CC BY
19
УДК 004.5:378
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАСПИСАНИЕМ ЗАНЯТИЙ В ВУЗЕ
Т.Б, Потапова, И.А. Серов
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Mañanada университеттпщ б1рлескен информациялъщ жуйесшщ iiuindezi Жогары Бшм беру МекемесШц Автоматикальщ сабак, кестестщ Басщару Жуйенщ endeyi аиъщтап к,аралып жатыр; ол yuiin АСКБЖнщ к,урамы, информациялъщ ток,таусыздарга жене mipeK блоктарга жлберген функционалдьщ жуг1, Kici-машина интерфейс уйымдастыруыныц талабы KepcemiiEÓi.
В статье рассматривается постановка задачи разработки АСУ расписанием (АСУР) ВУЗа в составе корпоративной информационной системы университета; представлены структура АСУР, функциональная нагрузка на основные блоки и потоки информации, требования к организации человеко-машинного интерфейса.
In the report the development problem of the Information System Management of the Schedule for a High School in the structure of the University corporate information system is considered; ISMS structure, functional load to the mainframes and information flows, requirements to the organization of the human-machine interface is presented.
Одной из подсистем корпоративной интегрированной информационной системы (КИС) в университете является система автоматизированного управления расписанием. Ее структура показана на рисунке 1. Управление расписанием является срединным производственным процессом в вузе В текущем времени соединяются с целью обучения студентов основные виды учебной деятельности, как-то: управление учебной нагрузкой д: кафедр и их преподавателей (КП), занятиями у студенческих групп на факультетах со стороны деканатов (ДГ), а также состоянием z аудиторного фонда - административно-хозяйственными службами (АХ). Управляет расписанием диспетчерская служба (ДС).
X-У-
Г — >
Л>г 1111
Уп~
г—
/
Управление вузом
КИ
КА
КП ДГ АХ:
ОСо
Ошим
Ш
План
Анали 3
ОСк
задача
Кален>Л План
Анализ
1
Объект управления
0*>ч
ОВУ
Ж,
я
Оптимиз. расчеты
чми
Локальные БД
БД КИС
=г
<
со X
I-<
О I-
т
<
ш ь-о
о
Рис. 1
На рисунке выход объекта управления расписанием обозначен V. Он определяет в каждый момент времени отношение друг к другу составляющих величин х,ун1. (входов). Например, составляющие л: - это работоспособные в данный момент времени преподаватели, атрибутированные своими параметрами (принадлежность к кафедре, читаемые дисциплины, должность, звание и т.п.). Аналогично атрибутируются группы студентов (у) и аудитории (г). Фактические значения (х^ у^ zф) величин отличаются от планируемых (х„ у^ гп) вследствие влияния внешней среды. Внешние воздействия обозначены (дсЛ, ул, гл). Причины их возникновения, например: обстоятельства личной жизни преподавателей, обуславливающие их замены, общественные и хозяйственные обязанности студентов, аварийное состояние аудиторий и т.п.
При таком описании данный объект управления похож на любой производственный, управляемый со стороны ЛПР (лица принимающие решения). И также для него принципиально невозможны формализация и автоматизация текущих измерений и управлений и непосредственное наблюдение за этими операциями. Область реального управления (ОРУ) объективно окружена тайной. Автоматизация человеко-машинного управления реализуется за пределами этой области. Заметим, что автоматическое управление и связанные с ним операции непосредственного измерения координат ОУ и выполнения управляющих команд практикуются только в простых односвязных системах, частоты действия которых лежат вне или на границе частот действия человека и исчисляются секундами и минутами. В этих простых системах для измерения координат используют датчики, а для передачи команд на регулирующие органы от регуляторов - исполнительные механизмы.
В нашем случае сложной системы объектом управления служит область виртуального управления (ОВУ). Ее входы X, У, Z - это интегральные характеристики нагрузки кафедр и преподавателей (X), студенческий групп (У) и аудиторий Управляющим воздействием является плановое расписание V как карта недельной занятости преподавателей, студентов и аудиторий. Выходы 1УП и ^характеризуют ресурсы системы. УУП - это степень использования уже выделенных ресурсов: ресурсов времени преподавателей и студентов, а также аудиторного фонда. Одной из косвенных характеристик ]УП служит, например, общая длительность пустых пар. Выход общее количество нарушений в плановом расписании. Как будет показано ниже, И/с характеризует наоборот недостаточность выделенных ресурсов.
Входы и выходы ОВУ наблюдаются и управляются университетскими подразделениями, результаты их наблюдений и управлений относительно субъективны как в смысле календарных отрезков времени, за который они оцениваются, так и значений самих оценок, имеющих свой синтаксис, семантику и прагматический смысл, определяемый целями использования.
На рисунке измерительная информация обозначена стрелками ИИ и ДИ. Первая (ИИ) - это те оценки процесса ведения расписания, которые определяют кафедры (КП), деканаты (ДГ) и административно-хозяйственные службы (АХ) и используют их в своей работе при управлении учебным процессом и управлении ВУЗом. Процедуры этого оценивания обведены в один квадрат ИА (измерительный аппарат). Под информацией ДИ подразумеваются сведения о состоянии ОВУ, используемые диспетчерской службой. Отчеты о фактической нагрузке преподавателей относятся, например, к ИИ, а «контрольные замеры» диспетчеров в течение занятий - к ДИ.
Сформированное диспетчерами расписание реализуется теми же подразделениями КП, ДГ и АХ как командным аппаратом КА. Их исполнительные (командные) действия обозначены КИ.
Диспетчерская служба управляет расписанием в двух каскадно соединенных контурах: оперативном и календарном. Результатом последнего является планируемое на семестр расписание Ук. Оно корректируется в течение семестра, отслеживая оперативно прогнозируемые внешние воздействия. Скорректированное расписание обозначено V0.
Задача составления расписания, в т.ч. для учебного заведения, относится к числу задач оптимального планирования. Известны прецеденты ее решения при наличии четкой математической постановки задачи, включая формулировку критерия оптимальности. На рисунке решение этой задачи выделено в отдельный прямоугольник.
Управление идет в двух стратах: планирование и анализ. Результаты планирования - готовые расписания У0 и Vк. При анализе оцениваются события, которые ранее не прогнозировались, но произошли, приведя к отклонению в плане, и были оценены в контуре обратной связи (диагностика нарушений). На рисунке оценки событий в оперативном контуре обозначены как ОСа, а в календарном (перспективном) - ОСк. В зависимости от характера оцененных событий в ВУЗе принимают решения, призванные в будущем исключить эти отклонения или вследствие более совершенного планирования или более четкого выполнения плана. Например, замеченные стабильные опоздания студентов могут объясняться изменениями в работе городского транспорта, а срывы лабораторных работ - нена-
дежно работающими лабораторными установками. Для предотвращения в будущем этих нарушений изменяется, например, график занятий (удлиняются перерывы между парами) и разрабатывается проект модернизации лаборатории.
В любом случае проведение мероприятий (организационных, технических, административных и методических) как реакция на ОС0 и ОСк требует дополнительных ресурсов. Их разработка и реализация в виде контура управления ВУЗом показана на рисунке пунктирными линиями.
Эти рассуждения показывают две антиномичные стороны управления расписанием. С одной стороны, планирование расписания идет в рамках закрытой системы при стремлении к экономии выделенных ресурсов. Ео жесткое в этом смысле расписание провоцирует его нарушения. Поэтоку, с другой стороны, управление обеспечением (методическим, техническим, административным и т.п.) этого расписания в рамках открытой системы ведет к привлечению дополнительных ресурсов.
На основе выше изложенного разработана структура локальной системы автоматизации, работающей в составе КИС и связанная своими локальными базами данных (БД) с базами КИС. В базах хранятся результаты календарного и оперативного планирования (КП и ОП), фиксируются оперативные и архивные данные (ОД и АД). Базы пополняются с АРМов пользователей, находящихся в подразделениях ВУЗа. Их данные используются при решении задач обсуждаемой системы автоматизации. Главная задача - обеспечение диспетчеров университета информацией, достаточной для выполнения всех основных видов деятельности - оперативное и перспективное планирование, анализ управления расписанием с диагностикой происходящих событий. Дополнительная задача - математическая оптимизация расписания в рамках частных условий и требований.
Технически локальная система может быть выполнена в виде АРМов диспетчеров (ПЭВМ), сервера локальной базы данных и сервера приложений. Программные среды должны обеспечивать возможность организации удобного ЧМИ.
Задача математической оптимизации расписания известна. Ее постановка формулируется следующим образом. Исходные данные: информация о преподавателях ВУЗа, их нагрузка на семестр, аудиторный фонд. Результат: расписание занятий - отображение нагрузки на аудиторный фонд с учетом следующих ограничений:
- соответствие аудитории условиям проведения занятий (вместимость, специализация аудитории и т.п.),
- отсутствие «накладок» в расписании,
- отсутствие «окон» в расписании студентов.
Критерии оптимизации:
- минимальное количество «окон» в расписании преподавателей,
- учет пожеланий преподавателей,
- в случае нескольких корпусов минимизация времени передвижения между ними как студентов, так и преподавателей.
Очевидно, что математические методы являются вспомогательными, позволяя найти некоторые частные или начальные решения для реального поиска. Главное назначение математической модели-разработка научно-обоснованного человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) для диспетчеров. В разработанной структуре ЧМИ:
- основные позиции меню соответствуют структуре системы (оперативный анализ, оперативное планирование, долгосрочный анализ, долгосрочное планирование, оптимизационные расчеты, архивы планов и мероприятий по улучшению управления расписанием),
- головной кадр каждой позиции носит графический характер, в котором экономичная графика отображает составляющие ресурсных оценок И/'п и 1Га для выбранного отрезка времени,
- кадры нижних уровней позволяют перейти к раскрытию составляющих величин X, У, Ъ, V и их атрибутов, а также внешних требований, ограничивающих диспетчера при принятии решений.
Описанная выше система автоматизации поэтапно осваивается. В настоящее время реализован и проходит апробацию пилотный вариант АРМа диспетчера.
