Автоматизована інформаційна система управління закладом вищої освіти "Електронний університет"

Mykola M. Kosiyuk

PhD of Technical Sciences, Associate Professor at the Department of Mechanical Engineering Technology Khmelnytskyi National University, Khmelnytskyi, Ukraine

Kostiantyn E. Bilovskyi

PhD in Economics, Associate Professor at the Department of Automated Systems and Modeling in Economy Khmelnytskyi National University, Khmelnytskyi, Ukraine

Viktor M. Lysak

PhD in Economics, Senior Lecturer, Department of International Economics Relations

Senior Engineer, Software Development Department

Khmelnytskyi National University, Khmelnytskyi, Ukraine

The article deals with the development and implementation of information systems for managing the activities of a higher education institution under the conditions of digital transformation. In recent years, in the conditions of increased competition, an important feature of the field of higher education is a systematic approach to the automation of management of all processes that take place in it. Digitalization of these processes is one of the most effective tools.

The purpose of the study is to generalize 20 years of experience in forming the «Electronic University» information system of the Khmelnytskyi National University to determine recommendations for integrated information systems for computer support of administrative and educational activities of higher education institutions. Issues of rational organization of university management and the educational process using modern information technologies were discussed. The main business processes and the functional structure of the information system, the main tasks that the information system solves, the adopted architectural decisions, the principles of building an effective database structure, development tools, generating reports, programming languages, etc. are considered. There is a justified need and the possibility of storing data that reflects the history of all changes. This provides the possibility of obtaining a slice of data or the state of an information object at any moment by means of calculations in the database. It makes it possible to get any statistics for any interval or at any time. On the basis of the automated system for organizing the educational process «Electronic University» an automated approach to the formation of working curricula of a higher education institution is proposed, taking into account the implementation of students' free choice of some disciplines. Ensuring the reliability of the functioning of the information system is an extremely urgent issue. Instead of expensive hardware cluster solutions, a combination of replication and load balancing is proposed. Thi s allows you to significantly increase the productivity of the entire information system and its efficiency, ensuring constant round-the-clock user access with only two servers. Many years of experience in building the IT infrastructure of the university, methodical and technological developments are described, as well as appropriate recommendations are provided. Innovative management of the educational process contributes to the optimization of the educational process and high-quality training of specialists at Khmelnytskyi National University.

Keywords: information computer technologies; information system; digitization; software; university management.

Основна частина

Постановка проблеми. Наприкінці ХХ століття в результаті науково-технічного прогресу суспільство ввійшло в інформаційну стадію свого розвитку, яка характеризується домінуванням інформації та знань у функціонуванні й розвитку різних сфер суспільного життя. Це, насамперед, пов'язано з високою динамікою процесів наскрізної цифрової трансформації ключових сфер діяльності людини, зокрема й освіти. Світові тенденції розвитку як освіти, так і управління освітніми закладами спрямовані на цифровізацію процесів. Це означає, що всі процеси навчання, наукових досліджень, господарської роботи, управління та інших видів діяльності повністю мають інтегруватися в цифрове середовище. Основними причинами виникнення інформаційного суспільства стали три взаємопов'язані процеси. По-перше, лавиноподібне зростання обсягів нової інформації. По-друге, її активне використання в різних сферах діяльності. По-третє, створення на базі широкого впровадження комп'ютерів і телекомунікацій сучасної інформаційно-комунікаційної інфраструктури, глобальної мережі Інтернет. Окрім того, за сучасних умов інформація набула ще двох принципово нових і цікавих для дослідження характеристик: стала товаром, набуваючи його основних рис і властивостей, а також стає новим видом інформаційного продукту - знаннями.

Розбудова інформаційного суспільства в Україні є одним із стратегічних завдань розвитку нашої країни на найближчий період. Від її реалізації багато в чому залежить стан економіки, рівень і якість життя населення країни, національна безпека і місце у світовій спільноті. Підготовка фахівців, що відповідають сучасним вимогам ринку праці, передбачає постійне вдосконалення освітнього процесу і навчальних планів. У цих умовах заклади вищої освіти (ЗВО) зіштовхуються з важкою проблемою налагодження ефективного управління процесом навчання, яке б враховувало всі вимоги сьогодення. На ринку освітніх послуг сьогодні склалася парадоксальна ситуація: будучи осередком інтелектуальних ресурсів країни, система освіти

залишається найменш автоматизованою галуззю. А без сучасних інформаційних і телекомунікаційних технологій обійтися неможливо. Цифровізація освітнього процесу та системи університетського менеджменту є основними факторами, які дозволяють не лише підвищити ефективність управління за рахунок автоматизації різних сфер діяльності ЗВО, а й підвищити його суспільну значимість, як центру генерації і поширення нових знань та інформації, забезпечити його конкурентоспроможність та якість підготовки фахівців. Комплексна інформатизація (цифровізація) дає змогу точніше розподіляти матеріальні та фінансові ресурси, використовувати різноманітні стимули для розвитку освітньої сфери в тих напрямках, які найбільш актуальні на даному відрізку часу [1]. Без цифрової трансформації ЗВО неспроможний організувати якісний освітній процес та дистанційну роботу своїх підрозділів, зокрема за умов сьогоднішніх реалій (пандемія COVID-19, воєнна агресія з боку РФ), що негативно впливає на студентів, викладачів, співробітників. Зарубіжні вчені також дотримуються думки щодо переходу до нових принципів освітнього процесу в умовах цифровізації [2]. Разом з тим, створення єдиної системи управління ЗВО на основі інформаційних технологій є надзвичайно складною проблемою, яка вимагає вирішення багатьох організаційних і технологічних завдань.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У вітчизняному й зарубіжному науково-педагогічному дискурсі є багато досліджень, присвячених: застосуванню інформаційних технологій в управлінні освітнім закладом (А. Андрощук, В. Афанасьєв, А. Білощицький, Л. Гайдук, В. Грига, О. Дубач, О. Косенко, Л. Забродська, В. Кремень, Б. Одягайло, П. Орлов, О. Співаковський, Ю. Триус, Л. Фішман, О. Шпак та ін.);

забезпеченню інформатизації вищої освіти (М. Андрос, В. Биков, М. Головань, Р. Гуревич, Л. Зайнутдінова, І. Захарова, С. Касьян, Л. Кондратова, О. Мілаш, Л. Петренко, Є. Полат, І. Роберт, В. Супрун, М. Шишкін та ін.); розкриттю організаційних аспектів впровадження в процес управління та навчальний процес нових інформаційних технологій (С. Бондарева, В. Биков, Т. Габай, В. Годін, М. Жалдак, Н. Іващенко, О. Ільїн, Л. Калініна, Г. Китайгородська, Ю. Машбіц, М. Перфілова, В. Сідак та ін.); розгляду питань оцінки і моніторингу якості освіти (Б. Вульфсон, Г. Келс, Г. Мотова, В. Наводнов, О. Ляшенко та ін.); проєктуванню і використанню освітніх середовищ (О. Глазунова, С. Литвинова, В. Осадчий, Л. Панченко, М. Шишкіна та ін.).

Аналіз зарубіжного досвіду і публікацій свідчить, що розвитку інформатизації в європейських та інших закордонних ЗВО приділяється значна увага. У напрямі впровадження інформаційно-комп'ютерних технологій (ІКТ) у галузі освіти працюють практично всі світові лідери ІТ-індустрії. Однак найбільш поширені інформаційно - аналітичні системи (ІАС) управління ЗВО є комерційними продуктами, переважно лише з англомовним інтерфейсом, вимагають чималих витрат на придбання ліцензованого програмного забезпечення і, як правило, не враховують специфіку вітчизняних ЗВО. Університети та коледжі багатьох країн світу також знаходяться в постійному пошуку засобів автоматизації рутинних процесів освітньої діяльності. Такі пошуки в основному орієнтовані на вибір систем управління освітнім процесом, систем управління електронним документообігом та засобів інтеграції різного роду сервісів у єдину систему підтримки освітньої діяльності. У роботі [3] розглядаються проблеми, які виникають при створенні і впровадженні автоматизованої інформаційної системи управління якістю у ЗВО. Автори роботи [4] розглядають п'ять загальних припущень, які перешкоджають цифровій трансформації ЗВО. Авторами у роботі [5] проведено узагальнення досліджень нових технологій та їх вплив на створення цифрового кампусу, розглянуті можливі перешкоди та шляхи успішного використання цифровізації. У дослідженні [6] автори розглядають проблеми у вищій освіті, роблять висновок, що цифрова трансформація вищої освіти, особливо після COVID-19, є неминучою. Автори [7] стверджують, що цифрова трансформація не є чужою для вищих навчальних закладів, а проблема лише в тому, як правильно її здійснювати. У досліджені [8] розглядається ключовий аспект цифрової трансформації вищої освіти - створення цифрового навчального простору. Відзначається суттєвий прогрес у розробленні стратегій інформатизації та управління ІТ-інфраструктурою в університетах, звертається увага на використання ІТ-стратегій на основі системного підходу в умовах цифрової трансформації.

На думку М. Топузова [9], модернізація вітчизняної системи освіти з урахуванням вимог оновленої відповідно до сучасних вимог суспільства парадигми управління освітою має відбутися за умови впровадження управлінських інформаційних систем (УІС) (ManagementInformationSystem - MIS), спеціалізованих комп'ютерних систем управління навчанням (LMS-системи - LearningManagementSystems), систем управління навчальним контентом (LCMS-системи - LearningContentManagementSystems) тощо.

Автори роботи [10] запропонували системотехнічну концепцію цифровізації ЗВО. Концепція інтегрує системний, процесний і проєктний підхід до відображення об'єктів і процесів діяльності ЗВО в єдиному цифровому просторі. Це дозволить його використати для автоматизованого вирішення функціональних завдань в освітньому, науковому, господарському та управлінському процесах ЗВО.

У статті М. Мокрієва [11] розглядаються питання організації інформаційно - освітнього середовища ЗВО шляхом інтеграції різних програмних компонент. Також робиться акцент на використанні елементів відкритого програмного забезпечення та інтеграції з популярними хмарними сервісами.

Дослідження [12] присвячене проблемам розробки і впровадження інформаційних систем (ІС) підтримки освітньої діяльності ЗВО в умовах цифрової трансформації. У роботі запропоновано модель наповнення бази даних системи інформацією для формування вихідної документації про освітню діяльність студентів, зокрема додатків до диплому європейського зразка. Також змодельовані і спроєктовані бізнес-процеси, що відбуваються в освітньому середовищі університету.

Як зазначено у [13], стан професійної підготовки здобувачів вищої освіти потребує вдосконалення цифрового освітнього середовища, спрямованого на професійну підготовку майбутніх фахівців. Авторами представлені технології, що використовувалися під час розробки ІС професійної підготовки здобувачів вищої освіти, описано процес проєктування архітектури, інтерфейсу веб-системи, розроблено прототипи основних сторінок системи.

У роботі [14] визначаються та описуються організаційно - технічні проєктні рішення щодо створення та використання веборієнтованої інформаційно-аналітичної системи автоматичного документообігу супроводу навчальних і методичних дисциплін у ЗВО.

У дисертаційному дослідженні В. Гриценка [15] з позицій системного підходу здійснено теоретичне узагальнення і практичне розв'язання наукової проблеми обґрунтування теоретико-методичних засад проєктування та впровадження інформаційно-аналітичної системи управління університетом. Узагальнено, систематизовано та розкрито характеристики, яким має відповідати інформаційно-аналітична система управління університетом як складова інформаційного освітньо-наукового середовища ЗВО.

Заклади вищої освіти України користуються у своїй роботі як ІС, що є на ринку, так і власними розробками. Проведений В. Гужвою в [16] аналіз наявних ІС управління ЗВО в Україні свідчить про те, що створення таких систем йде шляхом автоматизації окремих напрямів діяльності університетів. На вітчизняному ІТ-ринку існує значна кількість розробок стосовно застосування ІКТ в управлінні ЗВО, які відрізняються масштабами впровадження, специфікою і спрямованістю розроблених алгоритмів, повнотою та спектром представлених методів та засобів для автоматизації освітнього процесу. Серед найбільш поширених з них варто виділити наступні:

1) АСУ «Вищий навчальний заклад» - розробник Науково-дослідний інститут прикладних інформаційних технологій [https://vuz.osvita.net/wp - content/uploads/2021/09/ASU_VNZ.pdf];

2) АСУ «Університет» - розробник ТОВ «UNITEX+» [https://www.unitex.com.ua/products/commercial-software/automated-system-for - higher-education-institution/];

3) пакет комп'ютерних систем 1111 «Політек-софт» [http://www.politek - soft.kiev.ua/index.php? do=products] тощо.

Аналіз свідчить, що якісні показники та зручність експлуатації таких систем управління в різних ЗВО не однаковий і залежать від досвіду розробників та поставлених перед ними технічних вимог. До негативних особливостей використання таких систем належать:

1) надмірна комерціалізація - внесення навіть незначних змін стає значною технічною проблемою;

2) надлишковість функціоналу - багато функціональних модулів системи не використовуються університетом повною мірою, водночас певні специфічні потреби ЗВО не можуть бути реалізовані за допомогою наявних модулів;

3) орієнтованість на досвідченого користувача - для отримання кінцевого продукту (наприклад, звітного документа), потрібно виконати додаткові налаштування параметрів, з якими певний користувач може бути не ознайомлений.

Якщо автоматизована система управління (АСУ) розробляється безпосередньо в університеті, то всіх вище перелічених недоліків можна уникнути ще на стадії її розробки, тим самим повністю врахувавши специфіку конкретного ЗВО. Саме таким шляхом пішли фахівці Хмельницького національного університету.

Хмельницький національний університет брав активну участь у проєкті INURE (530181-TEMPUS-2012-DE-SMGR «IntegratedUniversityManagementSystem: EUExperienceonNIScountries' ground») європейської програми TEMPUS. Результати виконання проєкту опубліковані в монографії [17]. Вона присвячена проблемі побудови систем комп'ютерної підтримки університетського менеджменту та узагальнює досвід кількох груп розробників з європейських країн: Німеччини, Польщі, Білорусі, України, Молдови, Грузії. Розглядаються питання проєктування інтегральної інформаційної системи управління університетом, що забезпечує автоматизацію основних процесів управління навчальним процесом, персоналом, науковими дослідженнями, узагальнюється досвід розроблення, впровадження та супроводу таких систем. У межах цього ж проєкту фахівцями університету відпрацьовані також нові інноваційні технології зі створення інформаційного кластеру і придбано сучасну комп'ютерну техніку, яка безкоштовно передана на баланс університету.

Метою дослідження є узагальнення досвіду формування автоматизованої інформаційної системи «Електронний університет» (АІС ЕУ) Хмельницького національного університету, визначення рекомендацій до інтегрованих інформаційних систем комп'ютерної підтримки управлінської та освітньої діяльності ЗВО.

Автоматизована інформаційна система «Електронний університет», яка забезпечує успішний та сталий розвиток Хмельницького національного університету розробляється, впроваджується і вдосконалюється фахівцями університету [18], [19]. Наш досвід свідчить, що при правильному початковому плануванні структури ІС вона може поступово розвиватися, розширювати свої можливості за допомогою нових модулів та набувати нового функціоналу без кардинального перепланування та перероблення основної базової логіки функціонування системи.

Такий підхід не дає швидкого результату, однак і впровадження великих «готових» ІС, що часто супроводжується частковою або глибокою адаптацією модулів системи до конкретних потреб ЗВО, може затягнутися на роки, а невідповідність структури такої системи мінливим бізнес-процесам після декількох років впровадження і значні витрати можуть взагалі призвести до відмови від використання такої ІС. Тому відхід від універсального типу ІС та розробка власних функціональних модулів на практиці може дати навіть значніший і швидший результат, а конкретні модулі без будь-якої адаптації працюватимуть у строгій відповідності до вимог замовника. Адаптація модулів у ЗВО також може виконуватись силами власних розробників.

Як свідчить наш досвід, розробка ІС - це процес постійного розвитку. Одразу після реалізації нових модулів завжди з'являються додаткові вимоги, які стосуються доробки інших наявних модулів для розширення їх функціоналу або розробки додаткових функцій для вирішення завдань різних підрозділів університету.

Тому велике значення має вибір інструментів/мов розробки. Основна вимога - це відкритість. Для забезпечення тривалого «часу життя» системи, варто думати «наперед» і передбачити застосування нових технологій, які наразі не використовуються, або навіть ще не розроблені. Для цього в ІС мають існувати стандартизовані інтерфейси для обміну даними, щоб забезпечити можливість інтеграції існуючих напрацювань з новими. Прив'язка до закритих комерційних рішень у перспективі часто обертається проблемами. А з урахуванням обмеженості бюджету ЗВО найбільш відповідними є OpenSourceрішення. Також слід враховувати, що використання відкритих стандартів полегшує пошук розробників із відповідною кваліфікацією, що важливо при тривалому розвитку проєкту.

АІС ЕУ почала проєктуватися з 1999 року, коли більшість розробників використовували нативні додатки з бінарним кодом. Фахівці університету виходили з вимог роботи користувачів з різними операційними системами в розподіленій мережі як усередині університету, так і за його межами. Оновлення версій модулів мало відбуватися часто й оперативно. Тому нами було ухвалено рішення проєктувати систему за клієнт-серверною технологією з використанням вебінтерфейсів. Цей підхід повністю виправдав себе не тільки тоді, але й показав перспективність на багато років вперед, коли бурхливий розвиток вебтехнологій забезпечив можливість побудови додатків будь-якого рівня складності як для персональних комп'ютерів, так і для планшетів або смартфонів.

Головною перевагою використання вебтехнологій є можливість централізованої розробки та підтримки системи за можливості доступу до неї користувачів з будь-якого місця як всередині університету, так і з дому або в дорозі. Водночас зберігається можливість обмеження доступу до критичної інформації тільки з конкретних пристроїв/підмереж при авторизації як за допомогою пароля, так і сертифікатів безпеки (найчастіше такі вимоги висувають для доступу до фінансової інформації).

Деякі особливості роботи користувачів з конфіденційною інформацією через вебінтерфейси поставили відповідні вимоги до засобів безпеки. Так, наприклад, з'єднання між клієнтом і сервером повинно бути зашифрованим, авторизацію користувачів повинна забезпечувати пара логін-пароль, окремі ключові елементи, що передаються вебінтерфейсами, повинні мати цифровий підпис, sql-запити до бази даних повинні обов'язково використовувати параметризацію.

У якості основної мови програмування для серверної сторони було обраноPHPза його простоту та зручність використання. На користь цього вибору вплинув той факт, що він використовувався для створення більшої частини сайтів в Інтернеті. А це, своєю чергою, визначало величезну кількість розробників, які використовують PHP, а також інструменти, фреймворки, документацію та підтримку. Хоча багато корпоративних систем розробляються з використанням Javaтехнологій, практичний досвід розробки сайтів з їх застосуванням, а також взаємодія з готовими рішеннями показує, що, як правило, процес розробки з використанням Javaнабагато більш ресурсномісткий, ніж PHP, а відпрацьовані та протестовані версії на Javaпрацюють відчутно повільніше, ніж PHP. Ми не стверджуємо, що Java-проєкти обов'язково повільніші за PHP, але Javaє більш універсальною і комплексною платформою, що вимагає високої кваліфікації для ефективного використання. Застосування PHPдля розробки вебдодатків навіть менш кваліфікованим розробникам дозволяє розробляти досить високопродуктивні сайти. Тобто за наявності в команді кваліфікованих Java-розробників Java - відмінний вибір, а PHPдозволить отримати практично ті ж результати, і водночас вимоги до розробників можуть бути нижчими, а знайти таких розробників набагато легше.

Оскільки на момент початку розробки АІС ЕУ більшості популярних сучасних фреймворків просто не існувало, нами було розроблено власний фреймворк на основі застосування шаблонів. Це дозволяє швидко та компактно описувати стандартизований вебінтерфейс, побудований на «каскадних» таблицях, що часто повторюють структуру БД. Це дозволило суттєво скоротити час на розробку.

Спочатку клієнтський інтерфейс системи був побудований за допомогою стандартного HTMLз мінімальним використанням JavaScript. Такий підхід висуває мінімальні вимоги до клієнтських комп'ютерів, що особливо актуально для університетів, де апаратне забезпечення, як правило, не часто оновлюється і цілком можна зустріти досить старі комп'ютери з невисокою продуктивністю.

На сьогодні склалася ситуація, коли навіть продуктивності застарілих комп'ютерів 5-7-річної давності цілком вистачає для виконання додатків, повністю побудованих на базі AJAX, і дають клієнтському додатку (у браузері) істотно більші можливості, які можна порівняти з нативними додатками. Тому нові проєкти/модулі доцільно створювати саме на основі цієї технології та її похідних (ProgressiveAppтощо). Що, втім, не відкидає паралельне використання модулів, побудованих за «старими» технологіями.

У цьому випадку роль клієнтського додатка зводиться до роботи з даними, і практично відпадає необхідність формування інтерфейсу на стороні сервера. При виборі сучасного PHPфреймворку можна рекомендувати Symphonyта Laravel. Вибір між ними залежить від обраної ролі PHPу формуванні інтерфейсу. Якщо в основному це - забезпечення швидкого та ефективного RESTінтерфейсу для забезпечення взаємодії з RichClient, то оптимальним вибором буде Symphony, якщо, крім цього, планується активне формування різних форм введення даних засобами PHP - тоді Laravel. Для формування зручного та ефективного інтерфейсу на стороні клієнта на сьогодні існує велика кількість різних фреймворків. Серед найбільш широко використовуваних можна назвати Angularта React.

Як уже зазначалось, однією з основних вимог до всіх інструментів, які використовуються при розробці ІС для ЗВО, має бути простота та ефективність, щоб невеликий колектив розробників з мінімальними зусиллями міг створювати якісний та зручний продукт у короткий термін. Відмінною особливістю АІС ЕУ, як і більшості корпоративних систем, є інтенсивна робота з базою даних, що використовує таблиці або ієрархічні структури. За такої умови кількість записів може обчислюватися сотнями тисяч і більше, а отже, ці компоненти повинні за необхідності підтримувати буферизацію, нескінченний скролінг, фільтрацію та сортування як на стороні клієнта, так і на стороні сервера. Так само має значення наявність великої кількості різноманітних компонентів, що забезпечують зручне введення даних як у вигляді форм, так і всередині таблиць для різних типів даних та за допомогою валідації. Тобто всі ці компоненти повинні підтримувати інтеграцію та взаємодію між собою «з коробки». Зокрема вони повинні бути в єдиному стилі. Хоча ці вимоги можуть здатися незначними, на практиці інтеграція розрізнених компонентів як за даними, взаємодією, так і за стилями може виявитись нетривіальним завданням, що забирає більше зусиль, ніж виконання безпосередньої роботи зі створення функціонуючого модуля або конкретної форми/таблиці.

На жаль, більшість сучасних фреймворків концентруються на ядрі та простих базових компонентах, намагаючись максимально використати можливості сучасного HTML, що спочатку не призначався для роботи з «великими даними». Існує велика кількість додаткових компонентів, що реалізують складну роботу з таблицями, деревами та ін., кожен з яких проєктується різними розробниками для різних завдань. Насправді забезпечити їх інтеграцію буває досить складно. Мало того, використання різних сторонніх бібліотек, що розширюють базові можливості фреймворку, може призводити до істотного розростання програми, внаслідок чого різко збільшується час завантаження та вимоги до комп'ютера клієнта.

Тому для створення АІС ЕУ ми вибрали фреймворк ExtJs, що базується на JavaScriptі призначений для розробки корпоративних систем. Цей фреймворк є комерційним, проте регулярно надаються безкоштовні версії під ліцензією GPL. Спільнота розробників уже перевищує 2 млн. Головними перевагами даного фреймворку є повнота та інтеграція з підтримкою високорівневих компонентів для роботи з «великими даними». Крім цього фреймворк містить інструменти розробки і компіляції productionверсій. Тобто вибір цього фреймворка істотно знижує необхідність у пошуку та вивченні додаткових компонентів та інструментів для складання та компіляції - вони вже є в ньому та інтегровані між собою. Також «з коробки» підтримуються десятки різних тем, зокрема висококонтрастні для людей зі слабким зором, нічні та інші. Проте важливо навіть не підтримка великої кількості тем, а те, що всі компоненти підтримують єдину систему стилів, так що змінюючи централізовано базові стилі ми легко можемо адаптувати зовнішній вигляд нашого додатку під вимоги замовника, не витрачаючи час на припасування стилів розрізнених компонентів. Фреймворк продовжує активно розвиватися та підтримує практично всі версії сучасних браузерів.

Центральним компонентом будь-якої ІС є база даних. Від правильного вибору СУБД може залежати успіх реалізації проєкту. Проте за останні 15 років більшість популярних СУБД додали підтримку практично всіх функцій, необхідних для створення високопродуктивної корпоративної ІС (транзакції, підтримка цілісності посилань, процедури, що зберігаються, зокрема на Java, висока продуктивність на складних багаторівневих запитах від багатьох таблиць та ін.). Усі СУБД мають розвинені адміністративні засоби з підтримкою всіх основних платформ. Серед OpenSourceСУБД спочатку найбільш розвиненою СУБД була PostgreSql, але відсутність зручних інструментів під Windowsна довгий час зробила її «ексклюзивним» продуктом для «професіоналів». FirebirdSql (спочатку Interbase) хоч і не володів, як PostgreSql, об'єктними можливостями і розширеним набором вбудованих функцій, спочатку підтримував всі основні функції реляційної СУБД, а також володів високорозвиненим інструментом адміністрування. Однак спочатку це була комерційна СУБД, що обмежувало кількість користувачів. Найбільш масовою та відомою виявилась MySql, яка тривалий час не підтримувала високорівневі функції СУБД, мала низьку продуктивність на складних запитах, але була крос-платформною, мала великий набір зручних інструментів та вражаючу продуктивність при виконанні простих запитів на простих незв'язаних структурах даних.

На сьогодні за основним функціоналом, різними інструментами та продуктивністю всі названі СУБД загалом співставні. На основі PostgreSqlта MySqlможна побудувати повноцінний кластер з балансуванням навантаження. FirebirdSqlне підтримує створення кластера з балансуванням навантаження (планується в найближчому релізі). З огляду на це для запуску нового проєкту найкращим варіантом може бути PostgreSql, але якщо ви маєте фахівців MySqlабо FirebirdSql, можна сміливо вибирати ці СУБД.

Незважаючи на те, що ІС мають скорочувати обсяги друкованих документів, такі документи досі повністю ігнорувати не можна. Існує ціла низка форм документів, обов'язкових для зовнішньої звітності або які вимагають підпису для підтвердження справжності. У такому разі ІС може скоротити кількість друкованих версій шляхом попереднього узгодження та затвердження в електронному вигляді, друкуючи лише фінальну версію. Під час використання вебінтерфейсу виникає питання організації друку документів. В АІС ЕУ для цього використовується підхід, що вже став поширеним, коли документ для друку формується у вигляді файлу на сервері і відправляється клієнту, де вже друкується за допомогою локально встановлених програм. Для того, щоб спростити цей процес, більшість документів формуються у форматі PDF, оскільки підтримка цього формату є практично на кожному комп'ютері, а сам формат забезпечує однаковий результат друку в різних оточеннях.

Хоча PDF-файл можна досить просто сформувати засобами PHP, ми вважаємо за доцільне використовувати спеціальні інструменти для дизайну та генерації звітів. Одним з найбільш прийнятних для цього є JasperReports, який є набором Javaбібліотек для формування звітів на основі шаблонів у форматі XML. Одним з факторів, що визначають вибір JasperReports, є розвинений дизайнер звітів JasperSoftStudio. Оскільки генератор і дизайнер написані на Java, вони повністю платформно незалежні програмні продукти. Ми можемо формувати та розробляти звіти під Windows, а генерувати їх на сервері Linux. Комплект поставкиJasperReportsмає велику кількість прикладів додатків та звітів. Тож досить просто на їх основі створити програму, що забезпечує інтеграцію генератора звітів з інформаційною системою. Хоча JasperReportsне єдиний генератор звітів на ринку і не єдиний на Java, його перевагою перед іншими генераторами, як JBoss, є розвинена підтримка можливостей звітів для друку (розбиття на сторінки). Зокрема підтримка верхніх і нижніх колонтитулів, як для сторінок, так і для груп і колонок, різні варіанти розміщення групових підсумків залежно від підсумків інших груп і відстані до кінця сторінки та багато іншого. Великою перевагою використання Javaв основі генератора звітів є можливість використання Java-виразів всередині звіту та впровадження користувацьких Java-класів, що відкриває практично необмежені можливості при формуванні звіту навіть у найскладніших ситуаціях. Також підтримуються вкладені звіти, кростаблиці, субтаблиці та діаграми з можливістю передачі параметрів у підлеглі джерела даних (субзвіти, кростаблиці та ін.) та повернення обчислених значень в основний звіт. Як джерело даних може бути будь-яка СУБД через JDBC, і текстові файли, JSON, XML, XLS, XLSX, ODS. Існує також можливість створення власних провайдерів даних для доступу до будь-якого джерела даних. Хоча найбільший інтерес для нас має експорт звіту у форматі PDF, також підтримуються формати DOC, DOCX, XLS, XLSX, ODS, ODT, HTML. Зважаючи на це, можна сформувати досить складний звіт, доступний для подальшого редагування / заповнення.

Ми розпочинали проєкт АІС ЕУ з огляду на те, що необхідно швидко створити основні базові модулі, які дозволили б користувачам нашого університету негайно розпочати роботу з наповнення системи даними. Надалі до системи додаються додаткові модулі, що розширюють її можливості відповідно до прийнятих пріоритетів. Інформація в базі даних повинна відображати не лише поточний стан усіх інформаційних об'єктів, а й повну історію їх зміни. У цьому випадку за допомогою певних запитів ми можемо отримати / обчислити стан будь-якого об'єкта практично на будь-який час, що дуже актуально для роботи нашого університету.

Основа ІС - це управління діяльністю учасників освітнього процесу. Тому першими базовими модулями нашої системи стали «відділ кадрів» та «навчальний відділ».

Основа «відділу кадрів» - це персональні дані про людей (співробітників та студентів) та адміністративні накази, що відображають документи на будь-який момент змін становища людей у службовій чи навчальній структурі. Ми розробили систему наказів на прийом, звільнення та переміщення співробітників. Аналогічна система наказів була розроблена і для зарахування, відрахування та переведення студентів на відповідний курс чи спеціальність. Кожен електронний наказ - це запис у відповідній таблиці бази даних. Будь-який новий стан співробітника чи студента - також запис у субтаблиці відповідного наказу. Обов'язок співробітників відділу кадрів полягає у своєчасному формуванні електронних наказів на будь-які зміни у кадровій структурі співробітників та студентів. Будь-який інший модуль системи, який оперує списками співробітників чи студентів, звертається до модуля відділу кадрів та запитує відповідний список на необхідну дату. Система обчислює стан кожної людини зі списку з урахуванням електронних наказів. Наприклад, якщо проведено наказ на звільнення певного викладача чи відрахування студента із завтрашнього дня, то сьогодні ця людина ще буде у списку відповідної кафедри чи навчальної групи. Завтра система при обчисленні списку цієї кафедри чи навчальної групи видалить таку людину зі списку автоматично. Водночас про будь-якого співробітника чи студента можна отримати повні дані разом з історією його кадрових змін. Аналогічно можна отримати список співробітників або студентів на будь-яку дату. Наприклад, можна легко отримати список групи студентів, які випустились торік. Такий підхід дуже легко дозволив нам, наприклад, сформувати окремий модуль з усіх випускників університету.

Діяльність навчального відділу ґрунтується на навчальних планах. Ми розробили структуру електронних навчальних планів, які відповідають зразкам, затвердженим міністерством та керівництвом нашого університету. У базу даних вводяться навчальні плани кожної окремої спеціальності. Зміни та корекція планів на кожен навчальний рік фіксується у вигляді так званих робочих планів. На основі робочих планів щорічно у деканатах формуються індивідуальні навчальні плани для кожного студента. На основі індивідуальних планів студентів надалі може формуватися електронний розклад занять та сесійний контроль з кожної навчальної дисципліни.

Наступний за важливістю модуль, який міг використовувати дані відділу кадрів і навчального відділу, це модуль «деканат». Основу структури деканату склали електронні відомості для сесійного контролю (іспити, заліки, курсові проєкти) та індивідуальні плани студентів. Списки груп студентів деканат отримує з модуля відділу кадрів. Вони обчислюються з урахуванням наказів на дату, яку запросив деканат. Усі відомості формуються та пов'язуються з індивідуальними планами студентів. Після виставлення сесійних оцінок вони автоматично відображаються в індивідуальних планах кожного окремого студента. Для деканатів може бути сформована загальна таблиця результатів будь-якої сесії за групами чи спеціальностями студентів. У нашій системі електронні відомості фіксують будь-який факт здавання чи перездавання будь - якого виду контролю за навчальними дисциплінами. Тому система може обчислити стан результатів складання сесії для будь-якого студента на будь-який момент часу. Це дозволяє деканатам побачити та проаналізувати динаміку результатів будь - якої сесії. Ряд додаткових функцій було додано в модуль деканату в процесі подальшого розвитку АІС ЕУ (наприклад, списки боргів за результатами сесій, усереднені показники здачі сесій за групами або спеціальностями, формування даних для друку додатків до дипломів тощо).

Наступний модуль - це «кафедра». Він дозволив відповідальним співробітникам кафедри на основі навчальних планів здійснювати закріплення дисциплін за викладачами, а також контролювати результати складання сесій з усіх дисциплін кафедри. На основі цієї інформації в модуль навчального відділу була додана функція формування електронного розкладу занять.

Далі нами були розроблені модулі «викладач» та «студент». Для викладачів ми підключили можливість індивідуального заповнення електронних відомостей із закріплених дисциплін, сформованих деканатами. Також викладачі отримали можливість перегляду розкладу занять, списку дисциплін кафедри на будь-який семестр, який формувався методом сканування навчальних планів усіх спеціальностей за ознакою закріпленої кафедри. Надалі модуль викладача було суттєво розширено підсистемою рейтингової системи роботи викладачів, розробленого співробітниками нашого університету. Далі в модуль був доданий додаток, розроблений на основі фреймворку ExtJs, що дозволяє автоматизувати накопичення даних щоденної діяльності кожного викладача - «електронний журнал». Викладач періодично виставляє оцінки з усіх видів діяльності студентів на своїх навчальних заняттях відповідно до системи ваги кожного виду діяльності (наприклад, лабораторної роботи або семінарського заняття), прийнятої в нашому університеті. Підсумковий бал за дисципліну для кожного студента автоматично обчислюється в електронному журналі на основі формул, розроблених навчально-методичним відділом університету. Також до модуля викладача додано можливість формувати у базі даних робочу програму з кожної закріпленої за викладачем дисципліни. Вся інформація з електронних журналів або робочих програм доступна деканатам та студентам.

Модуль студента дозволяє кожному студенту, який авторизувався в системі, переглядати свої персональні дані, свій індивідуальний навчальний план, оцінки в електронному журналі для всіх занять, результати складання сесій, розклад занять. Надалі було додано функцію формування індивідуального навчального плану самим студентом шляхом вибору певних дисциплін з відповідних списків, які пропонують кафедри та деканати. Особливістю створеного модуля є автоматизований підхід до формування робочих навчальних планів з урахуванням реалізації вільного вибору студентами частини дисциплін. У студента є можливість обирати дисципліни із загального каталогу, з урахуванням кількості кредитів ECTS, рекомендованої у навчальному плані спеціальності для поточного семестру, а також повторне здійснення вибору за необхідності. Дане обмеження є важливим для обробки випадків, коли кількість студентів, що обирають дисципліну, є меншою за мінімально допустиму для формування групи.

У АІС ЕУ для організації процесу забезпечення вибору студентами вибіркових дисциплін (ВД) сформовано загальну псевдоспеціальність, для якої формується відповідний щорічний навчальний план, елементами якого є дисципліни каталогу вибіркових дисциплін (рис. 1).

Рис. 1. Навчальні плани загальної псевдоспеціальності «ВД» за кваліфікаційними рівнями та навчальними роками

Формування каталогу вибіркових дисциплін відбувається кафедрами університету. Після подання кафедрами пропозицій щодо вибіркових дисциплін, вони перевіряються та затверджуються заступниками деканів з навчальної роботи відповідних факультетів під контролем навчального відділу, що в результаті трансформує пропозиції ВД в елементи навчального плану псевдоспеціальності ВД. Елементи цього навчального плану формуються відповідальними на кафедрах особами (з відповідними ролями в АІС ЕУ). Додавання дисципліни відбувається через інтерфейс системи (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент інтерфейсу додавання нової ВД

Окрім основних параметрів дисципліни (кількість кредитів за шкалою ЄКТС, розподілом часового навантаження тощо) можна зазначити й такі, як «у якому семестрі вивчається», «кількість семестрів для вивчення», а також визначення «пререквізитних дисциплін» (дисципліни, попереднє вивчення яких вимагає дана), надання «рекомендацій для певних спеціальностей» тощо.

Каталог вибіркових дисциплін кафедри містить вичерпну інформацію про дисципліну: наявність анотації до неї, список студентів, які її обрали, параметри навчального потоку, запланованих викладачів, рекомендації для спеціальностей, а також статистику вибору її іншими студентами (рис. 3).

Рис. 3. Фрагмент списку ВД кафедри та засоби управління його елементами

інформаційний електронний університет автоматизований

З точки зору студента, інтерфейс вибору ВД має такий вигляд: студент може обирати дисципліни зі списку рекомендованих для його спеціальності, або із загального пулу вибіркових дисциплін, представлених кафедрами на поточний навчальний рік (рис. 4, а). Кожний крок студента під час здійснення такого вибору містить пояснювальну та статистичну інформацію, що дозволяє користувачу системи інтуїтивно виконувати необхідні дії.

Вибіркові дисципліни з розділу рекомендованих та загального списку містять широкий спектр характеристик дисципліни (назву, кафедру викладання, кількість кредитів та їх розподіл за видами робіт, список викладачів тощо), а також засоби формування опису дисципліни у вигляді pdf-файлу (засобами JasperReports) і швидкого перегляду анотації дисципліни (на базі ajax-запитів) (рис. 4, б).

Рис. 4. Фрагменти інтерфейсу користувача ролі «Студент» при виборі вибіркової дисципліни

Короткий опис дисциплін містить основні характеристики дисципліни та відображається у спливаючому псевдовікні, для оперативного перегляду студентом такої інформації (рис. 5).

Рис. 5. Фрагмент спливаючого псевдовікна з анотацією дисципліни

Студенти, здійснюючи свій вибір, заповнюють посеместровий кредитний стек, розмір якого визначається навчальним планом для кожної конкретної спеціальності на кожний навчальний рік. Оскільки, кожна ВД представлена персональним кредитним коефіцієнтом, то вибір дисциплін студентом вважається завершеним, якщо сума таких коефіцієнтів посеместрово дорівнює кредитним посеместровим стекам навчального плану студента.

Після завершення термінів здійснення процесу вибору, деканати факультетів аналізують розподіл студентів за дисциплінами, якщо кількість студентів достатня, то вибір студентів фіксується. Якщо студентів для формування потоку по дисципліні недостатньо - їх вибір скасовується і для цих студентів проводиться наступний етап вибору - уже без урахування таких дисциплін. Якщо ж і після цього неможливо сформувати відповідні потоки по дисциплінам, заступники деканів з навчальної роботи в межах свої факультетів мають змогу здійснити вибір для студентів. На завершення процедури вибору - затверджені дисципліни додаються до відповідних робочих планів та потрапляють до індивідуальних планів студентів.

Інструменти та засоби модуля «Вибіркові дисципліни» постійно вдосконалюються і зараз доступні в межах відповідних компетентностей у ІС для студентів, викладачів, кураторів груп, працівників деканатів, кафедр, інших підрозділів.

Надалі АІС ЕУ може розширюватись додатковими модулями, інтегруючи в такий спосіб діяльність нових структурних підрозділів та розширюючи їх функціонал. Для цього додається відповідна структура до бази даних (одна або кілька пов'язаних таблиць) та відповідний модуль для формування серверного та клієнтського інтерфейсу. Зазвичай до нас звертаються відповідні служби університету, які, наприклад, хочуть бачити та аналізувати відповідну діяльність у навчальному процесі. Природно, основою такої інформації є структури, розроблені для модулів відділу кадрів, навчального відділу, деканату та викладачів.

Після впровадження АІС управління ЗВО і завершення періоду адаптації користувачів надзвичайно актуальним питанням постає надійність функціонування системи та висока доступність користувачів до системи в режимі, як прийнято говорити, 24/7. Ми матимемо на увазі, що мережа функціонує надійно та її пропускна здатність забезпечує всі потреби ІС. Тому ми поговоримо про основні аспекти програмно-апаратної архітектури такої системи.

Досвід експлуатації АІС ЕУ показав, що при розміщенні основних компонентів ІС (вебсервер + сервер баз даних) на одиночному сервері існують проблеми, що не дозволяють забезпечити постійний цілодобовий доступ до системи:

1) оновлення операційної системи та окремих сервісів ІС, коли сервер доводиться перезавантажувати або тимчасово припиняти роботу сервісів ІС, що оновлюються. Цей момент не є великою проблемою, якщо адміністратори виконують оновлення в некритичний для роботи користувачів час;

2) будь-яка система іноді дає збої або після оновлення програмного забезпечення раптом виявляються проблеми, пов'язані зі зміненими параметрами оновлених компонентів. У цих випадках система може виявитись тимчасово недоступною, іноді (залежно від складності проблеми) навіть на тривалий період;

3) після старіння апаратних компонентів різко зростає ймовірність відмов у роботі системи. Особливо це стосується жорстких дисків. Водночас будь-яка операційна система може почати поводитися досить неадекватно і виявити тоді справжню причину проблеми, що виникла, буває досить непросто. Одного разу у нас на жорстких дисках з'явилися пошкодження. У результаті система продовжувала працювати, але швидкість роботи різко впала, завантаження процесорів без видимої причини збільшилось майже на 100%. Виявити проблему виявилось непросто;

4) для надійного функціонування апаратури необхідно періодично проводити профілактичні регламентні роботи. Для одиночного сервера це також означає переривання в роботі ІС;

5) елементарне перевищення навантаження сервера, коли один сервер просто не справляється з великою кількістю користувачів, що звертаються до нього одночасно або в дуже короткий проміжок часу.

Основний рецепт підвищення надійності ІС у подібних ситуаціях - це дублювання і резервування як апаратних, так і програмних компонент. Зазвичай для надійної роботи жорстких дисків просто необхідно в таких випадках використовувати RAID-масиви як мінімум 1-го рівня (дзеркалювання). При програмних збоях пошкоджений диск автоматично виходить із масиву і система надсилає адміністратору відповідне повідомлення. Тоді можна спокійно виконати відновлювальні роботи та знову ввести диск у RAID-масив. При повному виході диска з ладу перерва в роботі ІС також може бути невеликою (вимикання сервера та заміна пошкодженого диска на справний з наступним введенням його в RAID-масив).

Для дублювання інших програмно-апаратних компонентів системи на сьогодні можна знайти досить недорогі кластерні рішення. Для організації кластера потрібно мінімум два апаратні сервери і відповідне програмне забезпечення для управління кластером. Тоді два або кілька фізичних серверів видно користувачам як єдина система в плані запитів та отримання відповідної інформації.

Найпростіший кластер - це кластер високої доступності, коли всі основні сервіси обох серверів дублюють один одного, але активним є тільки один. Інший сервер постійно працює та знаходиться в гарячому резерві. Менеджер кластера слідкує за всіма сервісами активного сервера. У разі виходу з ладу або зупинки будь-якого сервісу менеджер автоматично перемикає даний сервіс на резервний і система продовжує працювати. У цьому випадку дуже зручно робити оновлення програмного забезпечення або профілактичні роботи. Для цього достатньо вивести із кластера окремий сервер, виконати на ньому всі необхідні роботи та знову ввести його в кластер. Потім подібну процедуру можна провести з іншим сервером кластера.