謝 靜，楊 偉，曾傳華(西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院，四川成都 610039)

貨物運(yùn)輸管理模擬教學(xué)系統(tǒng)研究*

謝 靜，楊 偉，曾傳華
(西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院，四川成都 610039)

對(duì)運(yùn)輸管理相關(guān)作業(yè)進(jìn)行模擬，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。本文根據(jù)道路運(yùn)輸管理的特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)貨物運(yùn)輸管理模擬教學(xué)系統(tǒng)，模擬運(yùn)輸管理的實(shí)際情況，提出開發(fā)運(yùn)輸管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的思路。為運(yùn)輸專業(yè)教學(xué)提供良好的實(shí)習(xí)、教學(xué)環(huán)境。

貨物運(yùn)輸；模擬實(shí)習(xí)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

貨物運(yùn)輸組織是專門研究貨物運(yùn)輸?shù)木唧w過程，具有涉外活動(dòng)特點(diǎn)，是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，它要求從事貨物運(yùn)輸管理人員在掌握基本理論知識(shí)的同時(shí)還必須具有很強(qiáng)的實(shí)際工作能力。目前國內(nèi)高校中開設(shè)交通運(yùn)輸專業(yè)的很多，其中多數(shù)以培養(yǎng)理論型人才為主，培養(yǎng)應(yīng)用型人才相對(duì)較少。為更好地培養(yǎng)專業(yè)人才，有必要采用科學(xué)、有效的方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)管理。

運(yùn)用仿真技術(shù)研究相關(guān)問題已成為一個(gè)熱點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者在物流系統(tǒng)及交通仿真領(lǐng)域都進(jìn)行了大量的研究。[1-9]但是在道路運(yùn)輸管理模擬教學(xué)軟件這方面的研究與應(yīng)用還相對(duì)較少。

由此，本文基于運(yùn)輸企業(yè)管理進(jìn)行模擬，專門為運(yùn)輸專業(yè)提供教學(xué)服務(wù)，使學(xué)生在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就能達(dá)到與真正的生產(chǎn)實(shí)習(xí)相同或相近的效果。學(xué)生可以直接參與虛擬管理，檢驗(yàn)自己的管理水平，從而大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力和發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力，提高其學(xué)習(xí)和操作的主動(dòng)性。

一、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)應(yīng)用的是B/S(Browser／Server)結(jié)構(gòu)，其客戶端最主要的應(yīng)用軟件是Web瀏覽器。該模式統(tǒng)一客戶端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心集中到服務(wù)器上，簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用；客戶機(jī)上只要安裝一個(gè)瀏覽器（Browser），如Internet Explorer或Netscape，服務(wù)器安裝SQL Server、Sybase等數(shù)據(jù)庫，瀏覽器通過Web Server同數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。[5]

二、系統(tǒng)總體模塊結(jié)構(gòu)

貨物運(yùn)輸管理教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)旨在讓學(xué)生在實(shí)際操作過程中熟悉貨物運(yùn)輸流程并熟練掌握從事貨物運(yùn)輸管理的基本操作技能。軟件通過歸納總結(jié)整個(gè)貨運(yùn)行業(yè)的流程和慣例，建立接近真實(shí)的貨物運(yùn)輸組織虛擬環(huán)境，達(dá)到讓學(xué)生通過該系統(tǒng)對(duì)課本知識(shí)進(jìn)行實(shí)習(xí)與鞏固，熟悉并掌握運(yùn)輸組織的基本操作和業(yè)務(wù)流程，并有能力應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的市場環(huán)境，成為適應(yīng)社會(huì)需求、具有很好物流運(yùn)輸管理實(shí)踐能力的專業(yè)人才的目的。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)形式的特點(diǎn)，經(jīng)過深入細(xì)致的調(diào)研、分析和規(guī)劃，確定該系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1．基本信息管理模塊

此模塊用于管理系統(tǒng)的相關(guān)基本信息，其主要信息包括車輛信息、貨物信息、駕駛員信息、運(yùn)價(jià)信息等。

2．托運(yùn)單自動(dòng)生成模塊

托運(yùn)單自動(dòng)生成模塊基于運(yùn)輸任務(wù)生成模型自動(dòng)生成運(yùn)輸任務(wù)，該模塊自動(dòng)生成以下主要內(nèi)容：托運(yùn)單編號(hào)、貨物量、貨物名稱、發(fā)貨點(diǎn)、收貨點(diǎn)、發(fā)貨時(shí)間、收貨時(shí)間等。

3．運(yùn)輸配送管理模塊

此模塊用于管理托運(yùn)單的運(yùn)輸配送。運(yùn)輸配送管理是系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中的重點(diǎn)模塊。在運(yùn)輸配送模塊中，此模塊實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸派車、配載管理、司機(jī)管理、車輛管理等系統(tǒng)操作。

4．回執(zhí)單自動(dòng)生成模塊

回執(zhí)單自動(dòng)生成模塊是運(yùn)送任務(wù)信息的反饋，該模塊自動(dòng)生成以下主要內(nèi)容：托運(yùn)單編號(hào)、貨物量、貨物名稱、發(fā)貨點(diǎn)、收貨點(diǎn)、發(fā)貨時(shí)間、收貨時(shí)間、是否退貨等。

5．管理管理評(píng)價(jià)模塊

學(xué)生參與運(yùn)輸配送管理后，其調(diào)度管理水平如何，哪些因素沒有考慮以及產(chǎn)生的后果需要有一個(gè)評(píng)價(jià)和總結(jié)，找出存在的問題，有助于提高學(xué)生的調(diào)度和管理水平。

三、系統(tǒng)仿真模型

本文的貨物運(yùn)輸管理模擬教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)虛擬的運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)，因而并沒有實(shí)際的客戶存在。整個(gè)過程都是由學(xué)生根據(jù)教師設(shè)定的基本運(yùn)送環(huán)境和相關(guān)參數(shù)，使用該系統(tǒng)完成相應(yīng)的配送作業(yè)等操作。但是，為了更接近運(yùn)輸組織的實(shí)際情況，必須在系統(tǒng)中模擬出客戶托運(yùn)單生成的過程和收貨回執(zhí)單反饋的過程。本文創(chuàng)新地借鑒了概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)和系統(tǒng)仿真中產(chǎn)生隨機(jī)變量的方法等，構(gòu)建出由系統(tǒng)自動(dòng)生成托運(yùn)單和送貨回執(zhí)單的相關(guān)模型。

1．托運(yùn)單自動(dòng)生成模型

本文的運(yùn)輸管理仿真系統(tǒng)中，要求實(shí)現(xiàn)托運(yùn)單的自動(dòng)生成，而且生成的托運(yùn)單屬于哪個(gè)客戶是隨機(jī)的。為了實(shí)現(xiàn)托運(yùn)單生成的隨機(jī)性，本文借鑒了概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)和系統(tǒng)仿真中產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、逆變換法等，構(gòu)建出一個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)生成隨機(jī)托運(yùn)單的模型，以便進(jìn)入運(yùn)輸管理仿真系統(tǒng)后，可以獲取系統(tǒng)隨機(jī)產(chǎn)生的托運(yùn)單，并根據(jù)此托運(yùn)單進(jìn)行后續(xù)的操作。

計(jì)算機(jī)仿真模型產(chǎn)生隨機(jī)變量的方法一般是首先產(chǎn)生一個(gè)最簡單的[0,1]區(qū)間上的均勻分布的隨機(jī)數(shù)，然后通過變換和運(yùn)算產(chǎn)生其他分布的隨機(jī)數(shù)。

但用數(shù)學(xué)方法在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)是以完全確定的規(guī)定進(jìn)行的，它顯然不是真正隨機(jī)的，為了與真正的隨機(jī)數(shù)相區(qū)別，常將這種用數(shù)學(xué)方法產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)稱偽隨機(jī)數(shù)。偽隨機(jī)數(shù)從統(tǒng)計(jì)性質(zhì)來講，在相當(dāng)程度上近似于均勻分布隨機(jī)數(shù)。

目前應(yīng)用的大多數(shù)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器都是各種線性同余發(fā)生器，它是Lehmer在1951年提出的，根據(jù)以下遞推公式產(chǎn)生0~m-1之間的整數(shù)序列Z1,Z2,…。[8]

其中，int表示取整，初始值Z0稱為種子，a為常數(shù)，乘數(shù)c為增量，m為模數(shù)，它們均為非負(fù)整數(shù)。

對(duì)于線性同余發(fā)生器適當(dāng)選擇，m，a，c，可使Zi循環(huán)產(chǎn)生，無論Z0取何值，其循環(huán)順序是相同的，循環(huán)一次稱為發(fā)生器的一個(gè)周期，記為P。如果P=m，則稱該發(fā)生器具有滿周期。適當(dāng)選擇m，c，a，可保證Zi在[0,m-1]區(qū)間上一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)整數(shù)正好出現(xiàn)一次，從而保證了均勻性。

在方程（1-1）中，當(dāng)c≠0時(shí)，稱為混合同余法；當(dāng)c= 0時(shí)，稱為乘同余法。乘同余法在混合同余法產(chǎn)生前已研究得比較徹底。并且由于近年來對(duì)混合同余法所期望的性能改善沒有獲得明顯的進(jìn)展，因此今天所用的大多數(shù)線性同余發(fā)生器都采用乘同余法。

此時(shí)，式（1-1）變?yōu)椋?/p>

對(duì)于二進(jìn)制計(jì)算機(jī)，可以按照以下規(guī)則選擇a和m：

（1）選擇m=2b，b是某個(gè)整數(shù)，c為奇數(shù)，一般m選擇在機(jī)器所能表示的數(shù)的范圍內(nèi)；同時(shí)，還要考慮用式（1-1）計(jì)算得到的偽隨機(jī)數(shù)序列的周期為m/4，它應(yīng)大于實(shí)驗(yàn)的持續(xù)期。

（2）a一般取與a≈2p/2最接近而又滿足a=8K±3的那個(gè)數(shù)，其中K是任意整數(shù)，p為機(jī)器字長。Z0可為0到m-1之間的任意奇數(shù)，而不會(huì)對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的周期產(chǎn)生任何影響。

例：希望產(chǎn)生100個(gè)數(shù)的序列（最小單位為1）。

根據(jù)規(guī)則（1），m應(yīng)選擇接近400，現(xiàn)取m=29=512，則機(jī)器字長至少應(yīng)為9位。再根據(jù)規(guī)則（2）a≈24.5=23，而與此數(shù)最接近且滿足8K±3的K值為3，故a取23。于是：

Z0可為0到m-1，即0～511之間的任意奇數(shù)，設(shè)Z0= 11，按上式計(jì)算可得以下隨機(jī)數(shù)序列：

這樣遞推計(jì)算，Zi的取值范圍是在0～511之間。

用上述公式計(jì)算出來的偽隨機(jī)數(shù)基本符合均勻分布的統(tǒng)計(jì)特性，其概率密度函數(shù)為：

為了得到[0,1]區(qū)間上所需要的隨機(jī)數(shù)Ui，可令：Ui= Zi/m（i=0,1，…）進(jìn)行歸一化處理。其概率密度函數(shù)p（x）和分布函數(shù)F（x）為：

為了產(chǎn)生服從某分布的隨機(jī)變量，常用的產(chǎn)生隨機(jī)變量的方法有反變換法、組合法、卷積法及取舍法。在離散事件系統(tǒng)仿真中，產(chǎn)生隨機(jī)變量的方法主要是反變換法和卷積法。

反變換法以概率積分變換定理為基礎(chǔ)，設(shè)隨機(jī)變量x的分布函數(shù)為F（x），為了得到隨機(jī)變量的抽樣值，先產(chǎn)生在[0,1]區(qū)間上均勻分布的獨(dú)立隨機(jī)變量u，由反分布函數(shù)F-1（u）得到的值即為所需要的隨機(jī)變量x=F-1（u）。

1）托運(yùn)方編號(hào)的隨機(jī)產(chǎn)生模型

在本文中，各托運(yùn)方的編號(hào)是使用離散的整數(shù)1，2，3，…來替代的，可以采用反變換法產(chǎn)生該離散隨機(jī)變量。

例：如果托運(yùn)人的個(gè)數(shù)為n，且每個(gè)人發(fā)出托運(yùn)單的概率相等，即其概率密度函數(shù)為P（x）=1/n（x>0），其分布函數(shù)由下式算得：

易得F（x）的反函數(shù)x=n F（x）。設(shè)U為均勻分布，則：

x=n*U

又因Ui是[0,1]上均勻分布的隨機(jī)變量。則：

Xi=n*Ui

即為所求的隨機(jī)變量。

2）托運(yùn)貨物批量產(chǎn)生模型

常見的貨物批量分布概率密度函數(shù)（負(fù)）)指數(shù)分布、正態(tài)分布等。[13]

當(dāng)貨物批量分布為指數(shù)分布，其概率密度為：

其中：g——平均貨物批量。

y——某一貨物批量。

假設(shè)平均貨物批量g=10，則其概率密度函數(shù)為：

因x是在[0,1]上均勻分布的隨機(jī)變量，于是：

Yi=10InXi（i=1,2，…）

即為指數(shù)分布的隨機(jī)變量。

則反變化法產(chǎn)生隨機(jī)變量的步驟如下：

第一，產(chǎn)生在[0,1]上均勻分布的隨機(jī)變量。

第二，由反變化法得到所需的隨機(jī)變量。

以上即為托運(yùn)單自動(dòng)生成模型，即通過隨機(jī)數(shù)發(fā)生器得到一組[0,1]上均勻分布的獨(dú)立的隨機(jī)數(shù)U[0,1]，然后采用反變換法得到對(duì)應(yīng)的托運(yùn)方編號(hào)及貨物批量，即完成了托運(yùn)單的自動(dòng)生成過程。

2．送貨回執(zhí)單自動(dòng)生成模型

貨物運(yùn)送到目的地之后，客戶一般將會(huì)正常收貨，相應(yīng)地給出貨物運(yùn)送回執(zhí)單。但是，有時(shí)客戶會(huì)因?yàn)樨浳锏囊馔鈸p傷或其他因素拒絕收貨，這將產(chǎn)生企業(yè)不愿看到的退貨。

在本文的貨物運(yùn)輸管理模擬教學(xué)系統(tǒng)中，可以根據(jù)歷史托運(yùn)單資料的退貨情況，得出托運(yùn)單退貨率α。然后借鑒托運(yùn)單自動(dòng)生成模型中逆變換法的思想，設(shè)m1代表合格，m2代表退貨。則可得P（m1）＝1－α，P（m2）＝α。而隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生方式是根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間的秒數(shù)得到，即為0~59中的任意值，然后將0~59這60個(gè)數(shù)按照1-α：α的比例分成兩個(gè)區(qū)間，然后根據(jù)送貨發(fā)出時(shí)系統(tǒng)的秒數(shù)所落的區(qū)間來確定收貨是合格還是退貨。

例如設(shè)退貨率α=95%，則將0~59這60個(gè)數(shù)按比例劃分成了兩個(gè)區(qū)間，分別是[0，56]和[57，59]。然后，當(dāng)送貨發(fā)出后，系統(tǒng)的秒數(shù)在[0，56]之間時(shí)，收貨回執(zhí)為合格；當(dāng)送貨發(fā)出后，系統(tǒng)的秒數(shù)在[57，59]之間時(shí)，收貨回執(zhí)為退貨。這樣即完成了收貨回執(zhí)單的自動(dòng)生成。

4.系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

對(duì)于本文的貨物運(yùn)輸管理模擬教學(xué)系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)流程如圖3所示，其分析表述如下：

首先客戶將托運(yùn)單發(fā)給運(yùn)輸企業(yè) （系統(tǒng)自動(dòng)生成），然后由運(yùn)輸企業(yè)操作員（即學(xué)生用戶）對(duì)托運(yùn)單中提出的各項(xiàng)要求進(jìn)行審核。然后操作員對(duì)已經(jīng)通過審核的訂單進(jìn)行分類匯總，并建立托運(yùn)單資料。

托運(yùn)單資料審核確認(rèn)之后，操作員即根據(jù)不同商品將托運(yùn)單分類匯總，根據(jù)用戶提供的所托運(yùn)貨物的品種、數(shù)量、重量、規(guī)格、體積、運(yùn)輸要求等，結(jié)合運(yùn)力資源的實(shí)際情況，分析物資運(yùn)輸方式、車輛類型、運(yùn)輸路線、和運(yùn)輸方案，對(duì)運(yùn)輸作業(yè)業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，制定出最優(yōu)配載方案。

當(dāng)一切配貨裝車審核工作完成后就可以打印送貨單，并進(jìn)行貨物的運(yùn)送作業(yè)。將貨物運(yùn)至客戶處后，當(dāng)客戶進(jìn)行收貨審核合格時(shí)，發(fā)出合格回執(zhí)（系統(tǒng)自動(dòng)生成），則托運(yùn)單處理完成，生成托運(yùn)單歷史資料并存檔，整個(gè)配送管理業(yè)務(wù)結(jié)束；當(dāng)客戶拒收時(shí)，發(fā)出退貨回執(zhí)（系統(tǒng)自動(dòng)生成），則要對(duì)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)做出調(diào)整，生成退貨托運(yùn)單歷史資料并存檔，托運(yùn)單處理也就完成了。

[1]王衛(wèi)友,曾傳華.道路運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)營管理仿真研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2010.

[2]耿強(qiáng),高樹亭.道路運(yùn)輸信息化體系建設(shè)框架與設(shè)計(jì)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2007(12).

[3]陳莉,莫日根.國際貿(mào)易模擬實(shí)習(xí)教學(xué)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].浙江萬里學(xué)院學(xué)報(bào),2005.

[4]魏曉明,姜濤等.基于B/S模式的虛擬實(shí)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].福建電腦，2004.

[5]彭才洪,袁磊.多媒體教學(xué)軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)的策略[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007.

[6]劉國麗,于麗梅等.基于Linux操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國電化教育，2004.

[7]黃忠.基于VB和VRML技術(shù)的數(shù)控仿真教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].精密制造與自動(dòng)化，2009.

[8]Samuelson R D.Modeling the freight rate structure [R].Center for Transportation Studies，Massachusetts Institute of Technology，Cambridge，Mass，1977.

[9]王璐娟,雷天恩.基于Web的文科實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國教育信息化,2011(3).

[10]曾傳華,黎青松等.物流管理與信息系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[11]劉永主編.信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[12]崔凌云,魏榮華.運(yùn)輸行業(yè)管理信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古電大學(xué)刊,2008(1).

[13]陳京主編.汽車運(yùn)輸組織管理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.7.

（編輯：金冉）

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B

1673-8454(2012)01-0050-04

重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目“汽車運(yùn)輸組組優(yōu)化與信息支持系統(tǒng)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：R0720305）。