貨物運輸管理模擬教學系統研究*

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)

貨物運輸管理模擬教學系統研究*

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進行模擬，鍛煉學生的實踐能力。本文根據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，模擬運輸管理的實際情況，提出開發運輸管理實驗教學系統的思路。為運輸專業教學提供良好的實習、教學環境。

貨物運輸；模擬實習；系統設計

貨物運輸組織是專門研究貨物運輸的具體過程，具有涉外活動特點，是一個專業性很強的工作，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。目前國內高校中開設交通運輸專業的很多，其中多數以培養理論型人才為主，培養應用型人才相對較少。為更好地培養專業人才，有必要采用科學、有效的方法對學生進行教學管理。

運用仿真技術研究相關問題已成為一個熱點，國內外學者在物流系統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，本文基于運輸企業管理進行模擬，專門為運輸專業提供教學服務，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現問題及解決問題的能力，提高其學習和操作的主動性。

一、系統硬件結構

該系統應用的是B/S(Browser／Server)結構，其客戶端最主要的應用軟件是Web瀏覽器。該模式統一客戶端，將系統功能實現的核心集中到服務器上，簡化系統的開發、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等數據庫，瀏覽器通過Web Server同數據庫進行數據交互。系統硬件結構如圖1所示。[5]

二、系統總體模塊結構

貨物運輸管理教學系統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。軟件通過歸納總結整個貨運行業的流程和慣例，建立接近真實的貨物運輸組織虛擬環境，達到讓學生通過該系統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務流程，并有能力應對復雜多變的市場環境，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人才的目的。

根據網絡教學形式的特點，經過深入細致的調研、分析和規劃，確定該系統功能結構如圖2所示。

1．基本信息管理模塊

此模塊用于管理系統的相關基本信息，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容：托運單編號、貨物量、貨物名稱、發貨點、收貨點、發貨時間、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業務流程中的重點模塊。在運輸配送模塊中，此模塊實現運輸派車、配載管理、司機管理、車輛管理等系統操作。

4．回執單自動生成模塊

回執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容：托運單編號、貨物量、貨物名稱、發貨點、收貨點、發貨時間、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，其調度管理水平如何，哪些因素沒有考慮以及產生的后果需要有一個評價和總結，找出存在的問題，有助于提高學生的調度和管理水平。

三、系統仿真模型

本文的貨物運輸管理模擬教學系統是一個虛擬的運輸管理信息系統，因而并沒有實際的客戶存在。整個過程都是由學生根據教師設定的基本運送環境和相關參數，使用該系統完成相應的配送作業等操作。但是，為了更接近運輸組織的實際情況，必須在系統中模擬出客戶托運單生成的過程和收貨回執單反饋的過程。本文創新地借鑒了概率論、統計學和系統仿真中產生隨機變量的方法等，構建出由系統自動生成托運單和送貨回執單的相關模型。

1．托運單自動生成模型

本文的運輸管理仿真系統中，要求實現托運單的自動生成，而且生成的托運單屬于哪個客戶是隨機的。為了實現托運單生成的隨機性，本文借鑒了概率論、統計學和系統仿真中產生隨機數發生器、逆變換法等，構建出一個系統自動生成隨機托運單的模型，以便進入運輸管理仿真系統后，可以獲取系統隨機產生的托運單，并根據此托運單進行后續的操作。

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

但用數學方法在計算機上產生隨機數是以完全確定的規定進行的，它顯然不是真正隨機的，為了與真正的隨機數相區別，常將這種用數學方法產生的隨機數稱偽隨機數。偽隨機數從統計性質來講，在相當程度上近似于均勻分布隨機數。

目前應用的大多數隨機數發生器都是各種線性同余發生器，它是Lehmer在1951年提出的，根據以下遞推公式產生0~m-1之間的整數序列Z1,Z2,…。[8]

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

對于線性同余發生器適當選擇，m，a，c，可使Zi循環產生，無論Z0取何值，其循環順序是相同的，循環一次稱為發生器的一個周期，記為P。如果P=m，則稱該發生器具有滿周期。適當選擇m，c，a，可保證Zi在[0,m-1]區間上一個周期內每個整數正好出現一次，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線性同余發生器都采用乘同余法。

此時，式（1-1）變為：

對于二進制計算機，可以按照以下規則選擇a和m：

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

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

例：希望產生100個數的序列（最小單位為1）。

根據規則（1），m應選擇接近400，現取m=29=512，則機器字長至少應為9位。再根據規則（2）a≈24.5=23，而與此數最接近且滿足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，設Z0= 11，按上式計算可得以下隨機數序列：

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基本符合均勻分布的統計特性，其概率密度函數為：

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

為了產生服從某分布的隨機變量，常用的產生隨機變量的方法有反變換法、組合法、卷積法及取舍法。在離散事件系統仿真中，產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的分布函數為F（x），為了得到隨機變量的抽樣值，先產生在[0,1]區間上均勻分布的獨立隨機變量u，由反分布函數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生模型

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

例：如果托運人的個數為n，且每個人發出托運單的概率相等，即其概率密度函數為P（x）=1/n（x>0），其分布函數由下式算得：

易得F（x）的反函數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）托運貨物批量產生模型

常見的貨物批量分布概率密度函數（負）)指數分布、正態分布等。[13]

當貨物批量分布為指數分布，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，…）

即為指數分布的隨機變量。

則反變化法產生隨機變量的步驟如下：

第一，產生在[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，即通過隨機數發生器得到一組[0,1]上均勻分布的獨立的隨機數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，這將產生企業不愿看到的退貨。

在本文的貨物運輸管理模擬教學系統中，可以根據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。而隨機數的產生方式是根據計算機系統時間的秒數得到，即為0~59中的任意值，然后將0~59這60個數按照1-α：α的比例分成兩個區間，然后根據送貨發出時系統的秒數所落的區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個數按比例劃分成了兩個區間，分別是[0，56]和[57，59]。然后，當送貨發出后，系統的秒數在[0，56]之間時，收貨回執為合格；當送貨發出后，系統的秒數在[57，59]之間時，收貨回執為退貨。這樣即完成了收貨回執單的自動生成。

4.系統業務流程

對于本文的貨物運輸管理模擬教學系統，其業務流程如圖3所示，其分析表述如下：

首先客戶將托運單發給運輸企業 （系統自動生成），然后由運輸企業操作員（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，操作員即根據不同商品將托運單分類匯總，根據用戶提供的所托運貨物的品種、數量、重量、規格、體積、運輸要求等，結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，對運輸作業業務進行處理，制定出最優配載方案。

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。將貨物運至客戶處后，當客戶進行收貨審核合格時，發出合格回執（系統自動生成），則托運單處理完成，生成托運單歷史資料并存檔，整個配送管理業務結束；當客戶拒收時，發出退貨回執（系統自動生成），則要對系統相關數據做出調整，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]王衛友,曾傳華.道路運輸企業運營管理仿真研究[J].交通標準化,2010.

[2]耿強,高樹亭.道路運輸信息化體系建設框架與設計[J].交通標準化,2007(12).

[3]陳莉,莫日根.國際貿易模擬實習教學軟件的系統設計[J].浙江萬里學院學報,2005.

[4]魏曉明,姜濤等.基于B/S模式的虛擬實習平臺的設計與實現[J].福建電腦，2004.

[5]彭才洪,袁磊.多媒體教學軟件設計與開發的策略[J].中國現代教育裝備，2007.

[6]劉國麗,于麗梅等.基于Linux操作系統的遠程教學系統設計[J].中國電化教育，2004.

[7]黃忠.基于VB和VRML技術的數控仿真教學系統設計[J].精密制造與自動化，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的文科實驗教學與管理系統的設計與實現[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[M].北京:清華大學出版社,2007.

[11]劉永主編.信息系統分析與設計[M].北京:科學出版社,2002.

[12]崔凌云,魏榮華.運輸行業管理信息系統的分析與設計[J].內蒙古電大學刊,2008(1).

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

（編輯：金冉）

G434

B

1673-8454(2012)01-0050-04

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