重点：仿真实验流程，多级实验设计。难点：规则法设计仿真实验，二级实验设计中的因子分析与回归。21、26.制造生产模式建模与仿真6.1生产控制中的推动式控制：MTS生产模式6.2生产控制中的拉动式控制：MTO生产模式6.3生产线建模教学要求：理解掌握MTS生产模式的原理、分析过程及仿真实现；理解掌握MTO生产模式的原理、分析过程及仿真实现；理解掌握生产线建模原理及流程。重点：MTS、MTO生产模式的原理及实现。难点：MTS、MTO生产模式的实现。81、2、37.混流装配线物料配送综合案例7.1混流装配线工作的原理；7.2装配线及AGV配送路线建模；7.3AGV配送小车优化。教学要求：理解混流装配线工作的原理；掌握装配线及AGV配送路线建模流程及方法；理解AGV配送小车优化方法。重点：混流装配线工作的原理；装配线及AGV配送路线建模。难点：装配线及AGV配送路线建模；AGV配送小车优化。81、2、3合计32五、教学方法及手段本课程采用理实一体化教学模式，结合理论讲授，通过大量案例教学完成课程教学任务和相关能力的培养。通过课堂教授基本的原理方法，课堂进行训练，课后布置相关作业加强对基本方法和基本原理的学习和训练，掌握系统建模与仿真的学习与训练，经过课程的学习，达到具备基本的建模与仿真的初步能力。六、课程资源1.推荐教材：李世荣.数字化工厂实践指南[M].北京:机械工业出版社.2022年2.参考书：（1）朱文海,郭丽琴.智能制造系统中的建模与仿真:系统工程与仿真的融合[M].北京:清华大学出版社.2022年.（2）胡耀华,梁乃明等.数字化工厂仿真[M].北京:机械工业出版社.2022年.（3）苏春.制造系统建模与仿真[M].北京:机械工业出版社.2019年.3.期刊：（1）工业工程，广东工业大学，双月刊（2）工业工程与管理，上海交通大学和德国施普林格出版社合办，双月刊（3）InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology4.网络资源：（1）西门子中国官网：/cn/zh/home.html（2）工业工程网：.（3）仿真科技论坛，七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末大作业成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况、线上资源学习情况等进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442作业评价10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442操作练习30（1）主要考核综合运用理论知识、计算机技能和处理工程实际问题的能力，满分100分。（2）以操作成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√101010期末考核大作业50（1）主要考核面向对象建模的基本原理、常见的控件属性、方法和操作过程；基本的SimTalk语法；基本的建模流程、分层建模方法等内容。（2）以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√202010合计：100分383824八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业评价、操作练习、大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重50%）；课堂表现、作业评价、操作练习等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和大作业测试内容分值分配与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20积极参与教学活动，按时完成线上教学资源，踊跃回答问题。认真参与教学活动，按时完成线上教学资源，认真回答问题。偶尔参与教学活动，完成线上教学资源50%以上。上课不认真，偶尔参与教学活动，完成线上教学资源低于50%。上课不认真，不参与教学活动，完成线上教学资