СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ»

Баймульдин М.К.¹, Кремер О.В.², Мартыненко О.В.³

¹Кандидат технических наук, доцент, Карагандинский Государственный Технический Университет, заведующий кафедрой «Информационные системы» (ИС); ²магистр, Карагандинский Государственный Технический Университет, преподаватель кафедры ИС; ³магистр, Карагандинский Государственный Технический Университет, преподаватель кафедры ИС.

СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ»

Аннотация

 Виртуальные лабораторные обеспечивают максимальную наглядность, точность соответствия модели реального оборудования для проведения экспериментов. В данной статье рассмотрим важность создания виртуальных лабораторных работ для дисциплины «Основы компьютерного моделирования».

Ключевые слова: Имитационное моделирование, виртуальная лабораторная работа, система массового обслуживания.

Baymuldin M.K.¹, Kremer O.B.², Martynenko O.B.³

¹Candidate of Technical Sciences, associate professor, Karaganda State Technical University, head of  the department «Information systems»; ²master, Karaganda State Technical University, teacher of the department «Information systems»; ³master, Karaganda State Technical University, teacher of the department «Information systems».

CREATION OF THE VIRTUAL LABORATORY OPERATIONS ON DISCIPLINE OF «THE BASIS OF COMPUTER SIMULATION»

Abstract

The virtual laboratory provide the maximum visualization, accuracy of compliance of model of the real equipment for carrying out experiments. In this article we will consider importance of creation of the virtual laboratory operations for discipline of «A basis of computer simulation».

Keywords: Simulation modeling, the virtual laboratory operation, queuing system.

В настоящее время наблюдается резкий рост в области разработки и внедрения компьютерных обучающих систем. В этой области наиболее актуальной является задача создания и широкого внедрения в учебный процесс автоматизированных систем обучения и диагностики качества знаний специалистов. Автоматизированные обучающие системы (АОС) имеют следующие характерные черты:

Гибкость. Возможность заниматься в удобное для себя время, в удобном месте и темпе. Нерегламентированный отрезок времени для освоения дисциплины.

Модульность. Возможность из набора независимых учебных курсов - модулей формировать учебный план, отвечающий индивидуальным или групповым потребностям.

Параллельность. Параллельное с профессиональной деятельностью обучение, т.е. без отрыва от производства.

Охват. Одновременное обращение ко многим источникам учебной информации (электронным библиотекам, банкам данных, базам знаний и т.д.) большого количества обучающихся. Общение через сети связи друг с другом и с преподавателями.

Экономичность. Эффективное использование учебных площадей, технических средств, транспортных средств, концентрированное и унифицированное представление учебной информации и мультидоступ к ней снижает затраты на подготовку специалистов.

Технологичность. Использование в образовательном процессе новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий, способствующих продвижению человека в мировое постиндустриальное информационное пространство.

Новая роль преподавателя. АОС расширяет и обновляет роль преподавателя, который должен координировать познавательный процесс, постоянно усовершенствовать преподаваемые им курсы, повышать творческую активность и квалификацию в соответствии с нововведениями и инновациями [1].

Целью лабораторных работ по дисциплине «Основы компьютерного моделирования» является моделирование систем массового обслуживания указанной в варианте задания. Предлагается рассматривать процессы, протекающие в системе как вероятностные. В этом случае применение аналитического способа, который сводится к установлению зависимости между заданными условиями и результатом операции, при решении данной задачи оказывается достаточно затруднительным. Более целесообразным и менее затратным является применение в данном случае метода имитационного моделирования.

Некоторые этапы в построении имитационной модели для системы массового обслуживания, описываемые в лабораторных работах, студентам трудно представить. Для улучшения понимания материала пособия возникла необходимость создания виртуальных лабораторных работ.

На первом этапе проведения моделирования конкретной системы необходимо построить концептуальную модель процесса функционирования этой системы, а затем произвести ее формализацию, т.е. основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания объекта моделирования к его математической модели. Рассматривается система, состоящая из трех каналов обслуживания, работающих параллельно. Прибывающие в нее заявки поступают на обработку в порядке обычной очередности. Интервал времени между прибытием двух последовательных заявок является случайной величиной с заданным законом распределения. Время обслуживания в каждом канале тоже случайно, причем его распределение зависит от номера канала.

Для формализации модели используется аппарат  Q-схем.  В соответствии с  концептуальной моделью,  используя символику Q-схем, структурная схема модели данного примера может быть представлена в виде, показанном на рис.1, где И – источник; К – канал; Н – накопитель. При этом источник И₁ имитирует процесс поступления заявок в систему. К₁, К₂, К₃ – это каналы, в которых обрабатываются поступающие заявки. Н₁ – накопитель, куда становятся заявки для ожидания своей очереди, если все каналы заняты.

Рис. 1

Второй этап – это построение схемы распределения потоков заявок. Переходы СМО из одного состояния в другое происходят под воздействием вполне определенных событий - поступления заявок и их обслуживания. Последовательность появления событий, следующих одно за другим в случайные моменты времени, формирует так называемый поток событий. Поведение системы обычно определяется не одним, а сразу несколькими потоками событий. Например, обслуживание покупателей в магазине определяется потоком покупателей и потоком обслуживания; в этих потоках случайными являются моменты появления покупателей, время ожидания в очереди и время, затрачиваемое на обслуживание каждого покупателя.

Актуальность виртуальных лабораторных работ заключается в применении новейших информационных технологий в различных видах учебных занятий, поскольку виртуальные лабораторные работы, разработка которых возможна на базе предложенных программ, позволяют сменить проведение лабораторных занятий на физических лабораторных стендах их проведением в компьютерных классах. Что особо актуально в системе дистанционного обучения, а также в системе бакалавриата, в которой значительно увеличены часы самостоятельной работы студента, что позволит значительно снизить стоимость лабораторий из-за использования виртуальных приборов [2].

На основании проведенных исследований установлено следующее:

- анимационное изображение тех или иных схем является более понятным для студентов, нежели обычное устное или текстовое представление;

- можно тестировать процессы данной лабораторной работы с заданными параметрами неограниченное количество раз, тем самым проводя необходимый анализ;

- студенты могут самостоятельно обучаться тем или иным навыкам, с помощью компьютера.