工业共生网络副产品物质流稳定性研究.pdf

天津大学 博士学位论文 工业共生网络副产品物质流稳定性研究 姓名：杜朴 申请学位级别：博士 专业：工业工程 指导教师：赵涛 20090501 摘要 摘要 工业共生网络的出现是为了解决经济增长、社会进步与资源消耗、环境污染 之间的矛盾，系统的运营目标是经济效益目标与环境效益目标共存，系统运营具 有双重发展目标。由于这种特殊的内部结构和外部目标，工业共生网络与一般的 产业聚集群在结构、运行机制等方面存在更苛刻、更复杂的边界条件，也导致了 系统稳定性问题更加突出。 在工业共生网络结构确定的情况下，由于上游节点企业的副产品是下游企业 的生产原材料，因此上游企业的副产品供应会影响下游企业的原材料副产品订单 决策，进而影响到下游节点企业的副产品库存，工业共生关系最终会造成整个工 业共生网络的成本增加和共生效益减少，导致整个系统的工业共生效益不能充分 发挥，系统稳定性降低，工业共生系统解体风险加大。 本文聚焦工业共生网络中节点企业间的副产品物质流稳定性问题，采用定量 研究和定性分析相结合的方法，研究节点企业副产品物质流稳定性的特征和影响 因素，以及副产品物质流稳定性与工业共生成本增加额和副产品总库存成本之间 的定量关系，力求探索副产品物质流稳定性对工业共生网络运作的影响机制和规 律。本文的研究结论有助于提高工业共生网络内企业的共生效益和工业共生网络 结构的稳定度。 本文首先以工业生态学和工业共生理论为基础，从稳定性概念的内涵出发， 以统计学的视角，提出了工业共生网络节点企业副产品物质流稳定性的概念，并 以此建立了节点企业副产品物质流稳定性定量模型，通过理论分析和仿真验证， 指出在工业共生网络结构既定的情况下，利用副产品管理机构介入协调消除网络 内部副产品物质流方差是提高工业共生网络节点企业副产品物质流稳定性的唯 一有效手段。随后使用相同的方法可以建立副产品管理机构协调下的节点企业副 产品物质流稳定性定量模型，并可验证以上假设的正确性。在以上研究结论的基 础上，本文进一步将研究扩展至节点企业副产品净物质流方差的定量建模，在确 定最优库存策略的情况下，建立了副产品净物质流方差与工业共生成本增加额和 节点企业副产品总库存成本之间的数量关系，通过理论分析和仿真可得出使工业 共生成本增加额和总库存成本最低的总体最优策略。针对实施以上策略所面临的 信息共享方面的诸多问题，本文根据委托一代理理论，设计了针对上游节点企业 的激励机制，根据本文的研究环境提出了基于W 曲S e i c e s 技术的副产品管理机 构信息共享应用集成框架，并详细分析了副产品管理机构对节点企业的信息集成 和调用过程。最后，将以上研究结论应用于内蒙古蒙西高新技术工业园区的c 0 2 摘要 生态产业链进行副产品物质流稳定性分析，分析结果印证了研究结论的正确。 关键词：工业共生网络；副产品；物质流；稳定性；工业共生成本增加额；信息 共享 H A b s 仃a c t A bs t r a c t T h ei I l d u 嘶a ls 蛐i o s i sn e 铆o r k ( I S N ) w a sb o mt os o l v et h ec o n n i c tb 咖e e n e c o n o n l i c 訇0 w t l l ，s o c i a lp r o 孕e s sa n dr e s o u r c ec o n s u m p t i o n ，e n 啊r o m n e n t a lp o l l u t i o n T h eo p e r a t i o m lg o a lo ft h es y s t e mw a st Ob a l a n c et h ee c o I l o m i cb e n e f i t sa n d e I m ) n m e n t a lb e n e f i t s O w i I 唱t 0 l es p e c i a li m e m a ls t m c t l l r e 粕de x t 锄a lg o a l s ，t h e b o u n d a r yc o n d “i o no f 血es 仇J c 眦a n do p 删o nm e c h a I l i s mi I lm eI S Ni sm o r e r i g o r o u s 锄d 唧l i c a t e dt h a nc o 姗m o ni n d u s t r i a lc l u s t e I s ，w b j c hl e a d st 0w o r s e 鼢i l i 哆 W h e l lm eI s NS m l c t u r eh a Sb e e nd e t e m 血e d b e c a u S eu p 巾e rc o 单o r a t i o n s b y p r o d u c t ss e r v e 嬲t l l em a t e r i a lo fd o w 耐V e rC o r p l o r a t i o I 坞，n l es u p p l yo fu p r i v e r c o r p o r a t i o n s b y p r o d u c t sc o u l di n f I u e n c ed o W n r i V e rc o 印o r a t i o n s o r d e rd e c i s i o no f m a t 舐a l ，锄d 血e n 砌u e n C i n gb y - p r o d u C t si I ls t o c k F i l l a l l yi n d u 妯a 1s 弘n b i o s i s r e l a t i 彻s h i pc o u l d 协c r e a s ec o s t si 1 1w h o l eI S N ，d e c r e a u s es ) r n l b i o s i sb e n e f i t s ，d e s 仃0 y t h es y s t e m ss t a b i l i 谚锄dr a i s et 1 1 er i 8 ko f d i s i I l t e 黟a t i o n 1 1 l i s a r t i c l e6 u s e d0 nm em a t 舒a lf l o ws t a b i l 时o fb y - p r o d u c t sb e 呐e c I l c o 印o r a t i o I l Si l lm eI S N ( 锄i t a t i V er e s e a r c h 觚dq u a l “a 石V ea n a l y s i sw e r ea d 叩t e d t 0r c s e a r c hm ec t 磁r a c t e r i s t i ca 1 1 dt 1 1 e 砌u e n c ef a c t o ro fa l em a t e r i a lf l 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p a l - a g e m t h e o 巧，t h ei n c e n t i V em e c h a I l i s mf a c i n gu p r i v 玎c o 印o r a t i o n sw 邪d e s i g n e d T h e a p p l i c a t i o nn e g r a t i o n 纳m e w o r kb a s e d 0 nW e bS e n ，i c e st e c h n i q u ew 勰p r o p o s e df o r i n f 0 m a t i o ns h a r i n gw i t l l l eb y - p r o d u c t sm 觚a g 伽Q e n ta g e n c y ，a n dt h e n 也ep r o c e d u r e t h a tt h eb y - p r o d u c t sm a n a g 锄m ta g e I l c yi n t e g r a t e s 觚dc a l l sf 0 ri I l f 0 肌a t i o n 丘o m c o 巾o r a t i o I l s i nt 1 1 eI S Nw 嬲趾a l y z e di n d e t a | i 1 F i 工l a l l y ，a _ b o v ec o n c l u s i o n Sw e r e a p p l i e dt 0aC 0 2e c o i n d u s t r i a lc h a i l li nM e l i cS e aG r o u pf o rm em a t 嘶a ln o w s 协b i l 毋距a l y s i so fb y p m d u c t s T h er e s u no f 锄a l y s i sc o u l dv a l i d a t ea l lr e s e a r c h c o n c l u s j o n s K e yW o r d s ：I n d u s t r i a lS y m b i o s i sN 咖o r k ( I S N ) ；B y p r o d u c t ；S t a b i l i t ) r ；M a t 两a l F l o w ；I n d u s t r i a lS y m b i o s i sC o s tV a l u eA d d e d ；I I l ：f - o n n a t i o nS h a 曲g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：卉t 矸 签字日期：z 矽J 7 年广月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨盗苤堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：杠斫 导师签名： 叁潘 签字日期：如口7 年月p 日签字日期：力矽年r 月日 第一章绪论 第一章绪论 近十几年来，在经济增长的同时，资源枯竭和环境污染的问题越来越严重， 人们开始思考如何借鉴自然界中生态系统的原理，来完成人类社会中产业系统的 构建和运行。经过多年努力，世界各地以生态工业园区的形式建立了很多工业共 生网络，其在自然资源的节约以及减少污染物排放方面取得了很好的效果。但是， 工业共生网络在面临外界干扰时的稳定性问题更多地引起了学者的重视。 工业共生网络的稳定性与自然生态系统的稳定性有相似之处，但是又有本质 上的区别：工业共生网络与自然生态系统相比，它所受到的“人”的主观能动影 响要大得多，工业共生网络要受到经济规律的影响，受经济目标和环境目标的双 重制约。这就需要研究人员对工业共生网络的稳定性问题在生态学、工业生态学、 管理学等学科的基础上，进行更加深入地研究。 1 1 1 研究背景及问题的提出 1 1 2 研究背景 二次世界大战后，资本主义国家进入了一个经济高速增长的黄金时期，创造 了巨大的财富。但工业文明在推动科技进步和物质繁荣的同时，也带来了许多问 题，在一定程度上表现为反人性和反自然：自然环境仅仅被当成资源和载体；高 消耗、高污染的发展模式致使资源枯竭、环境污染、生态恶化；人们在享受经济 繁荣的同时，也牺牲了卫生、健康、美好的环境与愉快的心情，不仅经济发展难 以为续，人类自身的生活质量也受到影响【l 】。人们不得不对此进行反思，并寻求 新的发展模式，以实现自身及子孙后代的可持续发展，人类文明由此进入生态文 明时代【2 0 】。“可持续发展 成为近半个世纪、尤其是近二十年以来人类关于未 来发展的重要议题。 1 9 8 9 年F r o s c h 和G a l l o p o u I o s 在科学美国人上发表了划时代文章可持续 工业发展战略，正式提出“工业生态系统 的概念【4 】。该文指出工业系统可以 仿照生态系统从生产者流向消费者，并由分解者和清除者再循环的物质循环过 程，在企业之间建立物质和能源循环使用的共生关系【5 一，从而将工业系统转变 成工业生态系统。随后，工业共生、生态工业园、副产品交换等概念应运而生。 第一章绪论 近来，在市域以上区域范围构建以经济效益和环境效益平衡发展为目标的产业生 态网络己成为产业生态化发展的最为理想的路径选择【7 】。产业生态网络强调节点 企业在生产工艺和产品方面的持续改进，同时注重社区、政府、非政府部门等利 益相关者的共同参与，在地域空间、成员企业数目及对区域经济发展的贡献等方 面具有独特优势。 自2 0 世纪7 0 年代出现丹麦卡伦堡工业共生体后，作为工业共生网络典型代表 的生态工业园实践在全球范围内广泛开展。美国、加拿大、日本、德国、奥地利、 瑞典、爱尔兰、荷兰、法国、英国、意大利都建成了一批生态工业园。近几年来， 越来越多的发展中国家意识到发展生态产业的重要性，印尼、菲律宾、泰国、印 度等国家都在积极建设生态工业园。我国也在1 9 9 9 年以来快速推进循环经济与工 业共生网络规划建设，截至2 0 0 9 年1 月，经国家环保总局认证挂牌的示范生态工。 业园已经达到3 0 个嘲。产业生态在我国的发展重点，一是大型的联合企业，二是 工业园区，三是工业集中的城镇。在工业集中的城镇建设工业共生网络，是我国 工业生态近年来的发展趋势之一。 工业共生网络是一个复杂的组织网络系统，涉及到产业、产业链、相关工程 与技术、国家政策、法律法规以及社会关系等领域。但过去学术界研究焦点主要 集中于工程和技术层面，研究视线过多地放在工业共生网络中的管道搭建和工 程、工艺设计方面，而对网络内部企业间的物流关系以及工业共生成本问题研究 甚少。迄今为止，对于工业共生网络的研究仍主要局限在化工和环境学界，尚未 引起管理学界和经济学界的足够重视。实际上，影响工业共生网络发展的因素不 仅仅是技术问题，多数情况下，协调与管理网络成员间的运营关系往往比技术问 题更为重要。 1 1 3 问题的提出 工业共生网络的出现是为了解决经济增长、社会进步与资源消耗、环境污染 之间的矛盾，致力于改变传统的“线性工业生产模式，发展“资源一产品一再 生资源一再生产品的循环经济。区别于一般产业系统，具有生态化链接关系的 工业共生网络有两个重要特点：一是内部成员之间链接方式是有形链接纽带与无 形链接纽带共存，系统结构具有双重链接形式。成员之间的有形链接纽带是上下 游之间正向、逆向流动的废物或初级产品；无形的链接纽带是各成员内部的生态 产业理念、生态化链接技术、废弃物的经济价值。二是系统的运营目标是经济效 益目标与环境效益目标共存。系统在追求经济利益最大化的同时，也充分考虑环 境污染的负外部性，系统运营具有双重发展目标。由于这种特殊的内部结构和外 部目标，工业共生网络与一般的产业聚集群在结构、运行机制等方面存在更苛刻、 2 第一章绪论 更复杂的边界条件，也导致了更脆弱的系统稳定性。 例如，美国早期工业共生系统的代表c a p ec h 砌e s 工业剧9 】、芬兰东部城市 J o e l l s 眦的s i 出【a l a 发电厂生态工业项引1 0 1 ，在运营过程中由于地理位置偏僻、经 济支持困难以及生态化链接技术不充足等原因，相继出现了系统结构的剧烈变化 情况，后者甚至濒临解体。 在工业共生网络结构确定的情况下，由于上游节点企业的副产品是下游企业 的生产原材料，因此上游企业的副产品供应会影响下游企业的原材料副产品订单 决策，进而影响到下游节点企业的副产品库存，工业共生关系最终会造成整个工 业共生网络的成本增加和共生效益减少，导致整个系统的工业共生效益不能充分 发挥，系统稳定性降低，工业共生系统解体风险加大。 可以预见，随着工业共生网络这个新生事物的成长、成熟，将会有更多的不 稳定问题暴露，因此须对工业共生网络的稳定性，特别是尚未引起关注的副产品 物质流稳定性问题高度重视，科学发展生态产业，推广循环经济。 1 1 4 工业共生网络稳定性的研究进展 由于工业共生网络的出现始于2 0 世纪末，其发展还处于摸索阶段，人们尚未 对工业共生网络的稳定性进行系统研究，因此与其相关的研究非常有限。 目前学术界大多认同肖忠东对工业生态系统稳定性内涵的界定：工业生态系 统稳定性指一个工业生态系统内外部环境出现不同程度的变动时，系统维持稳定 状态的能力【1 1 1 。 武春友等将工业生态系统的稳定性定义为：处于平衡状态中的工业生态系统 在干扰出现的情况下，保持自身当前状态的能力【1 2 】。 现有对工业生态系统稳定性的研究中以定性分析居多，这些研究大多基于生 态学、产业生态学、企业联盟等理论展开。 C 0 t e 和C o h e l l R 0 se I l _ t h a l 提出，可以通过吸引其他公司来填补生态位( 小生 境) ，来增加多样性，提高恢复力和稳定性n 羽；然而，楼园、赵红等人根据生态 学基本原理提出了不同的观点，认为工业生态系统的稳定性随复杂性的增加而增 加，然而到一定程度后，呈反向变化趋势n 射； L o w i t t 通过马萨诸塞州的案例研究，表明议事程序、编码与契约、资金来源、 经济手段、信息管理和发送等会对生态工业园维持( 稳定性) 起到作用n 引。 L 0 w e 指出，公司利用彼此之间的副产品作为原材料，使得在一家企业倒闭 时会出现供应不足或者市场风险n 司； B 咖g e z u 认为对于一个已经建立起来的生态产业结构来说，总的危机存在于 其既有技术对未来潜在进化所带来的障碍n 钔； 第一章绪论 A 巧a K a n 证F l e i g 从规避工业生态系统内部风险角度出发进行研究，认为企 业之间依赖性带来系统复杂性，这种复杂性进一步造成：合作程度越高，彼此依 赖程度越大，从而风险越大u 幻； S u I I l i t aM a j u I 】砸a r 认为有七个方面的因素阻碍了工业生态系统的稳定发展与 未来成功：制度、技术、经济、信息、组织、法律、认知n 。 Z i l a h y 通过对8 个高耗能企业进行的实证研究，显示影响企业群生态化运作 的因素包括财政支持、高投入低产出、项目重视程度、人力资源问题、认知能力、 市场条件、技术障碍、其他因素，这些因素的因子载荷各不相同n 钔。 M o r e h o u s e 提到由于不同等级的信息需要去收集、分析、综合，而且内部充 满复杂性与不确定性，使得很多情况难以预测，“尽管美国有超过4 0 个社区声称 要建立生态工业园或网络，但由于信息系统难以满足作为决策支持工具的要求， 导致进展缓慢 n 们。 C a t l l 耐n eH a r d y 和1 m 孙E G 职e d e l 从工业生态系统内部结构入手展开研 究，明确提出系统关联度的提高，未必伴随着稳定性提高和环境状况的改善乜们。 I b s e 通过四个案例研究，认为从技术影响的角度出发“生态工程技术与传统 工程技术之间的鸿沟成为生态化技术执行的束缚因素妇。 P a u l i n eD e u t z 认为可以建立m o n t l l l yw o r k s h o p s ，通过那种短期组合的工作组 来适应那些生态工业园区工作内容中的临时部分，从而可以避免上、下游企业的 人员变动频繁呦1 ；王灵梅等也提出，调节链的存在对增加系统弹性，保证系统的 稳定性是很必要的嘲。 王兆华博士论文指出，当前工业生态系统尚不是一个真正意义上的“生态系 统，存在以下几方面的问题：一家企业废物未必能分离、有价值且数量充足 运用完全于另一家企业；可用资源的不灵活性；原材料供应的不确定性； 竞争企业间保密技术的泄露乜羽。 段宁等在全国4 7 个生态工业系统作出统计、数据相关分析和回归分析结果表 明：强有力的系统内部关键种企业、较少的成员交流障碍、较近的成员空间距离、 多样化的成员企业主营业务等4 个因素对我国生态工业系统稳定性有显著影响 【2 5 】 o 秦颖等以卡伦堡生态工业系统内的下游企业必须刻意保持( 修订) 自身工艺 技术参数，从而适应上游企业的特殊品质副产品为案例进行研究，认为生态工业 系统存在“技术迎合 风险例。 H e e r e s 等通过比较研究，认为荷兰的生态工业园区比美国运营更稳定的原因 是政府干预少乜刀。 蔡小军从共生产业链形成机理入手，认为共生产业链的形成在于通过寻求一 4 第章绪论 种制度安排，以合理利用整条共生产业链的内、外资源，在尽量保护环境的同时， 进而形成低成本、差异化或者两者结合的竞争优势。他运用S h a r p l c y 值法，提出 了一种基于合作博弈的利益分配模型从理论上解决了共生产业链的利益分配问 题。得出定理一，共生产业链稳定的必要条件是满足：任何一个组织进入共生 产业链后，该共生产业链所创造的总体收益，应该大于该组织与原始共生产业链 各自所创造的收益之和；共生产业链中每个成员获得的预期合理收益应该为该 成员参与所有合作方之间各种不同共生关系组合时所创造的其收益贡献值与其 成功概率的积。定理二，共生产业链稳定的充分条件是，共生产业链的合作各方 均应该获得其所有共生链组合中的最大收益【2 8 1 。向来生等使用这种方法做了具 体应用【2 9 1 。 喻宏伟等从博弈论的角度探讨了影响生态工业园稳定性的制度根源，指出生 态工业园的稳定性直接与以下因素相关：一是核心企业的经营状况的好坏；二是 企业之间契约是否具有完备性以及具有良好的互信合作关系；三是共生企业之间 是否具有良好的“利益共享、风险共担的激励与监督机制；四是共生企业间是 否具有比较完备的生态产业链啪1 。 徐立中、秦荪涛运用了波特的价值链理论，通过多主体建模的方法分析了产 业共生的价值体系，经过模型的演化运行和环境变量的微调，研究生态产业共生 在价值上建立稳定机制的方法和理论框架n 。 ， 袁婕等采用系统内能值转化率的数学平均值来表征系统结构的稳定性啪1 ，并 做了实证分析。 当前有部分学者开始使用量化方法对生态系统稳定性作出研究，但是这些方 法尚未应用于工业生态系统稳定性的研究。有部分学者从现实生态系统环境、资 源容量出发，采用生态物种的指数增长模型改良结果L 0 9 i S t i c 阻滞增长模型，从 物种数量增长速度恒定( 包括为零) 的角度来衡量系统稳定性【3 3 1 。曼斯费尔德 率先创造性地将“传染原理 和L o g i s t i c 模型用于对技术扩散问题的分析，从而 开创了用生物学模型对经济问题的定量分析【3 4 】。 郭莉基于对生物界种群共生关系( 兼性共生、双向专性共生、单向专性共生、 偏利共生) 的研究，将工业共生模式分为平等型、依赖型、依托型、单向获利型 四种模式，以生态效益变化作为研究对象，对四种模式的稳定性条件进行了分析。 她运用L o g i s t i c 增长模型来描述企业独立状态下生态效益的增长规律，通过求解 获得工业共生稳定性的条件【3 5 】。 另一种研究思路是，鉴于在大多数情况下生态系统的多样性( m V e r s 毋) 越 高，稳定性越好，于是提出可以直接用多样性来衡量稳定性，量化工具直接借用 S h a n n o n 和W e a v e r 的研究成果【硼。 第一章绪论 还可以熵理论入手，研究生态系统稳定性。从低熵角度可以把生态系统的稳 定性描述为：在外界因素变化干扰下，系统的内部结构及子系统的功能变化程度。 在生态系统运动过程中，当熵变为零时，从外界引入熵流的大小即为系统的稳定 度。从外界引入的熵流越小，系统越稳定【3 丌。 除了上述这三种方法以外，采用李亚普诺夫稳定性理论对生态系统稳定性进 行研究是另外一种重要的研究方法。 1 2 研究意义及学术价值 工业共生网络( I n d u “a lS 蜘n b i o s i sN e 时o r k ，I S N ) 属于工业生态学的重要 研究领域，是生态工业园建设过程中的核心内容【3 s 】，它强调企业之间的合作， 从根本上将传统工业发展的“资源一产品一废物 模式转变为“资源一产品一再 生资源”模式。工业共生理论范畴中没有“废物 的概念，通过模仿自然生态系 统中的“共生 ，实现工业系统中一个生产过程的“副产品成为另一生产过程 的原材料，从而将整个工业体系形成各种资源( 能源、水和原材料) 循环流动的 闭环系统( C l o s e d 1 0 0 pC y c l e ) ，最终在提高经济效益的前提下，保护生态环境。 建立生态工业园是解决人类工业系统污染和提高环境资源配置效率的有效途径。 国际上对工业共生网络的研究是伴随着工业生态学理论的发展而进行的，大 多集中在环境和化工学界，尚未引起管理学界的关注。目前研究主要侧重于宏观 政策和概念层面的介绍，对于该领域所涉及的深层次问题的研究还刚刚起步，从 概念、理论向成功的应用试验推进，还缺乏系统性的研究。 国内在工业共生网络领域的研究刚刚开始介入，虽然也有少量文章见诸报 端，但大多还停留在国外研究成果的援引和介绍阶段，尚未涉及工业共生网络运 作过程中的微观层面。并且国内对该领域的研究仅局限于少数科研院校，还没有 引起广大学者的足够重视。因此，在国内开展工业共生网络的研究在理论上具有 重大的创新价值和机会，这对缩短我国在该学术领域与发达国家的差距具有重要 意义。 目前，有关工业共生系统稳定性影响因素的研究己初步开展，并已取得一些 成果，物质流稳定性是系统稳定性概念中的一部分，而关于物质流稳定性对工业 共生网络中企业共生效益和共生成本的负面影响及其消除方法的研究还是空白， 对工业共生网络稳定性的研究尚未引起学术界的足够重视，使之成为工业生态学 领域研究的薄弱环节，定量建模分析更是少之又少。 本论文融合工业生态学理论、物质流分析和供应链理论的研究成果，在剖析 副产品物质流波动对节点企业工业共生成本机理的基础上，通过数学方法对工业 6 第一章绪论 共生网络节点企业的副产品物质流稳定性、副产品净物质流稳定性、工业共生成 本增加额和总库存成本进行数学建模、理论分析及模拟验证，力求探索副产品物 质流稳定性及其对工业共生网络运作的影响机制和规律，对于工业共生网络节点 企业间副产品物质流稳定性的研究有助于提高工业共生体内企业的共生效益和 工业共生网络结构的稳定度，对于提高工业共生网络的运营效率，更大程度地发 挥出工业共生效益，最终为生态工业园及工业共生网络建设提供理论支持，在世 界范围内推广生态工业园建设，发展循环经济具有重要的意义。 1 3 研究方法及主要工作 1 3 1 研究方法与技术路线 生态工业园工业共生网络副产品物质流稳定性所涉及的研究领域较多，为此 首先进行了历时近三年的文献检索与查阅，对相关领域的研究进行了评析，结合 导师主持的研究课题对国内重要的生态工业园试点单位进行了深入地实地调研。 在此基础上，根据稳定性概念的内涵，使用统计学方法建立了节点企业副产 品物质流稳定性的量化模型，并且发现副产品供应量波动导致的物质流不稳定只 存在于上下游节点企业之间，不会在工业共生网络内部传播放大。在不同原材料 使用量预测技术的环境下，详细分析了副产品物质流稳定性的影响因素，并对定 量模型进行了仿真验证，以上研究方法和结论为整篇论文的研究打下了坚实的基 础，通过对以上结论分析可以发现控制网络内部副产品物质流可以提高节点企业 副产品物质流稳定性，因此提出由生态工业园中的副产品管理机构来协调控制网 络内部的副产品物质流。之后利用同样的研究方法对副产品管理机构协调后的副 产品物质流稳定性进行量化建模、理论分析和仿真验证，最终证明了以上建议的 效果。研究至此缺少对工业共生网络节点企业的实际指导意义，因此将以上结论 延伸至节点企业副产品净物质流稳定性的分析，可以证明节点企业副产品净物质 流稳定性对工业共生经济效益，更具体来说，对工业共生成本增加额及节点企业 副产品总库存成有直接的影响。最后根据以上研究结论，针对提高工业共生网络 副产品物质流稳定性，减少节点企业总库存成本的目标，提出了详细具体的政策 建议和最优决策策略，其可作为园区管理者和节点企业提高效益的决策依据和参 考。 同时，本文还注意到副产品管理机构协调控制网络内部副产品物质流过程中 可能遇到的信息共享难题，通过对信息共享模式、激励机制和技术框架的研究， 提出了基于w c bS e i c e s 的副产品管理机构信息共享集成框架，并对所涉及的主 第一章绪论 要问题包括信息共享模式、激励机制和信息集成框架提出了具体的建议。 论文研究的技术路线如图l 。l 所示。 l - 一一- 一 节点企业副产品 物质流稳定性定 量建模 - - _ 一o l 丽 业副产品物质流 稳定性定量建模 = ：了= = = = = = = = = = = = = _ 节点企业副产品净物质流方差定量建模 I 碰共券薯益黪H 耻赫蜘分析广_ 1 额研究 r 1 3 2 研究内容 总体最优副产品协调策略 图1 - 1 本文研究的技术路线 I I I I I I I 1 ) 绪论 阐述了论文选题的现实背景、研究意义和学术价值。同时对论文的研究方法 和技术路线进行了介绍。在此基础上，对论文的研究内容和主要创新点进行了归 纳和总结。 2 ) 相关理论基础及国内外研究综述 工业共生网络是融合了工业生态学理论、工业共生理论和网络组织理论发展 而来的。论文首先对工业生态学相关理论，包括工业生态学、循环经济和生态工 8 - - 理论分析仿真验证 -；- 理论分析 仿真验证 iL 一；il；I 第一章绪论 业园的主要研究内容和进展进行了评析；然后，对生物学范畴的共生和工业共生 的内涵及研究进展进行了分析，之后对工业共生模式和工业共生网络的相关概念 进行了综述和分析。 3 ) 工业共生网络节点企业副产品物质流稳定性分析 本章首先分析了研究工业共生网络内部节点企业副产品物质流稳定性的意 义，从稳定性概念的原始内涵出发，借鉴物质流分析方法，以统计学的视角提出 了工业共生网络节点企业副产品物质流稳定性的概念，并且发现副产品供应量波 动导致的物质流不稳定只存在于上下游节点企业之间，不会在工业共生网络内部 传播放大。根据以上概念建立了工业共生网络单上游节点企业分别采用移动平均 法( M o v i n gA v e r a g e ，M A ) 和条件期望预测方法( C o n d i t i o n a lE x p e c t a t i o n ，C E ) 情况下的副产品物质流稳定性定量模型，并分析网络内部副产品物质流参数对于 副产品物质流稳定性的影响特征。在定量模型的基础上，对理论模型及其参数影 响进行仿真实验，验证了理论分析的正确性。最后通过理论分析和实验结果指出， 在工业共生网络结构既定的情况下，利用节点企业间的战略合作关系控制甚至消 除网络内副产品物质流方差是提高工业共生网络节点企业副产品物质流稳定性 的唯一有效手段。 4 ) 副产品管理机构协调下的副产品物质流稳定性分析 本章将首先分析工业共生网络中的副产品管理机构的职能以及工业共生网 络中信息交换的内容和特点，可以发现副产品管理机构有能力协调节点企业间的 网络内副产品物质流，并消除网络内副产品物质流方差，所采用的方法是协调上 下游企业之间的副产品物质流恒定于副产品供应物质流的数学期望。在副产品管 理机构的协调下，分别建立采用M A 方法和C E 方法情况下的副产品物质流稳定性 定量模型，分析原材料使用量参数对于副产品物质流稳定性的影响特征，在此基 础上对理论模型及参数分析进行仿真实验，可以验证理论分析的正确性，最后使 用多因素敏感性分析方法对参数的敏感性做出排序。经过以上分析，可以发现经 过副产品管理机构对网络内副产品物质流的协调，可以消除网络内副产品物质流 方差，大幅提高节点企业的副产品物质流稳定性。两种预测方法对于副产品物质 流稳定性的影响特征也有所不同，这为进一步优化节点企业副产品物质流稳定性 提供了研究方向。 5 ) 节点企业工业共生成本增加额分析及最优策略确定 本章首先从工业共生经营效益概念出发，借助前文副产品物质流稳定性的研 究结论，对工业共生经营效益概念中的工业共生成本增加额部分建立了定量模 型，并指出在工业共生网络结构确定之后工业共生成本增加额是节点企业唯一可 以消除的成本。之后对其主要影响因素节点企业副产品净物质流方差建立了理 9 第一章绪论 论模型并进行仿真实验，验证了理论模型的正确，并可得到以下结论：副产品物 质流方差导致节点企业副产品净物质流方差增大以及库存水平的稳定性恶化，进 而提高工业共生成本增加额；两种预测技术对于副产品净物质流方差的影响特征 与节点企业副产品物质流稳定性相同。以此结论为基础，通过仿真研究了节点企 业的安全库存水平与副产品净物质流方差之间的数量关系，确定了最优安全库存 策略。最后分析了节点企业副产品净物质流方差对工业共生成本增加额及节点企 业副产品总库存成本的影响，并据此得出使总库存成本最低的总体最优策略，在 论文假设环境下，最优策略可以节约副产品总库存成本3 0 以上。 6 ) 副产品管理机构信息共享的相关问题研究 副产品管理机构介入协调节点企业间的网络内副产品物质流涉及到大量的 信息传递和信息处理的工作，本章主要解决了以副产品管理机构作为信息处理中 心所涉及的问题。本章首先分析了各种信息共享模式，认为副产品管理机构适合 采用信息集中管理的第三方模式，之后详细分析了采用信息集中管理模式下的信 息流传递过程。在本文所分析问题的环境中，共享信息带来的额外利润分配不均 是信息共享最重要的阻碍。针对这一问题，本章根据委托一代理理论，设计了针 对上游节点企业的激励机制，并验证了激励机制的可实现条件。工业共生网络中 的信息共享还面临着各企业管理信息系统底层技术架构不兼容的问题，本文针对 此问题，提出基于W 曲S e r v i c e s 技术实现企业间跨平台、跨语言的信息共享，根 据本文的研究环境提出了基于w 曲S e n ，i c c s 技术的副产品管理机构信息共享应 用集成框架，并详细分析了副产品管理机构对节点企业的信息集成和调用过程。 最后，对于副产品管理机构的数据处理核心单元决策支持系统，详细描述了副产 品物质流协调过程中的核心数据处理过程。 7 ) 蒙西高新技术工业园区的案例研究 本章利用前文的研究结论对内蒙古蒙西高新技术工业园区的C 0 2 生态产业 链来进行分析，计算副产品管理机构介入协调前后的节点企业副产品物质流稳定 性、工业共生成本增加额变化以及副产品库存总成本节约程度。根据蒙西高新技 术工业园区的具体条件设计基于W 曲S e r v i c e s 技术的副产品管理机构信息共享 应用集成框架，并详细分析了副产品管理机构对节点企业的信息集成和调用过 程。 8 ) 结论与展望 对论