Разработка программного обеспечения для подсистемы автоматизированного составления расписания

В результате анализа существующих методов и подходов составления расписания можно сделать вывод об экономической целесообразности применения полностью автоматизированных систем составления расписаний в средних и крупных вузах при построении точных математических моделей. Наиболее эффективным решением задачи является применение системы диалогового процесса составления расписания, построенного с использованием системного подхода и являющегося частью корпоративной управленческой информационной системы. Этот подход обеспечит хранение всей необходимой и актуальной информации для составления расписания, а окончательное решение будет принимать сотрудник отдела по составлению расписаний.

2 Постановка задачи  и выбор средства разработки

2.1 Требования к разрабатываемой  системе

Одной из целей преследуемых при проведении автоматизации ВУЗа является создание единой информационной системы. Наличие единого центра хранения информации (базы данных) с целью минимизировать функции отдельных пользователей – не менее важная задача при создании автоматизированных систем. В связи с наличием в высших учебных заведениях единой базы данных, одним из главных требований к разрабатываемой системе является возможность интеграции в данную базу, для использования хранящейся в ней информации о студентах, кафедрах и учебных планах.

В приложении A представлена структура программного продукта.

Краткое описание назначений основных объектов:

«База данных» - объект, содержащий информацию о специальностях, группах, преподавателях, учебных планах, дополнительную справочную информацию. 
«Пользовательский интерфейс» - объект, обеспечивающий высокую информативность выводимой на экран информации, организующий удобство ее вывода и обработки пользователем автоматизированной системы.

Также одним из требований, предъявляемых к разрабатываемой системе, является создание и настройка удобного пользовательского интерфейса, обеспечивающего легкое восприятие и обработку информации, а также минимизирующего пользовательские операции.

Разрабатываемая система  при расчете нагрузки и штатной численности кафедр университетов учитывает принятые нормы времени в вузах Республики Беларусь.

Отчетные формы предоставляют администратором подробную информацию:

• нагрузки специальностей и кафедр за год;
• нормативном количестве штатных единиц по кафедрам за определенный промежуток времени;
• Таким образом, методами достижения поставленных задач можно считать:
• создание единой базы данных автоматизированной системы высшего учебного заведения;
• создание и настройка пользовательского интерфейса;
• генерация отчетных форм.

2.2 Выбор средства разработки  и системы управления базами  данных

Выбор системы управления базами данных является одним из важных этапов при разработке автоматизированной системы расписания занятий. Выбранный  программный продукт должен удовлетворять как текущим, так и будущим потребностям учебного заведения, при этом следует учитывать затраты разработку и настройку необходимого программного обеспечения, а также обучение персонала.

Наиболее правильный подход при выборе СУБД основан на оценке того, в какой мере существующие системы удовлетворяют основным требованиям создаваемого проекта информационной системы.

Существует несколько критериев выбора системы управления базами данных:

• моделирование данных;
• особенности архитектуры и функциональные возможности;
• контроль работы системы;
• особенности разработки приложений;
• производительность;
• надежность;
• требования к рабочей среде;
• смешанные критерии.

При рассмотрении критерия моделирования данных обычно обращают внимание на используемую модель данных. Существует множество моделей, самые распространенные из них - иерархическая, сетевая, реляционная, объектно-реляционная и объектная. Вопрос об использовании той или иной модели должен решаться на начальном этапе проектирования информационной системы. Важным критерием является средства поиска, поддерживаемые типы данных, заложенные в систему, а также наличие и возможность расширение типов.

Критерий, определяющий особенности архитектуры и функциональные особенности, предполагает оценку:

• мобильности системы, ее независимость от среды, в которой она работает;
• масштабируемости, возможности соответствовать росту информационной системы;
• распределенности, возможности управления распределенными базами данных;
• сетевых возможностей, возможностей использования системами широкого диапазона сетевых протоколов и служб для работы и администрирования.

Критерий контроля работы подразумевает контроль использования  памяти компьютера, когда система  может управлять использованием, как оперативной памяти, так и  дискового пространства, что может выражаться, например, в сжатии баз данных, или удалении избыточных файлов. Многие современные системы включают в себя возможности самоконфигурирования, как правило, опирающиеся на результаты работы сервисов самодиагностики производительности. Данная возможность позволяет выявить слабые места конфигурации системы и автоматически настроить ее на максимальную производительность.

Многие производители  СУБД выпускают также средства разработки приложений для своих систем. Как  правило, эти средства позволяют наилучшим образом реализовать все возможности сервера, поэтому при анализе СУБД стоит рассмотреть также и возможности средств разработки приложений. Некоторые системы имеют средства автоматического проектирования, как баз данных, так и прикладных программ.

Поддержка большого количества национальных языков и возможности  разработки web-интерфейса расширяют  область применения системы и  приложений, построенных на ее основе, а наличие широкого спектра используемых языков программирования повышает доступность  системы для разработчиков и существенно влияет на быстродействие и функциональность создаваемых приложений.

Для тестирования производительности применяются различные средства, и существует множество тестовых рейтингов. Одним из самых популярных и объективных является TPC-анализ производительности систем. Показатель TPC – это отношение количества запросов обрабатываемых за некий промежуток времени к стоимости всей системы.

Наличие возможности  обеспечения параллельной обработки  данных в СУБД играет не менее важную роль при выборе системы. Можно выделить два подхода: распараллеливание обработки последовательности запросов на несколько процессоров, либо использование нескольких компьютеров-клиентов, работающих с одной БД, которые объединяют в так называемый параллельный сервер.

Желательно, чтобы выбранная  система позволяла производить  оптимизацию запросов.

Критерий надежности системы включает возможность:

• восстановления системы после сбоев;
• резервного копирования;
• отката изменений;
• наличие многоуровневой системы защиты.

Немаловажно определить и требования к рабочей среде  такие как:

• поддерживаемые аппаратные платформы;
• минимальные требования к оборудованию;
• максимальный размер адресуемой памяти;
• операционные системы, под управлением которых способна работать СУБД.

К смешанным критериям можно отнести:

• качество и полноту документации;
• локализованность, возможность использования национальных языков;
• модель формирования стоимости производителем СУБД;
• стабильность производителя;
• распространенность СУБД.

Четкий и глубокий сравнительный анализ на основании вышеперечисленных критериев в любом случае поможет рационально выбрать подходящую систему для конкретного проекта, и затраченные усилия не будут напрасными. Перечень критериев поможет осознать масштабность задачи и выполнить ее адекватную постановку.

В качестве системы управления базами данных в автоматизированной системе расписания занятий используется наиболее популярная СУБД MySQL. Кроме  того, проект, разработанный при  помощи  фреймворка CMS Drupal 7, позволяет создавать и разворачивать на веб-сервере установочный профиль и использовать базы данных PostgreSQL и SQLite.

MySQL — свободная система управления базами данных. Разработку и поддержку MySQL осуществляет корпорация Oracle, имеющая на данный момент права на торговую марку. Продукт распространяется как под GNU General Public License, так и под собственной коммерческой лицензией. Помимо этого разработчики создают функциональность по заказу лицензионных пользователей, именно благодаря такому заказу почти в самых ранних версиях появился механизм репликации.

MySQL является решением  для малых и средних приложений. Входит в состав серверов WAMP, AppServ, LAMP и в портативные сборки серверов  Денвер, XAMPP. Обычно MySQL используется  в качестве сервера, к которому  обращаются локальные или удалённые клиенты, однако в дистрибутив входит библиотека внутреннего сервера, позволяющая включать MySQL в автономные программы.

Гибкость СУБД MySQL обеспечивается поддержкой большого количества типов  таблиц: пользователи могут выбрать  как таблицы типа MyISAM, поддерживающие полнотекстовый поиск, так и таблицы InnoDB, поддерживающие транзакции на уровне отдельных записей. Более того, СУБД MySQL поставляется со специальным типом таблиц EXAMPLE, демонстрирующим принципы создания новых типов таблиц. Благодаря открытой архитектуре и GPL-лицензированию, в СУБД MySQL постоянно появляются новые типы таблиц.

MySQL является наиболее  приспособленной для применения  в среде веб системой управления  базами данных. При этом она  стала незыблемым стандартом  в области СУБД для веб, в которой развиваются возможности для использования ее в любых критичных бизнес-приложениях, что создает конкуренцию на равных с СУБД таких производителей, как Oracle, IBM, Microsoft и Sybase.

Основные преимущества MySQL:

- многопоточность, поддержка нескольких одновременных запросов; 
- оптимизация связей с присоединением многих данных за один проход; 
- записи фиксированной и переменной длины; 
- ODBC драйвер; 
- гибкая система привилегий и паролей; 
- гибкая поддержка форматов чисел, строк переменной длины и меток времени; 
- интерфейс с языками C и Perl, PHP; 
- быстрая работа, масштабируемость; 
- совместимость с ANSI SQL; 
- бесплатна в большинстве случаев; 
- хорошая поддержка со стороны провайдеров услуг хостинга; 
быстрая поддержка транзакций через механизм InnoDB.

Руководствуясь тем, что  одним из главных требований при  создании автоматизированной системы  расписания занятий является интеграция в единое информационное пространство, а также единую базу данных ВУЗа, и в связи выявленными преимуществами распространённой СУБД, было принято решение об использовании в основе разрабатываемой системы СУБД MySQL.

3 Разработка и реализация  автоматизированной системы расписания  занятий учебного заведения

3.1 Структура проекта  и базы данных MySQL

Общая схема структуры базы данных CMS Drupal 7, включая подсистемы хранения страниц (нод), блоков, иерархии, таксономии, меню, пользовательских прав и ролей пользователей приведена в приложении Б.

Мы рассмотрим основные типовые структуры, включающие данные учебных планов специальностей, кафедр и профессорско-преподавательского состава, а также подсистему хранения различной справочной информации.

Таксономия (Taxonomy)

Таксономия — это  встроенный классификатор добавляемых  в Drupal 7 материалов. Таксономия позволяет  создавать термины и подтермины, которые входят в словари. Таксономия применяется для создания структуры сайта, для классификации добавляемых материалов по разделам/категориям/типам. Пользователи с соответствующими правами могут добавлять словари и термины на странице таксономии. Страницы со списками терминов предоставляют возможности по настройке каждого термина и их упорядочивания. Термины могут вкладываться друг в друга представляя собой иерархию из подтерминов. Каждый словарь имеет набор необходимых полей.

В рамках автоматизированной системы используется 3 типа словарей: вид занятий, преподаватель, факультет.

В состав словаря «вид занятий» входит термины:

- лабораторное занятие 
- лекция 
- полевая практика 
- практическое занятие 
- производственная практика 
- семинар

В состав словаря «Преподаватель» входят термины с профессорско-преподавательском составом. Каждый термин содержит следующие поля:

- Ф.И.О. преподавателя 
- Резюме 
- Должность 
- E-mail 
- Телефон 
- Факультет 
- Кафедра

Словарь «Факультет»  включает весь перечень специальностей и подчиняющимся им учебным группам.

Нода (Node)

Нода является структурной  единицей материала (контента) в Drupal 7. Стандартные типы материалов, такие  как заметка (story), запись блога (blogs), страница (page) являются нодами. Для создания учебных занятий мы разработали собственный тип нод с названием «Расписание занятий». Основные типы полей и их назначение продемонстрированы в таблице 1.