Использование OLAP-технологии для комплексного анализа основных показателей бизнес-процессов кафедры вуза

УПРАВЛЕНИЕ В СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

УДК 004.7

Г. Г. КУЛИКОВ, Г. В. СТАРЦЕВ, Н. Н. ЯКОВЛЕВ, В. А. СУВОРОВА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ OLAP-ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ КАФЕДРЫ ВУЗА

Анализируются основные показатели организационных процессов кафедры вуза. Рассматриваются трудоемкие, регулярные процессы, строятся их функциональные модели. Предлагается внедрить OLAP-технологии. Построена функциональная модель создания OLAP-куба для управления кафедрой вуза. Приводится пример реализации. Бизнес-процесс; ОЬАР-куб; ЖвЪ-портал

В настоящее время основные процессы организации управления кафедрой осуществляются на основе документооборота, регламентируемого рядом инструкций делопроизводства вуза. Определены структура и правила организации и ведения архивов для нормативных и оперативных данных. Однако применение этих данных в качестве статистического контура управления требует обеспечения возможности их обработки и доступа в реальном времени. Это приводит к необходимости организации их в электронное хранилище данных.

Разработка и применение Web-портала кафедры может повысить уровень организации данных и скорость доступа к ним. Данные, ранее хранившиеся в локальных компьютерах и на «бумаге», могут быть представлены в виде гетерогенного хранилища файлов, что значительно расширит возможности оперативного доступа к ним. Однако сам факт представления данных в электронном виде еще не решает проблем, связанных с их аналитической обработкой. Необходима разработка алгоритмов преобразования этих данных в аналитические отчеты. Кроме того, в виду разнообразия запросов пользователей, эти отчеты должны быть интерактивными, т. е. их структурой должен управлять сам пользователь.

Таким образом, можно выделить два основных требования:

1) универсальность представления данных;

2) возможность интерактивного управления структурой отчета.

Данные требования можно реализовать с помощью системного моделирования процессов управления [1,2]. Применение данного подхода дает возможность построить ком-

плексную модель основных бизнес-процессов для всего учебного заведения.

Информационное пространство любой современной системы многомерно. Поэтому очень часто наилучшим способом организации представления данных для потребителей этой информации является OLAP (On-Line Analyzing Processing — Аналитическая обработка в режиме реального времени). Например, OLAP-технология была внедрена для представления данных по рискам чрезвычайных ситуаций в Управления по ЧС Республики Башкортостан [3].

Целью работы было совместное применение системного моделирования и OLAP-технологии в рамках типовой кафедры технического вуза.

ИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО КАФЕДРЫ КАК СОВОКУПНОСТЬ СУЩНОСТЕЙ

Информационное пространство кафедры состоит из множества справочников (список преподавателей, аудиторий, дисциплин, учебных групп и т. п.). Однако справочники, существующие сами по себе и вне взаимодействия друг с другом, представляют собой «сырые» данные, ценность которых для конечного пользователя невелика.

Эти данные потенциально достаточны для того, чтобы при соответствующей обработке на основе этих данных создавать представления (views), удовлетворяющие информационным потребностям и запросам пользователей — потребителей выходной информации данного подпроцесса.

Основными потребителями информации на кафедре вуза являются преподаватели, сту-

денты и обслуживающий персонал (администраторы, методисты) [3].

Рассматривается несколько подпроцессов:

1) обеспечение учебного процесса расписанием;

2) обеспечение отчетностью по нагрузке.

Эти два подпроцесса имеют такие общие

сущности, как ФИО преподавателя, Специальность, Дисциплина, Семестр, Год.

На рис. 1 представлено отношение между сущностями информационного пространства кафедры и средствами их представления, ориентированными на конкретные бизнес-процессы, — OLAP-кубами, получаемыми на основе данных этих сущностей. Экземпляры указанных сущностей представлены в гетерогенном информационном пространстве и по определенному алгоритму собираются в гомогенной реляционной базе данных, и далее на их основе формируются OLAP-кубы.

Куб процесса Куб процесса

«Распределение «Анализ

нагрузки» расписании»

Рис. 1. Графическое отображение концепции информационного пространства

Информационное пространство состоит из многих справочников-множеств, которые образуют многомерное пространство. В настоящее время эти справочники имеют вид реляционной базы данных, и требования пользователей могут быть удовлетворены посредством SQL-запросов. Данное условие налагает ограничение в виде необходимости владения пользователей языками программирования, такими как SQL.

Следовательно, встает проблема многомерного визуального представления и анализ данных.

Причина использования OLAP для обработки запросов — это скорость. Реляционные БД хранят сущности в отдельных таблицах, которые обычно хорошо нормализованы. Эта структура удобна для операционных БД (системы OLTP), но сложные многотабличные запросы в ней выполняются относительно медленно. OLAP делает мгновенный снимок реляционной БД и структурирует ее в пространственную модель для запросов. Заявленное время обработки запросов в OLAP составляет около 0,1% от аналогичных запросов к реляционной БД [4].

АНАЛИЗ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ КАФЕДРЫ ВУЗА

Данная функциональная модель построена по методологии IDEF0 с помощью программного средства BPwin и представлена на Web-портале [8]. На рис. 2 представлена декомпозиция процесса обеспечения университета расписанием. В функциональном блоке № 3 возникают сложности, связанные с представлением данных. Основана проблема заключается в том, что, несмотря на небольшие объемы, эти данные имеют много размерностей (преподаватель, аудитория, дисциплина, учебная группа, день недели и т. п.) — т. е. они образуют многомерное пространство, следовательно, необходимо многомерное представление. Управлять таким информационным пространством без использования специальных средств, вне зависимости от того, хранятся ли данные на бумажном или электронном носителе, очень сложно и трудоемко [4]. Так же был проанализирован процесс формирования учебной нагрузки преподавателей кафедры (рис. 3).

Информационная модель (рис. 4) построена по методологии IDEF1X с помощью программного средства ERwin. В ней приведено формализованное описание информационного обеспечения 2 бизнес-процессов: обеспечение расписанием и составление нагрузки.

Сущности «Нагрузка» и «Расписание» являются таблицами фактов — т. е. в них описываются измерения и меры бизнес-процесса.

В данной модели можно выделить две сущности «Число студентов» и «Число групп» — это числовые характеристики «Нагрузки», которые также являются измерениями.

ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ

ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ КУБА

Различают два способа построения OLAP-куба: на основе имеющихся данных (data-

driven) и на основе требований пользователей (requirement-driven) [5]. В нашем случае имеет место первый способ.

В процессе создания ИМ OLAP-куба из «генеральной» ИМ выделяется сущность, к которой у пользователя возникают «вопросы», и в полях которой содержатся «ответы» на эти вопросы.

Стоит отметить, что «вопросы» к этой сущности возникают в контексте определен-

ных атрибутов этой сущности, называемых в терминах OLAP измерениями. Измерения в информационной модели также задаются отдельными сущностями.

Таким образом, множество сущностей, составляющих информационную модель OLAP-куба, является подмножеством сущностей «генеральной» информационной модели.

Рис. 2. Декомпозиция блока А0 «Обеспечивать учебный процесс расписанием»

Рис. 3. Фрагмент функциональной модели «Сформировать нагрузку преподавателей кафедры вуза»

Год

Семестр ИД семестра

ИД года В Название Год!

Название Семестра!

определяет

Ш

Вид занятия ИД вида занятия

Курс

ИД курса

Название Курс|ред|еляет

определяет Число студентов Число студентов

Нагрузка

(

ИД преподавателя

ИД дисциплины

ИД семестра

ИД года

ИД специальности

Число студентов

Лекции Лабораторные Практики Дипломники Аспиранты Курсовые

Расписание ИД преподавателя

ИД дисциплины

ИД семестра

ИД года

ИД группы

ИД дня

ИД номера пары

ИД вида занятия

Количество часов

Название Вида занятий

Группа ИД группы

Название Группы

День недели

Дисциплина

Специальность

ИД специальности Название Специальности

ИД дисциплины

Название Дисциплины

ИД дня

Название Дня недели

Номер пары

ИД номера пары

Номер Пары

Аудитория

ИД аудитории

Название Аудитории

Преподаватель

Должность

ИД преподавателя ИД должности (FK) L определяет ИД должности

Название Должности!

ФИО преподавателя

еляет

Рис. 4. Информационная модель 2 бизнес-процессов: обеспечение расписанием и составление нагрузки

В некоторых случаях одна и та же сущность может служить и таблицей факта, и измерением для какого-либо другого факта.

Согласно общей схеме, приведенной в [6], оформим произвольный (касающийся двух процессов — составления расписания и распределения нагрузки) фрагмент информационного пространства кафедры в терминах метаданных OLAP-отчета.

Схема (рис. 5) отражает отношения между различными типами элементов OLAP-пространства — процессами, мерами, измерениями и атрибутами. Описание OLAP-пространства начинается с процессов (так как в основе лежит процессный подход). Каждый процесс описывается определенными количественными показателями, которые представляют интерес для пользователя (потребителя данных), — мерами. Каждая мера представляет интерес не сама по себе, а в определенном разрезе или контексте — измерении. Каждое из измерений, являясь сущностью в информационной модели, имеет атрибуты. Следовательно, значения мер могут быть исследованы не только в чистом виде (например, количество лекций), но и в скорректированном на опре-

деленный атрибут измерения (например, количество лекций на квадратный метр аудитории).

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ OLAP-КУБА ДЛЯ КАФЕДРЫ ВУЗА

Была построена функциональная модель создания OLAP-куба (рис. 6). Модель строилась с точки зрения администратора WEB-портала кафедры с целью понять процесс создания OLAP-куба. Рассмотрим каждый из функциональных блоков подробнее:

1. Построить функциональную модель бизнес-процессов, отражающую их семантику. Функциональная модель строится по методологии IDEF0. В ней обозначаются входящие и исходящие информационные ресурсы.

2. Построить информационную модель бизнес-процессов, отражающую их семантику. Описывается на основе функциональной модели бизнес-процессов. Входящие и исходящие информационные ресурсы представляются в виде сущностей по методологии IDEFlX.

3. Выбрать нужный подпроцесс, в соответствии с семантикой и требованиями к визуализации данных которого строится куб.

Выбирается тот подпроцесс, информационное пространство которого предполагает визуализацию многомерного пространства данных на основе OLAP. Подразумевается, что этот подпроцесс выполняется автоматизированно.

4. Создать SQL-запрос к данным этого подпроцесса, который и будет являться исходным материалом для построения соответствующего OLAP-куба. Это блок состоит из следующих функций:

• выделить сущности процесса;

выделить интересующие поля в сущностях;

выделить таблицу факта; определить связи между сущностями.

5. Указать, что является вычисляемыми полями (например, поле «Лекции» в кубе «Нагрузка» нужно для получения суммарной нагрузки преподавателя по лекциям), а что измерениями (например, измерение «Дисциплина» в кубе «Расписание» нужно для просмотра данных по расписанию в разрезе одной или нескольких конкретных дисциплин).

6. Реализовать OLAP-куб физически.

Куб оформляется средствами MS Query и

MS Excel на информационной основе, сформированной в предыдущих пяти пунктах.

ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ OLAP-КУБА НА WEB-ПОРТАЛЕ кафедры вуза

Ниже приведен пример реализации запроса пользователя к данным в терминах OLAP. Дан запрос на естественном языке, его перевод на SQL, и его реализация в интерактивном OLAP-отчете.

Точка зрения: студент.

Запрос на естественном (русском) языке.

Какие у меня (моей группы ПИЭ-310) дисциплины, с какими преподавателями и каких аудиториях в весеннем семестре 2006/07 учебного года?

Запрос на языке SQL.

SELECT дисциплина, преподаватель, аудитория

FROM Расписание

WHERE семестр='весна', год= '2006/07 ', группа='ПИЭ-310'

Запрос, оформленный в OLAP, и его результаты представлены на рис. 7.

В данном случае имеются множества «Дисциплина», «Преподаватель», «Аудитория», «Семестр», «Год» и «Группа». Оси, соответствующие этим 6 множествам образуют многомерное (6-мерное) пространство. Кортеж из элементов этих множеств

является точкой в этом

пространстве.

Рис. 5. Фрагмент структуры метаданных OLAP-пространства кафедры вуза

Рис. б. Декомпозиция блока А0 «Создать OLAP-куб»

ОЦмшл№ портала преподавателей куб | расписание

вернуться на главную страницу портала Инструкция по настройке О lap-си be

0 І Ча І яі д | & S И Ч | "І ] т5" ІВ | J *5? ЩИ

Расписание занлтий. Возможность выборки по ФИО, ауд., виду зан-л, предмету, дню недели, номеру пары, группе студ-н. (10 таблиц^

вид » группа т год т семестр т номер пары ^ день ^ недели 1

Все ПИЭ-310 Все Все Все Все Все

Перетащите сюда поля столбцов

дисциплина т преподаватель  аудит-я

в Вычислительные сети и системы телекоммуникации в Еникеев Рустем Радомирович

6-215 *

В Интеллектуальные информационные системы В Алыпов Юрий Евгеньевич 6-317 * Перетащите сюда поля итогов или дета.

В Информационный менеджмент В Пестриков Владимир Анатольевич 6-310 *

ВТОИП В Ярцев Рустем Альбертович 6-215 *

В Предметно-ориентированные экономические информационные системы В Колпаков Евгений Евгеньевич 6-319 *

наверх

Рис. 7. OLAP -отчет по расписанию на Web-портале кафедры вуза

Вышеприведенный запрос определяет точки только на 3 осях в этом пространстве: на оси «семестр»-«весна», на оси «год»-«2006/07», на оси «группа»-«ПИЭ-310». Эти точки определяют срез по осям «дисциплина», «преподаватель» и «аудитория». Именно этот срез и отображен на рис. 7.

Аналогичным образом можно построить OLAP-отчеты по другим процессам вуза в целом.

ВЫВОДЫ

Описанная выше методология использования OLAP-куба апробирована на Web-портале кафедры автоматизированных систем управления УГАТУ. С помощью данной системы преподаватели и заведующий кафедрой может просматривать распределенную нагрузку в интерактивном режиме, а студенты имеют доступ к расписанию, представленному в виде многомерного куба, позволяющие анализировать необходимые данные в различных сечениях.

Использование OLAP-куба позволяет повысить эффективность управления нагрузкой преподавателей кафедры за счет универсальности представления и скорости доступа.

Таким образом OLAP-технология позволила осуществлять интерактивную многомерную визуализацию информационного пространства кафедры вуза.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Речкалов, А. В. Методология построения организационно-функциональной модели предприятия / А. В. Речкалов, Г. Г. Куликов, Н. Б. Пучнин // Вестник УГАТУ. 2004. Т. 5, №2(10). С. 161-173.

2. Куликов, Г. Г. Формирование и применение системной модели учебного процесса образовательного учреждения / Г. Г. Куликов, К. А. Конев, А. М. Сулейманова, Г. В. Старцев // Вестник УГАТУ. 2006. Т. 8, № 2. С. 43-47.

3. Куликов, Г. Г. Формирование и применение системной модели планирования учебной нагрузки на кафедре образовательного учреждения / Г. Г. Куликов, А. М. Сулейманова, Г. В. Старцев, В. А. Суворова // Вестник УГАТУ. 2006. Т. 8, № 2. С. 48-54.

4. Тулемисов, Х.М. ФГОУ ВПО «Финансовая академия при Правительстве Российской Федерации». Программные средства для принятия инвестиционного решения / Х. М. Тулемисов [Электронный ресурс]. (www.1c.ru/rus/partners/training/edu/tez_pdf /tulh.pdf).

5. Giorgini, P. GRAnD: A Goal-Oriented Approach to Requirement Analysis in Data Warehouses / P. Giorgini, S. Rizzi, M. Garzetti. [Электронный ресурс] (www.sciencedirect.com).

6. Куликов, Г. Г. Методика обследования хозяйственной деятельности организации и существующей в ней учетной OLTP-системы для проектирования и построения аналитической OLAP-системы / Г. Г. Куликов, О. М. Куликов, Н. Н. Яковлев // Информационные технологии в науке, образовании и производстве: сб. матер. II Междунар. науч.-техн. конф. Орел, 2006.

7. http://www.asu-ugatu.ueuo.com ный ресурс].

ОБ АВТОРАХ

[Электрон-

Куликов Геннадий Григорьевич, проф., зав. каф. АСУ. Дипл. инж. по автоматиз. машиностроения (УАИ, 1971). Д-р техн. наук по системн. анализу, автоматич. упр. и тепловым двигателям (УАИ, 1989). Иссл. в обл. АСУ и упр. силовыми установками ЛА.

Старцев Геннадий Владимирович, ассист. каф. АСУ. Дипл. экон. (УГАТУ, 2003), магистр инф. систем в экон. (УГАТУ, 2003). Канд. техн. наук по мат. и прогр. обеспечению (УГАТУ, 2006). Иссл. в обл. упр. качеством, Web-технологий, моделирования бизнес-процессов.

Яковлев Николай Николаевич, асп. каф. АСУ. Дипл. инф.-экон. по прикл. информатике (УГАТУ, 2005). Готовит дис. в обл. OLAP-технологий, организации и анализа данных.

Суворова Вероника Александровна, ст. преп. каф.

АСУ. Дипл. экон.-менеджер (УГАТУ, 2004). Иссл. в обл. планир. деятельности предприятия, управ. качеством образования, моделир. бизнес-процессов.