Одной из важнейших задач развития и эффективного функционирования вуза является рациональная организация учебного процесса, который может быть описан совокупностью взаимосвязанных задач, решаемых различными подразделениями учебного заведения. При этом решаются задачи автоматизации как отдельно взятых рабочих мест и подразделений, так полной автоматизации деятельности ВУЗа. Вне зависимости от объекта автоматизации, будь то преподавательский состав или администрация университета, в образовательном учреждении такие системы внедряют, преследуя конечную цель - повышение качества образования.
Задача составления расписания учебных занятий в вузе (University Course Timetabling Problem - UCTP) решается во всех университетах и других учебных заведениях. Процесс составления расписания является наиболее важным в деятельности вуза в целом и каждого факультета в частности. Хорошо разработанное расписание может стать основой для реализации научно-педагогического потенциала учебных курсов и для лучшей усвояемости материала студентами. Задачи распределения учебной работы между сотрудниками кафедры, разработки учебного расписания в значительной степени определяют эффективность организации образовательного процесса. Правильно и точно составленное расписание обеспечивает равномерную загрузку студенческих групп и профессорско-преподавательского состава. От удачно составленного расписания зависит эффективность работы преподавателей, усвоение учебного материала студентами, рациональное использование интеллектуальной и материальной баз вуза.
Таким образом, исследования, направленные на разработку алгоритмов автоматизации построения учебного расписания, являются актуальными.
Целью данной работы является исследование математических, информационных и алгоритмических моделей, а также методов, алгоритмов, программных модулей и комплексов для решения задачи автоматического построения расписаний учебных занятий.
Задачи работы:
1) Изучить алгоритмический подход к автоматическому и
полуавтоматическому составлению расписания.
2) Рассмотреть методику математического моделирования задачи
составления расписания.
3) Выбрать параметры для формального описания проблемы.
4) Определить требования и пожелания, отражающие реальные условия планирования организации учебной деятельности вузов.
5) Обосновать разделение жестких ограничений, устанавливающих физическую реализуемость расписания, на статические, которые можно учесть до составления расписания и динамические, которые должны проверяться в процессе составления расписания.
6) Провести сравнительный анализ подходов к автоматизации составления расписаний учебных занятий.
Объектом исследования является организация учебного процесса в высшей школе.
Предметом исследования - алгоритмический подход к автоматическому и полуавтоматическому составлению расписания.
Гипотеза исследования - внедрение алгоритмического подхода к составлению расписания позволит упростить процесс составления расписания.
Методы исследования. В работе использованы: методы системного анализа, методы математического моделирования,
Теоретическая значимость работы состоит в том, что рассмотрен и проанализирован комплекс математических, информационных и алгоритмических моделей задачи составления расписания занятий.
Практическая значимость исследования заключается в том, что рассмотренные в работе подходы могут быть положены в основу дальнейших исследований.
Количество работ по разработке моделей и методов решения задачи составления учебного расписания (UCTP) значительно и продолжает увеличиваться. Проблеме составления расписания занятий в высшей школе посвящено большое количество диссертационных исследований как в России (Балашов В.В., Воробович О.Н., Галузин К.С., Грузликов А.М., Дмитриев С.П., Зорин Д.А., Каляев И.А., Костенко В.А., Красовский Д.В., Лопатеева О.Н., Маслов М.Г., Мельник Э.В., Милехина Т.В., Нестеренков С.Н., Низамова Г.Ф., Осипов А.В., АсвадФирас М. и др.), так и за рубежом (M.T. Jensen, H. Larget, R. Lewis, M. Marte, C. Mihaila и др.)
Задача составления учебного расписания (UCTP) относится к классу слабо формализуемых задач векторной оптимизации. В ее описании приходится учитывать большое количество параметров и ограничений. Не смотря на большое количество работ, посвященных этой задаче, оптимального решения для автоматизации процесса составления расписания до сих пор не найдено [27].
Существует много постановок этой задачи, различающихся строгостью математической формализации, предложены различные методы и алгоритмы ее решения [2, 5, 8]. У каждой из них имеются свои достоинства и недостатки, однако общепризнанных и неоспоримых моделей, методов и алгоритмов нет.
Было сделано огромное количество попыток ее решения. Некоторые программные продукты вышли в свет, например, Ректор-ВУЗ, БИТ.ВУЗ.Расписание, 1С: Автоматизированное составление расписаний. Университет, Расписание Про v2.3 и другие. [1, 6].
Однако ни одна из этих программ не является универсальной и не может удовлетворить потребности всех вузов. Кроме этого, многие из существующих программных продуктов имеют слишком высокую стоимость. Большинство из них используют большое количество входной информации и хранят ее в виде базы данных. С помощью сложных алгоритмов, разработка которых потребовала значительных усилий, на основе анализа входной информации составляется расписание. При этом полученное расписание не всегда является идеальным, а затрачиваемые ресурсы, время и деньги могут быть весьма внушительными [27].
Магистерская диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект и предмет исследования.
Первая глава - теоретическая. В ней изложены сущность алгоритмического подхода к решению задач и методика математического моделирования, рассмотрен системный подход к моделированию. Здесь же определены основные проблемы автоматизации процесса составления расписания и выполнен их сравнительный анализ. Сделаны выводы по первой главе.
Во второй - практической - главе дана постановка задачи, рассмотрены различные методы и соответствующие алгоритмы их решения. Подробно описан пакет «1С:Автоматизированное составление расписания. Университет» и рассмотрен алгоритм работы с ним. Сделаны выводы по второй главе.
В заключении подведены итоги проведенного исследования, сделаны выводы по работе в целом и даны рекомендации по использованию полученных результатов.
Библиографический список - 54 названия.
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы о состоянии разработок по автоматизации учебного расписания:
Разработка и внедрение задачи АСУ в вузах осуществляется в инициативном порядке разобщенными исследовательскими группами. Созданы локальные системы, разработаны алгоритмы и программы для использования в конкретном учебном заведении.
Системы составления расписания занятий уже на уровне математических моделей и представления данных сильно зависят от специфики конкретных учебных заведений, что затрудняет использование типовых систем.
Разработки типовых унифицированных элементов для создания единой автоматизированной системы управления высшей школой практически отсутствуют.
Интерфейс многих программ недружественный. Он неудобен для ввода исходных данных и редактирования полученного расписания.
Автоматизация процесса составления расписания занятий и гибкость разработанной автоматизированной системы дают преимущества при её использовании в системе образования, улучшая при этом деятельность персонала, а вместе с тем и повышая качество предоставляемого ВУЗом образования.
Модульная реализация разработанной системы автоматизированного составления расписания в структуре общей автоматизированной системы ведения документооборота обеспечивает возможность общего использования баз данных и внедрения общей политики защиты информационного обеспечения системы.
Как правило, произвести оптимизацию учебного расписания, т.е. найти наилучшее решение, не удается. Выходом из данного положения является отказ от подхода, когда пригодным считается только самое лучшее решение, которое может и не существовать.
Для решения существующих проблем требуется построение гибкой и легко адаптируемой системы на основе новых принципов, с использованием современных компьютерных технологий. Необходима система, составляющая расписание в соответствии с выбранными критериями и заданными требованиями, т.е. берущая на себя как можно больше функций человека, чтобы расписание приходилось меньше доводить вручную. При этом не следует совсем исключать человека из процесса составления расписания.
Очень удобным инструментом для решения задач автоматизированного составления учебных расписаний и оперативного управления помещениями в вузах является программный продукт «1С:Автоматизированное составление расписания. Университет», разработанный на основе системного подхода.
Результаты данного исследования могут быть полезны при проведении исследований по проблеме автоматизации процесса составления расписания учебных занятий.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
