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

전 세계 여러 대학에서 학습이 일어나는 물리적 공간은 종종 변경할 수 없는 건물과 같은 고정된 자원으로 취급되곤 합니다. 그러나 그 공간이 사용되는 방식은 역동적인 퍼즐과 같습니다. 행정가들은 수백 개의 수업, 수천 명의 학생, 그리고 수십 명의 교수를 한정된 수의 강의실에 배치해야 하며, 동시에 화학 실험실이 역사 강의용으로 사용되지 않도록 하고, 어떤 교사도 두 곳에 동시에 배정되지 않도록 보장해야 합니다. 타임테이블링(timetabling)이라고 알려진 이 작업은 매우 까다롭습니다. 이는 많은 움직이는 부품들을 엄격한 규칙 세트에 맞추는 문제이며, 많은 교육 기관에서 오랫동안 수작업으로 해결해 온 도전 과제입니다. 수동으로 진행할 경우, 과정은 느리고 오류가 발생하기 쉬우며, 다른 학과들이 좌석을 찾기 위해 고군분투하는 동안 강의실이 비어 있는 것과 같은 공간 낭비를 초래하곤 합니다. 신축을 위한 자금이 부족한 개발도상국에서는 기존 건물을 최대한 활용해야 한다는 압박이 더욱 강렬합니다. 교육자들이 직면한 질문은 단순히 어떻게 더 많은 공간을 지을 것인가가 아니라, 어떻게 이미 가지고 있는 공간을 모든 사람에게 더 잘 작동하도록 조직할 것인가입니다.

방글라데시의 샤잘랄 과학기술대학교(Shahjalal University of Science and Technology)의 한 연구자는 '타임테블러(TimeTabler)'라고 불리는 새로운 종류의 소프트웨어 도구를 구축함으로써 이 과제를 해결했습니다. 연구자는 단순히 새로운 수학적 이론을 제안하는 대신, 대학 시간표를 관리하는 사람들을 위해 특별히 설계된 실용적인 오픈 소스 컴퓨터 프로그램을 만들었습니다. 이 행정가들은 흔히 컴퓨터 과학 전문가가 아니며, 구형 컴퓨터를 사용하고 안정적인 인터넷 연결이 없는 환경에서 근무하는 경우가 많습니다. 이 소프트웨어는 특수 서버나 비싼 라이선스 없이 표준 데스크톱 기기에서 오프라인으로 실행되도록 제작되었습니다. 그 목표는 스케줄링에 따르는 무거운 짐을 인간의 손에서 가져와, 수동 방식보다 더 나은 해결책을 찾을 수 있는 자동화된 프로세스로 대체하는 것이었습니다. 연구자는 10개의 학과, 35개의 강의실 및 실험실, 56개의 서로 다른 학생 그룹이 있는 자신의 대학교에서 이 시스템을 테스트했습니다.

시스템의 핵심은 자연 진화에서 영감을 받은 방법인 유전 알고리즘(genetic algorithm)을 사용하는 최적화 엔진입니다. 가능한 시간표들의 집단(population)을 상상해 보십시오. 여기서 각 시간표는 대학 전체의 완전한 주간 계획입니다. 컴퓨터는 이러한 계획들을 많이 생성한 다음, 긴 규칙 목록에 따라 테스트합니다. 어떤 규칙들은 절대적인 것으로, 교사가 중복 배정되지 않도록 하거나 학생 그룹이 배정된 강의실에 적합하게 들어가는 것 등을 보장합니다. 다른 규칙들은 품질에 관한 것으로, 동일한 그룹에 대해 수업을 연달아 배정하는 것을 피하거나 실험실과 같은 특수 강의실이 본래 의도된 용도로 사용되도록 하는 것 등입니다. 컴퓨터는 가장 성능이 좋은 시간표들을 유지하고, 이들의 특징을 서로 혼합하며, 작은 무작위 변화를 가하여 개선된 새로운 버전을 만들어냅니다. 이 순환 과정을 수백 번 반복하면서, 엄격한 모든 규칙을 충족하는 동시에 가용 공간의 사용을 극대화하는 시간표 세트를 서서히 진화시켜 나갑니다.

연구자가 자신의 대학교에 타임테블러를 도입했을 때, 결과는 이전의 수동 시스템보다 명확한 개선을 보여주었습니다. 소프트웨어가 사용되기 전, 대학교는 강의실을 사용 가능한 시간의 약 52% 정도만 활용하고 있었습니다. 자동화된 시스템이 새로운 시간표를 생성한 후, 그 수치는 거의 59%까지 상승했습니다. 이 증가폭이 미미해 보일 수도 있지만, 이는 대학교 운영 방식의 중대한 변화를 의미했습니다. 더 중요한 것은, 이 소프트웨어가 수동 프로세스의 결정적인 결함인 강의실 유형의 오용 문제를 해결했다는 점입니다. 기존의 시간표에서는 일반 강의가 컴퓨터 실험실이나 강당에서 진행되는 것과 같이 적합하지 않은 강의실에서 진행되는 수업이 47개나 있었습니다. 새로운 시스템은 이러한 모든 불일치를 바로잡아, 모든 수업이 올바른 종류의 공간에서 진행되도록 보장했습니다. 이 변화는 전문 시설이 본래의 용도로 돌아가게 함으로써, 대학교가 새로운 시설을 짓지 않고도 더 많은 실험 기반 강의를 제공할 수 있게 해주었습니다.

이러한 변화의 영향은 단순히 강의실을 채우는 것에 그치지 않았습니다. 시간표를 더 효율적으로 조직함으로써, 대학교는 동일한 물리적 공간 안에 14개의 추가 강의 섹션을 더 배치할 수 있었습니다. 이는 건설 비용을 전혀 들이지 않고도 2~3개의 새로운 강의실을 추가한 것과 같습니다. 또한 소프트웨어는 행정가들의 일상 업무를 변화시켰습니다. 팀 단위의 인원이 12일에서 15일 동안 수동으로 협상하고 스프레드시트를 편집해야 했던 작업이, 몇 시간의 데이터 입력과 각 학생 그룹당 약 15초의 컴퓨터 처리 시간으로 단축되었습니다. 행정가들은 소프트웨가 모든 학과에 동일한 규칙을 적용함으로써, 누가 더 좋은 강의실을 차지할 것인가를 두고 학과별로 벌어지는 어려운 논쟁을 없애주어 과정이 더 공정하고 투명해졌다고 보고했습니다.

연구자는 이러한 성공이 단순히 알고리즘의 힘 때문이 아니라, 도구 자체의 설계 덕분임을 강조합니다. 연구자는 비기술직 직원들도 프로세스를 제어하고 다양한 스케줄링 옵션 간의 절충안(trade-offs)을 이해할 수 있도록 소프트웨어를 접근 가능하게 만들었습니다. 시스템은 행정가들에게 각기 다른 성능 지표가 명확히 제시된 여러 가지 고품질의 시간표 선택지를 제공하여, 그들이 특정 요구 사항에 따라 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 했습니다. 이러한 접근 방식은 자원이 제한된 환경에서 더 나은 관리의 장벽은 첨단 기술의 부족이 아니라, 그것을 사용하는 사람들의 현실에 맞게 설계된 도구의 부재라는 점을 시사합니다. 복잡한 최적화 이론과 실제 행정 업무 사이의 간극을 메움으로써, 타임테블러는 기존 자원을 더 지능적으로 조직하는 것만으로도 효율성과 공정성의 상당한 개선을 달성할 수 있음을 보여줍니다.