2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

• модели случайных процессов;

• нечёткие модели и оценки возможности;

• планирование эксперимента и обработку экспериментальных данных;

• основные понятия имитационного моделирования;

• технические и программные средства реализации информационных процессов;

• алгоритмизацию и программирование;

• локальные и глобальные сети и их использование при решении прикладных задач обработки данных;

• основные параметры транспортно-грузовых комплексов;

• автоматизированную систему управления (АСУ) как инструмента оптимизации процессов управления в транспортных системах;

• структуры, уровней построения и функций АСУ безопасностью на транспорте;

• алгоритмы эффективного принятия оперативных решений;

• метод аналитической иерархии;

• техническое и информационное обеспечения АСУ;

• основы передачи данных;

• базы и банки данных;

• общих понятий об организации перевозочного процесса в отрасли и безопасности движения транспортных средств.

уметь:

• использовать математические модели и методы в технических приложениях;

• использовать современные информационные технологии;

• использовать возможности вычислительной техники и программного обеспечения;

• работать с информацией в глобальных компьютерных сетях.

• исследовать характеристики транспортных средств, транспортных потоков, транспортного пространства и операторов, а так же лиц, принимающих решения на транспорте;

• выявлять места концентрации и разрабатывать мероприятия по устранению причин транспортных происшествий;

• определять критерии устойчивости и показатели качества систем автоматизированного управления в системах обеспечения безопасности транспортных процессов.

владеть:

• методами математического моделирования в технических приложениях;

• методами математического анализа, теории вероятностей, математической статистики, математического программирования, имитационного моделирования.

• основными приемами работы на компьютерах с прикладным программным обеспечением.

• пользовательскими вычислительными системами и системами программирования;

• навыками работы в сети Интернет.

3. Содержание дисциплины

Тема 1. Роль математических методов в принятии управленческих решений производственных задач авиационного транспорта

1.1. Математическое моделирование — основной метод кибернетики.

Специфика этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы необязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.

Кибернетика как наука об управлении объектом своего изучения имеет управляющие системы. Для того чтобы в системе могли протекать процессы управления, она должна обладать определенной степенью сложности. С другой стороны, осуществление процессов управления в системе имеет смысл только в том случае, если эта система изменяется, движется, т. е. если речь идет о динамической системе. Поэтому можно уточнить, что объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим системам относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия, отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов).

Рассматривая сложные динамические системы, сегодня кибернетика ставит перед собой задачи всестороннего изучения их функционирования. Кибернетика изучает общие закономерности управляющих систем и их конкретные количественные и качественные свойства. Так, при исследовании сложной динамической системы, как транспортно-логистическая система, мы сосредоточиваем внимание непосредственно на транспортной составляющей. Для исследования системы, необходимо декомпозировать систему на подсистемы (производственные этапы) и подсистемы разложить до уровня модуля (операции). Время технологических процессов по обслуживанию пассажиров или обработке почты и багажа зависят от весогабаритных характеристик пассажиров, почты, груза (ППГ), уровня квалификации обслуживающего персонала, характеристик технических средств, которые определяют требования к коммуникациям и необходимым энергетическим ресурсам в условиях ограничений по экологическим нормам и правилам безопасности.

Когда изменение параметров тех или иных ресурсов в технологических процессах (операциях) начинают существенно влиять на процессы управления системой, кибернетика должна включать их в сферу своего исследования, но не всестороннего, а именно с позиций их воздействия на процессы управления.

Таким образом, предметом изучения кибернетики являются проблемные области в технологических процессах и выработка решений при управлении сложными динамическими системами.

Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит материалистическая диалектика. Однако, кроме общефилософского метода, в различных областях науки применяется большое количество специальных методов.

До недавнего времени в биологических и социально-экономических науках современные математические методы применялись в весьма ограниченных масштабах. Только последние десятилетия характеризуются значительным расширением использования в этих областях теории вероятностей и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр и исследования операций, корреляционного анализа, математического программирования и других математических методов. Теория и практика кибернетики непосредственно базируются на применении математических методов при описании и исследовании систем и процессов управления, на построении адекватных им математических моделей и решении этих моделей на быстродействующих ЭВМ. Таким образом, одним из основных методов кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления.

Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду с вещественным и структурным подходами, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как вариант системного подхода в широком смысле слова. Применение системного и функционального подходов при описании и исследовании сложных систем относится к основным методологическим принципам кибернетики.

Системный подход выражается в комплексном изучении системы с позиций системного анализа, т. е. анализа проблем и объектов как совокупности взаимосвязанных элементов, исходя из представлений об определенной целостности системы.

Функциональный анализ имеет своей целью выявление и изучение функциональных последствий тех или иных явлений или событий для исследуемого объекта. Соответственно, функциональный подход предполагает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем управления.

Основная цель кибернетики как науки об управлении — добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования этих систем были наилучшими, т. е. приводили бы наиболее быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных ресурсов (сырья, человеческого труда, машинного времени, горючего и т.д.). Все это можно определить кратко термином «оптимизация». Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.

Для исследования систем кибернетика использует три принципиально различных метода: математический анализ, физический эксперимент и вычислительный эксперимент.

Первые два из них широко применяются и в других науках. Сущность первого метода состоит в описании изучаемого объекта в рамках того или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и последующего извлечения различных следствий из этого описания путем математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью.

Достижением кибернетики является разработка и широкое использование нового метода исследования, получившего название вычислительного или машинного эксперимента, иначе называемого математическим моделированием. Смысл его в том, что эксперименты производятся не с реальной физической моделью изучаемого объекта, а с его математическим описанием, реализованным в компьютере. Высокое быстродействие современных компьютеров позволяет при тактическом и стратегическом планировании смоделировать процесс работы аэропорта «Пулково» за год в течении двух часов. При оперативном планировании увидеть «узкие места» возникающие в аэропорту, что даёт возможность диспетчерам центра оперативного управления производством (ЦОУП) принимать эффективные решения.