（管理科学与工程专业论文）基于废旧品供应量多周期动态预测的产品回收网络设计.pdf

摘要 随着经济发展和环境保护矛盾的加剧，逆向物流受到了人们的普 遍关注。产品回收网络设计是逆向物流的一个重要研究方向。当前有 关产品回收网络的研究主要集中在单周期、单目标的层面上，对多周 期或多目标产品回收网络的研究不多，而同时对两者进行研究尚未见 文献报导。为此，本文拟对多周期、多目标的产品回收网络进行研究。 主要工作及成果如下： ( 1 ) 根据再制造网络的特征，构建了集成式再制造产品回收网 络的结构。该产品回收网络的特点为：在正向物流系统基础上继起构 建，新产品和再生品市场重合，由o e m 负责回收。 ( 2 ) 从废旧品产生机理的角度出发，通过研究各周期废旧品供 应量之间的内在因果联系，分别建立了回收设施无处理能力限制和有 处理能力限制的废旧品供应量多周期动态预测模型。建模过程中考虑 了一个消费者区域和多个消费者区域两种情况。算例分析表明，选址 分配决策和模型参数的变化对废旧品供应量预测存在动态影响。 ( 3 ) 在废旧品供应量多周期动态预测的基础上，建立了基于废 旧品供应量多周期动态预测的单目标产品回收网络模型。建模过程中 以o e m 利润最大化为单一目标，考虑了资金的时间价值，以及允许 产生库存。算例分析表明，资金时间价值的变化以及是否允许产生库 存都会对模型结果产生影响。 ( 4 ) 在单目标产品回收网络模型的基础上，从三个角度出发， 对单一目标进行了扩展，建立了基于废旧品供应量多周期动态预测的 多目标产品回收网络模型。采用目标规划法求解，并通过基于目标达 成度的算例分析，研究了三个目标之间的利益权衡关系。算例分析表 明，经济利益目标和社会利益目标的方向大体一致，而生态利益目标 的方向与前两者目标的方向相悖。 关键词：逆向物流，产品回收网络，动态预测，多周期多目标，目 标达成度 a bs t r a c t b e c a u s eo ft h ei n c r e a s i n gc o n f l i c tb e t w e e ne c o n o m i cd e v e l o p m e n t a n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，r e v e r s el o g i s t i c sh a sr e c e i v e dw i d e s p r e a d a t t e n t i o n t h ed e s i g no fp r o d u c tr e c o v e r yn e t w o r ki sa n i m p o r t a n t r e s e a r c hd i r e c t i o no fr e v e r s e l o g i s t i c s c u r r e n t l y , s t u d i e so fp r o d u c t r e c o v e r yn e t w o r km a i n l yf o c u so nas i n g l e p e r i o ds i n g l e - o b j e c t i v el e v e l h o w e v e r f e ws t u d i e sh a v ea d d r e s s e dt h em u l t i - - p e r i o do rm u l t i - o b je c t i v e p r o b l e m ，w h i l es t u d i e so fm u l t i - p e r i o dm u l t i o b j e c t i v ep r o b l e ma r ee v e n f e w e r i nv i e wo ft h i s s i t u a t i o n ，m u l t i p e r i o dm u l t i - o b je c t i v ep r o d u c t r e c o v e r yn e t w o r k i ss t u d i e d m a i nw o r ka n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e m a n u f a c t u r i n gn e t w o r k ，t h e s t r u c t u r eo fa ni n t e g r a t e dr e m a n u f a c t u r i n gp r o d u c tr e c o v e r yn e t w o r ki s b u i l t i t sc h a r a c t e r i s t i ci st h a ti ti sb u i l ts u b s e q u e n t l yb a s e do nf o r w a r d l o g i s t i c ss y s t e m ，n e wp r o d u c t sa n dr e c o v e r e dp r o d u c t sh a v i n gac o m m o n m a r k e t ，a n do e m i sr e s p o n s i b l ef o rr e c o v e r y ( 2 ) f r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h ec r e a t i n gm e c h a n i s mo fw a s t e ，b y s t u d y i n gt h ei n t e m a l c a u s ea n de f f e c t r e l a t i o n s h i pa m o n gt h ew a s t e q u a n t i t yo fe a c hp e r i o d ，am u l t i - p e r i o dd y n a m i cf o r e c a s t i n gm o d e lo f w a s t es u p p l yw i t hp r o c e s s i n gc a p a c i t yc o n s t r a i n t sa n dt h eo n ew i t h o u t p r o c e s s i n gc a p a c i t yc o n s t r a i n t sw e r eb u i l tr e s p e c t i v e l y i nt h ep r o c e s so f m o d e l i n g ，t w os i t u a t i o n so fo n ec u s t o m e ra r e aa n dm u l t ic u s t o m e ra r e a w e r et a k e ni n t o a c c o u n t e x a m p l ea n a l y s i ss h o w e dt h a tc h a n g e so n l o c a t i o n a l l o c a t i o nd e c i s i o na n dm o d e l s p a r a m e t e r s h a dad y n a m i c i m p a c to nf o r e c a s t i n go fw a s t es u p p l y ( 3 ) o nt h eb a s i so fm u l t i p e r i o dd y n a m i cf o r e c a s t i n go fw a s t es u p p l y , as i n g l e o b je c t i v ep r o d u c tr e c o v e r yn e t w o r km o d e lw a sb u i l t i nt h e p r o c e s so fm o d e l i n g ，as i n g l eo b j e c t i v eo f m a x i m i z eo e m sp r o f i tw a ss e t ， a n dt i m ev a l u eo fm o n e yw a st a k e ni n t oa c c o u n t ，a sw e l la sp e r m i s s i o nt o s t o c k e x a m p l ea n a l y s i ss h o w e dt h a tc h a n g eo n t i m ev a l u eo f m o n e ya n d p e r m i s s i o nt os t o c kb o t hh a da ni m p a c to nm o d e lr e s u l t s ( 4 ) o nt h eb a s iso ft h es i n g l e - o b je c t i v ep r o d u c tr e c o v e r yn e t w o r k m o d e l ，b ye x t e n d i n gt h es i n g l eo b j e c t i v ef r o mt h r e ep e r s p e c t i v e s ，a i l m u l t i o b je c t i v ep r o d u c tr e c o v e r yn e t w o r km o d e lb a s e do nm u l t i p e r i o d d y n a m i cf o r e c a s t i n go fw a s t es u p p l yw a sb u i l t t h em o d e lw a ss o l v e db y g o a lp r o g r a m m i n g ，a n db e n e f i tt r a d eo f f sa m o n gt h r e eo b je c t i v e sw e r e a n a l y z e db ye x a m p l ea n a l y s i sb a s e do no b je c t i v ea c h i e v e m e n ts c a l e e x a m p l ea n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ed i r e c t i o no fe c o n o m i cb e n e f i to b j e c t i v e w a sc o n s i s t e n tw i t ht h eo n eo fs o c i a lb e n e f i to b j e c t i v e w h i l et h ed i r e c t i o n o fe c o l o g i c a lb e n e f i to b je c t i v ew a sc o n t r a r yt ot h ef o r m e rt w oo b j e c t i v e s k e yw o r d s ：r e v e r s el o g i s t i c s ，p r o d u c tr e c o v e r yn e t w o r k ，d y n a m i c f o r e c a s t i n g ，m u l t i - p e r i o dm u l t i - o b j e c t i v e ，o b j e c t i v ea c h i e v e m e n ts c a l e i i i 硕十学位论文第一章绪论 1 1 引言 1 1 1 研究背景 第一章绪论 随着经济发展与环境保护之间的矛盾日益突出，可持续发展成为了有关部门 的一个重要议题。可持续发展要求保护和改善生态环境、形成人与自然的和谐共 处以及经济与社会的协调发展，使经济、社会、环境三者能够相互促进、相互约 束。循环经济作为一种物质循环利用、高效利用的经济发展模式，在可持续发展 的思潮中应运而生。循环经济要求把经济活动组织成一个“资源产品再 生资源”的反馈式流程，通过资源的循环和有效利用，实现经济与生态环境的可 持续发展j 。美国从工业发展的角度较早建立了带有循环经济色彩的“3 r ”体系 ( r e u s e ( 再利用) ，r e m a n u f a c t u r e ( 再制造) ，r e c y c l e ( 再循环) ) ；日本从环境 保护的角度制定了废旧产品利用的“3 r ”体系( r e d u c e ( 减量化) ，r e u s e ( 再 利用) ，r e c y c l e ( 再循环) ) ；我国颁布的“十一五 规划中将循环经济的基本原 则概括为：减量化、再利用和资源化【2 】。 从物流的角度来说，废旧产品的再利用活动使得一种全新的从消费者到生产 者的物流方式诞生了。与传统的供应链管理相反，这种物流方式被称为“逆向物 流”【3 】。逆向物流的产生具有一定的必然性。在美国，据估计1 9 9 6 年全年共产 生2 0 3 0 亿美元的废旧电脑业务。1 9 8 5 年到2 0 0 5 年2 0 年间里，约有3 2 5 亿台 个人电脑在等待废弃处理【4 1 。如此多的废旧电脑要是没有得到及时处理，必然会 产生巨大的电子废弃物污染，比如产生大量的塑料、铅、镉、铬、汞、多溴联苯 和多溴二苯醚等有毒有害物质【5 】【6 1 。不仅在美国，在很多工业发达的国家亦如此。 因此，很多国家和地区开始制定相关的回收法律。比如，荷兰和台湾针对汽车回 收，德国针对包装材料的回收，欧盟和日本针对电子电气设备的回收，丹麦针对 饮料瓶的回收【7 j1 8 j 。欧盟在关于报废电子电气设备的指令( w e e e ，w a s t e e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n td i r e c t i v e ) 中甚至规定了电子电气设备的元件、 原材料的再利用、再循环比例：像冰箱、洗衣机之类的大型家用电器为其重量的 7 5 ，而电脑、打印机等小型电器则为其重量的6 5 t 9 1 。这些法律、法规的制定 成为了逆向物流的强制驱动力。 除了上述的环境因素和法律因素之外，经济利益、社会责任、企业形象、消 硕十学位论文第一章绪论 费者的满意度等都是逆向物流的驱动因素【3 】1 4 】【9 卜【18 1 。从经济利益的角度来说， 逆向物流导致原材料投入的减少、成本的降低、以及回收品价值的增值，这些都 使得企业直接获益：而企业通过逆向物流可以实现市场保护、消费者与供应商之 间关系的改善，这些也使其能够间接获益。从社会责任和企业形象的角度来说， 企业回收自己生产的废旧品也是一种社会责任，关系到企业形象的提升【1 9 】。从 消费者满意度的角度来说，某些逆向物流行为，如售后服务【1 1 】，会影响消费者满 意度的提升，从而影响到消费者对企业的忠诚度，进而影响到企业的未来销售， 最终影响到企业的经济利益，因此消费者满意度无疑也是逆向物流的重要驱动因 素。 多种因素的驱动，使逆向物流成为了近十年来人们关注的热点【2 0 1 【2 1 1 。在政 治界，有关逆向物流法律的拟定j 下在有条不絮地进行着；在企业界，逆向物流在 很多行业，如钢铁、汽车、飞机、电脑、化学药品、医疗器械等行业获得了实践 【l u ；在学术界，对逆向物流的研究也是一片大热，从产品回收网络的独立构建到 与正向物流网络的集成构建、从单周期产品回收网络到多周期产品回收网络、从 单目标产品回收网络到多目标产品回收网络，有关逆向物流的研究正不断从低级 到高级、从简单到复杂迅速发展。本文拟从集成构建、多周期、以及多目标的角 度对产品回收网络进行研究。 1 1 2 研究意义 逆向物流是循环经济的重要组成部分，产品回收网络设计作为逆向物流的重 要研究方向，对其进行研究具有十分重要的意义。 由于将废旧品再制造成再生品花费的成本比新产品的生产成本要小很多【1 3 】 【2 2 】，成本仅为新产品的5 0 左右，却能节能6 0 、节材7 0 以上，且其质量和 性能达到或超过新产品【2 1 。因此，利用废旧品生产再生品比生产新产品能够使企 业获得更大的收益，从而使l j 者具有更大的吸引力和竞争力。既然产品回收具有 很大的经济价值，那么构建合理、高效的产品回收网络便成了回收企业的不二选 择。 1 9 9 9 年，美国所有的废旧产品总价值为6 2 0 亿美元，而对这些废旧产品的 回收处理成本却达到了4 0 0 亿美元，可见废旧产品回收管理的费用十分巨大。如 果不减轻废旧品处理过程中产生的运输、库存等方面的成本负担，那么，废旧产 品回收将会导致：企业的流动资产因为废旧产品的低存货价值而减少；短期负债 因为废旧产品的维修和翻新业务而增加；销售业绩因为产品滞销而下降。相反， 那些构建了优化、有效的产品回收网络的企业比构建了低效的产品回收网络的企 业成本节省了4 0 以上，库存下降了3 3 以上，顾客服务水平提高了4 4 以上1 2 3 】。 2 硕士学何论文 第一章绪论 一个合理、高效的产品回收网络不仅能够实现在废旧品获取、再制造、废弃处理、 库存、运输等方面成本的节省，而且能够提高消费者的满意度和忠诚度，实现客 户的最大保副m 】 2 4 1 2 5 】。因此，构建合理、高效的产品回收网络对于回收企业来 说，十分必要。 目前我国的产品回收网络存在着回收渠道和经营企业分散、检测分类与再制 造、再利用脱节、资源回收率低、回收成本高、环境污染严重等问题【2 6 】，产品 回收网络的标准化水平较低，仍处在积极的探索与发展之中 2 7 1 。不论是以政府 为主导构建的公共产品回收网络，还是企业自建的产品回收网络，都必须进行科 学的规划和管理，需要对回收网络的建构、回收设施的选址、产品流量的分配、 以及正、逆向物流的整合构建进行综合考虑，达到提高效率、优化逆向物流系统 的目的【2 8 】1 2 9 。可见，设计一个科学、高效、优化的产品回收网络，具有重大的 现实意义。 1 2 国内外研究现状 从上世纪末开始，随着逆向物流逐渐成为人们关注的焦点，有关逆向物流的 文献丌始如雨后春笋般地涌现出来。从笔者搜索到的有关文献来看，大多数文献 都是2 0 0 0 年之后发表的，尤其是近几年的文献较多。鉴于篇幅的限制，这罩只 介绍本文主要参考的国内外文献。 1 2 1 国外研究现状 ( 1 ) 关于单周期单目标产品回收网络的研究 b a r r o sai 等人【2 l 】研究了荷兰的建筑废旧品沙子的回收网络，建立了双 层选址模型，通过启发式步骤求解最优解。l i s t e so 等人【l7 】在b a r r o sai 等人研 究的基础上，考虑到产品回收网络的不确定信息，建立了随机规划模型，通过对 荷兰沙子回收网络的现实案例研究，说明了考虑不确定因素的重要性。 l o u w e r s 等人【3 0 】研究了欧洲地毯废旧品的回收网络。在该网络中，地毯垃圾 从最初使用者手中收集，在区域处理中心进行检测、分类等预处理，最后送到化 学企业做进一步的处理。通过考虑投资成本、处理成本、运输成本来确定区域处 理中心的位置与处理能力，建立了连续性选址模型。 s h i hl h t 3 l 】对台湾地区的废旧品家电和电脑回收网络进行了研究，建立了混 合整数规划模型。通过设计不同的废旧品回收率，以及是否共用仓库，提出了6 种不同的情景。通过对模型进行情景分析，结果表明：废旧品回收率会影响回收 设施的位置和数量的选择，共用仓库则会降低成本，增加收益。 3 硕十学位论文 第一章绪论 m i nh 等人【2 3 】设计了“中央回收中心 作为联结初始收集点和再制造工厂的 纽带。在此基础上建立了非线性混合整数规划模型。在建模过程中设计了运输费 用函数，运输费用在运输量过多时考虑打折，在运输距离过长时考虑惩罚。最后 通过遗传算法对模型进行了实现。 l e edh 等人【4 】研究了租赁期结束的电脑回收网络，设计了“混合处理设施 对正、逆向物流进行同时、系统地管理。在此基础上建立了确定型规划模型。并 设计了一个两阶段的启发式算法，将原模型分解成选址分配问题和改进的网 络流问题。最后通过算例证明了算法的高质量性和低时耗性。 z h o uys 等人 7 1 考虑到现有文献在设计产品回收网络时只考虑选择一种回 收方式的局限性，一般为“再制造”，设计了同时考虑“再制造 和“修复”两 种回收方式的产品回收网络，建立了混合整数规划模型。通过研究表明增加考虑 “修复”回收方式显著影响了网络结构，并能够起到削减成本的作用。 f r a n c a sd 等人i i3 】考虑到产品需求量和废旧品回收量的不确定性，设计了单 周期两阶段随机规划模型，其中阶段一用来确定能力，阶段二用来解决混合生产 问题。考虑了两种网络结构：集成式和分散式；两种市场结构：新产品和再生品 市场重合和市场分离。算例表明网络规模、能力投资成本和市场结构对网络结构 的选择有很大影响。 l e eje 等人【1 4 】建立了三阶段多产品物流网络模型，对拆解中心和处理中心 进行选址决策，以最小化逆向物流过程中产生的运输成本和回收设施的固定建设 成本。并为阶段一、二设计了一个基于优先级的遗传算法，为阶段三设计了一个 启发式算法。最后通过算例证明了算法的有效性。 m u t h a a 等人【1 6 】设计了一个全新的逆向物流网络，由第三方收集商负责收集 废旧品，废旧品经过仓库进行集中检测、拆解再被送到再处理中心，被拆解的部 分有两个去处：再制造厂和二手备件市场，另外零部件供应商还会提供部分新零 部件给再制造厂。在此基础上建立了数学模型，并通过g a m s 软件求解。 ( 2 ) 关于多周期单目标产品回收网络的研究 k ohj 等人【2 5 】通过集成正、逆向物流，建立了基于第三方物流的多周期、 多产品、有能力限制的混合整数非线性规划模型。在该模型中，第三方物流供应 商作为客户( 生产者) 与市场( 消费者) 的纽带，在正向物流中充当仓库，在逆 向物流中充当处理设施。通过在不同的周期进行连续性地交互式决策，解决了第 一三方物流供应商接触的客户会发生动态变化的问题。 m i nh 等人【3 2 】注意到很少有研究涉及到修理设施的数目与位置的决策问题， 为了填补这一空白，提出了用多周期混合整数规划模型和遗传算法，来解决修理 设施的数目与位置的决策问题。最后，通过一个第三方物流供应商负责提供增值 4 硕十学位论文第一章绪论 服务的实例对模型进行了应用。 s r i v a s t a v ask t 2 4 】对印度逆向物流网络进行了研究，通过对8 4 个利益相关者 进行非正式访谈，建立了逆向物流网络选址分配问题的概念模型，在此基础上建 立了以利润最大化为目标的多产品、多层次、多周期的产品回收网络模型，先进 行收集中心投资成本的最优化决策，再进行回收品的处理、回收设施的选址、能 力选择、以及产品流分配的利润最大化决策。 e 1 一s a y e dm 等人【3 3 】建立了多周期、多层次、集成正逆向物流网络的随机混 合整数线性规划模型。在该模型中，改变了一般文献中将目标函数设置为最小化 总成本的做法，而将目标函数设为最大化总利润。在结果讨论中，分析了需求平 均值和回收率的变化对总利润的影响。 ( 3 ) 关于单周期多目标产品回收网络的研究 d uf 等人【l l 】研究了第三方物流供应商负责售后服务的产品回收网络，建立 了双目标优化模型。其中，目标一是最小化总成本，目标二是最小化总的循环时 间迟延。采用分散搜索算法、对偶单纯形算法、约束算法联合对模型进行求解。 算例表明目标一导致集中型的网络结构，而目标二导致分散型的网络结构。 p a t irk 等人【1 2 】建立了混合整数目标规划来有效地管理纸张循环物流系统。 考虑了三个目标函数，包括最小化逆向物流成本、最小化不相关废纸的数量、最 大化相关废纸的收集。通过改变三个目标的优先级顺序来研究各目标之间的内在 联系。最后通过印度纸张循环的案例对模型进行了应用。 1 2 2 国内研究现状 ( 1 ) 关于单周期单目标产品回收网络的研究 米宁【蚓从战略、策略、业务三个管理层次出发，分别继起构建、整合构建 了产品回收网络模型，在建模过程中运用了混合整数规划和非线性规划。 马祖军等人【3 5 】建立了一种单产品、有能力限制的产品回收逆向物流网络优 化设计模型。设计了可以提高模型求解效率的b e n d e r s 分解算法。 朱大海等人【3 6 】运用混合整数规划方法，构建了逆向物流的回收网络规划数 学模型，并采用遗传算法进行求解。 李忠全【3 7 】将网络结构分为开环式网络和闭环式网络，针对前者建立了非线 性规划模型，针对后者建立了混合整数规划模型。 陶学宗【3 8 】建立了具有上游发散、下游集聚的电子废弃物回收网络设计混合 整数规划模型，将再处理中心的处理能力看作投资费用的函数。提出了广义路径 阻抗的概念，设计了启发式的求解算法。 张嫒嫒【3 9 】针对可再制造产品回收网络，从正逆向物流结合的角度建立混合 硕十学位论文 第一章绪论 整数规划模型，并借助模拟退火算法求解。 黄佳楠【4 0 】建立了考虑回收过程有时间限制的选址和运输网络优化模型，应 用有向图中以一点为枢纽点寻找最小支撑树的算法设计了改进的算法。 刘宝【2 6 】利用随机规划建立了三阶段混合整数线性规划模型。分别对低回收 量和高回收量进行了分析，其计算结果分别作为初期和远期建设规模的参考。 董栋【4 l 】分别研究了确定环境下可直接再利用物品和可拆卸再加工物品的逆 向物流网络，以及不确定环境下的逆向物流网络。 王喜【4 2 】在模糊综合评判模型、改进的多区位选址模型、多因素综合评判模 型的支持下，设计了上海市电子废弃物回收网络体系。并探讨了基于w e b g i s 的 上海市电子废弃物回收网络管理信息系统的设计与开发。 赵晓煜等人【4 3 】提出了一种带有模糊参数的不确定环境下逆向物流网络优化 设计模型。用三角模糊数来描述回收量，并利用容差法将模型清晰化求解。 陈言东等人m 】根据家电产品的特征，提出了家电回收的逆向物流网络模型， 并运用遗传算法，对家电产品回收的逆向物流网络的设施进行选址优化。 任鸣鸣【4 5 】研究了多生产商联合回收的逆向物流网络，建立了有最大处理容 量约束的网络优化模型，提出了基于拉格朗同松驰的启发式算法。在另一篇文献 中，建立了基于成本限制和双容量约束的多生产商联合回收的逆向物流网络模 型，构造了对消费者延迟服务的单件产品补偿函数m 】。 狄卫民等人【4 7 】考虑到参数的不确定性，建立了单产品、有处理能力限制的 回收物流网络优化设计的模糊规划模型。在另一篇文献中，建立了二阶段随机规 划模型【4 8 】。此外，还针对含有连续分布随机参数的回收物流网络优化设计问题， 结合抽样理论，建立了由样本数量决定求解效率的二阶段随机规划模型【4 9 1 。 徐菡等人【删建立了大规模多回收产品非线性逆向供应链模型，在约束中增 加了选址的区域限制。并设计了改进的遗传算法求解。 戢守峰【5 i 】考虑初始点回收成本、回收产品中再销售品的收益和可再利用品 的收益等变量，建立了非线性混合规划模型，并且设计了遗传算法求解。 李蓉蓉【5 2 1 和滕云【5 3 1 都对确定环境下和不确定环境下的逆向物流网络进行了 研究，并设计了相应的智能算法对模型进行了求解。 冯艳芳【5 4 】提出了多阶段规划方法。阶段一：评估回收产品的回收价值。阶 段二：进行回收加工厂的选择。阶段三：进行回收品处理过程中的批量决策。 姜宁【5 5 】【5 6 】建立了两种改进的产品回收网络混合整数规划模型。一是对继起 构建的模型加以改进；二是整合构建，对正、逆向物流同时进行优化设计。 何波等人【5 7 】建立了一个纯整数非线性规划模型。利用贪心算法思想，设计 了个混合智能算法。通过外层的启发式算法搜索物流网络可行的结构，用内层 6 硕十学位论文 第一章绪论 的模拟退火算法确定最优存储周期，两者相互协调实现最优解的搜索。 董景峰等人【5 8 】提出了包含初始收集点、集中回收中心和回收处理工厂三种 物流设施的多级逆向物流网络。建立了混合整数规划模型，应用遗传算法求解。 陈果等人【5 9 j 研究了不确定环境下第三方物流的逆向物流网络，建立了随机 规划模型。将期望值方法和机会约束规划方法相结合设计了求解方法。 秦小辉【加】在基于e p r 的w e e e 逆向物流体系分析的基础上，分别探讨了自 营、联营、外包w e e e 逆向物流网络优化设计问题。 葛束等人【6 ”以正、逆向物流的总成本最小为目标，构建了供应链网络设计 模型，采用基于优先权编码的遗传算法求解。 ( 2 ) 关于多周期单目标产品回收网络的研究 狄卫民等人【6 2 卜 6 4 1 建立了确定性环境下基于o e m 管理的再制造物流网络多 周期静态和动态选址模型，并探讨了多周期动态选址模型的扩展问题。 曾成培【27 】对单周期静态设施选址模型进行了扩展，建立了多周期动态回收 网络设施选址的非线性混合整数规划模型。设计了遗传算法求解模型。 岳辉 2 9 】同时考虑了各周期之间物流量的相关关系，在随机环境下构建了混 合整数规划模型。并将模型转化为确定性规划进行了求解。 陆立娟【6 5 】1 6 6 】等人针对已有模型未考虑时间变化对选址决策的影响，构建了 一个双向物流共享运输网络的多阶段选址模型。并通过动态规划来求解。 钟学燕等人【6 7 】建立了再制造逆向物流网络随机规划模型，利用期望值算法 求解。数值仿真分析揭示了回收率的波动对最优选址策略的影响。 房巧红【6 8 】运用动态规划方法，考虑不同时期产品回收数量的不确定性及回 收产品的库存成本，建立了具有容量限制的多周期逆向物流网络动态优化模型。 ( 3 ) 关于单周期多目标产品回收网络的研究 何波等人【6 9 1 考虑了在满足公众的意愿的情况下，建立了一个双目标的纯整 数规划模型，两个目标函数分别为：最小化总建设费用和最小化设施对公众产生 的负效用。设计了基于启发式的两阶段分解算法求解。在另外一篇文献中，通过 引入目标函数的模糊满意度，采用两阶段模糊算法求解【7 0 】。 翁维红【7 l 】建立了多目标规划模型，包括最小化经济费用、最终填埋废弃品 数量及环境治理费用三个目标。采用加权平均法求解。 刘源【7 2 】建立了成本最小化和环境污染最小化的多目标混合整数非线性规划 模型，并给出了求解模型的方法，最后通过算例验证了模型的有效性。 ( 4 ) 关于废旧品供应量预测的研究 考虑到废旧品数量与质量的不确定性，王文娟【73 j 利用时间序列预测和灰色 预测方法来预测废旧品供应量，并通过e x c e l 软件进行了数据序列拟合度分析。 7 硕+ 学位论文第一章绪论 邓傲寒【7 4 】采用马尔科夫预测方法来预测家电产品回收供应量。 王喜4 2 1 和王一宁【7 5 】也采用时间序列预测和灰色预测方法预测了上海市电子 废弃物总量。 向掣7 6 】使用灰色关联预测方法对企业逆向物流需求进行预测。 谢家平等人【j 77 】构建了废旧电器产品回收随机网络预测模型，来预测产品回 收至生产厂商的概率、期望时问以及回收产品的数量。 1 2 3 国内外研究现状评述 通过对以上国内外研究现状的归纳总结，本文得到如下几个结论： ( 1 ) 有关产品回收网络的研究文献从本世纪初开始呈几何式地增长。在所 有有关产品回收网络的研究文献中，关于单周期单目标的研究仍然占据主体地 位，数量上占绝对优势。对多周期单目标产品回收网络的研究从近几年开始逐渐 出现并增多，对单周期多目标产品回收网络的研究仍然较少。而有关多周期多目 标的研究鲜有文献报导。 ( 2 ) 在所有有关产品回收网络的研究文献中，绝大多数文献是定量的实证 性研究，通过建立数学模型来解决产品回收网络的选址分配问题，定性的理论性 研究较少。在对模型的求解方法的选择上，大部分文献采用遗传算法来求解模型， 其次是其他智能算法或一般算法。 ( 3 ) 大部分有关产品回收网络的研究是基于确定环境的，有关不确定环境 下的产品回收网络的研究从近几年才开始增多。考虑产品回收过程中的不确定性 有助于研究更贴近实际情况，但如何有效减弱不确定性对选址分配决策的影响仍 然是学者们亟待解决的问题。 ( 4 ) 在有关废旧品供应量设定的问题上，大部分研究都是将废旧品供应量 设为已知常数，或是已知概率分布的随机变量。在少数关于废旧品供应量预测的 文献中，一般都是基于研究废i e l 品供应量的数据变化规律，很少有研究涉及从废 旧品产生机理的角度来研究各个周期之间废旧品供应量的内在联系。 针对以上结论，本文拟对多周期多目标的产品回收网络进行研究。为了有效 地解决废旧品供应量预测过程中的不确定问题，建立了基于废i i ! t 品产生机理的废 旧品数量动态预测模型。在此基础上建立了多周期多目标的产品回收网络模型。 硕十学位论文 第一章绪论 1 3 研究内容和论文框架 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 首先通过查阅、整理相关文献，对逆向物流和产品回收网络的相关概 念做了简要的介绍。接着，根据产品回收网络的不同分类方法，结合再制造网络 的特征，构建了集成式再制造产品回收网络的结构。该产品回收网络的特点为： 在正向物流系统基础上继起构建，新产品和再生品市场重合，由o e m 负责回收。 ( 2 ) 从废旧品产生机理的角度来解决废旧品供应量的不确定问题。通过研 究各周期废旧品供应量之间的因果联系，建立了回收设施无处理能力限制的废旧 品供应量多周期动态预测模型和回收设施有处理能力限制的废旧品供应量多周 期动态预测模型。在每个模型的构建过程中，分别考虑了单个消费者区域和多个 消费者区域两种情况。通过算例求解对本章的两个模型分别进行了应用。在参数 分析中，分别研究了产品使用寿命周期变化、回收率的变化、再利用、再制造比 例的变化对废旧品供应量的影响。 ( 3 ) 在废旧品供应量多周期动态预测研究的基础上，建立了单目标产品回 收网络的混合整数规划模型。建模过程中以o e m 利润最大化为单一目标，考虑 了资金的时间价值，以及允许产生库存。最后，通过算例求解对模型进行了应用， 并通过参数分析研究了产品使用寿命周期的变化、回收率的变化、不考虑资金时 间价值、以及不允许产生库存对模型结果的影响。 ( 4 ) 在废旧品供应量多周期动态预测以及单目标产品回收网络模型的基础 上，建立了多目标产品回收网络的混合整数规划模型。从经济利益、消费者满意 度、环境保护三个角度出发，对单一经济利益目标函数进行了扩展，增加了消费 者满意度目标和环境保护目标。采用目标规划法对多目标模型进行了满意解求 解。最后，通过基于目标达成度的算例分析，分别研究了经济利益目标达成度、 消费者满意度目标达成度、环境保护目标达成度的变化对其他两个目标达成度的 影响。 1 3 2 论文框架 第一章为本文的绪论部分。第二章介绍了相关概念，以及构建了本文研究的 产品回收网络的结构，可以作为全文的理论基础和问题描述部分。第三章建立了 废旧品供应量多周期动态预测模型，为产品回收网络的建模提供了研究基础。第 四章和第五章即是在第三章的基础上进行建模研究的。而第五章的多目标模型又 是第四章单目标模型的扩展。综上所述，本文的逻辑结构如图1 1 所示。 9 硕士学位论文第一章绪论 州理 题论 描培 述础 研 究 内 容 一一、 l 图1 - 1 本文的逻辑结构图 l o 硕士学位论文第二章相关概念及产品同收网络结构的构建 第二章相关概念及产品回收网络结构的构建 本章主要介绍与逆向物流以及产品回收网络有关的概念，为后续的工作提供 基础。通过对产品回收网络的类型的分析，构建了集成式再制造产品回收网络的 结构。该产品回收网络的特点为：在正向物流系统基础上继起构建，新产品和再 生品市场重合，由o e m 负责回收。 2 1 逆向物流的相关概念 2 1 1 逆向物流的定义 逆向物流( r e v e r s el o g i s t i c s ) 是广义的供应链管理回收管理的一部分 【4 】。它的产生源于原材料过剩、质量控制返还、库存过量、生产过程中产生的 副产品、产品召回，以及因售后服务、产生使用寿命结束等原因而造成的产品 返还【7 8 】。目前学术界对逆向物流暂没有统一的定义【2 7 】。 最早对逆向物流公布定义的是美国物流管理协会( t h ec o u n c i lo f l o g i s t i c s m a n a g e m e n t ，c l m ) ，由s t o c kjr 提出【7 1 。1 9 9 2 年，s t o c kjr 提出，逆向物流 一般是指循环利用、废品的处理以及危险原材料的管理等物流活动；广义的逆 向物流是指包括产品回收、原料节省保护、循环利用、零部件替换、再利用、 废弃处理、翻新、修理以及再制造等一系列物流活动【7 引。 使用较广的一个定义是r o g e r sds 和t i b b e n l e m b k ers 对逆向物流的定 义【8 0 】。1 9 9 9 年，r o g e r sd s 和t i b b e n l e m b k ers 对于逆向物流的定义被美国 物流管理协会所采用，即：逆向物流是指对原材料、在制品、产成品以及相关 信息，从消费点到原始产出点的流动，进行高效率、低成本地规划、执行与控 制的过程，以达到资源重获价值或妥善处理的目的【8 1 】。 欧洲逆向物流工作组( t h ee u r o p e a nw o r k i n gg r o u po nr e v e r s el o g i s t i c s ， r e v l o g ) 将逆向物流定义为：从广义上来说，逆向物流是指包括收集、拆解和 处理各种已使用过的产品、零部件和原材料的所有物流活动，以保证回收的可 持续性和环境友好性。对这些活动的管理被称为产品回收管理( p r o d u c t r e c o v e r ym a n a g e m e n t ，p r m ) 8 2 】。 还有一些学者对逆向物流给出了其他相似定义。如r a v iv 等人【5 】认为有代 表性的逆向物流包括因产品召回、过量库存、废料回收、产品过时、危险原材 硕十学位论文 第二章相关概念及产品同收网络结构的构建 料回收、废弃设备管理以及资产回收等引起的各种物流活动。逆向物流的功能 包括制定产品准入机制、压缩处理周期、再制造和翻新废旧品以及消费者售后 服务等。因此，逆向物流专注于为了使废旧品得到价值增值或妥善处理而进行 的对废旧品流、信息流和关系流的管理。c h e nhk 等人【8 3 】认为逆向物流包括产 品朋畏务被售出之后的所有物流活动，其目的是为了使得商品在原始使用寿命术 期的价值达到最大，并且通过维持代理商的财政活力来实现“绿色物流 。 我国国家技术监督局在中华人民共和国国家标准物流术语中定义了三 个与逆向物流相关的概念。回收物流( r e t u r n e dl o g i s t i c s ) ，即不合格物品的返 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 ) ，即将经济活动中己经失去原有使用价值 的物品，根据实际需要进行收集、分类、加工、包装、搬运、储存等，并分送 到专门处理场所时所形成的物品实体流动；绿色物流( e n v i r o n m e n t a ll o g i s t i c s ) ， 即在物流过程中抑制物流对环境造成危害的同时，实现对物流环境的净化，使 物流资源得到最充分的利用。而对逆向物流这个概念并未给出明确的定义畔】。 上述各种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。 从逆向物流的对象来看，逆向物流是产品、零部件( 在制品) 和原材料及相关 信息，从它们的最终目的地沿供应链渠道流向原始产出地的“逆向”流动过程； 从逆向物流的目的来看，逆向物流是为了重新获得废旧品的使用价值，或者对 最终废弃物进行妥善处理；从逆向物流活动的构成来看，为实现逆向物流的目 的，逆向物流活动应该包括原材料循环利用、零部件替换、废旧品再利用、最 终废弃处理、翻新、修理和再制造等物流活动 2 6 】。 2 1 2 逆向物流与正向物流的对比 ( 1 ) 逆向物流与正向物流的联系 物流系统是由逆向物流与正向物流共同构成的循环系统。逆向物流与正向物 流两者密不可分，相互制约，相辅相成。 首先，正向物流是逆向物流产生的基础和前提。逆向物流是在正向物流运作 过程中产生和形成的，没有正向物流，就没有逆向物流。其次，正向物流的属性 决定逆向物流的流量、成本等特性。如果正向物流利用效率高、损耗小，则逆向 物流必然流量小、成本低，反之则流量大、成本高【8 5 】 8 6 1 。再次，两者都属于物 流活动的范吲8 7 】【8 8 1 。都包括加工、包装、装卸、搬运和储存等各种作业环节， 在物流活动过程中都对各个物品流、信息流和关系流进行管理和控制。最后，两 者的动机相同。都以利润最大化为最终目标，并且充分考虑到环境友好性与可持 续发展的要求。 1 2 硕十学位论文第二章相关概念及产品同收网络结构的构建 ( 2 ) 逆向物流与正向物流的区别 逆向物流与正向物流的区别主要包括供应、生产、配送三个方面。 从供应方面来说，在传统的正向物流网络中，供应是一个典型的内生变量， 供应的时间、数量和质量可以根据系统的需求来加以控制。相反，在逆向物流系 统中供应主要是由外因决定，因此很难对其进行预测。因此，从广义上来讲，供 应的不确定性是逆向物流与正向物流的一个重要区别因素。作为这种区别的直接 结果，传统的正向物流网络不包括类似于逆向物流网络中的“检测 环节，物流 的最终目的地是事先已知的，具有更大的确定性，而不像逆向物流那样物流的质 量依赖于处理路线。逆向物流的网络结构比正向物流更为复杂，包括更多的相互 依