Аспирантура
2019/2020
Технологии оптимального проектирования систем
Статус:
Курс обязательный
Направление:
09.06.01. Информатика и вычислительная техника
Кто читает:
Департамент компьютерной инженерии
Когда читается:
2-й курс, 1 семестр
Формат изучения:
без онлайн-курса
Преподаватели:
Кожевников Анатолий Михайлович
Язык:
русский
Кредиты:
6
Контактные часы:
56
Программа дисциплины
Аннотация
В дисциплине изучаются средства оптимального автоматизированного проектирования систем с использованием современных математических методов исследования и информационно-коммуникационных технологий. Рассматриваются: формулировка общей задачи и понятий оптимального синтеза технических систем, классификация задач оптимального синтеза, методы построения математических моделей систем, формулировка задачи параметрического синтеза и методы поиска оптимальных проектных решений, принципы и алгоритмы синтеза систем, эвристические приемы формирования функций и процедур поиска, выбор структуры и параметров системы поиска, основные проблемы синтеза технических систем. Приводятся примеры оптимального проектирования радиоэлектронных средств и систем массового обслуживания.
Цель освоения дисциплины
- Углубление аспирантами знаний о теоретических основах современных методов, принципах построения систем автоматизированного проектирования для реализации этих методов и основных расчетных методиках, используемых для оптимального проектирования
- Освоение аспирантами современных методов и принципов построения систем автоматизированного оптимального проектирования и основных расчетных методик, используемых для оптимального проектирования систем
Планируемые результаты обучения
- Знать перспективные методы автоматизированного проектирования и их применение в научной и проектной деятельности
- Иметь навыки практических исследований в области оптимального проектирования технических устройств; выбора программно-технических средств при проведении оптимального проектирования технических устройств.
- Знать методы математического синтеза оптимальных систем
- Уметь выполнять теоретические и экспериментальные исследования с использованием современных программных комплексов; формулировать перспективные задачи исследования и разработки на основе прогнозов направления развития методов и подходов оптимального проектирования при создании систем
Содержание учебной дисциплины
- Общие вопросы проектированияОсновные понятия. Задачи и виды проектирования. Проектная документация. Этапы проектирования технических систем. Разработка технического задания. Этап предварительного проектирования. Эскизное проектирование. Техническое проектирование. Автоматизация проектирования. CALS- технология. Электронная модель изделия. Система как объект проектирования.
- Понятие системыСтруктурная и функциональная организация системы. Общие свойства систем. Эффективность системы. Параметры и характеристики системы. Понятие процесса. Классификация систем и процессов.
- Модель как средство проектированияТипы моделей. Основные требования к модели. Классификация математических моделей. Параметризация моделей.
- Типовые задачи и методы проектированияТиповые задачи проектирования. Разработка математической модели. Разработка метода исследования. Анализ свойств системы. Синтез системы и разработка проекта. Детальный анализ спроектированной системы. Корректировка модели.
- Методы проектированияАналитические методы. Статистические (имитационные) методы. Комбинированный подход.
- Принципы проектирования системСистемный подход и системотехническое проектирование. Принцип иерархического многоуровневого моделирования. Принцип множественности моделей.
- Этапы проектирования системФормулировка целей проектирования и требований к разрабатываемой системе. Разработка концептуальной модели проектируемой системы. Разработка и параметризация математических моделей. Выбор или разработка методов и средств проектирования. Проверка адекватности модели. Проведение экспериментов на модели и анализ характеристик системы. Решение задачи синтеза. Детальный анализ спроектированной системы.
- Базовые математические модели дискретных системПараметры потока заявок. Параметры обслуживания заявок. Стратегии управления потоками заявок. Режимы функционирования базовых моделей. Характеристики систем с однородным потоком заявок. Характеристики систем с неоднородным потоком заявок.
- Сетевые моделиТипы сетевых моделей. Параметры сетевых моделей. Характеристики сетевых моделей. Эквивалентные и толерантные преобразования сетевых моделей.
- Модели вычислительных системПринципы структурно-функциональной организации вычислительных систем. Основные понятия теории вычислительных систем. Структурная организация вычислительных систем. Функциональная организация вычислительных систем. Параметры вычислительных систем. Характеристики вычислительных систем. Характеристики производительности. Характеристики оперативности. Характеристики надежности. Экономические характеристики. Локальные характеристики вычислительных сетей.
- Формулировка задачи параметрического синтеза и методы поискаУсловия и методы локализации. Некоторые вопросы терминологии. Формулировка задачи поиска при одноцелевом синтезе. Формулировка задачи поиска при многоцелевом синтезе. Стационарная точка и функция поиска. Классификация методов поиска стационарной точки. Метод сеток. Метод случайного поиска. Градиентные методы. Комбинированные методы. Сравнительная оценка методов поиска.
- Эвристические приемы формирования функций и процедур поиска при градиентных методахПостановка задачи. Метод штрафных функций. Модификация метода штрафных функций для общего случая смешанной системы. Переменноциклический режим поиcка. Процедуры, поиска при переменноциклическом режиме. Модификация процедур поиска переменноциклического режима для смешанного случая. Сходимость и локальность циклов поиcка. Обобщенная форма функции поиска для гpадиентных методов.
- Оптимальное проектирование электрических схем узлов РЭСЗадачи автоматизации функционального проектирования радиоэлектронных средств (РЭС). Компоненты радиоэлектронного устройства. Уравнения математической модели радиоэлектронного устройства. Постановка задачи дискретизации. О методах решения нелинейных уравнений. Общие вопросы построения математических моделей компонентов РЭС. Макромодели аналоговых компонентов. Макромодели цифровых интегральных схем. Алгоритмы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений РЭС. Моделирование на ЭВМ переходных процессов в РЭС. Анализ линейных схем в частотной области. Общая характеристика задач оптимального проектирования электрических схем РЭС. Методы построения целевых функций при оптимизации РЭС. Организация вычислительного процесса и примеры решения задач оптимизации РЭС.
- Оптимальное проектирование конструктивных узлов РЭСТипы конструкций РЭС. Условия эксплуатации, тепловые и механические режимы работы конструкций РЭС. Методы конечных разностей, конечных элементов и электротепловой аналогии построения тепловых и механических моделей конструкций РЭС. Практическое построение моделей тепловых и механических процессов в конструкциях печатных узлов и пространственных конструкциях РЭС. Методы построения целевых функций при оптимизации конструкций РЭС. Организация вычислительного процесса и примеры решения задач оптимизации РЭС.
- Принятие решений в сложных системахКлассификация задач принятия решений. Структура системы принятия решений.Модели принятия решений.Модели оптимизации.Методы поиска решения. Синтез системы при сложной функции условий. Проблема многозначности решений при параметрическом синтезе.Применение нечетких множеств при решении задачи оптимального выбора.
Элементы контроля
- Домашнее заданиеДомашнее задание выдается преподавателем индивидуально и определяется тематикой диссертационного исследования аспиранта.
- ЭссеТема эссе согласовывается с преподавателем индивидуально и определяется тематикой диссертационного исследования аспиранта.
- ЭкзаменВ ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: <b>ОПК-8, ОПК-9, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-6</b>
- Семинары
- Самостоятельная работаАспиранты занимаются самостоятельной подготовкой к семинарским занятиям и экзамену по заданным темам с использованием материалов лекций и рекомендованной литературы.
Промежуточная аттестация
- Промежуточная аттестация (I семестр)0.25 * Домашнее задание + 0.125 * Семинары + 0.5 * Экзамен + 0.125 * Эссе
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Основы автоматизированного проектирования: Учебник/Под ред. А.П.Карпенко - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 329 с.: 60x90 1/16. - (Высшее образование: Бакалавриат) (Переплёт) ISBN 978-5-16-010213-9 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/477218
Рекомендуемая дополнительная литература
- Советов Б. Я., Яковлев С. А. - МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ. ПРАКТИКУМ 4-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для бакалавров - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 295с. - ISBN: 978-5-9916-2857-0 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/modelirovanie-sistem-praktikum-425258