Generierungsalgorithmus / Automatische Generierung

Der Generierungsalgorithmus von Omniscol berechnet automatisch die Platzierung der Unterrichtsstunden eines wöchentlichen, zyklischen oder Kalender-Stundenplans. Er platziert die angelegten Unterrichtsstunden, die noch nicht positioniert sind, kann bereits positionierte Unterrichtsstunden verschieben, wenn dies den Stundenplan verbessert, und behält gesperrte Unterrichtsstunden an ihrem Platz.

Funktionsweise

Wenn Sie eine Generierung starten, startet Omniscol eine dedizierte, parallelisierte Rechenumgebung. Es gibt keine Warteschlange, die auf Schulseite verwaltet werden müsste; die Initialisierung dauert oft etwa zehn Sekunden, bevor die ersten Berechnungen sichtbar werden. Das Ergebnis hängt von der Qualität der eingegebenen Daten ab: Standorte, Räume, Lehrkräfte, Gruppen, Stundenvolumina, Verfügbarkeiten und Unverträglichkeiten. Je zahlreicher oder widersprüchlicher die Bedingungen sind, desto länger kann die Generierung dauern oder desto unvollständiger kann das Ergebnis ausfallen.

Der Kern ist eine neuro-symbolische Monte-Carlo-Metaheuristik als Optimierungs-KI: Sie kombiniert stochastische Suche, symbolische Fachregeln und Bewertung der Bedingungen. Der entscheidende Punkt ist operativer Natur: Der Generierungsalgorithmus ist für stark eingeschränkte Fälle ausgelegt und meldet dabei unmögliche Situationen, statt Konflikte zu verbergen.

Harte Bedingungen

Der Generierungsalgorithmus hält die Bedingungen strikt ein, die den Stundenplan ungültig machen würden:

• eine Lehrkraft kann nicht gleichzeitig an zwei Orten sein;
• eine Klasse kann nicht zwei Unterrichtsstunden gleichzeitig besuchen, außer in Fällen, die durch Gruppen in einer Teilung abgedeckt sind;
• Verfügbarkeiten und Bedingungen der Stufe nicht verfügbar blockieren die Platzierung;
• ein Standardraum kann nicht zwei Unterrichtsstunden zum selben Zeitpunkt aufnehmen;
• ein großer Raum kann mehrere Unterrichtsstunden nur im Rahmen seiner konfigurierten Kapazität und Klassenanzahl aufnehmen;
• Fachräume, Kapazitäten, materielle Ressourcen und Wege zwischen Standorten müssen kompatibel bleiben;
• eine gesperrte Unterrichtsstunde behält ihre Position.

Optimierungsbedingungen

Weiche Bedingungen dienen dazu, die gefundenen Lösungen zu bewerten und zu verbessern. Sie werden nicht ignoriert: Sie werden zu Maluspunkten, die der Generierungsalgorithmus zu reduzieren versucht.

Häufige Beispiele:

• unerwünschte Verfügbarkeiten oder Bedingungen für eine Lehrkraft, einen Raum, ein Fach, eine Gruppe oder eine Klasse;
• pädagogische Unverträglichkeiten zwischen Fächern, etwa ein Praktikum vor der zugehörigen Vorlesung zu vermeiden, Sport unmittelbar nach einer sehr dichten Unterrichtsstunde zu vermeiden oder die Reihenfolge eines Lernfortschritts vorzugeben;
• vermeiden, dasselbe Fach zweimal am selben Tag für eine Klasse zu haben;
• Mindest- oder Höchstzahl an Unterrichtsstunden pro Tag oder pro Woche;
• Ausgewogenheit der Tage;
• Reduzierung der Lücken in den Stundenplänen der Klassen und Lehrkräfte;
• Anzahl der Anwesenheitstage der Lehrkräfte, je nach den Gepflogenheiten der Schule oder des Landes.

Das Finden einer gültigen Lösung ist der erste Schritt. Die Optimierung der Maluspunkte kann anschließend zum längsten Teil der Berechnung werden.

Verfügbarkeit

• Wöchentliche Stundenpläne — verfügbar.
• Zyklische Stundenpläne — verfügbar.
• Kalender-Stundenpläne — verfügbar mit datierten Unterrichtsstunden und einem Datumsbereich.

Was tun, wenn die Generierung fehlschlägt

Wenn keine vollständige Lösung gefunden wird, behält Omniscol den besten berechneten Stundenplan und belässt die nicht platzierbaren Unterrichtsstunden in der Liste der nicht positionierten Haftnotizen. Sie können dann den unvollständigen Stundenplan prüfen, die Diagnose lesen und die Bedingungen korrigieren.

Häufige Ursachen:

• zu restriktive Verfügbarkeiten (eine Lehrkraft hat kein passendes freies Zeitfenster),
• nicht genügend Räume oder kein verfügbarer Fachraum,
• inkohärente Ausrichtung (unterschiedliche Stundenvolumina zwischen den ausgerichteten Gruppen),
• zu zahlreiche oder zu strikte Unverträglichkeiten,
• theoretische Klassenstärke > Kapazität aller infrage kommenden Räume.

Siehe Eine fehlschlagende Generierung diagnostizieren.

Platzierung einer Unterrichtsstunde erzwingen

Sie können die Position einer Unterrichtsstunde sperren, bevor Sie die Generierung erneut starten: Der Generierungsalgorithmus verschiebt sie dann nicht mehr, sondern passt die übrigen darum herum an. Praktisch, um „unverrückbare“ Unterrichtsstunden zu verankern (vertraglich festgelegte externe Einsätze, datierte Prüfungen usw.).