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

貨物運輸管理模擬教學系統(tǒng)研究*

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

對運輸管理相關作業(yè)進行模擬，鍛煉學生的實踐能力。本文根據(jù)道路運輸管理的特點，研究設計貨物運輸管理模擬教學系統(tǒng)，模擬運輸管理的實際情況，提出開發(fā)運輸管理實驗教學系統(tǒng)的思路。為運輸專業(yè)教學提供良好的實習、教學環(huán)境。

貨物運輸；模擬實習；系統(tǒng)設計

貨物運輸組織是專門研究貨物運輸?shù)木唧w過程，具有涉外活動特點，是一個專業(yè)性很強的工作，它要求從事貨物運輸管理人員在掌握基本理論知識的同時還必須具有很強的實際工作能力。目前國內(nèi)高校中開設交通運輸專業(yè)的很多，其中多數(shù)以培養(yǎng)理論型人才為主，培養(yǎng)應用型人才相對較少。為更好地培養(yǎng)專業(yè)人才，有必要采用科學、有效的方法對學生進行教學管理。

運用仿真技術(shù)研究相關問題已成為一個熱點，國內(nèi)外學者在物流系統(tǒng)及交通仿真領域都進行了大量的研究。[1-9]但是在道路運輸管理模擬教學軟件這方面的研究與應用還相對較少。

由此，本文基于運輸企業(yè)管理進行模擬，專門為運輸專業(yè)提供教學服務，使學生在一臺計算機上就能達到與真正的生產(chǎn)實習相同或相近的效果。學生可以直接參與虛擬管理，檢驗自己的管理水平，從而大大提高學生的動手能力和發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力，提高其學習和操作的主動性。

一、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)應用的是B/S(Browser／Server)結(jié)構(gòu)，其客戶端最主要的應用軟件是Web瀏覽器。該模式統(tǒng)一客戶端，將系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心集中到服務器上，簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用；客戶機上只要安裝一個瀏覽器（Browser），如Internet Explorer或Netscape，服務器安裝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)

貨物運輸管理教學系統(tǒng)的教學目標旨在讓學生在實際操作過程中熟悉貨物運輸流程并熟練掌握從事貨物運輸管理的基本操作技能。軟件通過歸納總結(jié)整個貨運行業(yè)的流程和慣例，建立接近真實的貨物運輸組織虛擬環(huán)境，達到讓學生通過該系統(tǒng)對課本知識進行實習與鞏固，熟悉并掌握運輸組織的基本操作和業(yè)務流程，并有能力應對復雜多變的市場環(huán)境，成為適應社會需求、具有很好物流運輸管理實踐能力的專業(yè)人才的目的。

根據(jù)網(wǎng)絡教學形式的特點，經(jīng)過深入細致的調(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、運價信息等。

2．托運單自動生成模塊

托運單自動生成模塊基于運輸任務生成模型自動生成運輸任務，該模塊自動生成以下主要內(nèi)容：托運單編號、貨物量、貨物名稱、發(fā)貨點、收貨點、發(fā)貨時間、收貨時間等。

3．運輸配送管理模塊

此模塊用于管理托運單的運輸配送。運輸配送管理是系統(tǒng)業(yè)務流程中的重點模塊。在運輸配送模塊中，此模塊實現(xiàn)運輸派車、配載管理、司機管理、車輛管理等系統(tǒng)操作。

4．回執(zhí)單自動生成模塊

回執(zhí)單自動生成模塊是運送任務信息的反饋，該模塊自動生成以下主要內(nèi)容：托運單編號、貨物量、貨物名稱、發(fā)貨點、收貨點、發(fā)貨時間、收貨時間、是否退貨等。

5．管理管理評價模塊

學生參與運輸配送管理后，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評價和總結(jié)，找出存在的問題，有助于提高學生的調(diào)度和管理水平。

三、系統(tǒng)仿真模型

本文的貨物運輸管理模擬教學系統(tǒng)是一個虛擬的運輸管理信息系統(tǒng)，因而并沒有實際的客戶存在。整個過程都是由學生根據(jù)教師設定的基本運送環(huán)境和相關參數(shù)，使用該系統(tǒng)完成相應的配送作業(yè)等操作。但是，為了更接近運輸組織的實際情況，必須在系統(tǒng)中模擬出客戶托運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)計學和系統(tǒng)仿真中產(chǎn)生隨機變量的方法等，構(gòu)建出由系統(tǒng)自動生成托運單和送貨回執(zhí)單的相關模型。

1．托運單自動生成模型

本文的運輸管理仿真系統(tǒng)中，要求實現(xiàn)托運單的自動生成，而且生成的托運單屬于哪個客戶是隨機的。為了實現(xiàn)托運單生成的隨機性，本文借鑒了概率論、統(tǒng)計學和系統(tǒng)仿真中產(chǎn)生隨機數(shù)發(fā)生器、逆變換法等，構(gòu)建出一個系統(tǒng)自動生成隨機托運單的模型，以便進入運輸管理仿真系統(tǒng)后，可以獲取系統(tǒng)隨機產(chǎn)生的托運單，并根據(jù)此托運單進行后續(xù)的操作。

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

但用數(shù)學方法在計算機上產(chǎn)生隨機數(shù)是以完全確定的規(guī)定進行的，它顯然不是真正隨機的，為了與真正的隨機數(shù)相區(qū)別，常將這種用數(shù)學方法產(chǎn)生的隨機數(shù)稱偽隨機數(shù)。偽隨機數(shù)從統(tǒng)計性質(zhì)來講，在相當程度上近似于均勻分布隨機數(shù)。

目前應用的大多數(shù)隨機數(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)，它們均為非負整數(shù)。

對于線性同余發(fā)生器適當選擇，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)生器的一個周期，記為P。如果P=m，則稱該發(fā)生器具有滿周期。適當選擇m，c，a，可保證Zi在[0,m-1]區(qū)間上一個周期內(nèi)每個整數(shù)正好出現(xiàn)一次，從而保證了均勻性。

在方程（1-1）中，當c≠0時，稱為混合同余法；當c= 0時，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。并且由于近年來對混合同余法所期望的性能改善沒有獲得明顯的進展，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，式（1-1）變?yōu)椋?/p>

對于二進制計算機，可以按照以下規(guī)則選擇a和m：

（1）選擇m=2b，b是某個整數(shù)，c為奇數(shù)，一般m選擇在機器所能表示的數(shù)的范圍內(nèi)；同時，還要考慮用式（1-1）計算得到的偽隨機數(shù)序列的周期為m/4，它應大于實驗的持續(xù)期。

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

例：希望產(chǎn)生100個數(shù)的序列（最小單位為1）。

根據(jù)規(guī)則（1），m應選擇接近400，現(xiàn)取m=29=512，則機器字長至少應為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Z0= 11，按上式計算可得以下隨機數(shù)序列：

這樣遞推計算，Zi的取值范圍是在0～511之間。

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

為了得到[0,1]區(qū)間上所需要的隨機數(shù)Ui，可令：Ui= Zi/m（i=0,1，…）進行歸一化處理。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變量，常用的產(chǎn)生隨機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，設隨機變量x的分布函數(shù)為F（x），為了得到隨機變量的抽樣值，先產(chǎn)生在[0,1]區(qū)間上均勻分布的獨立隨機變量u，由反分布函數(shù)F-1（u）得到的值即為所需要的隨機變量x=F-1（u）。

1）托運方編號的隨機產(chǎn)生模型

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

例：如果托運人的個數(shù)為n，且每個人發(fā)出托運單的概率相等，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U為均勻分布，則：

x=n*U

又因Ui是[0,1]上均勻分布的隨機變量。則：

Xi=n*Ui

即為所求的隨機變量。

2）托運貨物批量產(chǎn)生模型

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

當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]上均勻分布的隨機變量，于是：

Yi=10InXi（i=1,2，…）

即為指數(shù)分布的隨機變量。

則反變化法產(chǎn)生隨機變量的步驟如下：

第一，產(chǎn)生在[0,1]上均勻分布的隨機變量。

第二，由反變化法得到所需的隨機變量。

以上即為托運單自動生成模型，即通過隨機數(shù)發(fā)生器得到一組[0,1]上均勻分布的獨立的隨機數(shù)U[0,1]，然后采用反變換法得到對應的托運方編號及貨物批量，即完成了托運單的自動生成過程。

2．送貨回執(zhí)單自動生成模型

貨物運送到目的地之后，客戶一般將會正常收貨，相應地給出貨物運送回執(zhí)單。但是，有時客戶會因為貨物的意外損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。

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

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

4.系統(tǒng)業(yè)務流程

對于本文的貨物運輸管理模擬教學系統(tǒng)，其業(yè)務流程如圖3所示，其分析表述如下：

首先客戶將托運單發(fā)給運輸企業(yè) （系統(tǒng)自動生成），然后由運輸企業(yè)操作員（即學生用戶）對托運單中提出的各項要求進行審核。然后操作員對已經(jīng)通過審核的訂單進行分類匯總，并建立托運單資料。

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

當一切配貨裝車審核工作完成后就可以打印送貨單，并進行貨物的運送作業(yè)。將貨物運至客戶處后，當客戶進行收貨審核合格時，發(fā)出合格回執(zhí)（系統(tǒng)自動生成），則托運單處理完成，生成托運單歷史資料并存檔，整個配送管理業(yè)務結(jié)束；當客戶拒收時，發(fā)出退貨回執(zhí)（系統(tǒng)自動生成），則要對系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)做出調(diào)整，生成退貨托運單歷史資料并存檔，托運單處理也就完成了。

[1]王衛(wèi)友,曾傳華.道路運輸企業(yè)運營管理仿真研究[J].交通標準化,2010.

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

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

（編輯：金冉）

G434

B

1673-8454(2012)01-0050-04

重點學科項目“汽車運輸組組優(yōu)化與信息支持系統(tǒng)研究”（項目編號：R0720305）。