3626

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Мозжухин А.О.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

Учебно-методическое пособие

по:

-подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы);

для обучающихся по дисциплине Системный анализ и моделирование процессов

направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность направленность (профиль) Безопасность технологических процессов и

производств

Нижний Новгород

2022

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Мозжухин А.О.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

Учебно-методическое пособие

по:

-подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы);

для обучающихся по дисциплине Системный анализ и моделирование процессов

направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность направленность (профиль) Безопасность технологических процессов и

производств

Нижний Новгород

2022

2

УДК

Мозжухин А.О. / Системный анализ и моделирование процессов [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А.О. Мозжухин; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. – с. – Текст

:электронный..

Внастоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Системный анализ и моделирование процессов» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебнометодического пособия — это помощь в усвоении лекций, в подготовке к практическим занятиям

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Системный анализ и моделирование процессов» по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств.

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной профессиональной образовательной программе направления 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств.

© А.О. Мозжухин, 2022 © ННГАСУ, 2022

3

Оглавление

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Основными целями освоения учебной дисциплины «Системный анализ и моделирование процессов» являются:

освоение методологии системного мышления и комплексного рассмотрения сложных проблем, принятия решений по управлению объектом, приобретение знаний в области моделирования реальных процессов и явлений.

Впроцессе освоения дисциплины студент должен

Знать:

способы анализа и сбора информации и исходных данных для расчёта и проектирования объектов профессиональной деятельности;

классы условий труда, риски, методики оценки рисков, способы разработки и реализации процедур снижения уровней профессиональных рисков с учётом условий

труда.

Уметь:

проводить расчёт и проектирование объектов профессиональной деятельности исходя из исходных данных;

проводить оценку рисков, проводить мероприятия по снижению уровня риска на рабочих местах.

Владеть:

навыками организации и участия работ по сбору и анализу информации, руководства расчёта и проектирования объектов профессиональной деятельности;

навыками организации работ по оценке уровней риска и разработке процедур снижения уровней профессиональных рисков с учётом условий труда.

1.2Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Методологические основы СА и моделирование процессов в техносфере.

Введение. Исходные понятия и определения. Предмет курса, его цели и задачи. Структура курса и его связь с другими дисциплинами специальности «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». Общие принципы и особенности системного анализа процессов в техносфере. Техносфера и ее компоненты. Человеко-машинная система: ее свойства и структура. Потенциально опасные объекты и их классификация. Возможные формы реализации опасных явлений и их классификация. Моделирование: определения и виды моделирования. Модель: определение, свойство, особенности построения, виды моделей. Причина и факты аварийности. Обобщенная структура моделирования процессов в техносфере.

2. Моделирование и СА процессов наступления происшествий в техносфере.

Опасный процесс в техносфере – его особенности и свойства. Способы формализации и моделирования процессов наступления происшествий. Основные понятия и диаграммы причинно-следственных связей. Особенности построения моделей причинно-следственных связей типа “дерево происшествий” и “дерево событий”. Способы определения минимальных сочетаний исходных предпосылок, их значимости и критичности.

5

Количественный анализ “дерева происшествий” и “дерева событий”.

3. Моделирование и СА управления производственно-экологической безопасностью. Методы прогнозирования последствий техногенных происшествий, их свойства и

классификация. Показатели ущерба и модели их определения. Моделирование неконтролируемого истечения и распространения энергии и вредного вещества в техносфере, построение зон поражения и (или) заражения. Моделирование процессов распространения вещества в атмосфере и гидросфере. Моделирование процессов трансформации взрывопожароопасных, радиоактивных и токсичных веществ в техносфере. Принцип моделирования процесса причинения ущерба трансформацией и адсорбцией энерго-массопотоков. Классификация моделей причинения ущерба. Объемные, площадные и массовые показатели разрушительного поглощения энергии и вещества. Особенности моделирования и оценки ущерба людским, материальным и природным ресурсам.

4. Моделирование и СА процессов причинения техногенного ущерба.

Общие принципы программно-целевого планирования и управления процессом обеспечения безопасности в техносфере. Модель программно-целевого обеспечения безопасности производственного процесса в техносфере. Стратегическое планирование и оперативное управление производственно-экологической безопасностью. Обоснование требований к уровню безопасности на производстве. Структура затрат и ущерб от объективно существующих природных и техногенных опасностей. Соотношение между затратами на обеспечение безопасности и ущербом от происшествия и определение допустимого риска. Целевые программы и методы обеспечения заданной безопасности технологического оборудования и процессов их функционирования.

5.Теоретические основы моделирования процессов функционирования сложных

систем.

Модель: этапы процесса моделирования; концептуальная модель; исходные данные и ограничения; адекватность модели; математическая модель; имитационное моделирование; статистическая модель; обработка и интерпретации результатов моделирования; оптимизация процесса на имитационной модели. Методы моделирования случайных явлений

изаконов их распределения.

6.Моделирование природно-техногенных происшествий в регионе.

Характеристика возможных природно-техногенных происшествий в регионе, формы и проявления их ущерба. Моделирование формирования стока в бассейне рек. Модель «осадки-сток». Модель динамики водохранилища. Заключение и выводы.

6

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1. Методологические основы СА и моделирование процессов в техносфере.

Цель: получить представление об общих принципах и особенностях системного анализа процессов в техносфере.

На лекциях рассматриваются понятие техносферы, система человек-машина, потенциально опасные объекты и их классификация. Рассматривается моделирование процессов.

Раздел 2. Моделирование и СА процессов наступления происшествий в техносфере.

Цель: изучить способы моделирования процессов техносферы.

Рассматривается способы формализации и моделирования процессов наступления происшествий, диаграммы причинно-следственных связей, особенности построения моделей

7

причинно-следственных связей типа «дерево происшествий» и «дерево событий».

Раздел 3. Моделирование и СА управления производственно-экологической безопасностью.

Цель: изучить способы моделирования происшествий, связанных с производственноэкологической безопасностью.

Рассматривается методы прогнозирования последствий техногенных происшествий, их свойства и классификация. Изучается моделирование процессов, приводящих с чрезвычайном ситуациям последствия которых негативно влияют на экологическую обстановку.

Раздел 4. Моделирование и СА процессов причинения техногенного ущерба.

Цель: изучить способы моделирования происшествий и анализа техногенного ущерба в результате неблагоприятного события.

Рассматриваются общие принципы программно-целевого планирования и управления процессом обеспечения безопасности, модели программно-целевого обеспечения безопасности производственных процессов, а также стратегическое планирование и оперативное управление производственно-экологической безопасностью.

Раздел 5. Теоретические основы моделирования процессов функционирования сложных систем.

Цель: изучить основы моделирования процессов..

Рассматриваются этапы процесса моделирования; концептуальная модель; исходные данные и ограничения; адекватность модели; математическая модель; имитационное моделирование.

Раздел 6. Моделирование природно-техногенных происшествий в регионе.

Цель: изучить способы моделирования природно-техногенных происшествий. Рассматриваются общие принципы моделирования возможных природно-техногенных

происшествий в регионе.

2.4 Контрольные вопросы

Контрольные вопросы к разделу 1: Методологические основы СА и моделирование процессов в техносфере.

1.Количественные методы описания систем.

2.Кибернетический подход к описанию.

3.Высшие уровни описания систем. Низшие уровни описания систем

Контрольные вопросы к разделу 2: Моделирование и СА процессов наступления происшествий в техносфере.

1.Качественные методы системного анализа.

2.Разработка сценариев. Оценка систем с помощью метода «Дельфи».

3.Классификация видов моделирования систем.

8

Контрольные вопросы к разделу 3: Моделирование и СА управления производственно-экологической безопасностью.

1.Обработка и анализ результатов моделирования систем.

2.Основные положения теории планирования эксперимента. Этапы планирования.

3.Методы оценки безопасности объектов техносферы. Основные положения методики «Токси».

Контрольные вопросы к разделу 4: Моделирование и СА процессов причинения техногенного ущерба.

1.Виды регрессионных кривых. Метод наименьших квадратов.

2.Имитационное моделирование. Сущность имитационного моделирования.

3.Композиция дискретных систем.

Контрольные вопросы к разделу 5: Теоретические основы моделирования процессов функционирования сложных систем.

1.Методы формализованного представления систем.

2.Пример построения имитационной модели анализа надежности сложной системы.

Контрольные вопросы к разделу 6: Моделирование природно-техногенных происшествий в регионе.

1.Когнитивное моделирование. Этапы когнитивной технологии.

2.Морфологические методы. Метод экспертных оценок.

9

3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям

3.1Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям

Входе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях: журналах, газетах и т.д. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы.

Всоответствии с этими рекомендациями и подготовкой полезно дорабатывать свои конспекты лекции, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой. Целесообразно также подготовить тезисы для возможного выступлений по всем учебным вопросам, выносимым на практическое занятие.

При подготовке к занятиям можно также подготовить краткие конспекты по вопросам темы. Очень эффективным приемом является составление схем и презентаций.

Готовясь к докладу или реферативному сообщению, желательно обращаться за методической помощью к преподавателю. Составить план-конспект своего выступления. Продумать примеры с целью обеспечения тесной связи изучаемой теории с реальной жизнью. Своевременное и качественное выполнение самостоятельной работы базируется на соблюдении настоящих рекомендаций и изучении рекомендованной литературы. Студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при написании курсовых и дипломных работ.

10