《工業系統建模與仿真》課程教學大綱一、課程基本信息課程代碼：22CS32303課程名稱：工業系統建模與仿真課程英文名稱：IndustrialSystemModelingandSimulation總學時：32理論學時：32實驗學時：0上機學時：0實踐學時：0課外輔導學時：0學分：2開課單位：計算學部軟件學院授課對象：軟件工程專業本科生開課學期：3秋先修課程：數據結構，c++程序設計二、課程目標《工業系統建模與仿真》是計算機相關專業面向特色專業方向系列的核心課程，目的是使學生在掌握現代復雜工程系統數字化研制模式的基礎上，掌握工業軟件的分類、發展與應用領域、工業軟件的價值和一般架構，掌握Modelica語言的基本語法及MWorks.Sysplorer的運用，通過作業和講練結合方式增強學生對多領域統一建模與仿真知識的理解和運用能力，為學生將來對工業系統的建模與仿真實際應用與二次開發奠定堅實基礎。課程具體目標如下：理論課程目標T：掌握工業軟件的發展過程、Modelica基本語法與MWorks.Sysplorer的使用。具體而言：T1：掌握系統級建模與仿真思想與方法。T2：掌握工業軟件的分類發展及其一般架構與功能劃分。T3：掌握Modelica語言的基本語法和建模流程，能夠運用圖形和文本方式對物理系統建立模型。T4：掌握MWorks.Sysplorer軟件的基本功能與工具箱的使用，能夠解決一般物理系統的建模與仿真問題。素質目標A：具備良好的工程數字化思維，能將所學的工業系統建模仿真技能較好的融入到工程實踐中，實現技術理論創新和工程實踐落地的深度結合。三、課程目標與畢業要求對應關系畢業要求畢業要求具體描述課程目標1.工程知識能夠運用計算思維，將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決軟件應用領域的復雜工程問題。T2.問題分析能具有一定的系統分析能力。能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理以及合適的模型，識別、表達、并通過文獻研究分析工業軟件、行業應用軟件等領域的復雜工程問題，以獲得有效結論。T&A3.設計/開發解決方案了解先進的軟件架構，具有一定的軟件設計能力。能夠綜合運用所學知識，設計針對軟件應用領域的復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的軟件系統，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等工程倫理因素。T&A4.使用現代工具具有較強的動手能力。能夠針對軟件應用領域的復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程及信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。了解開源軟件的開發方法、開發過程和支持技術，能夠利用開源軟件和參與開源軟件開發。T5.終身學習具有自主學習和終身學習的意識以適應軟件技術的快速變化。善于獨立思考，具有提出問題、分析問題和解決問題的能力，有不斷學習和適應發展的能力。能夠通過自主學習適應當代經濟社會發展的需要，了解軟件工程學科的發展現狀和趨勢。A四、課程目標與課程內容對應關系序號教學內容教學要求學時教學方式對應課程目標0課程目的與意義掌握本課程目的與意義0講練與研討相結合課程目標T&A1一、現代復雜工程系統的數字化研制模式1.系統的定義、特點內涵2.現代復雜工程系統研制模式的發展3.現代仿真技術和仿真工業軟件發展歷史、類別、技術、適用的專業和典型場景4.系統建模與仿真方法5.工程物理系統多領域統一建模技術發展趨勢6.多領域統一建模技術在產品研制過程中的應用定位和價值7.工業系統建模與仿真的基本數學基礎熟悉系統的概念與內涵，熟悉現代復雜工程系統的研制現狀、問題、趨勢，熟悉建模技術的發展歷程。1.掌握系統的定義與分類2.掌握現代復雜工程系統的特點3.掌握現代典型工業場景中使用的工業軟件類型及解決的主要問題4.掌握從基于文檔的串行研制模式到基于模型的并行研制模式5.掌握基于模型的可分解復雜系統研制及系統規模/復雜性增加引起基于模型設計方法的變化6.掌握工程物理系統多領域建模與仿真的發展與方法7.掌握多領域統一建模技術在產品研制過程中的應用定位和價值8.掌握工業系統建模與仿真所需要的基礎數學構成4講練與研討相結合課程目標T&A2二、Modelica語言的發展歷程、優勢及其應用1.Modelica語言發展歷程2.Modelica語言的特點3.Modelica技術優勢4.Modelica工具與模型庫5.Modelica的工程應用1.熟悉Modelica語言的發展歷程2.掌握Modelica的特點與技術優勢3.熟悉Modelica的工具、模型庫及其在工程中的應用情況2講練與研討相結合課程目標T&A3三、MWorks.Sysplorer軟件架構、功能與運用1.MWorks.Sysplorer軟件架構與運行過程1.1軟件架構1.2MWorks編譯、分析與求解過程2.MWorks.Sysplorer基本功能3.MWorks.Sysplorer的拖拽式建模、文本建模1.熟悉MWorks.Sysplorer軟件架構及其主要運行過程的底層機制2.根據建模仿真流程，掌握MWorks.Sysplorer基本功能的操作；3.通過上機練習熟悉基于模型庫的拖拽式建模4.初步熟悉文本建模2講練與上機操作相結合課程目標T&A4四、Modelica基本語法（一）1.Modelica語法知識點框架體系2.類與內置類型3.數組4.模型行為描述5.連接與連接器1.掌握并掌握Modelica語法點整體框架與各點之間的聯系2.掌握Modelica面向對象的建模、類的基本形式及10個特化類的特點與用法、Modelica數據類型3.掌握Modelica數組的分類、掌握數組的各種聲明方式、索引與切片、數組的基本運算、各內置函數的使用以及數組的連接4.掌握Modelica模型組件的行為描述，掌握各類方程的描述方式、算法的實現方式及相關的循環與條件語句5.掌握Modelica組件的連接機制、流/勢變量的概念，掌握連接器的使用、領域轉換器等內容的實際操作與使用8講練與研討相結合課程目標T&A5五、實例分析：線性方程組Guass消元法的Modelica實現1.線性方程組的Guass消元法2.基于Modelica的線性方程組Guass消元法實現1.掌握Guass消元法2.通過工業問題，實踐Modelica文本建模，涵蓋的知識點包括：函數、方程、數組、循環等內容4講練與上機操作相結合課程目標T&A6六、Modelica基本語法（二）1.注解2.Modelica面向對象的建模2.1繼承2.2多態（實例化重用、重聲明重用）1.掌握Modelica的注解編寫方式，能夠熟練利用注解進行組件參數框、圖標、動態組件的設計2.掌握Modelica面向對象的建模特點，掌握Modelica的繼承和多態建模機制，掌握實例化重用及重聲明重用4講練與研討相結合課程目標T&A7七、MWorks.Sysplorer工具箱應用1.模型試驗工具箱2.頻域分析工具箱3.MBD與代碼生成的應用4.工具箱二次開發基礎1.掌握模型試驗工具箱的應用，包括批量仿真、參數擾動分析、參數掃動分析、蒙特卡絡分析等2.掌握頻域分析工具箱的應用3.掌握基于模型的設計、代碼生成的原理與應用4.掌握工具箱二次開發的基本過程和方法。2講練與研討相結合課程目標T&A8八、MWorks.Sysplorer外部接口1.C/C++接口2.FMI接口3.S-function接口1.熟悉MWorks.Sysplorer外部接口，完成各項接口的實際操作試驗，加深掌握2講練與研討相結合課程目標T&A9九、Modelica建模流程及規范1.Modelica模型開發流程2.Modelica建模規范1掌握Modelica的模型開發流程及建模規范2講練與研討相結合課程目標T&A10十、永磁直流電機模型開發與調試1.永磁直流電機介紹2.永磁直流電機的模型庫組織3.組件實現4.集成調試（包括異構模型集成）5.基于模型的分析1.設計Modelica模型庫的組織架構，運用建模流程規范，實現一個簡單的系統模型庫構建及模型的集成調試。2.利用MWorks.Sysplorer集成接口及工具箱開展模型集成與分析。2講練與上機操作相結合課程目標T&A五、課程教學方法本課程教學將采用“理論教學+案例講解”的教學模式。六、課程考核方法理論課程成績滿分100分。由以下部分構成：考核環節所占分值考核與評價細則對應課程目標(1)平時作業完成情況50%平時作業完成的正確性、規范性課程目標T1-T4,A(2)期末考試50%期末考試各類題型知識的得分分析課程目標T1-T4課程最終成績=（1）+（2）目標達成度=60分以及以上同學數量/所有同學數量七、主要教材和參考書《多領域物理統一建模語言MODELICA與MWORKS系統建模》撰寫人：曲明成審核人：陳鄞日期：2023.6附件：畢業要求（摘自工程教育認證通用標準）專業必須有明確、公開的畢業要求，畢業要求應能支撐培養目標的達成。專業應通過評價證明畢業要求的達成。專業制定的畢業要求應完全覆蓋以下內容：1.工程知識：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題。2.問題分析：能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。3.設計/開發解決方案：能夠設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。4.研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。5.使用現代工具：能夠針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。6.工程與社會：能夠基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。7.環境和可持續發展：能夠理解和評價針對復雜工程問題的專業工程實踐對環境、社會可持續發展的影響。8.職業規范：具有人文社會科學素養、社會責任感，能夠在工程實