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包含产品回收逆向物流的库存研究 摘要 可持续发展和循环经济使许多企业积极地加入逆向物流活动，进行产品和物 料的回收与再加工。库存管理是闭环供应链研究的关键领域之一，在供应链管理 中，供应链的相邻结点企业都是买方与卖方( 或供货商与销售商) 的关系。如果这 些企业的运作决策不能协调，那么整条供应链的有效性将受到严重影响。所以， 如何促成供应链中不同企业之间进行有效协作始终是一个重要课题。 在包含逆向物流的研究中，库存管理又加入了回收成本与处理成本的影响， 变得更加复杂，同时回收品数量及处理时间的不确定更增加了其库存决策的难 度。本文解决了包含逆向物流的联合生产库存决策问题，将供应链中的几个重要 环节：原料供应商、制造商和销售商放在一起进行整体考虑，通过增加回收再制 造逆向物流，改变现有模型的参数，并且对所建模型进一步推广，指出在供应链 环境下，双方进行合作及信息的共享才能更好的管理合作基础上的库存，从而获 得整体的利润最大化或成本最小化。 本论文中所建立的各种模型不仅在理论上可以大大丰富供应链库存管理内 容，同时可以指导实际生产库存活动，对于供应链管理者的经营决策有一定的参 考价值，后续研究可以从回收率的探讨与回收产品多种处理方式等角度继续展 开。 关键词：回收再制造库存缺货多销售商 t h ei n v e n t o r yr e s e a r c hi n c l u d i n g r e c y c l i n gr e v e r s el o g i s t i c s a b s t r a c t b e c a u s eo ft h es t r a t e g yo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n dr e c y c l i n ge c o n o m y , al o to fe n t e r p r i s e s a c t i v e l yj o i n e d r e v e r s el o g i s t i c s i n c l u d i n gr e c y c l i n g a n d r e m a n u f a c t u f i n g i n t h e s u p p l y c h a i n m a n a g e m e n t ，t h ee n t e r p r i s e s i nt h e n e i g h b o r h o o do fs u p p l yc h a i na c ta sv e n d o ra n db u y e rr e s p e c t i v e l y i ft h e m a n a g e m e n td e c i s i o n sc a l l tb ec o o r d i n a t e da m o n gt h e s ee n t e r p r i s e s ，t h ee f f e c t i v e n e s s o fw h o l es u p p l yc h a i nw i l lr e c e i v es e r i o u si m p a c t t h e r e f o r e ，h o wt oc o o r d i n a t et h e r e l a t i o n sa m o n gt h ee n t e r p r i s e si sa l w a y sa ni m p o r t a n ts u b j e c t t h ei n v e n t o r ym a n a g e m e n ti n c l u d i n gr e v e r s e l o g i s t i c sb e c o m e sm o r e c o m p l e x ，b e c a u s eo fr e c y c l i n ga n dr e m a n u f a c t u r i n gc o s t s m e a n w h i l et h eu n c e r t a i n t y o f r e c y c l i n gm a t e r i a l sa n di t sp r o c e s s i n gt i m em a k e si n v e n t o r yd e c i s i o nh a r d e r i nt h i s p a p e r ，w ec o n s i d e rt h ei n v e n t o r ym a n a g e m e n tp r o b l e mb yi n t e g r a t i n gt h el i n k si n s u p p l yc h a i nm a t e r i a ls u p p l i e r ，v e n d o ra n db u y e ra so n es y s t e m w ea d dr e c y c l i n ga n d r e m a n u f a c t u r i n g ，c h a n g et h ee x i s t i n gm o d e lp a r a m e t e r sa n df u r t h e rt h em o d e l s i ti s c o n c l u d e dt h a tc o o p e r a t i n ga n ds h a r i n gi n f o r m a t i o ni sab e t t e rm e t h o dt oo p t i m i z e t h e i rp r o f i t so rc o s t s t h ed i f f e r e n tk i n d so fm o d e l se s t a b l i s h e di no u rp a p e rn o to n l yc a ne n r i c h i n v e n t o r yr e s e a r c hc o n t e n ti ns u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，b u ta l s oc a ns u p e r v i s e p r a c t i c a lm a n u f a c t u r i n g i na d d i t i o n ，t h e s em o d e l sh a v es o m er e f e r e n c ev a l u ef o r m a n a g e m e n td e c i s i o no fs u p p l yc h a i na d m i n i s t r a t o r i t sf o l l o w u ps t u d yc a nd i s c u s s r e c y c l i n gr a t eo rm u l t i p l ew a y so fd e a l i n gw i t hr e c y c l i n gm a r e r i a l s k e y w o r d s ：r e c y c l i n ga n dr e m a n u f a c t u r i n g ；i n v e n t o r y ；s h o r t a g e ；m a l t b u y e r 声明 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人已用于其他学位 申请的论文或成果。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 中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：侵如魂日期：7 谚年z 月m 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解青岛科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权学校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， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛科 技大学。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密口。 ( 请在以上方框内打“) 日期： 日期： 年厂月可日 年多月西日 n 7 n1， p w 撕 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 选题的目的及意义 1 绪论 1 1 1 问题的提出 环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主要问题。2 0 世纪全球经济 高速发展，与此同时，对自然资源的开发和对环境的利用造成全球的生态破坏、 资源浪费、资源短缺和环境污染等重大问题。人类的生存环境面临威胁，最有 效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是解决环境和资源问题的治本之道。 于是一个全新的制造领域一回收再制造应运而生。 回收再制造是解决资源浪费、环境污染和废旧装备翻新的最佳方法和途径， 是符合国家可持续发展战略的一项绿色系统工程，其最典型的案例是复印机的 再制造，复印机集机械、光学、电子和计算机等方面的先进技术于一身，是现代 社会普遍使用的一种办公机械。随着国际上绿色再制造工程的兴起，复印机巨 头之一施乐公司成功地实施了复印机再制造策略，近2 0 年来的实践表明， 该公司从再制造业务中不仅获得了可观的利润，而且在保护环境、节约资源、节 省能源方面作出了巨大贡献，施乐公司的复印机再制造是被广泛报道的最成功 的再制造系统之一，其成功经验对其他产品领域的再制造，同样具有很好的研 究和借鉴价值。 施乐公司从1 9 6 0 年开始尝试恢复使用过的设备，至2 0 世纪8 0 年代后期和 9 0 年代初期，发展成为一个正式的再制造系统。今天，施乐为使用过的复印机、 打印机和墨盒建立了再制造程序。施乐公司的复印机再制造工厂遍布美国、英 国、荷兰、澳大利亚、墨西哥、巴西和日本等地，通过再制造使用过的复印机， 施乐不仅节省了数百万美元成本，还帮助施乐公司提升了其对环境友好的公司 形象。 具有产品回收再制造的逆向物流系统的一个热点研究领域是库存管理。人 类为了维持正常的生产、经营，需要储备一定数量的资源。工厂为了能够连续 生产，需要贮存一定量的原材料或半成品，零售商为了满足顾客的需求，要有 适当的库存，银行为了进行正常的营业，需要一定的货币来周转，一些社会团 体和非营利单位也存在这一问题。在农业、制造业、批发商、零售商、医院、 大学、各级政府部门中等都有库存，对库存的研究在制造业中首先发展起来， 二战以后，人们才致力于库存的风险性和不确定性方面的研究，在理论上传统 包含产品回收逆向物流的库存研究 库存问题是一个获得完善发展的领域。 虽然传统库存理论研究成果已经趋于完善，但是包含再制造的逆向物流库 存控制是一个新的研究体系，国外的学者对此作了大量工作，国内的研究尚处 在起步阶段，成果都不甚成熟。第一个研究包含产品回收的模型是s c h r a d y ( 1 9 6 7 ) 利用传统e o q 库存模型的方法，假设产成品的需求、废旧产品的回收率、新 产品和回收产品恢复的提前期都是确定己知的，同时假定产品的订货启动费用 是固定不变的，回流产品和产成品的库存持有成本是呈线性变化的，在此基础 上提出了产成品和回流产品再利用的批量模型。该模型的最优控制策略与传统 的e o q 模型类似。此后的学者在此基础上进行改善，提出了许多跟实际相接 近的模型并且都试图找出模型的最优解。 但是再制造系统的库存问题与传统的库存问题有很大区别：回收产品的时 间和数量的不确定性；需要平衡回收产品的需求和供给；有时需要将回收的产 品分解；回收产品所需物料数量的不确定性；需要逆向物流网络的支持；物料 配合的复杂性；对于修护以及再制造作业所需的物料，其处理流程是相当随机 的而且是不确定的，同时其处理时间的不确定性也很高。因此怎样从实际应用 出发，找到更加符合生产实际的模型，都是有待于研究的。 虽然库存必不可少，但同时库存也带来许多弊端： ( 1 1 占用大量资金。 ( 2 ) 发生库存成本：库存成本是指企业为持有库存所需花费的成本。库存成 本包括：占用资金的利息，储藏保管费( 仓库费用、搬运费用、管理人员费用等) ， 保险费，库存物品价值损失费用( 丢失或被盗、库存物品变旧、发生物理化学 变化导致价值的降低) 等。 【3 ) 掩盖企业生产经营中存在的问题：例如，掩盖经常性的产品或零部件的制造 质量问题。当废品率和返修率很高时，一种很自然的做法就是加大生产批量和 在制品、完成品库存；掩盖工人的缺勤、技能训练差、劳动纪律松弛和现场管理 混乱问题；掩盖供应商的供应质量、交货不及时问题；掩盖企业计划安排不当、 生产控制不健全问题等等。总之，生产经营中的诸多问题，都有可能用高库存 掩盖。 因此，建立起符合实际的模型并利用模型求解，找出能使企业成本最小或 企业资金利用率最高的库存控制方式也是亟待解决的问题。 1 1 2 选题的目的及意义 选题的目的： 对包含再制造的逆向物流库存控制模型进行研究，其目的在于： 2 青岛科技大学研究生学位论文 ( 1 ) 跟企业中的生产计划相结合，在各种因素变化的影响下，确定产品的 最优生产批量以及再制造生产批量以满足市场需求。 ( 2 ) 国外许多知名企业都把逆向物流作为企业降低成本、提高竞争力、减 少环境污染的重要战略来执行。在当今顾客驱动的经济环境下，顾客价值是决 定企业生存和发展的关键因素。如何通过降低成本来提高顾客价值是企业必须 面对的问题。而逆向物流战略正是达到这一目标的有效手段，因为对于最终顾 客来说，逆向物流能够确保不符合订单要求的产品及时退货，此举不仅有利于 降低企业的返品销毁率，而且有利于消除顾客的后顾之忧并增加其对企业的信 任感及回头率。 选题的意义： ( 1 ) 对包含再制造的逆向物流库存控制模型进行研究可以合理安排企业的 生产计划，制造业企业生产计划的制定是很关键的一环，并且对回收或退回的 产品进行再制造，达到节约生产成本的目的，并且解决废旧产品造成的环境污 染及资源浪费问题。 ( 2 ) 库存带来弊端，但又必不可少，那么合理安排企业的库存规模，可以节 约企业成本，平衡企业资金的应用，使企业的利润最大化。 ( 3 ) 逆向物流是当今研究的一个热点，对基于再制造的逆向物流库存控制 模型进行研究是逆向物流研究体系的一部分，在理论上可以大大丰富此体系的 内容。 1 2 研究现状综述及存在问题 1 2 1 研究现状综述 影响再制造逆向物流库存系统的有很多方面，目前的研究成果大都从以下 几个方面着手： ( 1 ) 回收品数量及处理时间方面： 对基于再制造的逆向物流库存模型进行研究，首先要考虑到的是回收品这 一因素，对这方面的研究也是最多的：s c h r a d y t l 】第一个利用传统e o q 库存模 型的方法，假设产成品的需求、废旧产品的回收率、新产品和回收产品恢复的 提前期都是确定己知的，同时假定产品的订货启动费用是固定不变的，回流产 品和产成品的库存持有成本是呈线性变化的，在此基础上提出了产成品和回流 产品再利用的批量模型。该模型的最优控制策略与传统的e o q 模型类似。 r i c h t e r 2 】在s c h r a d y 建立的模型的基础上，假定需求和产品的回收量是连续 的和恒定的，讨论了最优控制参数对废旧产品回收率的依赖性的问题。 包含产品回收逆向物流的库存研究 d o b 0 5 和r i c h t e r l 3 】对一个回收速度是一个决策变量的废弃物处理模型进行 了研究，他们给出了取决于回收速度的最优再制造批量和生产批量的数值。 t e u n t e r l 4 l 给出了一个只有部分回收品能被再利用的模型，即决策者决定是 否对已知回收速度的回收品进行再利用。他做出了以下假设：因为回收品再制 造成本要低于制造成本，所以产品的库存持有成本系数要高于再制造产品的。 k e l l e l 5 】等人在s c h r a d y 的基础上进行了扩展，他们假设订货有固定成本并 且已售出的产品在市场上的返回时间是一个随机变量，并运用动态批量的方法 对此进行了研究。 r a i n e r l 6 1 等人考虑了回收一种或几种产品经过分解拆卸后会产生多种零部 件，而他们有各自的不同用途的情况。他们假设一个单级产品回收库存系统， 这个系统面对多种不同产品的需求，产品回收率随着时间的变化而变化，并且 假定所有回收产品具有相同质量。而且需求率和回收率假定是确定的、非负的、 连续可微的。进一步假定再制造产品和新产品一样好，每个产品类的生产和再 制造项目产品能保存在服务库存中，回收产品在一个回收库存中存储。在分析 中，他们指出有产品回收的情况下，利用回收产品再制造去满足需求要比利用 新制造产品去满足需求更具有成本优势。 h e v m 觚同对库存费用和生产费用节省之间的折衷最优化作了分析，提出了 丢弃处理的策略，他讨论了需求和回收是相互独立事件的模型，假定再制造和 外部获取是瞬时的( 零提前期) ，只考虑一个库存，不考虑固定费用，此系统由 单参数的处理水平策略控制，超过此水平的输入被处理掉，h e y m a n 说明此模 型相当于单服务器的排队模型，对于p o i s s o n 分布的需求和回收他得到了一个最 优处理水平的明确表达，他还进一步证明了此时单参数策略的最优性，他对一 般分布的需求和回收给出了一个近似算法。 m u c k s t a d t 和i s a a c 8 】考虑了一个模型，其中再制造过程具有非零提前期，需 求和回收是单位p