Составление расписания занятий в вузе на основе гибридного интеллекта

емых ими функций и взаимодействия между ними в основных режимах работы системы. В докторской диссертации (см.: Бухаров М.Н. Управление человеко-машинными комплексами на основе гибридного интеллекта : дис. … д-ра техн. наук. – М., 2012. – 356 с. – URL: автор использует это понятие для определения архитектуры систем гибридного интеллекта на основе процессов.

СГИ на основе процессов создается как иерархическая многоуровневая система. В качестве основы на первом уровне используются библиотеки готовых программ, реализующие исполнительную среду для работы системы. На втором уровне система управления человеко-машинным комплексом представляется состояниями процессов, аккумулирующими логику работы комплекса, на третьем – совокупностью взаимодействующих процессов, а на четвертом – функциональными подсистемами, реализующими стратегию и тактику управления человеко-машинным комплексом. Основной режим работы СГИ – это управление деятельностью. В этом режиме функциональные подсистемы (сотрудники и их автоматизированные рабочие места (АРМы)) передают информацию о состоянии деятельности в процессы; процессы в зависимости от поступившей информации выдают те или иные команды в АРМы; АРМы при необходимости транслируют эти команды сотрудникам; сотрудники выполняют команды и передают ответы через АРМы в процессы; процессы в зависимости от ответов, поступивших от АРМов, выдают в АРМы новые команды и т.д.

Структура системы гибридного интеллекта S имеет четыре уровня:

S = < S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ >, (1) где S ₁ – библиотеки готовых программ, реализующие исполнительную среду для работы системы; S ₂ – состояния процессов, аккумулирующих логику работы системы; S ₃ – совокупность взаимодействующих процессов; S ₄ – функциональные подсистемы, реализующие стратегию и тактику управления.

Обозначим библиотеки готовых программ, реализующие исполнительную среду для работы системы гибридного интеллекта, S ₁ = { d _i } , где d _i – i -я библиотека готовых программ; состояния процессов, аккумулирующих логику работы системы гибридного интеллекта, S ₂ = { τ _{i , j} } , где τ _{i , j} – состояние i процесса j ; совокупность взаимодействующих процессов, S ₃ = { p _{n , m} } , где p _{n , m} – процесс m функциональной подсистемы n ; функциональные подсистемы, S ₄ = { s _i } , где s _i – функциональная подсистема i .

Рис. 1. Функциональная подсистема системы гибридного интеллекта Примечание : ПСФ _{k i} – функциональная подсистема i в ПСФ _{n k} ;

ПСУi ,– подсистема управления в ПСФk i;      , pi j – процесс j в ПСУi;                 , mi – сообщение i;

f ⁱ _{m j} – функциональный модуль j в ПСФ _{i m}

Функциональная подсистема в общем случае имеет сложную иерархическую структуру (см. рис. 1). На k -м уровне i- я функциональная подсистема s _{k i} включает подсистему управления, состоящую из нескольких процессов { p _{i j} }, нескол ^, ьких функциональных подсистем { s _{i , j} } и нескольких функциональных моду ^, лей { f _{i , j} }:

s k , i = <{ p i , j }, { s i , j }, { f i , j }>,                                            (2)

где p _{i , j} – j -й процесс i -й функциональной подсистемы; s _{i , j} – j -я функциональная подсистема в составе i -й функциональной подсистемы; f _{i j} – j -й функциональный модуль i -й функциональной подсистемы.                    ^,

Функциональная подсистема может быть автоматизированным рабочим местом участника деятельности. В этом случае сам участник деятельности (сотрудник или контрагент) также является частью функциональной подсистемы (одним из ее функциональных модулей).

Подсистема управления реализует протокол взаимодействия функциональных подсистем одного уровня с помощью множества процессов. Процессы обмениваются сообщениями с функциональными подсистемами через внутренний интерфейс.

Подсистема управления получает задания от внешней функциональной подсистемы и отправляет ответы через внешний интерфейс. Регламенты этого вертикального взаимодействия функциональных подсистем реализуются процессами подсистем управления смежных по вертикали уровней.

Таким образом, более детально, на уровне k , каждая i -я функциональная подсистема s _{k , i} представляется как кортеж из подсистемы управления (множество процессов { p _{i , j} } ), нескольких функциональных подсистем следующего нижнего уровня { s _{i , j} } , внут ^p реннего { m _ij } и внешнего { m _ij } интерфейсов, множества функциональных мо , j ₁                                                      , j ₂

дулей { f _{i , j f} } :

s k , i = <  ^{ P j ^} ,^{ s i , js ^} ,^{ m i, j i ^} ,^{ m. j ^} ,^{ f^_lJf ^} >  .                             ⁽³⁾

Внутренний интерфейс {m _i,j } подсистемы s _k,i является в то же время внешним интерфейсом для функциональн ¹ ых подсистем следующего нижнего уровня {s _{i, j} } и т . д .                                                                                                                                   ^{, s}

Для облегчения создания систем гибридного интеллекта нами разработан специ альный инструментальный комплекс и его компоненты [5–8].

Деятельность по составлению расписания. В работе с расписанием непосредственно участвуют все заинтересованные в составлении и использовании расписания подразделения: деканаты, заведующие кафедрами, преподаватели, учебный отдел, лаборатория обслуживания компьютерных классов, лаборатория поддержки лекционных занятий. Для того чтобы принять участие в деятельности по составлению и использованию расписания, необходимо зарегистрироваться в портале РОС (URL: [7]. При регистрации Администратор Деятельности «Составление расписания» выделяет ресурсы для Рабочего кабинета и формирует для пользователя код доступа и пароль. Для входа в свой Рабочий кабинет пользователю необходимо в пункте основного меню ВХОД портала РОС ввести код доступа, например u0077771, и пароль, например MyPsw177. Откроется страница приветствия «ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В РОС!». Это Рабочий кабинет пользователя РОС. Здесь в пункте основного меню ДЕЯТЕЛЬНОСТИ перечислены в таблице все деятельности, в которых пользователь принимает участие, в данном случае – это работа в подсистеме «Составление расписания» системы управления вузом (см. рис. 2).

Здесь пользователь может просмотреть описания деятельностей , в которых он принимает участие . Участие в Деятельности – это выполнение пользователем выда ваемых ему Заданий и подготовка и размещение им ответов и результатов выполне ния Заданий . Задания и Результаты их выполнения размещаются в Файловой системе Рабочего кабинета пользователя . Перейти к выполнению Заданий можно со страницы

РАЗДЕЛЫ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ РОС

Контахтч'

Все деятельности, в которых вы принимаете участие, показаны а таблице.

Составление расписания

Рис. 2. Рабочий кабинет пользователя

Показать Показать

помоги проекту

Карта сайта новости

«ДЕЯТЕЛЬНОСТИ РОС», перейдя по ссылке «Задания/Показать». Откроется страница «РАБОТА В ПОДСИСТЕМЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИЕЙ», на которой описана структура Файловой системы для данной деятельности.

С этой страницы по ссылке «здесь» можно перейти к работе с файлами. К Файловой системе пользователь может также перейти, выбрав пункт Основного меню Рабочего кабинета «ФАЙЛЫ».

В Файловой системе пользователь может скачать интересующий его файл, загрузить новый файл, удалить уже не нужный файл (см. рис. 3). Продвинутый пользователь может по описанию Деятельности вручную скачивать нужные файлы, преобразовывать их и загружать в Файловую систему. Для более комфортной работы пользователю необходимо загрузить файл arm.zip с Автоматизированным рабочим местом (АРМ), распаковать его на компьютере, подключенном к сети Интернет, запустить на исполнение командный файл arm.bat и приступить к работе в диалоге, как показано на рис. 4. В АРМе все операции выполняются пользователем в полуавтоматическом режиме.

УПРАВЛЕНИЕ ФАЙЛАМИ

Загубить файл Завершить работу с файла ми

Текущий каталог: f/e42

Имя                             Размер

..                                                    ( D1R )

Вауио™ и предложен^27648

Работа с расписанием(DIR)

Расписание (1 сем.)                      ( D1R )

Расписание (2 сем.)                    ( D1R )

Шаблоны(DIR)

• □    Сменить каталог: ||

• □    Создать каталог: ||

Выполнить! |

Рис. 3. Работа с файлами

Всех пользователей Подсистемы управления расписанием условно можно разделить на следующие группы.

• 1.    Поставщики информации.

• 2.    Преобразователи информации.

• 3.    Потребители информации.

Пользователи первой группы имеют доступ для скачивания только файлов шаблонов. По этим шаблонам они готовят исходную информацию для составления расписания и загружают в Файловую систему в своем Рабочем кабинете (см. рис. 3) следующие файлы.

• 1.    Список аудиторий и их параметров.

• 2.    Список дисциплин и их закрепления за преподавателями.

• 3.    Параметры учебных семестров.

• 4.    Список учебных групп и их параметров и др.

Рис. 4. Составление расписания в АРМе

Пользователи второй группы имеют доступ к Программе составления расписания. С помощью этой программы они могут составлять, изменять и распечатывать расписания.

• 1.    Для сайта вуза.

• 2.    Для преподавателей.

• 3.    Для электронного табло с расписанием на неделю и др.

Пользователи третьей группы имеют доступ только для чтения распечатанных расписаний.

Права пользователей в портале РОС регулируются Администратором соответствующей Деятельности, в данном случае Администратором Деятельности «Составление расписания».

Программа составления расписания . Разработка и изменение расписания выполняются в подсистеме «Составление расписания» (см. рис. 5) системы управления вузом. Основным программным модулем этой подсистемы является программа планирования расписания (см. рис. 6).

В программе планирования расписания используется понятие «Точка планирования». Точка планирования – это кортеж вида:

< g , dp , tz , dt , a , z >,                                      (4)

где g – учебная группа, dp – дисциплина, tz – тип учебного занятия, dt – время проведения учебного занятия, a – учебная аудитория, z – отметка о состоянии точки планирования (запланирована, не запланирована).

ВЕСТНИК РОСНОУ. Серия «Сложные системы …»

Рис. 5. Основной диалог подсистемы составления расписания

Составление расписания выполняется в следующих основных режимах (см. рис. 6).

• 1.    Запланировать.

• 2.    Снять.

• 3.    Перенести.

• 4.    Поменять.

В режимах «Запланировать» и «Снять» необходимо задать одну точку планирования и нажать на одноименную кнопку. Отличие этих режимов в том, что программа в режиме «Запланировать» позволяет выбирать точку планирования только из множества еще незапланированных точек, а в режиме «Снять» – только из множества уже запланированных точек (см. формулу (4), z – отметка о состоянии точки планирования (запланирована, не запланирована)).

Рис. 6. Диалог планирования расписания

В режимах «Перенести» и «Поменять» необходимо задать две точки планирования и нажать на одноименную кнопку. Отличие этих режимов в том, что программа:

• 1)    в режиме «Перенести» позволяет выбирать первую точку планирования только из множества уже запланированных точек, а вторую – только из еще не запланированных точек;

• 2)    в режиме «Поменять» позволяет выбирать обе точки планирования только из множества уже запланированных точек.

Выбор параметров точек планирования выполняется в соответствующих диалогах.

Рис. 7. Диалог выбора учебной группы

Например, при выборе учебной группы, как показано на рис. 7, необходимо сначала отобрать либо первую учебную группу из числа уже запланированных или еще не запланированных (в зависимости от текущего режима работы программы), либо все группы, включив/выключив флажок «Все» и нажав на кнопку «Показать», затем выбрать среди отобранных групп нужную группу в выпадающем списке «Группа» и нажать на кнопку «Выбрать».

Примеры расписания занятий . Рассмотрим примеры расписания учебных занятий в университете.

На рис. 8 приведено расписание учебных занятий на первый семестр для преподавателя, составленное в рассматриваемой в данной статье подсистеме «Составление расписания» системы управления университетом. В этом расписании запланированы лекции и семинары, но еще не запланированы консультации перед экзаменом, зачеты

Рис. 8. Расписание учебных занятий для преподавателя

ВЕСТНИК РОСНОУ. Серия «Сложные системы …»

и экзамены. Эти виды учебных занятий обычно планируются за 20 дней перед сессией. После окончания планирования сессии преподаватели получат в своих Рабочих кабинетах в портале РОС (URL: [7] обновленные расписания. Преподаватели могут непосредственно участвовать в составлении и коррекции расписания. Для этого Администратор Деятельности «Составление расписания» должен установить им соответствующие возможности по работе в подсистеме «Составление расписания» системы управления вузом.

На сайте университета размещаются учебные расписания на текущий семестр по учебным группам. На рис. 9 приведен фрагмент такого расписания на второй семестр для одной из групп студентов университета.

Рис. 9. Фрагмент расписания учебных занятий для одной из групп студентов университета

На специальном электронном табло размещается учебное расписание на текущую неделю. На рис. 10 приведен фрагмент расписания на первую неделю сентября 2018 года. В первой строке расписания указываются даты начала и окончания учебной недели, во второй строке – номера учебных аудиторий. В правом столбце указывается время проведения учебных занятий. В ячейках на пересечении строки с временем проведения занятия и столбца с номером аудитории указываются: номер учебной группы, краткое название дисциплины, фамилия преподавателя.

Рис. 10. Фрагмент расписания учебных занятий на неделю

Лаборатория обслуживания компьютерных классов и лаборатория поддержки лекционных занятий могут непосредственно участвовать в составлении и коррекции расписания на следующую учебную неделю. Обычно этим подразделениям Администратор Деятельности «Составление расписания» устанавливает возможность менять только учебные аудитории для проведения занятий в случае неисправности компьютеров и другого оборудования (видеопроекторы, звуковые колонки и др.).

Все расписания в рассмотренных примерах получены путем печати подготовленного расписания в подсистеме «Составление расписания» (см. рис. 5) системы управления университетом. Форма представления расписания определяется выбранным при печати расписания шаблоном.

Заключение

Практическое создание систем гибридного интеллекта [9–11] показывает, что это реальный подход к автоматизации различных видов деятельности. Исчерпывающую информацию о теории систем гибридного интеллекта [1–4], инструментальном программном комплексе и его компонентах [5–8] и их практическом применении [9–11] можно найти на официальных сайтах:

– ассоциации независимых консультантов в области наукоемких технологий «Интеллект Инвест Центр»;

– научно-исследовательской группы «Оберон»;

– портала дистанционного обучения «Независимый центр знаний».