TimeTabler: A Software Framework for Automated Course Timetabling and Space Utilization Optimization in Resource-Constrained Institutions in Bangladesh

世界中の大学において、学習が行われる物理的な空間は、変更できない建物のような「固定された資源」として扱われがちである。しかし、その空間の使い方は動的なパズルである。管理者は、数百のクラス、数千人の学生、そして数十人の教員を限られた数の教室に適合させなければならない。それと同時に、化学実験室が歴史の講義に使用されないようにし、かつ、一人の教師が同時に二箇所に割り当てられることがないようにしなければならない。タイムテーブリング（時間割作成）として知られるこの作業は、極めて困難である。これは、多くの動くパーツを厳格な一連のルールに適合させる問題であり、多くの機関で長らく手作業で行われてきた課題である。手作業で行うと、プロセスは遅く、エラーが発生しやすく、結果として、他の学部が席を探して苦労している一方で教室が空室のまま放置されるといった、空間の無駄を生んでしまうことが多い。建設のための資金が乏しい発展途上国では、既存の建物を最大限に活用しなければならないという圧力はさらに強くなる。教育者に突きつけられている問いは、単に「いかにしてより多くの空間を築くか」ではなく、「いかにして既存の空間を、すべての人にとってより良く機能するように組織化するか」である。

バングラデシュのシャジャラル科学技術大学の研究者は、TimeTablerと呼ばれる新しい種類のソフトウェアツールを構築することで、この課題に取り組んだ。研究者は単に新しい数学的理論を提案したのではなく、大学のスケジュールを管理する人々のために特別に設計された、実用的なオープンソースのコンピュータプログラムを作成した。これらの管理者は、必ずしもコンピュータサイエンスの専門家ではなく、古いコンピュータを使用し、信頼できるインターネット接続環境がないことも多い。このソフトウェアは、特別なサーバーや高価なライセンスを必要とせず、標準的なデスクトップマシン上でオフラインで動作するように構築された。その目的は、スケジュールの重労働を人間の手から取り除き、手動の方法では決して到達できない優れた解決策を見つけ出せる自動化プロセスに置き換えることだった。研究者は、10の学術部門、35の教室および実験室、そして56の異なる学生グループを持つ自身の大学で、このシステムをテストした。

システムの核となるのは、自然界の進化に触発された手法である「遺伝的アルゴリズム」を用いた最適化エンジンである。一つの「可能なスケジュール」の集団を想像してほしい。そこでは、各スケジュールが大学全体の完全な週間計画となっている。コンピュータはこれらの計画を多数生成し、長いルールリストに照らしてテストを行う。ルールには、教師が二重に予約されないことや、学生グループが割り当てられた部屋に収まることといった「絶対的なルール」がある。また、同じグループに対して授業を連続して割り当てないようにすることや、実験室のような専門的な部屋が本来の目的で使用されることを保証するといった「質のルール」もある。コンピュータは、最も優れたパフォーマンスを示したスケジュールを保持し、それらの特徴を混ぜ合わせ、小さなランダムな変化を加えることで、新しい改良版を作り出す。コンピュータはこのサイクルを数百回繰り返し、すべての厳格なルールを満たしながら、利用可能な空間の使用を最大化するような、進化した一連のスケジュールへと導いていく。

研究者が自身の大学にTimeTablerを導入した際、結果は従来の管理システムと比較して明確な改善を示した。ソフトウェアを使用する前、大学の教室利用率は利用可能時間の約52パーセントであった。自動化システムによって新しいスケジュールが生成された後、その数値は59パーセント近くまで上昇した。この上昇は一見控えめに見えるかもしれないが、大学の運営における重要な転換を意味していた。より重要なことに、このソフトウェアは手動プロセスにおける決定的な欠陥、すなわち「部屋の種類の誤用」を修正した。以前のスケジュールでは、通常の講義がコンピュータラボや講堂で行われるなど、不適切な部屋で実施されているコースが47件あった。新しいシステムはこれらすべてのミスマッチを修正し、すべてのクラスが適切な種類の空間で行われるようにした。この変化により、専門的な施設が本来の用途に戻り、大学は新しい施設を建設することなく、より多くの実験ベースのコースを提供できるようになった。

これらの変化による影響は、単に部屋を埋めることにとどまらなかった。スケジュールをより効率的に整理することで、大学は同じ物理的空間の中に14の追加のコースセクションを組み込むことができた。これは、建設費用を一切かけずに、2つか3つの新しい教室を追加したのと同等である。また、ソフトウェアは管理者の日常業務をも変貌させた。かつてはチームが12日から15日間、交渉やスプレッドシートの編集を行っていた作業が、数時間のデータ入力と、学生グループごとの約15秒のコンピュータ処理時間に短縮された。管理者は、ソフトウェアがすべての部門に対して同一のルールを適用するため、特定の部門がより良い部屋を獲得することを巡って部門ごとに議論する必要がなくなり、プロセスがより公平で透明になったと感じている。

研究者は、この成功が単にアルゴリズムの力によるものではなく、ツールの設計そのものによるものであると強調している。彼らは、非技術的なスタッフでもプロセスを制御し、異なるスケジューリングの選択肢の間にあるトレードオフを理解できるように、ソフトウェアをアクセシブル（利用しやすく）に構築した。システムは、管理者にいくつかの高品質なスケジュールの選択肢を提示し、それぞれにそのパフォーマンスを示す明確な指標を表示することで、管理者が特定のニーズに基づいて情報に基づいた意思決定を行えるようにした。このアプローチは、資源が制約された環境において、より良い管理への障壁は高度なテクノロジーの欠如ではなく、それを使う人々の現実に即して設計されたツールの欠如であることを示唆している。複雑な最適化理論と実務的な管理業務の間の溝を埋めることで、TimeTablerは、既存の資源をより知的に組織化するだけで、効率性と公平性の著しい向上が達成できることを証明している。