Использование информационных систем в образовательных заведениях в настоящее время не является редкостью, но в работе многих типов образовательных учреждений есть свои нюансы, которые в одном программном средстве учесть крайне сложно. В связи с этим, даже при существовании разнообразных аналогов, проектирование новой информационной системы, которая способствовала бы составлению расписания занятий для конкретного предприятия, является темой актуальной.
В университетах используют коэффициент трудности для определения междисциплинарных связей по освоению материалов [1]. Здесь добавляется дополнительный параметр по теме занятий, смежные занятия желательно ставить друг за другом, чтобы изучаемая тема закреплялась. Осуществляется долгосрочное планирование, так как расписание составляется на весь учебный год с возможными семестровыми корректировками [2].
Для дошкольных учреждений, а в частности детских центров, затруднительно составление годового расписания занятий, поэтому особенность здесь – краткосрочное планирование [3]. Выделяются основные программы, на которые всегда есть группы, тогда они остаются неизменными в течение всего года. Однако в основном занятия чередуются с ежедневными и ежемесячными мероприятиями, поэтому постоянно идет корректировка основного расписания – максимальный горизонт планирования 1 месяц.
В нашей статье [4] описывается алгоритм составления расписания с учетом общих и специальных ограничений. Все ограничения, накладываемые на расписание, делятся на четыре группы: А, В, С, Н.
Группа А имеет абсолютный приоритет, находящиеся здесь ограничения учитываются всегда и не могут быть нарушены.
Группа В имеет высокий приоритет. Эти ограничения могут быть нарушены при крайней необходимости в единичных случаях.
Группа С имеет средний приоритет, то есть нарушение этих ограничений крайне нежелательно, но возможно.
Группа Н имеет низкий приоритет. Желательно соблюдать ограничение данной группы, но их нарушение не влечёт за собой никаких серьёзных последствий.
Целевая функция (*) процесса составления расписания занятий стремится минимизировать простой помещения и пропуски между занятиями одного преподавателя.
(*)
где F(x) – целевая функция расписания, t – время от начала суток, l – педагоги, a – помещения, булева переменная xtla = 1, если l-й педагог на t-м занятии занимается в а-м помещении (0 в противном случае), αl – весовой коэффициент, приоритет педагога, αa – весовой коэффициент, приоритет помещения, x – 3-мерный массив переменных xtla.
Полная постановка задачи дана в [4]. В данной статье описывается реализация алгоритма на базе платформы 1С:Предприятие 8.3 в виде отдельной конфигурации 1С.
Существующие программные решения
Автоматическое составление расписания занятий на протяжении многих лет является актуальной темой исследований, поскольку появляются все новые виды расписаний, от четких занятий по классам до индивидуальных планов, меняется сам принцип ведения занятий у преподавателей – уменьшение лекционных и практических часов и увеличение заданий, выполняемых на дистанционных серверах. При существовании некоторого шаблона составления расписания: распределение по кабинетам, педагогам, времени, вместимости и т.д. – у многих организаций есть свои нюансы и специфика, что требует индивидуального программного продукта для составления расписания. Причем не всем требуется автоматическое составление, для маленьких центров удобнее использовать CRM-решения, такие как Беркана – Детский центр (berkanasoft.ru) и Отмечалка (otmechalka.com) [5, 6].
Аналогов для автоматического составления расписания на рынке множество: 1С:ХроноГраф, АвтоРасписание, НИКА-Люкс, Ректор 3, FET, ShiftNP, aSc Расписания и PLANIMUM. Самая широкая линейка программных продуктов, которые являются аналогами проектируемой информационной системы, реализована на платформе 1С: «ХроноГраф3.0 Лайт», «Автоматизированное составление расписания. Школа», «Автоматизированное составление расписания. Колледж», «Хеликс. Детский центр», «Колледж», «Школа» и другие [7]. Демо-версии некоторых программ можно посмотреть онлайн на сайте фирмы 1С, это помогает понять ответственному за составление расписания, стоит ли приобретать данный программный продукт, необходимы ли доработки под специфику заведения.
В основном все программы автоматического составления расписания являются платными. Программы с более широким функционалом, которые можно изменить под нужды определенного учебного заведения, имеют высокую абонентскую плату [8].
Системы поддержки принятия решений (СППР), которые максимально приспособлены к решению задач повседневной управленческой деятельности, в свою очередь являются инструментом, призванным оказать помощь лицу, принимающему решения (ЛПР), при решении некоторых неструктурированных и слабоструктурированных задач, в том числе и многокритериальных [9].
Выделяют сосредоточенные и распределенные СППР. В сосредоточенных СППР выделяют два типа систем:
1) когда решение в автоматическом режиме принимает система, состоящая из одного узла;
2) когда решение принимает специалист, имеющий в своем распоряжении СППР [10].
В распределенных СППР разделение идет пространственно и/или функционально [11].
На рынке представлены такие системы поддержки принятия решения, как ЭСППР, ExpertChoice, SuperDecision, DecisionLens (DecisionLensWeb) и другие [12].
Существуют и другие СППР, но задача составления расписания представляет собой задачу с ограниченным набором альтернатив, поэтому для разработки модуля СППР можно использовать платформу 1С, поскольку на ней реализована обширная линейка программ, решающих схожую задачу, что позволяет в дальнейшем совместить спроектированную информационную систему с уже установленным в организации программным комплексом 1С:Предприятие 8.3. Модуль СППР должен решать задачу встраивания в расписание распределенной заявки на мероприятие, тем самым создавая новое расписание занятий.
Реализация алгоритма составления расписания
Как и в любой конфигурации 1С, вся информация вносится в систему с помощью документов и справочников. Справочники 1С представляют собой специализированный объект дерева метаданных, который позволяет хранить статичную информацию справочного характера [13]. Информацию в справочниках не изменяют, они используются в объектах учета как разрез учета или справочная информация [14].
Для реализации СППР, реализующей алгоритм [4], в конфигураторе 1С создано:
- 11 справочников;
- документы «Группа», где формируются группы по занятиям, и «Заявка на мероприятия», где бронируется место в расписании под проведение мероприятия;
- регистр накопления «По помещению», где отражаются сформированные группы и заявки на основе документов;
- регистр накопления «По преподавателям», где ведется учет по педагогам, в какое время и в каком помещении они ведут занятия, чтобы отслеживать и без накладок создавать расписание;
- регистр сведений «Занятость помещений», который не позволяет провести документ «Заявка на мероприятия», если в указанное время помещение занято;
- отчёт «Шаблон расписания», где выводится расписание на основании данных из регистра накопления «По помещению»;
- отчёт «Занятость помещений», где выводится расписание на основании данных из регистра накопления «Занятость помещений».
Форма заполнения справочника «Курсы» по курсу «Арт-сад 1,5-5», где цифрами в названии указывается возрастная группа, для которой проводится данное занятие, показана на рис. 1. Форма заполнения документа «Группа» по курсу «Детский фитнес» представлена на рис. 2.
Рис. 1. Форма заполнения справочника «Курсы»
Рис. 2. Форма заполнения документа «Группа»
Рис. 3. Заполнение документа «Заявка на мероприятие» на курс «Восточные танцы»
Рис. 4. Ошибка при попытке ввода нового мероприятия на уже занятое время, дату и помещение – нарушение жестких ограничений модели
В форму документа «Заявка на мероприятия» добавлена экранная кнопка «Заполнять автоматически», если заявка формируется на периодический курс, то при вводе в первую строку табличной части даты, времени и продолжительности первого занятия, происходит заполнение остальных строк, количество которых соответствует значению из реквизита «Общее количество занятий» справочника «Курсы». От значения реквизита «Периодичность занятий» зависит расчет дат последующих занятий в течение месяца. Это показано на рис. 3. Эти данные отображаются в соответствующем регистре накопления после проведения заявки. Если в заявке набирается группа, то соответствующий документ временно не проводится, но записывается.
При вводе в заявку занятия на занятое уже в расписании помещение по дате и времени система не дает провести заявку, и выдает ошибку с пояснением, что показано на рис. 4.
Во вкладке «Отчет занятость помещений» при создании заявки можно вывести таблицу занятости помещения на определенный период, чтобы выбрать свободную дату или время, или помещение. В этом отчете отражается длительность занятия. На рис. 5 показан отчет «Шаблон расписания», который тоже выводится за период. Здесь просматриваются дата и время проведения, преподаватель, который ведет мероприятие, день недели, помещение, в котором проводится мероприятие.
Рис. 5. Отчёт «Шаблон расписания»
Заключение
Задача планирования расписания учебных занятий – это задача комбинаторного типа, характерной особенностью которой является большая размерность и наличие большого числа ограничений сложной формы. Фактически, в настоящее время не существует универсальных методов решения таких задач. Прямое применение математической (классической) теории расписания к задаче составления учебных занятий не представляется возможным. Тем не менее есть ряд эвристических и переборных методов, которые вполне поддаются программированию.
Результатом данной работы является разработанная сосредоточенная система поддержки принятия решения составления расписания занятий. Одним из результатов работы системы является вывод сообщения об ошибке при введении занятий на одно и то же время проведения и помещение – нарушение «жестких» ограничений, вывод в отчете занятости по помещениям. Конечным результатом работы системы является оптимизированное расписаниев в виде отчетов 1С для преподавателей, клиентов, по занятости залов.