（管理科学与工程专业论文）基于启发式算法的逆向物流回收网络设施选址研究.pdf

摘要 随着人们环保意识的增强和相关环境法律法规的出台及经济利益的驱动，逆 向物流得到了政府、企业以及学者的广泛关注和研究。逆向物流的实施不仅可以 有效地利用资源、保护环境，有利于国家经济的可持续发展，还能为企业积累产 品数据，为预测、决策提供基础。近年来，许多同际上著名企业纷纷开始发展逆 向物流业务，使其成为提高企业竞争力、获得经济利益与社会效益的有效手段。 逆向物流系统的效率直接依赖和受限于逆向物流网络结构，因而必须设计合 理的逆向物流网络，即确定回收产品从消费地到起始地的整个流通渠道结构，包 括各种逆向物流设施的类型、数量和位置及回收产品在设施问的运输方式等。对 企业而言，构建合理的逆向物流回收网络，不仅具有重大的理论意义，还具有指 导实践的现实意义，而目前国内对于逆向物流网络设计方面的研究还很少。 本文正是基于以上背景，在借鉴前人研究成果基础上，深入分析了产品的回 收流程，对逆向物流回收网络设计进行了研究。首先阐述了逆向物流及其相关概 念，对逆向物流的业务和涉及的相关技术进行了论述；其次对逆向物流网络及其 设施选址进行了研究，针对不同回收产品和回收方式，讨论了不同的回收网络结 构，并对逆向物流设施的选址方法进行了总结；进一步，提出了单期静态回收网 络设施选址问题和多期动态回收网络设施选址问题的设计方法，利用混合整数规 划思想建立了以市场、回收产品、资源为背景，以回收点、回收中心、生产地为 节点的产品回收网络。单期静态设施选址考虑的是设施的一次性选址定位，回收 设施的位置一旦选定，将不再改变，而多期动态设施选址考虑的是设施的多次选 址定位，即在不同周期下，顾客需求是变化的，回收设施的位置在不同周期可能 会发生变化。最后，基于遗传算法的思想，分别构造了适合单期静态设施选址及 多期动态设施选址的混合启发式算法。 通过仿真实验，在考虑运输费用和存储费用平衡的条件下，实现逆向物流总 回收成本最小的优化目标。对于单期静态设施选址问题，进行了本文结果与传统 遗传算法和模拟退火算法的比较研究；对于多期动态设施选址问题，大量仿真实 验从多个角度来验证了本文所提方法的性能。 关键词：逆向物流：回收网络设计：单期静态设施选址：多期动态设施选址：混 合启发式算法 a b s t r a c t f o l l o w i n gt h ee n f o r c e m e n to fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，t h ea p p e a r a n c eo ft h e r e l a t i v el a wa n dr e g u l a t i o n sa n dt h ee n d o r s e m e n to ft h ee c o n o m i cb e n e f i t ，t h er e v e r s e l o g i s t i c sh a sb e e np a i dt h ea t t e n t i o nb yg o v e r n m e n t s ，e n t e r p r i s e sa n dt h er e s e a r c h e r s t h ee x e c u t i v eo fr e v e r s el o g i s t i c sc a nn o to n l ym a k et h ef u l lu s eo ft h er e s o u r c e ， p r o t e c tt h ee n v i r o n m e n ta n dp r o m o t et h ec o n t i n u o u se c o n o m i cd e v e l o p m e n to fo u r c o u n t r y ；b u ta l s oa c c u m u l a t et h ed a t ao ft h ep r o d u c t sf o rt h ee n t e r p r i s e sa n dp r o v i d e t h eb a s i sf o rt h ep r e d i c t i o na n dd e c i s i o n - m a k i n g n o w a d a y s ，m a n yf a m o u se n t e r p r i s e s i nt h ew o r l dh a v eb e e nd e v e l o p e dt h er e v e r s el o g i s t i c sa c t i v i t i e s ，a n dt h o s eh a v e b e e na c t e da st h ee f f e c t i v em e t h o d sf o ri m p r o v i n gt h ec o m p e t e n c eo ft h ee n t e r p r i s e s a n dw i n i n gt h em o r ee c o n o m i cb e n e f i ta n dt h es o c i a lb e n e f i t t h ee f f e c t i v e n e s so ft h er e v e r s e l o g i s t i c ss y s t e md i r e c t l yr e l a y so nt h es t r u c t u r e o ft h er e v e r s el o g i s t i c sa n da l s oh a sb e e nl i m i t e db yi t , t h u s ，as u i t a b l er e v e r s e l o g i s t i c sr e t u r nn e t w o r km u s tb ed e s i g n e d ，t h a ti s ，d e t e r m i n et h ew h o l ef l o wc h a n n e l s t r u c t u r eo ft h er e t u r np r o d u c t sf r o mt h ee n d u s e r st ot h eo r i g i n a l s ，i n c l u d i n ga l lk i n d s o ff a c i l i t i e s ，a m o u n ta n dp o s i t i o ni nr e v e r s el o g i s t i c sa n dt h et r a n s p o r t a t i o nm o d e so f t h er e t u r np r o d u c t sb e t w e e nt h ef a c i l i t i e se t c t h e r e f o r e ，t ot h ee n t e r p r i s e s ，d e s i g n i n g t h es u i t a b l er e t u r nl o g i s t i c so ft h er e s e r v el o g i s t i c sh a st h eg r e a ts i g n i f i c a n c ei nt h e t h e o r yr e s e a r c ha n di nt h ea p p l i c a t i o n b u tn o ws e l d o mr e s e a r c hr e s u l t so nt h er e t u r n n e t w o r k sd e s i g n a t i o no fr e v e r s el o g i s t i c sh a sb e e no b t a i n e di no u rc o u n t r y b a s e do nt h ea b o v eb a c k g r o u n da n dt h er e s e a r c hr e s u l t so b t a i n e d ，t h er e t u r n f l o w so ft h ep r o d u c t sh a v eb e e na n a l y z e da n dt h er e t u r nn e t w o r k sd e s i g n a t i o no f r e v e r s el o g i s t i c sh a sb e e ns t u d i e d f i r s t l y ，t h er e v e r s el o g i s t i c sa n dt h er e l a t i v e c o n c e p t sh a v eb e e ns t a t e da n dt h ea c t i v i t i e sa n dt h er e l a t i v et e c h n o l o g i e so ft h e r e v e r s el o g i s t i c sh a v eb e e nr e v i e w e d s e c o n d l y ，t h er e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r ka n d f a c i l i t i e sl o c a t i o nh a v eb e e ns t u d i e da n dt h ed i f f e r e n ts t r u c t u r e so ft h er e t u r nn e t w o r k s h a v eb e e nd i s c u s s e da c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tp r o d u c t sa n dr e t u r nm o d e s t h e l o c a t i o nm e t h o d so nr e v e r s el o g i s t i c sf a c i l i t i e sh a v eb e e ns u m m a r i z e d f u r t h e r ，t h e f a c i l i t i e sl o c a t i o n p r o b l e m s o ft h e s i n g l e - p e r i o d s t a t i cr e t u r nn e t w o r k sa n d m u l t i - p e r i o dd y n a m i cr e t u r nn e t w o r k sh a v eb e e np r o p o s ed i nt h i st h e s i s w i t ht h e t h o u g h to ft h em i x e di n t e g e rp r o g r a m m i n g ，t h er e t u r nn e t w o r k so ft h ep r o d u c t si n w h i c ht h en o d e sa r ep o i n t so fr e t u r np r o d u c t s ，t h er e t u r nc e n t e r sa n dp r o d u c t i o ns i t e s a n dt h eb a c k g r o u n di sc o n s i d e r e da sm a r k e t s ，r e t u r np r o d u c t sa n dr e s o u r c e s t h e f a c i l i t i e sl o c a t i o np r o b l e m so ft h es i n g l e - p e r i o ds t a t i cr e t u r nn e t w o r k sc o n s i d e r st h e j u s to n el o c a t i o np r o b l e m ，t h a ti s ，o n c et h ep o s i t i o no ft h ef a c i l i t i e sh a sb e e nc h o s e n ，i t c a nn o tb ec h a n g e d b u tt h ef a c i l i t i e sl o c a t i o np r o b l e m so ft h em u l t i p e r i o dd y n a m i c r e t u r nn e t w o r k sc o n s i d e rt h ec h a n g eo ft h ec u s t o m e rd e m a n d s ，t h a ti s ，t h ep o s i t i o no f t h ef a c i l i t i e sc a nb ec h a n g ew i t h i nt h ed i f f e r e n tp e r i o d sb e c a u s eo ft h ec h a n g eo ft h e c u s t o m e rd e m a n d s f i n a l l y ，t h em e t a h e u r i s t i ca l g o r i t h m sh a v eb e e nd e s i g n e dt ot h e s i n g l e p e r i o ds t a t i cr e t u r nn e t w o r k sa n dt h em u l t i - p e r i o dd y n a m i cr e t u r nn e t w o r k s b a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m b yt h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s ，c o n s i d e r i n gt h et r a d e - o f fo ft h et r a n s p o r t a t i o n f e e sa n dd e p o s i tf e e s ，t h eo p t i m a lg o a l so ft h et o t a lc o s tm i n i m u mi nr e v e r s el o g i s t i c s h a v eb e e nr e a l i z e d t h ec o m p a r i s o na n a l y s i sh a sb e e np e r f o r m e da m o n gt h er e s u l t s p r o p o s e di nt h et h e s i sa n dt h o s eb yt h ec l a s s i cg e n e t i ca l g o r i t h ma n ds i m u l a t i o n a n n e a la l g o r i t h mt ot h ef a c i l i t i e sl o c a t i o no ft h es i n g l e - p e r i o ds t a t i cr e t u mn e t w o r k s p r o b l e m s t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sh a v ed e m o n s t r a t e dt h ep e r f o r m a n c ep r o p o s e d i n t h i st h e s i st ot h ef a c i l i t i e sl o c a t i o no ft h em u l t i - p e r i o dd y n a m i cr e t u mn e t w o r k s p r o b l e m s k e yw o r d s ：r e v e r s el o g i s t i c s ； s t a t i cf a c i l i t i e sl o c a t i o n ；m u l t i - p e r i o d a l g o r i t h m r e t u r nn e t w o r k sd e s i g n a t i o n ；s i n g l e - p e r i o d d y n a m i cf a c i l i t i e sl o c a t i o n ；m e t a - h e u r i s t i c s 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，论文中不包含其他入已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得：苤鲞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。 学位论文作者签名溶呔蔫 签字日期：砷年月日 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。 特授权墨盗盘茔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) 学位论文作者签名糯戍镌 签字日期：阳司年苦月心日 导师签名：害艘 签字日期：功唧年乡月心日 第- 章绪论 1 1 课题的背景及意义 第一章绪论 随着科学技术的进步，人们生活水平的提高和消费的多样化，各式各样的新 产品层出不穷，产品的生命周期日渐缩短，更新换代速度加快。大量产品因为功 能过时或报废被迅速淘汰，特别是电子产品，生命周期还没有结束就被新产品所 取代。与此同时，随着公众环保意识的日益增强，许多国家加大了环保的立法力 度，并开始要求生产企业对产品生命周期全过程负责，尤其是废旧产品的回收处 理1 1 2 , 3 j 。此外，竞争的加剧使企业开始采取宽松的退货政策来挽留顾客，由此导 致了更多的退回产品i4 。 由于多方面的原因，逆向物流市场正呈现快速增长的态势。据统计，德国每 年产生的废旧电子产品多达1 8 0 万吨，法国1 5 0 万吨，整个欧洲约6 0 0 万吨，美国 每年有1 0 0 万吨的废旧电子产品l5 j ；目前我国电视机的社会保有量己达3 6 亿台， 电冰箱约为1 8 亿台，洗衣机约2 3 亿台，空调约0 8 亿台，家用电脑约0 3 8 亿台， 移动电话约为2 7 亿台。根据社会保有量测算，今后进入更新期的电子产品为： 电视机达1 0 0 0 万台，电脑约6 1 0 万台，电冰箱约4 3 0 万台，洗衣机约6 2 0 万台，从 2 0 0 3 年开始已进入大批量更新时期【6 j 。此外每年还有大量的手机、复印机、传真 机、打印机等电子产品被淘汰和报废。同时，企业的退货政策还导致了更多的退 回产品。据统计，美国的消费电子业，每年的退货额超过1 5 0 亿美元，美国各行 业每年的总退货额己达至1 1 6 5 0 亿美元1 7 j 。表1 1 显示了美国不同行业的产品回返率。 表1 1 美国不同行业的回返率 行业 回返率( ) 行业 回返率( ) 杂志出版业 5 0 光驱 1 8 2 5 书籍出版业 2 0 3 0打印机 4 8 书籍分销商1 0 2 0订单销售电脑 2 5 贺卡 2 0 3 0 汽车部件 4 6 电脑制作业 1 0 2 0 消费性电子产品 4 5 电器分销商 l o 1 2 家用日化品 2 3 资料来源：s t r a t e g i ci s s u ei np r o d u c tr e c o v e r ym a n a g e m e n t 第。章绪论 上述事例表明，大量回收产品得不剑合理利用，不仅会对环境造成巨大的负 担，更是资源的极大浪费。因此，构建合理的逆向物流体系是非常有必要的。为 此，许多国家从法律的角度对逆向物流市场做出了规定，例如，欧盟2 0 0 3 年颁布 的关于报废电子电器设备指令( w e e e ) 和关于在电子电器设备中禁止使用 某些有害物质指令( r o h s ) 分别要求生产商( 包括其进口商和经销商) 在2 0 0 4 年8 月1 3 日以后，负责回收、处理进入欧盟市场的废弃电器和电子产品【8 】；欧盟将 电器产品分为1 0 大类，并按产品类型分别规定了具体的回收率和再利用率指标， 如表1 2 所示；继报废汽车回收管理办法公布后，我国2 0 0 4 年底也出台了电 子垃圾回收利用法草案，中国将有计划地分行业地进行回收立法。面对如此的 逆向物流市场环境，许多著名企业比如通用汽车、i b m 、x e r o x 、h p 、3 m 、西尔 斯等，纷纷开始发展逆向物流业务，使其成为提高企业竞争力、获得经济利益与 社会效益的有效手段。逆向物流已经逐渐被提升到一个战略高度，成为企业之间 竞争的利器。 目前我国逆向物流的标准化水平较低，仍在积极的探索与发展之中。标准化、 规范化的逆向物流管理不仅在企业层面有利于提高顾客满意率及服务质量，有利 于提高企业的市场竞争力，减少成本，而且在社会层面有利于提高资源利用率， 节约自然资源，有利于环境保护。构建高效的逆向物流系统对规范我国逆向物流 管理水平，提高逆向物流运作效率有着积极的推动作用，同时对我国经济的可持 续性发展具有非常重要的意义。本文在此背景下，对我国制造企业的逆向物流网 络规划进行研究，着重考虑了在网络构建过程中的设施选址问题，提出了可行的 解决方案。 表1 2 欧盟电工电子产品回收再利用法规相关规定 产品类型 回收率( ) 再利用率产品类型 回收率( ) 再利用率 大型电器产品 8 07 5 工具类 6 05 0 小型电器产品 6 05 0 玩具类 6 05 0 i t 、通讯器材7 56 5医疗仪器类 7 5 7 0 消费型家电产品 6 05 0 控制器材仪表类 7 57 0 照明器材 8 0 自动售货机 7 57 0 2 资料来源：世界标准化与质量管理 第一章绪论 1 2 逆向物流及逆向物流网络设施选址研究现状 1 2 1 逆向物流研究现状 虽然逆向物流的兴起较晚，但其发展较快，已经有许多相关的研究成果。逆 向物流的第一部专著出自s t o c k l 9 1 ( i 9 9 2 ) ，他通过对美国工业和政府的访谈，从减 少废物量角度介绍了逆向物流，对逆向物流定义、范围、活动内容都做了界定， 奠定了逆向物流的基本理论框架。t h i e r r y l l o ( 1 9 9 5 ) 将产品回收处理方法划分为三 种类型：( 1 ) 直接再使用；( 2 ) 产品回收管理( 修理、翻新、再制造、拆装、循环 利用) ；( 3 ) 废弃物管理( 焚烧、填埋) 。作者根据拆卸的水平和最终产品的质量要 求对产品回收的方法进行分析。t h i e r r y 对产品回收处理方法的分类非常全面，成 为通行的分类标准。f l e i s c h m a n nm 1 1 1 ( 1 9 9 7 ) 对逆向物流的运筹学模型做了总结， 指出研究逆向物流应该站在供应链角度考虑经济、环境方面的影响，采取综合方 法解决问题。作者将回收产品研究领域内提出的各个定量模型进行了归纳整理， 并将其统一在逆向物流的框架之内，且主张采用定量方法解决逆向物流问题，为 此后的研究拓宽了道路。 随着逆向物流研究的深入，企业参与逆向物流的广度、深度不断扩大。逆向 物流的研究开始侧重于提炼归纳实践中的决策问题，探讨如何成功实施逆向物流 管理。r o g e r s 和t i b b e n l e m b k e i 坦i ( 1 9 9 9 ) 研肃- j 大量逆向物流案例，对如何减少 产品回收的成本进行了研究；g o g g i n 阿i b r o w n e i ) 3 1 ( 2 0 0 0 ) 对电子产品的回收进行了 研究；d o w l a t s h a h t l l 4 1 ( 2 0 0 0 ) 提出了逆向物流成功实施的1 l 项因素，认为逆向物流 的战略因素包括战略成本、整体质量、客户服务、环境利益、立法利益等，提出 了逆向物流的若干关键操作要素；f l e i s c h m a n n t l 5 1 ( 2 0 0 0 ) 、j a y a r a m a n t l 6 1 ( 2 0 0 3 ) 等 人对逆向物流及其数量模型进行了综述：d e k k e r t f l l l n d e r f u r t h l l ( 2 0 0 3 ) 对逆向物流 如何与供应链正向物流整合进行了研究，对供应链中的分销、生产与库存管理中 的决策问题进行了探讨，总结了大量逆向物流管理中的决策数学模型；g u i d e 和 v a n w a s s e n h o v e 1 8 1 ( 2 0 0 3 ) 研究了产品回收处理方法及供应链中的物流、生产计划 与库存控制、预测与信息技术、技术扩散和产品设计，并且对逆向物流整合进行 闭环供应链管理进行了经济学原理及管理方略的探讨；n a g u m e y l l 9 1 ( 2 0 0 5 ) 等人对 逆向供应链的管理以及电子废品的回收给出了一个框架结构。 国内关于逆向物流的研究起步较晚，直到近几年才出现一些研究成果。其中 j i a n z h o n gz h a n g l 2 0 1 ( 2 0 0 0 ) 、孙林岩1 2 1 1 ( 2 0 0 5 ) 等人对逆向物流的研究现状进行了综 述；夏守长和奚立峰【2 2 1 ( 2 0 0 2 ) 分析了再制造的特点，从再制造物流网络的布局、 生产计划和库存三方面概括了最新的研究成果和方法，并就再制造的进一步发展 3 第一一章绪论 作了简要分析；赵黎明等1 2 3 1 ( 2 0 0 2 ) 在国内较早地研究了电子商务中的逆向物流问 题；张新颖、郑明f 2 4 1 ( 2 0 0 3 ) 在回收物流一书中介绍了回收物流及废弃物物流 的概念及特点，对废旧物资产生的原因、回收、利用、处理技术进行了研究，是 国内研究逆向物流的第一部专著；朱道立等( 2 0 0 3 ) 对逆向物流系统及其技术做 了研究，在对逆向物流系统功能分类的基础上，把逆向物流系统分成简单逆向物 流系统和带有回收中心的复杂逆向物流系统两类，并做了分析，另外讨论了回收 中心、回收物品导向以及网络结构设计三种系统技术：张敏和朱道立1 2 6 ( 2 0 0 3 ) 萍j - 退货管理的研究发展历程、重要性及其在特定行业中的应用作了介绍，并给出了 退货管理政策设计和网络设计的主要内容，最后分析了国内行业中的退货现状并 给出建议；达庆利等1 2 7 1 ( 2 0 0 4 ) 从研究的问题和方法两个方面较全面地总结了逆向 物流系统结构的研究成果，重点讨论了逆向物流系统的结构特征、设计原则及设 施的选址定位问题，并指出了进一步的研究方向；储洪胜和宋士剖2 8 1 ( 2 0 0 4 ) 分析 了逆向物流和再制造系统三个主要的子问题：产品回收网络设计问题、逆向物流 库存问题和再制造生产及调度问题。 1 2 2 逆向物流网络设施选址研究现状 企业逆向物流管理的实践为逆向物流的研究提供了坚实的研究基础，很多学 者开始对逆向物流做定性与定量相结合的实证研究，其中逆向物流网络设计的研 究又是逆向物流研究中的重点。逆向物流网络设计受到产品、市场以及相关资源 的影响，因此很多学者对特定类型的回收产品的逆向物流网络设计进行了研究， 研究中使用的定量方法主要是运筹学工具。逆向物流网络的基本研究问题是： ( 1 ) 参与逆向物流的组织及其角色是什么? 各组织在逆向渠道中的功能； ( 2 ) 正向分销渠道与逆向分销渠道的关系； ( 3 ) 产品回收流程管理； ( 4 ) 逆向物流网络的设施选址问题； ( 5 ) 运输管理与运输线路选择问题等等。 k r i k k e t 2 9 】( 1 9 9 8 ) 对物流网络的设计以及回收策略决策进行了探索，以计算机 显示器的回收策略、复印机回收网络设计为实例做了实证研究；b e u l l e n s t 3 0 1 ( 2 0 0 1 ) 利用运筹学工具对逆向物流中的设施选址、加工规划、车辆路径问题进行了全面 研究，每一部分都给出了实例；f l e i s c h m a n nm w ( 2 0 0 1 ) 对产品回收网络设施选址 设计以及库存管理进行了研究，对逆向物流决策的定量模型进行了总结，对逆向 物流网络设计以及回收品库存管理的数量模型进行了研究；m u i e d t 3 2 ( 2 0 0 3 ) 研究 了整合前后向物流的单一产品回收的联合路线问题；g u i d e 和v a n w a s s e n h o v e l 3 3 j ( 2 0 0 3 ) 的文献对逆向物流网络设计的定量模型进行了很好的总结；s a l e m a l 3 4 ( 2 0 0 6 ) 4 第章绪论 等人提出一个混合整数规划模型，以解决逆向物流网络中不确定需求下能力受限 的设施定位问题；h y u n t 3 5 1 ( 2 0 0 6 ) 等人提出了一个整合正向物流与逆向物流的动态 设施定位模型。m i n f 3 6 1 ( 2 0 0 6 ) 等研究了在线销售产品退回的物流网络设计问题， 考虑回收点和回收中心的选址定位，通过利用规模经济的优势减少运输成本，并 建立了一个混合整数非线性规划( m i n l p ) 模型。 目前国内关于逆向物流网络设计方面的研究还比较少，米宁【3 7 1 ( 2 0 0 3 ) 对逆向 物流的研究现状、概念、操作等进行了介绍，并讨论了产品回收网络三个模型， 并采用混合整数规划以及非线性规划进行了求解：马祖军和代颖【3 引( 2 0 0 4 ) 阐述了 逆向物流的概念及重要性，分析了逆向物流的系统功能，逆向物流网络类型与结 构，讨论了逆向物流网络设计问题；赵型3 9 1 ( 2 0 0 5 ) 等人提出一个基于遗传算法和 分枝定界法的混合整数规划模型，以解决废弃品回收的设施选址定位问题；周根 判4 0 ( 2 0 0 5 ) 等人在随机需求下提出一个结合正向物流的逆向物流设施选址定位 模型。尽管国内学者对逆向物流网络优化设计问题进行了一定的研究，但总的来 讲尚处于起步阶段，绝大多数文献都是在国外已有研究成果的基础上定性地探讨 逆向物流网络的结构、重要性和管理措施等，较少从定量的角度研究产品回收物 流运作问题，有关逆向物流网络优化设计问题的研究则更少。 1 3 本文的研究思路 本文在阅读大量国内外设施选址定位问题文献的基础上，对逆向物流网络中 的设施选址问题作了较为深入的研究，分别探讨了单期静态回收网络的设施选址 问题和多期动态回收网络的设施选址问题。单期静态设施选址考虑的是设施的一 次性选址定位，回收设施的位置一旦选定，将不再改变，而多期动态设施选址考 虑的是设施的多次选址定位，即在不同周期下，顾客需求是变化的( 顾客需求在 单个周期内认为是不变的) ，回收设施的位置是变化的，需要根据顾客需求进行 选址定位。关于选址模型的求解方法，基于遗传算法的思想，分别构造了适合单 期静态设施选址及多期动态设施选址的混合启发式算法。其中，首先将遗传算法 和模拟退火算法结合，设计出遗传模拟退火算法，用于单期静态设施选址，并通 过仿真实验与传统遗传算法和模拟退火算法进行比较研究；其次，提出一种包括 两个子分配算法的特殊遗传算法，用于多期动态设施选址，并通过大量仿真实验 来说明该算法的性能。 具体的研究思路总结如下： 1 研究对象 本文研究对象包括单期静态设施选址定位问题( s f l p ) 和多期动态设施选址 第一章绪论 定位问题( d f l p ) 。根据设施位置是否随时间调整，设施选址定位分为静态选址定 位和动态选址定位。静态选址定位是一个单期选址定位问题，对此已有较多研究 成果。为了对多变的市场环境做出响应，企业就要在回收产品分布、数量、所需 回收渠道以及处理方法等改变的基础上重新设计或者调整回收刚络结构。当回收 设施面对的市场需求随时间周期而变化，回收设施的选址定位也需要做出相应的 调整时，s f l p 就转化为d f l p 。d f l p 是在对未来可能发生的需求变化做出预测 的基础上所进行的选址定位。将未来时间划分为一系列时间段( 如年、月、周等) ， 预测每个时间段的回收产品分布和回收量，并假定在此时间段内为常量。一系列 的单期静态选址定位经扩展即得到多期动态选址定位，多期动态选址定位的每个 时问周期内的选址定位可作为单期静态选址定位单独处理。 2 采用的方法 本文研究方法采用遗传模拟退火算法以及一种针对动态设施选址定位的改 进遗传算法。首先构造了遗传模拟退火算法来解决逆向物流回收网络中的多层级 静态设施选址定位，并与传统遗传算法和模拟退火算法作对比，由此也分析了遗 传模拟退火算法对设施选址定位问题的优化性能；然后进一步探索将遗传算法原 理应用于多期动态设施选址定位问题的可能性和可行性，并设计了包括两个子分 配算法的遗传算法。 3 研究思路与已有研究成果的比较 对于单期静态设施选址定位，相关的研究成果较多，各种启发式算法的应用 也较多，但在逆向物流网络中的设施选址定位中，混合启发式算法的应用还比较 少。考虑到单期静态回收网络设施选址模型的特征，本文并没有采用单一的启发 式方法，而是将遗传算法和模拟退火算法结合，设计出遗传模拟退火算法来求解 该选址模型。该算法吸取了遗传算法和模拟退火算法的优点，具有较好的全局搜 索和局部搜索能力，因而在求解该选址模型时具有较高的稳定性和效率。 对于多期动态设施选址定位，在正向物流中已有部分研究成果，但在逆向物 流网络中，这方面的研究成果还很少，相关的动态选址模型几乎没有。为此，本 文在静态设施选址模型基础上，提出了回收网络中的多期动态设施选址模型。考 虑到模型的复杂性，本文提出了一种包括两个子分配算法的特殊遗传算法来求解 该选址模型，并通过仿真实验对算法的性能进行了分析。 1 4 本文的主要工作 关于逆向物流的研究是一个新的课题，目前在国内还没有很多研究成果。本 文基于前人研究成果，深入分析了产品的回收过程，对逆向物流的产品回收网络 6 第一一章绪论 规划进行了研究。 本文的主要研究内容是回收网络中的设施选址定位问题，提出了两个回收网 络设施选址定位模型，并设计了求解该模型的混合启发式算法。两个模型都是以 市场、回收产品和资源为背景，以顾客、回收点、回收中心和生产地为节点，同 时考虑了回收点和顾客之间的距离和对应关系，回收点和回收中心之间的对应关 系，此外还考虑了回收产品的运输费用和存储费用之间的平衡关系。第一个模型 是单期静态回收网络的设施选址定位模型，考虑了单周期条件下如何构建逆向物 流回收网络才能使逆向物流总成本最小，并采用了遗传算法、模拟退火算法和遗 传模拟退火算法对该选址模型进行了求解。在该模型下，回收设施一旦确定，将 不会再更换位置。考虑到在较长的时间周期内，顾客的需求是变化的，相应地， 回收设施也应做出相应的调整。为此，我们对第一个模型进行了扩展，提出的第 二个模型是多期动态回收网络的设施选址模型，并设计了包括两个子分配算法的 特殊遗传算法来求选址模型。该模型考虑了不同周期下，随着顾客需求的变化， 回收点的位置也会做出相应的变化。 根据上述讨论，本文的主要工作如下： 第一章，说明了论文选题背景和论文研究的目的和意义，分析了国内外逆向 物流及其设施选址定位的研究现状，并介绍了本文的研究思路和主要工作。 第二章，阐述了逆向物流、设施选址定位及其相关概念，对逆向物流中的回 收产品和涉及的回收设施选址进行论述。 第三章，对逆向物流回收网络及其设施选址进行了研究，主要是论述逆向物 流回收网络的功能和结构，针对不同回收产品和回收方式，建立不同的回收网络， 并对回收网络中的设施选址方法进行了说明。 第四章，建立了以市场、回收产品、资源为背景，以顾客、回收点、回收中 心、生产地为节点的产品回收网络，提出了单期静态回收网络的设施选址模型， 并设计了求解该问题的混合启发式算法，即遗传模拟退火算法，通过仿真实验， 与传统的遗传算法和模拟退火算法进行了对比分析。 第五章，在单期静态回收网络设施选址模型的基础上，提出了多期动态回收 网络的设施选址模型。根据该选址模型的特征，设计了包括两个子分配算法的特 殊遗传算法，并通过仿真实验，对该算法的性能进行了分析。 第六章，总结论文的研究工作，指出进一步的研究方向。 本文的结构如图1 1 所示。 7 第章绪论 第一章 第四章 第五章 第六章 图1 1 本文结构 8 第_ 章逆向物流及逆向物流网络设施选址 第二章逆向物流及逆向物流网络设施选址 2 1 逆向物流概念 2 1 1 逆向物流定义 逆向物流目前没有统一的定义。但逆向物流多种定义的大致涵义都是相似 的。逆向物流( r e v e r s el o g i s t i c s ) 这个概念首先是f l ：l s t o c k l 9 1 ( 1 9 9 2 ) 在给美国物流管 理协会( c l m z ) 的一份研究报告中提出的，即逆向物流是指在产品的循环利用、 废品的处理、有毒原料的管理中的物流；广义的逆向物流包括所有在节省原料、 循环利用、调换物品、原料再次利用和处理中的所有相关物流活动。p o h l e n 和 f a r r i s 4 u ( 1 9 9 2 ) 给出了如下定义：逆向物流是利用分销渠道将消费者的货品移向生 产商的物流过程。k o p i c k i 4 2 1 ( 1 9 9 3 ) 也给出了类似的定义，逆向物流是一个宽泛的 术语，涉及从包装到产品的物流管理及有毒无毒废料的处理，包括逆向配送，这 将导致产品、信息沿传统物流的反方向运动。s t o c k 和k o p i c k i 对逆向物流的定义 基于废弃物管理的角度，涵盖的范围比较宽泛。c a r t e r 并1 e l l r a m 4 3 1 ( 1 9 9 8 ) 认为逆向 物流是企业通过循环利用、再使用以及材料减量从而提高环境效率的流程。 早期学者充分注意到企业从事逆向物流活动是受到周围环境压力影响的缘 故，这些压力分别来自于政府、供应商、采购方以及竞争对手四个方面。r o g e r s 和t i b b e n l e m b k e l l 2 1 ( 1 9 9 9 ) 对于逆向物流的定义被美国物流管理协会( t h ec o u n c i l o f l o g i s t i c sm a n a g e m e n t ) 所采用，成为比较通用的一个定义，即：“逆向物流是为 了资源回收或处理废弃物，在有效及适当成本下对原料、在制品、成品和相关 信息，从消费点到原始产出点的流动和储存，进行规划、执行与管制的过程。 美国逆向物流执行委员会 4 4 1 ( r e v e r s el o g i s t i c se x e c u t i v ec o u n c i l ) 对逆向物流的定 义简单而具体：逆向物流是以继续获取物品的应用价值或者进行妥当处置为目 的，而对完成原使用价值的物资进行流转的过程。逆向物流活动具体包括：由于 损坏、季节性、再储存、残次品、召回或者过度库存等原因而引起的商品回流过 程；对包装材料和可重复使用的运输包装的回收利用的流程；对产品的再造或翻 新的流程；对废弃设备设施的处置流程：对危险品的处置流程和资产价值再生的 流程。与美国物流管理理事会( c l m ) 的逆向物流定义相比，该定义更详细描述了 具体的逆向物流活动。目前大多数文献所研究的逆向物流都在r l e c 的定义范围 内。 9 第_ 章逆向物流及逆向物流网络设施选址 2 0 0 3 年，r e v l o g 4 5 1 ( 欧洲逆向物流工作组) 将逆向物流定义为：逆向物流就 是对后向流的原材料、在制品库存、包装及成品进行规划、实施以及控制使得这 些物品从制造节点、分销节点及使用节点刚到回收利用节点或恰当处理节点的物 流过程。中国国家标准物流术语1 4 6 j 将逆向物流分为两类：回收物流( r e t u r n e d l o g i s t i c s ) ，指不合格物品的返修、退货以及周转使用的包装容器从需方返回到供 方所形成的物品实体流动；废弃物物流( w a s t em a t e r i a ll o g i s t i c s ) 是指经济活动中 失去原有使用价值的物品，根据实际需要进行收集、分类、加工、包装、搬运、 储存，并分送到专门处理场所时所形成的物品实体流动。我国的“逆向物流”是 指某种特定的实体流动，可以认为是狭义的逆向物流。逆向物流的定义几经更改， 起初的定义考虑了物流的“反向”特点，以后又强调了环境因素，突出“反向” 特征之后，逐渐扩展了定义范围。本论文认为欧洲逆向物流管理工作组给出的定 义较为系统全面，为了避免混乱，以后各章中如不特别指明将参照该定义。该定 义强调回流的产品可以是使用过的，也可以是未使用过的( 如多余库存) ，产品存 在着回到供方或其他流通渠道的可能性，但必须是回返方向的物流，这一点排除 了再次交易产生的前向物流。 上述各定义虽然表述有所不同，但关于逆向物流的内涵是基本相同的。逆向 物流的内涵可以从逆向物流的对象、流动目的和活动构成等方面来说明1 4 7 j ：( 1 ) 从流动对象看，逆向物流是产品、产品运输容器、包装材料及相关信息，从它们 的最终目的地沿供应链渠道的“反向”流动过程；( 2 ) 从流动的目的看，是为了 重新获得退货品、回收品或废弃产品的经济价值，或者是为了对最终产品废弃物 进行正确地处置以消除对环境危害；( 3 ) 从物流活动构成看，为实现逆向物流的 目的，逆向物流应该包括对产品或包装物的回收、重用、翻新、