Insegnamento

Metodi e linguaggi di simulazione

Settore scientifico Disciplinare

ING-INF/05

CFU

6

Descrizione dell'insegnamento

La simulazione con elaboratori di dati, o digitale, fornisce agli ingegneri e agli analisti di si­stemi una possibilità tradizionalmente riservata ai fisici e chimici: quella di studiare un sistema in condizioni di laboratorio.
Aziende piccole e grandi, enti pubblici e militari, enti economici e di ricerca tendono sempre più a fondare le proprie scelte sui risultati di simulazioni.  Ma approcci non professionali possono portare costi ingenti e a scelte errate.
La simulazione è infatti una disciplina che, se non applicata con competenza, diventa uno strumento che produce masse ingenti di dati cui non si sa che significato dare.
Il corso di Metodi e Linguaggi di Simulazione si propone di fornire agli studenti le conoscenze per un approccio professionale alla disciplina, un approccio che, oltre alla produzione del modello di simulazione, si concentra sulla sua calibratura, sua convalida e analisi rigorosa dei risultati.
Applicazioni sono i sistemi di congestione, i sistemi informatici e ICT, le reti di comunicazione e internet, i sistemi gestionali e industriali.

Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)

Dublino1: CONOSCENZA E CAPACITA’ di COMPRENSIONE

  • Trattandosi di corso Magistrale, alla fine del corso lo studente avrà conoscenze e capacità di comprensione delle metodiche di sviluppo di modelli di simulazione, che estendono e rafforzano quelle tipicamente associate al primo ciclo e consentono di elaborare e applicare idee originali, spesso in un contesto di ricerca.
Dublino 2: CAPACITA’ di APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
  • Trattandosi di corso Magistrale, alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le metodiche di sviluppo dei modelli di simulazione in maniera da applicare le sue conoscenze, capacità di comprensione e abilità nel risolvere problemi a tematiche nuove o non familiari, inserite in contesti più ampi (o interdisciplinari) connessi al proprio settore di studio.
 Dublino 3: AUTONOMIA di GIUDIZIO
  • Trattandosi di corso Magistrale, il corso prevede prove che consentano allo studente di giudicare il livello di preparazione raggiunto con capacità di integrare le conoscenze e gestire la complessità, nonché di formulare giudizi sulla base di informazioni limitate o incomplete, includendo la riflessione sulle responsabilità sociali ed etiche collegate all’applicazione delle loro conoscenze e giudizi.
Dublino 4: ABILITA’ COMUNICATIVE
  • Trattandosi di corso Magistrale, le prove prevedono possibilità per lo studente di interagire col docente allo scopo di affinare le proprie capacità di comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità le sue conclusioni, nonché le conoscenze e la ratio ad esse sottese, a interlocutori specialisti e non specialisti.
Dublino 5: CAPACITA’ DI APPRENDIMENTO
  • Trattandosi di corso Magistrale, l’interazione con il docente prevede anche valutazioni con indicazione di errori e invito a correggere, onde sviluppare nello studente le capacità di apprendimento che gli consentano di continuare a studiare in modo autonomo.

Prerequisiti

Lo studente deve aver conoscenze nelle seguenti materie:

  • Prestazioni e Qualità di Impianti e Sistemi (corso della LM32)
  • Programmazione in  Java o C++
  • Probabilità e Statistica

Contenuti dell'insegnamento

L’insegnamento si articola in 10 punti:

  1.  Metodi di simulazione a eventi discreti
  2. Metodi di sviluppo del modello di simulazione
  3. Simulazione  guidata da tracce e da distribuzioni
  4. Generazione e test di sequenze pseudocasuali
  5. Calibratura e convalida del modello
  6. Analisi dei risultati in simulazione
  7. Conduzione di esperimenti di simulazione
  8. Simulazione con linguaggi generali (Java e C++)
  9. Simulazione con linguaggi speciali (JMT)
  10. Applicazione all’analisi e progettazione dei sistemi
Trattandosi di un corso di 6 CFU ed essendo previste  5 ore di didattica erogativa  per ogni CFU, i 10 punti saranno coperti da un totale di 5x6=30 ore di didattica  erogativa in forma di videolezioni. Considerato che lo studente ha necessità di almeno un riascolto di ciascuna videolezione, la materia sarà coperta da 15 videolezioni.

Attività didattiche

Didattica erogativa
Come sopra specificato, l'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di didattica erogativa, dunque per un totale di 6x5 = 30 ore corrispondenti a 15 videolezioni. Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.
Alcune videolezioni sono più teoriche con lo scopo di far conoscere le funzionalità principali nei sistemi di Simulazione. Altre videolezioni hanno un carattere più pratico al fine di favorire la capacità di applicare le conoscenze teoriche da parte dello studente, presentando anche esempi di scelte effettuate per la realizzazione di modelli di simulazione. A tal riguardo, si presenteranno confronti di metodi di sviluppo al fine favorire l’apprendimento e di rendere autonomo lo studente nella selezione del metodo più adatto. In entrambi i casi si farà uso di metodo adeguato agli argomenti trattati.
Didattica interattiva
L'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l’interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica interattiva dedicata alle seguenti e-tivities: interazioni studente-tutor ad es. dedicate a  FAQ, interazioni docente-studente (ad es.  miglioramento interattivo di artefatto e probem solving, vedi poi) in cui  il docente con interazioni sia sincrone che asincrone (vedi poi) dà un feedback formativo ove valuta il livello di apprendimento degli argomenti del corso, raccoglie i dubbi e fornisce chiarimenti ed eventuali approfondimenti in base alle scelte effettuate e alle difficoltà riscontrate.

Modalità della prova finale

 

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame si svolge in forma scritta. Il punteggio della prova è espresso in trentesimi.La prova scritta ha una durata massima di 180 minuti e consiste nel sottoporre allo studente una serie di domande a risposta aperta sugli argomenti del corso alle quali lo studente dovrà rispondere producendo un relativo artefatto. Le domande richiedono la spiegazione o la descrizione dei temi trattati, e mirano a dimostrare la conoscenza e comprensione delle metodiche previste dal corso e la capacità dello studente di applicare tali conoscenze allo sviluppo di un caso di studio.
Al fine di valutare il conseguimento degli obiettivi formativi del corso, il docente terrà conto, nella valutazione dell’artefatto prodotto dallo studente: 1) della capacità di esporre l’argomento richiesto; 2) della padronanza di linguaggio dello studente; 3) della capacità di applicare le funzionalità nella progettazione del caso richiesto e 4) di valutare in modo appropriato le scelte delle metodiche a situazioni reali.
Per superare l’esame, lo studente deve superare con almeno sufficienza i punti da 1) a 4) di cui sopra. Ove questo non avvenisse, ma l’artefatto prodotto dallo studente si mostrasse recuperabile, più che bocciare lo studente si instaura una serie di interazioni docente-studente intese sviluppare nello studente le capacità di apprendimento che gli consentano di comunicare in modo chiaro e continuare a studiare in modo autonomo, come sopra indicato in Dublino 4 e 5.
In particolare, il docente invia allo studente, via-email, l’artefatto con una serie di osservazione al margine in cui gli evidenza gli errori commessi e lo invita a produrre e restituire via-email una versione corretta dello stesso. Ciò con interazioni sia asincrone (email) che sincrone (telefoniche o frontali) sino a raggiungimento di un artefatto di valore sufficiente.
Lo studente può scegliere (facoltativamente) una modalità di valutazione basata su prove in itinere (o di verifica e autoverifica intermedie) che, se superate, valgono come esonero della relativa parte programma del corso. In tal caso, come appresso specificato nel dettaglio delle modalità di verifica, l’esame verterà soltanto sulla parte rimanente del programma. Dette prove consentono allo studente di giudicare il livello di preparazione raggiunto e colmare lacune eventualmente accumulate. Anche qui, si instaura una serie di interazioni docente-studente (asincrone e sincrone) con correzioni dell’artefatto e sua restituzione corretta, intese a sviluppare nello studente le capacità di apprendimento della materia che gli consentano di comunicare in modo chiaro e continuare a studiare in modo autonomo, come sopra indicato in Dublino4 e 5.
Lo studente che abbia superate le prove intermedie effettuerà un esame che consisterà in un project work che si espleta in due passi. Il primo è una prova scritta frontale (durata max 180 min) che consiste nel progetto di un modello di simulazione che viene dal docente valutato e, se superato, ammette lo studente al secondo passo che è la realizzazione a distanza, in linguaggio Java o C++, del progetto stilato in classe. Sia il primo che il secondo passo prevedono, in caso di insufficienza, una serie di interazioni docente-studente con correzioni dell’artefatto e sua restituzione corretta sino a raggiungere la sufficienza.
Più in dettaglio, le modalità di verifica dell’apprendimento prevedono quanto segue:
Prova in itinere (o di verifica e autoverifica intermedia): risposte a quesiti e progetto di generatori pseudocasuali per simulazione guidata da distribuzioni.
E’ facoltativa ma, per lo studente che la supera, vale come esonero della parte di programma che riguarda il Cap.3 (da sez. 3.1 a 3.17) del Libro di Testo 1.
Prova d’esame: per gli studenti che non avessero espletata la prova in itinere,  la prova d’esame copre tutto il programma del corso, dunque:
  • A) Risposte a quanto indicato per prova in itinere e
  • B) Progetto di un simulatore (guidato da distribuzioni) di un modello dei tipi studiati nel corso propedeutico di  Prestazioni e Qualità di Impianti e Sistemi. Sua convalida tramite confronto con risultati analitici forniti dal corso propedeutico. Il simulatore potrà essere del tipo orientato a processi, oppure a sequenziamento di eventi, oppure per attività.
Per gli studenti che invece avessero espletata la prova in itinere, la prova d’esame riguarda soltanto quanto indicato al punto B).

Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio dei seguenti testi:

Testo1

  • G. Iazeolla, PRINCIPI e METODI di SIMULAZIONE DISCRETA, Simulazione sequenziale, parallela, distribuita, Simulazione internet e web. Metodi di analisi dell’output, Franco Angeli 2010
    • Capitolo 1 tutto
    • Capitolo 2 da sez. 2.1 a 2.5 (principi e metodi di simulazione sequenziale)
    • Capitolo 3 da sez. 3.1 a 3.17 (simulazione guidata da distribuzioni)
    • Capitolo 4 da sez. 4.1 a 4.5.3.1 esclusa (metodi di analisi dell’output)
    • Capitolo 5 sez. 5.1, 5.4, 5.5 (simulazione in Java)
    • Capitolo 6 sez. 6.1 e 6.2 (simulazione in Simula)

Testo 2

  • G.Iazeolla, Reti Impianti Sistemi Informatici. ESERCIZI di Risoluzione Analitica e Simulazione Centralizzata e Distribuita con guida all’uso di HLA e SimArch, Franco Angeli 2011. Esercizi pp. 24-71 e pp. 139-147.

Ricevimento studenti

Previo appuntamento tramite via email (g.iazeolla@unimarconi.it).