Разработка модели интерактивной системы составления расписания в вузе с использованием пользовательского опыта (на примере Казанского национального исследовательского технологического университета)
Development of a model of an interactive scheduling system at a university using user experience (for example, Kazan National Research Technological University)
Авторы
Аннотация
Выбор рационального и эффективного алгоритма для составления расписания в вузе является важнейшей задачей, которая напрямую влияет на эффективность полученных результатов. Для крупных вузов, даже после выполнения компьютерной оптимизации с помощью метаэврестических алгоритмов, могут возникать коллизии в аудиторном фонде, преподавателях и других важных факторах составления расписаний. В связи с этим предлагается решение с помощью распределения служб между сотрудниками кафедр, факультетов и диспетчеров для достижения оптимального результата, используя интерактивную и диалоговую связь, тем самым достигая снижения коллизий и улучшения бизнес-процессов вуза.
В данной статье разработана модель интерактивной системы составления расписания, спроектирована модель базы данных и графическое представление её работы.
Ключевые слова
интерактивная система составления расписания, вуз, составление расписания, бизнес-процессы, модель, база данных, проектирование, университетское планирование, пользовательский опыт, пользовательский интерфейс, интерфейс, УП.
Финансирование
Работа выполнена в рамках мероприятия MMT-2020-02: I Международный конкурс научных статей молодых исследователей «Modern Management Technology – 2020» (Наука и образование on-line)
Рекомендуемая ссылка
Муртазина Гозел Юнусовна, Нургалиева Анжелика Алимовна. Разработка модели интерактивной системы составления расписания в вузе с использованием пользовательского опыта (на примере Казанского национального исследовательского технологического университета) // Современные технологии управления. ISSN 2226-9339. — №2 (92). Номер статьи: 9210. Дата публикации: 29.05.2020. Режим доступа: https://sovman.ru/article/9210/
Authors
Abstract
Choosing a rational and effective algorithm for scheduling at a University is a major task that directly affects the effectiveness of the results obtained. For large universities, even after performing computer optimization using metaheuristic algorithms, there may be conflicts in the classroom Fund, teachers, and other important factors in scheduling. In this regard, we propose a solution using the distribution of services between employees of departments, faculties and dispatchers to achieve optimal results, using interactive and dialog communication, thereby achieving the reduction of conflicts and improving the business processes of the University.
In this article, we developed a model of an interactive scheduling system, designed a database model and a graphical representation of its operation.
Keywords
interactive system, University, scheduling, business processes, model, database, design, university scheduling, user experience, user interface, interface, UI.
Project finance
This work was carried out as part of the event MMT-2020-02: I International Competition of Scientific Articles by Young Researchers “Modern Management Technology - 2020” (Science and Education on-line)
Suggested citation
Murtazina Gozel Yunusovna, Nurgaliyeva Anzhelika Alimovna. Development of a model of an interactive scheduling system at a university using user experience (for example, Kazan National Research Technological University) // Modern Management Technology. ISSN 2226-9339. — №2 (92). Art. # 9210. Date issued: 29.05.2020. Available at: https://sovman.ru/article/9210/
Введение
Рационально составленное расписания является ключевым фактором успеха в нашей жизни, как в работе, в быту, так и в образовательной сфере деятельности. Расписание — это такой вид календаря, который не может всегда оставаться статичным на весь запланированный длительный период времени. В действительности же, оно, всячески, динамически изменяется с течением обстоятельств и времени. Соответственно, возникает задача о пост-изменениях в составлении расписания. Если с трансформацией одного личного расписания мы справляемся вполне легко, то производить правки в расписание, занимающее большие объёмы данных, требует довольно много времени и ресурсов. Одним из таких направлений является университетское планирование (УП). УП всегда является актуальной проблемой, поскольку, до сих пор не выявлена единая стандартизация и алгоритмизация оптимизации при возникновении конфликтов столкновения и ограничений. На сегодняшнее время имеется немалое количество системных приложений и программ, выполняющих автоматизацию составления расписания, имеющие ряд недостатков по последующим корректировкам, диалог-ориентированным интерфейсам, и стоимости. При работе с ними, требуется огромное количество времени на внедрение из-за необходимой установки программ, вдобавок они имеют не привычный к работе или не интуитивный интерфейс. Также по сей день не имеется ясной схемы наглядного представления распределения всех параметров расписания, что приводит к затруднению быстрой корректировки диспетчерами для достижения эффективных результатов, и речь идёт не о математической оптимизации, применяемой в ограничениях при генерации расписания, а о динамической оптимальности, которая может варьироваться с течением обстоятельств для участников на период составления УП. Более того, ключевой проблемой является загруженность диспетчеров и сложность обмена обратной связи с преподавателями для осуществления поправок и внесения изменений в расписание.
Для решения поставленных задач, мы предлагаем смоделировать веб-систему с использованием максимально возможного пользовательского опыта на основе анализа существующих программных продуктов и приложений.
Анализ существующих реализаций решения задачи УП
В результате исследования существующих методов и подходов к составлению расписания было выявлено об экономической нецелесообразности применения полностью автоматизированных систем составления расписания в вузах из-за трудоёмкости учёта всех требований и пожеланий, и эффективным решением является применение системы диалогового процесса составления расписания на основе системного подхода и являющегося частью корпоративной управленческой информационной системы[1,591; 3,16].
Моделирование пользовательского интерфейса
Диалог-ориентированные системы и программные продукты имеют 2 стороны одной медали. Первое – это то, что разрабатывается в ядре продукта, т.е. реализация алгоритмов для получения окончательных оптимальных решений. По отношению к данной проблеме используются различные методы целочисленного программирования, имитационное моделирование, а также другие известные эвристические алгоритмы, в том числе основанные на генетических алгоритмах [1,590]. Второе – то, что видит пользователь на экране монитора, т.е. диалоговое окно программного продукта (системы). То, как видит пользователь систему, с которой он работает, насколько она ориентирована на пользователя. В сфере нэт, это то, что называется “Front-end” (в пер. с англ. «Графический интерфейс»), а второе называют “Back-end” в переводе «Двигатель», «Внутренний движок». Мы рассматриваем данную проблему и её реализацию с двух сторон, как с внешней, так и внутренней. Внутреннюю реализацию алгоритма составления расписания мы исследовали в своей предыдущей статье [2, 112-116] с использованием композиционного генетического алгоритма с применением параллельных вычислений методом островков[2, 115], описывая задачу составления расписания как теоретико-множественную модель введением нескольких множеств, общее построение которой имеет вид:
означает, что проводится дисциплина 
для обучающейся группы 
преподавателем 
в аудитории 
в 
интервале времени[2, 112]. А внешняя реализация системы, способ которого веб-ориентированный, предлагается в данной статье.
Предлагаемая нами интерактивная веб-система составления расписания имеет 5 уровней доступа:
- Студент
- Преподаватель
- Сотрудник кафедры
- Другой сотрудник
- Диспетчер
Для каждого уровня доступа имеется соответствующий интерфейс и вход в систему.
Рисунок 1. – Интерфейс входа в систему
На начальном этапе осуществляется доступ в имеющую корпоративную систему вуза, а именно в систему авторизации для получения информации о студентах и сотрудниках вуза, чтобы не позволить вход в систему и регистрацию для посторонних лиц. Только после проверки наличия студентов и сотрудников в базе университета, будет возможна авторизация пользователя в данной системе (рис.2).
Рисунок 2. – Интерфейс ввода инициалов
В интерфейсе предлагается ввод инициалов, после которых происходит проверка на существование данных инициалов в базе. Если инициалы будут совпадать с несколькими пользователями, можно выбрать из нескольких предложенных вариантов, относящихся к нему. Также можно предоставить возможность проверку вводом номера студенческого билета. После ввода данных и проверки переходит на диалоговое окно подтверждения данных, непосредственно относящиеся к нему (рис.3).
Рисунок 3. – Интерфейс подтверждения данных
В данном диалоговом окне выводится окно подтверждения инициалов студента о состоянии в базе университета, и спрашивается о желании начать регистрацию в данной системе. Необходимость регистрации в данной системе отдельно от корпоративной заключается в том, чтобы получать уведомления об изменениях в расписании на указанные телефон номер или электронную почту. В этом заключается практическая реализация эффективности осведомления всех участников о последних изменениях расписания. Для этого поставили ярлыки для ввода галок, чтобы осуществить возможность получения уведомлений. Интерфейс регистрации можно увидеть на рис.4.
Рисунок 4. – Интерфейс регистрации
Соответствующая регистрация осуществляется для преподавателей, сотрудников кафедр и других сотрудников вуза, т.е. интерфейс авторизации в систему одинаков для всех. Однако интерфейсы для разных уровней доступа после входа в систему будут отличаться. Студент, осуществивший вход в систему, имеет следующий интерфейс (рис.5).
Рисунок 5. – Интерфейс отображения расписания для студентов
На интерфейсе отображена информация о расписании для студента по дням и неделям соответственно. Каждый тип занятия (лекция, практическое, лабораторное) дисциплины, которую ведёт определенный преподаватель распределен по времени, прикрепленной к нему аудитории в соответствующий день недели. Данные о пользователе находится в следующей вкладке после «Расписания», «Профиль», интерфейс которого отображен на рисунке 6.
Рисунок 6. – Интерфейс профиля студента
В профиле пользователя, в данном случае студента, изображена импортированная информация с корпоративной системы вуза и учетные данные при регистрации в данной системе, которые можно изменить (логин, пароль, электронная почта и номер телефона), а также получение уведомлений.
Интерфейс отображения расписания для преподавателя будет отличаться тем, что ему предоставляется возможность выхода в чат с диспетчером и запрос на изменение или перемещение занятий на предпочтительное свободное время или аудиторию, которые желает внести преподаватель (рис7.).
Рисунок 7. – Интерфейс отображения расписания для преподавателя
Интерфейс отображения расписания для преподавателя аналогичен интерфейсу студентов за исключением двух кнопок и одной колонки таблицы о преподавателях, заменяющаяся на данные о группах, в которых проводит занятия авторизованный преподаватель. В нижней части веб-системы отображена кнопка «Написать диспетчеру» после нажатия которой появляется диалоговое окно чат в онлайн режиме с диспетчером. А в верхней части системы изображены две кнопки «Изменить». Первое состояние кнопки «неактивное» по умолчанию при входе в систему после авторизации, а второе при выборе соответствующей строки для изменения, после нажатия которой, выходит на экран модальное окно с запросом на изменение (рис. 8).
Рисунок 8. – Интерфейс запроса на внесение изменений
Модальное окно внесения изменений включает в себя название выбранной дисциплины, тип занятия, группу. Затем предлагается выбрать день недели и учебный корпус, после которых отображается график свободных аудиторий на соответствующее время занятий, где красный выделены занятые аудитории, а белым – свободные. Выбранная аудитория отображается в строке над графиком. Предлагается выбрать любую из аудиторий выбранного корпуса, относящиеся к лекционным, поскольку тип занятия у нас «лекция». Если выбрана дисциплина с другим типом занятия (практическое, лабораторное), то будут отображены аудитории для проведения практических занятий соответственно.
Для сотрудников кафедры и деканатов, отображение таблицы расписания будет иметь следующий вид (рис.9).
Рисунок 9. – Интерфейс расписания для сотрудников
Интерфейс расписания сотрудников кафедр и деканатов отличается тем, что здесь предлагается выбрать факультет, специальность и группу для отображения расписания как для студентов соответствующей группы, или выбрать кафедру и преподавателя, относящегося к данной кафедре, чтобы подсмотреть расписание отдельного преподавателя.
Поскольку во многих российских вузах, в том числе Казанском национальном исследовательском технологическом университете, информацию о преподавателях и дисциплинах, которые они преподают и желаемые предпочитаемые для них (аудитории, время проведения занятий, состояние преподавателя о его здоровье, возрасте и других индивидуальных примечаний) предоставляет диспетчерам кафедра в виде бумажного отчёта, то мы предлагаем данный функционал внести в веб-систему, чтобы позволить сотрудникам кафедры вносить эти данные связавшись напрямую с диспетчером, тем самым распределяя ресурсы бизнес-процессов, облегчается работа сотрудников кафедр и снимается нагрузка с диспетчеров. Данный функционал отображен в разделе сайта «Ограничения» на (рис.10). Таким образом повышается эффективность работы корпоратива, и улучшаются бизнес-процессы вуза.
Рисунок 10. – Интерфейсы предпочтений и ограничений
Выбрав соответствующего преподавателя кафедры, можно посмотреть его предпочтения и ограничения или добавить их нажатием кнопки «Добавить ограничения», после которого появляется модальное окно, изображенное справа на рисунке 10. Здесь предлагается выбрать для преподавателя предпочитаемую смену (первая, вторая, вечерняя), дни недели для преподавания. А также дополнительную информацию о состоянии преподавателя можно внести в соответствующем окне текстом, либо выбрать из предлагаемых. При выборе предложенных ограничений и предпочтений, во внутреннем ядре применяется соответствующий метод при генерации расписания. После нажатия на кнопку «Запрос ограничения», отправляется запрос диспетчеру о внесении изменений в ограничения соответствующего преподавателя.
Диспетчерская часть реализации метода является самым насыщенным со стороны серверной части, и частично аналогичным интерфейсу преподавателя и сотрудника кафедры с внешней. После генерации автоматического расписания с использованием композиционного генетического алгоритма указанного в прежней работе[2], диспетчеру предоставляется возможность внесения изменений на основе предпочтений и пожеланий полученных от кафедр и преподавателей, и устранить возникшие коллизии, которые не были устранены с помощью алгоритмической реализации (рис.11).
Рисунок 11. – Интерфейс диспетчера изменения расписания
Для внесения поправок в расписание после генерации предоставляется возможность быстрого изменения выбрав из доступных вариантов, что указано на рисунке 11 стрелкой вниз, при нажатии которой можно выбрать из списка предложенных вариантов, которые доступны для данного преподавателя в данное время соответствующим элементом расписания. Также доступно расширенное изменение расписания преподавателей (рис.12).
Рисунок 12. – Модальное окно расширенного изменения расписания
Для внесения поправок в расписание в расширенном формате, предоставляется доступ к изменению техникой перемещения (drag & drop) занятий по аудиториям, что позволяет очень эффективно и быстро распределять занятия. А также чтобы выяснить причину постановки занятий в определенное время и аудиторию при генерации, предлагается возможность посмотреть подробную информацию о занятии в аудитории (рис. 13).
Рисунок 13. – Модальное окно информации о занятии в аудитории
На модальном окне отображается информация о количестве студентов и вместимости аудитории, если программа генерации из-за возникновения конфликтов поставит занятие из небольшого числа студентов в аудиторию большой размерности, то диспетчеру предоставляется возможность ручного перемещения занятия в соответствующую аудиторию. Ниже отображается информация о причине занесения преподавателя в данное занятие и данную аудиторию, т.е. та информация, которая получается от кафедр для преподавателей соответственно.
Внедрение и реализация модели пользовательского интерфейса
Данная модель реализуется на базе Казанского национального исследовательского технологического университета на платформе Django c использованием языка Python 3.8 в выпускной квалификационной работе, в дальнейшем планируется внедрить в корпоративную систему вуза с использованием базы данных Postgresql 11.8 (рис.14).
Рисунок 14. – База данных составления расписания
Вывод
Предлагаемый нами метод реализации составления расписания позволяет получить полноценную систему с применением автоматизации и внесением ручного изменения в виде диалогового интерфейса для преподавателей и диспетчеров распределением ресурсов на соответствующие службы. Таким образом, внедрение данной модели с использованием пользовательского опыта обеспечивая привычность работы, интуитивность интерфейсов для человеческого понимания, пост-изменения расписания диспетчерами и преподавателями, учитывая желаемые предпочтения, благодаря наглядному и ясному представлению модели, а также достижение экономической целесообразности и эффективности бизнес-процессов университета.
Читайте также
Библиографический список
- Ткачев Д.В., Лаушкин А.Ф., Саяпин А.В. Анализ существующих подходов к автоматизации составления расписания учебных занятий в образовательных учреждениях // Сибирский журнал науки и технологий «Решетневские чтения»- 2011- с.590-591 — ISSN 2587-6066.
- Муртазина Г.Ю., Нургалиева А.А. Распараллеливание композиционного генетического алгоритма для составления расписания в вузе // WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS, сборник статей XXXVIII Международной научно-практической конференции: в 2ч., Издательство: «Наука и Просвещение» (ИП Гуляев Г.Ю.) (Пенза) – 2019. – с. 111-116 — ISBN 9785001592044
- Галаванова Ю.И. Обзор современных методов автоматизации составления расписания в организациях общего образования // Научный журнал «Достижения науки и образования», издательство ООО «Олимп» — 2018. – с.15 – ISBN 2413-2071, 2542-0828
References
- Tkachev D.V., Laushkin A.F., Sayapin A.V. Analysis of existing approaches to the automation of scheduling training sessions in educational institutions [Tkachev D.V., Laushkin A.F., Sayapin A.V. Analiz sushchestvuyushchikh podkhodov k avtomatizatsii sostavleniya raspisaniya uchebnykh zanyatiy v obrazovatel’nykh uchrezhdeniyakh] // Siberian Journal of Science and Technology “Reshetnev Readings” – 2011- p.590-591 – ISSN 2587-6066.
- Murtazina G.YU., Nurgaliyeva A.A. Parallelization of compositional genetic algorithm for scheduling in a university [Rasparallelivaniye kompozitsionnogo geneticheskogo algoritma dlya sostavleniya raspisaniya v vuze] // WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS, collection of articles of the XXXVIII International Scientific and Practical Conference: in 2 hours, Publisher: “Science and Education” (IE Gulyaev G.Yu.) (Penza) – 2019.- p. 111-116 – ISBN 9785001592044
- Galavanova YU.I. Overview of modern automation methods for scheduling in general education organizations [Obzor sovremennykh metodov avtomatizatsii sostavleniya raspisaniya v organizatsiyakh obshchego obrazovaniya] // Scientific journal “Achievements of science and education”, publishing house “Olympus” – 2018. – p.15 – ISBN 2413-2071, 2542-0828
