Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3239

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.01.2021
Размер:
508.11 Кб
Скачать

1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им.

Г.Ф. Морозова»

Аналитические и численные методы в планировании экспериментов и инженерном анализе

Методические указания для самостоятельной работы

студентов по направлению подготовки 23.04.01 Технология транспортных процессов

Воронеж 2018

2

УДК 656.13

Разгоняева В. В. Численные и аналитические методы в планировании

экспериментов и инженерном анализе [Электронный ресурс]: методические

указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки

23.04.01 Технология транспортных процессов / В. В. Разгоняева, Р. А.

Кораблев, Д. В. Лихачев, А. А. Штепа; М-во науки и высшего образования

РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 23 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»

Рецензент – заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.

3

Введение………………………………………………………………….…4

Функции самостоятельной работы студентов……………………….…...4

Цель методических указаний при изучении дисциплины «Численные и аналитические методы в планировании экспериментов и инженерном анализе»………………………………………………………………..…………..5

Задача 1. Изучить рекомендуемые литературные источники ……………...5

Задача 2. Изучить темы ………………..………………..……………..…..5

Задача 3. Подготовка рефератов по представленным темам …………...8

Задача 4. Решение задач по вариантам ………………….........................7

Задача 5. Решение задач по вариантам…………...…………………...…..7

Библиографический список………………………………………………13

4

Введение

Методическое указание содержит задачи, задания и тестовые вопросы,

предназначенные для закрепления теоретического материала по дисциплине Аналитические и численные методы в планировании экспериментов и инженерном анализе. Аналитические методы исследования базируются на аппарате теории массового обслуживания, численные – на аппарате теории Марковских случайных процессов, статистические – на методах имитационного моделирования, которое реализуется в среде GPSS World.

Многочисленные примеры и задачи направлены на развитие умения и навыков применять простейшие модели и методы для расчѐта характеристик функционирования систем, представляемых моделями массового обслуживания.

Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину

«Аналитические и численные методы в планировании экспериментов и инженерном анализе» и связанные с ней дисциплины в рамках подготовки магистров.

Функции самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа выполняет ряд функций, к которым относятся:

Развивающая (повышение культуры умственного труда, приобщение к творческим видам деятельности, обогащение интеллектуальных способностей студентов);

Информационно-обучающая (учебная деятельность студентов на аудиторных занятиях, неподкрепленная самостоятельной работой, становится мало результативной);

Ориентирующая и стимулирующая (процессу обучения придается профессиональное ускорение);

5

Воспитывающая (формируются и развиваются профессиональные качества специалиста);

Исследовательская (новый уровень профессионально-творческого мышления).

Цель методических указаний при изучении дисциплины «Формирование стандарта транспортного обслуживания населения»:

систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений при изучении дисциплины;

углубление и расширение теоретических знаний;

формирование умения использовать необходимую справочную литературу;

развитие познавательных способностей и активности студентов:

творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организо-

ванности;

формирование и развитие самостоятельности мышления, способностей

ксаморазвитию и исследовательских умений.

Задача 1. Изучить рекомендуемые литературные источники

Студенту при изучении дисциплины необходимо ознакомиться с основной и дополнительной литературой, которая представлена в библиографическом списке в конце данных методических указаний.

Задача 2. Изучить темы

1. Перечислите основные параметры равномерного распределения.

2. Самостоятельно исследуйте треугольное распределение случайных величин. В чем разница равномерного и треугольного распределения?

3. В чем состоит отличие дискретной и непрерывной случайной величины Х?

6

4. Дайте определение понятия «модель».

5. Провести сопоставление понятий «модель», «система»,«объект».

6. Какие требования предъявляются к модели?

7. Перечислите классы моделей и их свойства согласно укрупненной классификации.

8. Назовите классы моделей и их свойства согласно детализированной классификации.

9. Перечислите этапы построения имитационной модели.

10. Дайте характеристику основным задачам исследования транспортных систем.

11. Опишите понятия модели и моделирования как основных способов познания систем.

12. Приведите классификацию математических моделей.

13. Опишите структуру классической четырехшаговой транспортной модели.

14. Дайте характеристику гравитационной модели как модели спроса на транспортное обслуживание.

15. Дайте характеристику энтропийной модели как модели спроса на транспортное обслуживание.

16. Опишите динамические модели прогнозирования перевозок.

17. Назовите основные принципы распределения перевозок по транспортной сети.

18. Дайте общее понятие об имитационном моделировании.

19. Назовите основные характеристики случайных величин.

20. Приведите примеры моделирования непрерывных и дискретных случайных величин.

21. Приведите последовательность анализа результатов моделирования.

22. Опишите принципы объектно-ориентированного подхода к моделированию транспортных систем.

23. Назовите особенности и назначение геоинформационных систем.

7

Задача 3. Подготовка реферата по представленным темам

1. Что такое системы массового обслуживания?

2. В чем отличие стратегического и тактического планирования эксперимента?

3.Как производится моделирование случайного события?

4.Как производится моделирование потока событий?

5. К каким последствиям может привести использование неадекватной модели?

6. Что происходит на этапе трансляции модели?

7. Какая модель называется имитационной?

8. Какие функции выполняет модель?

9. Какой закон распределения чаще всего используют при описании работы систем массового обслуживания?

10. Что такое количественные и качественные факторы эксперимента?

11. Что такое дисперсия случайной величины Х?

12.Что такое эксперимент?

13.Какие законы распределения случайных величин вам известны?

Задача 4. Запишите порядок выполняемых вами операций, оцените погрешности их результатов, вычислите и запишите искомое значение.

Задание 5. Выясните погрешность задания исходных данных,

необходимую для получения результата с m верными значащими цифрами.

Пример:

1. F a2 b3 / Cos t , a 28,3 0, 02,b 7, 45 0, 01, t 0, 7854 0, 0001

Абсолютные погрешности исходных данных:

a 0, 02, b 0, 01, t 0, 0001

Относительные погрешности исходных данных:

a 0, 02 / 28,3 0, 00071, b 0, 01/ 7, 45 0, 00135, t 0, 0001/ 0, 7854 0, 00013

Находим оценки с учетом, что

8

xy : x / y p x y, x y p x y,

x y p max x, y и f x : f / x x :

a2 800,9

 

2

2 a

0, 00142;

 

2 809,9 0, 00142 1,5006

 

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

b3 413,5

3

3 b

0, 0405; 3

413,5 0, 00405 1, 67468

 

b

 

 

 

 

b

 

 

 

 

a2 b3 1214, 4 a2 b3

2

 

3

2,82474 a2 b3

 

 

 

 

a

 

 

 

b

 

 

2,82474 / 1214, 4 0, 00233

 

 

 

 

 

 

Cos t 0, 7071 Cos t Cos t / t Sin t 7 t : 0, 00007;

Cos t d / dt ln Cos t t Sin t / Cos t t : 0, 0001

Fa2 b3 / Cos t 1214, 4 / 0, 7071 1717, 44

F : 0, 00233 0, 0001 : 0, 0024 : 0, 24%

F : 1717, 44 0, 0024 : 4,12

Воспользуемся универсальными оценками для функции u (X)

нескольких переменных:

u

u

 

xi

, u

 

 

xi

 

xi

 

i

 

 

 

F

2a

cos t

80, 05;

F

a

 

 

 

b

ln u xi

3b2

235, 48

F

 

a2 b3

sin t 1717, 4;

t

cos2 t

cos t

 

 

 

F

 

F

 

a

 

F

 

b

 

 

F

 

t 4,1275; F F / F 0, 0024 : 0, 25% .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

b

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

Так как

 

F 4 p 0,5 10n m 1 ( m - число верных знаков, n 3

- порядок

числа 1717,4)= 0,5 10n m 1 = 0,5 104 m 5 103 m

при m 3 , то m 3 (к такому же

выводу можно прийти непосредственно из значения F ) и F=

172 101

(общая погрешность

=

 

погрешности

исходных данных

(

F) +

погрешность округления (|1717.44-1720|)= 4+3=7).

2. F a2 b3 / cos t , a : 28,3,b : 7, 45,t : 0, 7854, m 5

Находим a2 800,9,b3 413,5,Cos t 0, 7071, a2 b3 800,9 413,5 1214, 4

9

F a2 b3 / cos t 1214, 4 / 0, 7071 1717, 4 (полагаем все эти 5 цифр

верными).

Относительная погрешность F 10 m 1 / 2a1 10 4 / 2 1 0, 00005,

абсолютная погрешность F F F 1714, 4 0, 00005 0, 008572

Для использования принципа равных влияний

 

xi

 

xi

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

xi

F

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

i

 

находим: a dF / da 2a2

/ cos t 1601,9 / 0.7071 2265, 45

b dF / db 2b3

/ cos t 827, 0 / 0, 7071 1169,57

t dF / dt t a2 b3 / cos2 t sin t 0, 7071 1214, 4 / 0, 7071 1214, 4

знаменатель : 2265, 45 1169,57 1214, 4 4649, 4

отсюда допустимая погрешность исходных параметров равна:

a 28, 3 0, 008572 / 4649, 4 0, 00005;b 7, 45 0, 008572 / 4649, 4 0, 00001;

t 0, 7071 0, 008572 / 4649, 4 0, 000001.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты заданий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F a,b, c

 

a

b

c

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

ab

 

 

a b sin 3c

 

2456

0.00078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0,0005

±0,00003

±0,00013

 

 

 

 

3 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

a b

c

 

0.02456

0.007823

0.8348

5

 

 

 

 

arcsin

 

 

 

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

a b c 3

ln 1 c

 

0.2456

0.20078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

Продолжение таблицы 1

 

2

 

 

 

c3

 

 

 

a b 7

 

cos ac

 

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

5

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

1

 

 

 

ab

 

 

a b sin2

c

 

 

 

0.12456

0. 0078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

3 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a b

 

arc tg c

 

 

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

4

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1

 

 

 

a b c 3

ln 1 c

2

 

 

0.2456

0.20078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b

2

 

 

 

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

c2

a b 3 cos ac2

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

5

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

1

 

 

 

ab

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0.12456

0.078

0.2468

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

b

 

 

sin

c

 

 

 

±0.0005

±0.0003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a b2

 

 

arccos c

 

 

 

0.02456

0.007823

0.835

4

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

1

 

 

 

a b c

 

2

ln 1 c

 

 

0.2456

0.20078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

c3

a b 3 cos a2c

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

5

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

1

 

 

 

a2b

 

1 b sin 2c

 

 

 

2456

0.00078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

3 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

5

 

 

 

 

 

 

 

ln 1

ac

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

1

 

 

 

 

a b

 

c

 

 

 

 

 

 

 

0.2456

0.20078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln2 1 c

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

c3

 

 

 

a b 7

 

cos ac

 

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

4

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

1

 

 

 

 

 

 

ab

 

 

 

a b sin c

 

 

0.12456

0. 0078

0.008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

±0.0005

±0.00003

±0.00013

 

 

 

 

 

 

3 1 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

a b

 

arctg ac

 

 

 

0.02456

0.007823

0.8348

4

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

1

 

 

 

a b

2

c

 

 

2

 

 

 

 

0.2556

0.50078

0. 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 ac2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b2

 

 

 

ln

±0.0005

±0.00003

±0.013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]