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基于遗传算法的逆向供应链网络结构设计 摘要 由于减少成本的驱使、消费者的期望、可持续发展以及法律的制约，越来越 多的企业己经认识到逆向供应链的重要性，制造商不得不构建逆向供应链网络。 逆向供应链成为学术界研究的热点，其中逆向供应链网络设计是逆向供应链研究 的重点。 论文首先分析了逆向供应链网络系统，并提出了逆向供应链网络设计的原则 和要素。根据网络结构的不同，逆向供应链网络可分为开环型网络和闭环型网络 两种。开环型适用于再生逆向供应链网络，闭环型适用于再使用、再制造和商业 退回逆向供应链网络。 其次，概述了几种启发式优化算法理论，主要阐述了遗传算法理论，介绍了 遗传算法的基本思想、基本要素以及基本流程。 再次，论文构建了开环型和闭环型两种逆向供应链网络，分别以网络的费用 最小为目标函数，建立了非线性规划模型，该模型包含了生产商、分销中心、检 测中心、处理点、零售商等网络结点。不仅考虑了生产厂、分销中心、检测中心 的建设成本，而且包含了运输成本以及报废品的处理成本。论文利用遗传算法对 模型进行优化求解，并给出了算例。同时论文分析了网络参数的变化，对目标函 数和网络结构的影响，进行了灵敏度分析。指出单位运输成本和目标函数成正比 变化，但是对网络结构没有影响；而产品回收率以及回流产品利用率和目标函数 不成正比变化，却对网络结构有重要的影响。 最后，论文对全文的工作做了总结，并对今后的研究工作方向作了展望。同 时希望文中关于逆向供应链网络设计问题的讨论和结论，能够对那些专业的物流 企业和正想建立自己的逆向供应链网络的企业有所帮助。 关键词：逆向供应链，网络设计，遗传算法，混合整数规划 d e s i g no fr e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r k s t r u c t u r e b a s e do ng e ne t i ca l g o r i t hm a b s t r a c t b e c a u s eo fc o s tr e d u c t i o n ，c u s t o m e r se x p e c t a t i o n ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta s w e l la st h el e g a lr e s t r i c t i o n ，m o r ea n dm o r ec o m p a n i e sh a v ek n o w nt h ei m p o r t a n c eo f r e v e r s es u p p l yc h a i n t h em a n u f a c t u r e r sh a v et oc o n s t r u c tt h er e v e r s es u p p l yc h a i n n e t w o r k t h er e v e r s es u p p l yc h a i nb e c o m e st h ea c a d e m i cc i r c l e sr e s e a r c hh o ts p o t o fc o u r s e ，t h ed e s i g no fr e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r ki st h ek e yp o i n ti nt h er e v e r s e s u p p l yc h a i ns y s t e m f i r s to fa l l ，t h et h e s i sa n a l y z e st h er e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r ks y s t e ma n d p u t s f o r w o r dt h ed e s i g np r i n c i p l e sa n dd e m e n t so ft h er e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r k a c c o r d i n g t ot h en e t w o r ks t r u c t u r e ，t h er e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r kc a nb ed i v i d e d i n t ot w ok i n d s ：o p e n - l o o pn e t w o r ka n dc l o s e d l o o pn e t w o r k t h eo p e n l o o pn e t w o r k i sa p p l i e dt or e c y c l i n g ；w h i l et h ec l o s e d l o o pn e t w o r ki sa p p l i e dt od i r e c t l yr e u s e ， r e m a n u f a c t u r i n ga n dc o m m e r c i a lr e t u r n s s e c o n d ，i ts u m m a r i z e ss e v e r a lt h e o r i e sa b o u th e u r i s t i co p t i m i z a t i o na l g o r i t h m s ， f o c u s e so ng e n e t i ca l g o r i t h mt h e o r ya n di n t r o d u c e st h eb a s i ci d e a , t h eb a s i ce l e m e n t s a sw e l la st h eb a s i cp r o c e s so fg e n e t i ca l g o r i t h m t h i r d ，t h i st h e s i sd e s i g n so p e n - l o o pn e t w o r ka n dc l o s e d - l o o pn e t w o r k i ne a c h k i n do fn e t w o r km o d e l ，a l lo p t i m i z a t i o nm o d e li sr e p l i e do nn o n l i n e a rp r o g r a m m i n g a n dt h eo b j e c t i v ei st om i n i m i z et h es u mo fi n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s t t h es y s t e m c o n t a i n ss e v e r a ln e t w o r kp o i n t s ，t h a ti st h ep r o d u c e r , t h er e t a i l i n gc e n t e r , t h e e x a m i n a t i o nc e n t e r , t h ed i s c a r d e dc e n t e r ，r e t a i lm e r c h a n t t h em o d e lh a sn o to n l y c o n s i d e r e dt h ep l a n t ，t h er e t a i l i n gc e n t e r ，t h ee x a m i n a t i o nc e n t e rc o n s t r u c t i o nc o s t ，b u t a l s oc o n t a i n e dt h et r a n s p o r t a t i o nc o s ta n dt h ew a s t ep r o d u c tp r o c e s s i n gc o s t t h e m o d e li so p t i m i z e da n ds o l v e dw i t hg e n e t i ca l g o r i t h m s a na p p l i e dc a s ei sg i v e n t h e t h e s i ss i m u l t a n e o u s l ya n a l y z e si m p a c t so ft h ec h a n g e si nn e t w o r kp a r a m e t e r so n o b j e c t i v ef u n c t i o na n dn e t w o r ks t r u c h l r ea n dm a k e sas e n s i t i v i t ya n a l y s i s i tp o i n t so u t t h a tt h ep e r - u n i tc o s to f t r a n s p o r t a t i o ni sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ot h eo b j e c t i v ef u n c t i o n ， a n di th a sn oi n f l u e n c eo nn e t w o r ks t r u c t u r e w h i l et h ep r o d u c tr e c o v e r yr a t ea n dt h e u t i l i z a t i o nr a t eo fr e c y c l i n gp r o d u c t sa l en o td i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt ot h eo b j e c t i v e f u n c t i o n ，a n dt h e yh a v eg r e a ti n f l u e n c eo nn e t w o r ks t r u c t u r e f i n a l l y ，t h et h e s i sh a sas u m m a r i z a t i o no nt h er e s e a r c h i n gw o r ka n dg i v e sa s e r i e so fv i s t a st ot h ef u t u r ed i r e c t i o no fr e s e a r c h a l lt h ea b o v es u g g e s t i o na n d r e s e a r c ha b o u tr e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r kp r o g r a m m i n gc a nb er e f e r r e df o rt h e s p e c i a ll o g i s t i c se n t e r p r i s e sa n dt h ee n t e r p r i s ew h ow a n t st oe s t a b l i s ht h e i ro w n n e w r e v e r s es u p p l yc h a i nn e t w o r k k e yw o r d s ：r e v e r s es u p p l yc h a i n ，n e t w o r kd e s i g n ，g e n e t i ca l g o r i t h m s ，m i l p 1 i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 研究生签名：盟 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 东南大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 选题的背景和意义 1 1 1 选题的背景 第一章绪论 事实上，逆向供应链在我们的社会生活和社会各行业中已普遍存在：消费者 的退货，包装物的反复使用，零售商、分销商的多余库存返回，废弃品处理等。 逆向供应链和正向供应链一样，都是社会经济活动的产物。近年来，随着政府环 境立法的不断加强，企业产品利润空间的压缩，网络营销的快速发展，供应链中 买家地位的提升等因素，使逆向供应链得以迅速发展，构建逆向供应链系统成为 很多企业的当务之急。 ( 1 ) 国家对环境保护的日益重视 越来越多的国家政府为了社会经济的可持续发展都制定了严格的废弃物资 处理法规或回收再循环方面的法规，这导致生产商和相关责任单位主体必须对寿 命终结的产品负责，进行回收处理。1 9 9 5 年欧盟发布了一条包装法令，要求其 所有成员国到2 0 0 1 年最少要再生利用各自2 5 的包装品。其他欧洲国家如奥地 利、荷兰也采取同样的措施来制定或修正它们的法律。英国于1 9 9 7 年制定的垃 圾掩埋税收法案使得处理固体废品的成本比以前更加昂贵。欧盟对电子电气产 品的回收发布了两条法令，分别为报废电子电气设备法令和关于在电子电 气设备中禁止使用某些有害物质法令，按照规定，欧盟2 5 个成员国应该于2 0 0 3 年8 月1 3 日以前将上述指令转换为成员国法律，并正式实施，建立起有关产品 回收体系，保证电子电气产品单独回收，而回收费则由产品生产商或进口商承担。 这毫无疑问会迫使厂商与消费者提高再生循环利用的意识。一些相关机构也承担 了监督和管理逆向供应链的责任，如美国消费者产品安全委员会、美国食品与药 品管理局和美国农业部等。 我国结合自身的实际情况提出了可持续发展战略，也于本世纪初初步建成了 环保法律体系。目前我国共颁布了6 部环境保护法律、1 3 部自然资源管理法律 和3 4 项环境保护法规，环境保护部门出台了9 0 多项全国性环境保护规章和1 0 2 0 多件地方性环境保护法规。这些都迫使我国企业重新审视自身的发展方式及其产 东南大学硕士学位论文第章绪论 品对环境的影响，构建企业的逆向供应链体系迫在眉睫。 ( 2 ) 企业之间竞争的加剧 逆向供应链系统已经成为影响企业竞争力的一项重要因素。国外的一篇商业 评论也指出，“退货中所孕育的未知机会，直到现在还少有企业考虑过。”某国际 物流公司执行副总裁曾说：“逆向供应链是真正还未被开发的利润潜在源泉，也 许是企业在降低成本中的最后一块处女地了。”而此外美国物流管理协会的资深 专家、南佛罗里达大学教授詹姆斯司多克对逆向供应链的描述更为精辟，“公 司对退货如何处置，已经成为一项标新立异的竞争战略，并正成为提高效率的全 新领域。正是因为有效的逆向供应链系统能节约成本、增加利润，并提高客户 服务质量，一些世界著名的生产商和零售商，都将逆向供应链问题提到高层会议 上讨论。对逆向供应链的有效管理，不仅能保护环境、为企业带来明显的经济效 益，而且还能强化企业的竞争优势，提高供应链的整体绩效。 ( 3 ) 电子商务的广泛应用 电子商务的出现改变了传统的销售模式，使得交易的产生不受时间和空间的 限制，使得网上直销量迅速增加，导致商品的回流量也急剧增加。因为网上购物 使得消费者无法通过触摸、使用等实际接触看到商品的“真实面目，等到收到 货物后，很容易发现自己订购的商品和所需求的并不符合，因而要求退货。很多 企业，即使是包括全球5 0 0 强在内的跨国公司，都会面临顾客的退货问题。即使 是更加精益化的物流与供应链管理运作，也会有一些误差的出现。常见的退货原 因有：存在质量问题；数量有偏差；错误的递送对象等。据统计，1 9 9 7 年全球 电子商务交易额是1 5 0 亿美元，2 0 0 2 年这一数据已上升到1 1 万亿美元，而与 此同时，交易退货率己经达到电子商务交易额的2 6 。 我国电子商务也发展迅猛，2 0 0 7 年全国电子商务交易总额达2 1 7 万亿元， 比上年度增长9 0 。到2 0 0 8 年6 月底，网络购物用户人数达到6 3 2 9 万，半年内 增加3 6 4 。据商务部预计，未来1 0 年，将有7 0 的贸易额通过电子交易完成， 电子商务将成为主流商业经济模式。 ( 4 ) 消费者权益意识的增强 如今，人们比以往任何时候更加重视和维护自身的生存空间，消费者这种日 益高涨的环境意识促使他们在选择商品时更多地倾向于选择环境友好的商品。这 东南大学硕士学位论文第一章绪论 就促使企业设计和生产更多环境友好的产品。消费者的环境意识也使他们在使用 完商品后，要求生产企业进行产品的回收并能主动配合企业进行产品收集。除了 环境方面的权益意识，消费者在经济方面的意识也不断增强，消费者日益要求“无 理由退货 。为了提高消费者的满意度，维持其忠诚度，企业必须对此做出一定 的反应。 通常的企业供应链系统设计以满足客户需求为目的，涉及到原材料采购、运 输、储存、产品制造和加工、在制品搬运、在制品库存、产成品库存、产成品运 输及配送，以产品的完整供应为基础，使经营活动中的各种物品按次序、有步骤 地向前流动，物流系统的功能止于把产品在送达顾客手中。事实上，产品到达顾 客手中后，企业的物流活动并没结束。退货、产品的召回、报废产品的回收以及 生产过程中的报废零部件、边角余料回收等一系列问题随之而来。解决这些问题 的方法就是根据具体情况，建立不同的逆向供应链网络，如再生逆向供应链网络、 直接再利用逆向供应链网络、再制造逆向供应链网络和商业退回逆向供应链网络 等。一般来说，再生逆向供应链网络属于开环型网络结构，直接再利用逆向供应 链网络、再制造逆向供应链网络和商业退回属于闭环型网络结构。 1 1 2 选题的意义 首先，逆向供应链是实现可持续发展的重要手段。面对大多数工业资源的不 可再生性和紧缺性、面对人类生存的环境日益恶化，对退回物品和废弃物品进行 合理的处置，可以节约资源，改善环境，有利于可持续发展。例如：经科学证实， 每回收利用1 吨废旧物资，可节约自然资源近1 2 0 吨，节约标准煤1 4 吨，减少 近1 0 吨垃圾处理。2 0 0 1 年5 月，欧洲环保委员会制定了欧盟地区电子废弃物回 收标准，规定：电子产品生产厂商必须最少回收9 0 的废弃电冰箱及洗衣机；在 个人电脑方面，回收比率达到7 0 ；对于目前正在使用中的电子产品，制造商按 其市场占有份额分摊交纳费用；自2 0 0 6 年起禁止在电子产品中使用包括铅、锡 等重金属在内的危险物质。 其次，逆向供应链可以为企业节约成本，实现利润增长。逆向供应链使原来 单向的企业物流变成完整循环的物流网络。一方面能使企业生产的产品在变成 e o l ( e n do fl i f e ) 产品后，重新回到企业的生产过程中来，节约了原材料采购成 东南大学硕上学位论文 第一章绪论 本，增加了利润；另一方面，可以大大减少需要处理的废弃物数量。在一个法制 的经济环境中，减少废弃物处置量，不仅减少了对环境的危害，也降低了企业因 处理废弃物的成本。因此逆向供应链的实施能帮助企业在激烈的竞争中增加经济 效益，节约资源，保护环境，从而树立良好的企业形象。国际上已有很多这方面 的研究和应用，如：国际知名企业通用、i b m 、西尔斯、强生等在逆向供应链管 理领域降低由退货造成的资源损失，使成本下降、客户满意度提高、环保等多方 面的问接经济效益与社会效益己逐渐显现出来。 再次，逆向供应链网络结构对逆向供应链运作的效率具有重要影响。由于回 收的物品有各种不同的原因，因此逆向供应链产生的地点、时间和数量是难以预 见的，发生逆向供应链的时间和地点较为分散、无序，不可能集中一次向接受点 转移。另外，逆向供应链的处理系统与方式复杂多样，不同处理手段对恢复资源 价值的贡献差异显著，同时还要考虑制造商对于返回商品的处理往往还有一些特 殊的规定，如在二级市场转卖的商品去除标识等，这些因素都使得在逆向供应链 中对于商品的处理选择众多，方向不明。正是这种高度的复杂性，逆向供应链运 作的效率受逆向供应链网络结构的影响更大，因而必须合理设计逆向供应链网 络，即确定废旧物品从消费地到起始地的整个流通渠道的结构。 最后，遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ，g a ) 是由h o l l a n d 提出的一种模拟达 尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的计算方法，广泛应用于优化求解问 题中。它是一种以自然选择和遗传理论为基础，将生物进化过程中适者生存规则 与同一群染色体的随机信息交换机制相结合的搜索算法。其流程是以一定规模的 群体为起点开始一个循环圈，经过竞争后，一部分群体被淘汰而无法再进入这个 循环圈，而另一部分成为种群，种群通过婚配作用产生子代群体，子代群体可能 t 会因为变异而产生新的个体。这样，新产生的子代群体取代旧的群体而又成为循 环的开始，经过多次循环，最终使生存能力最大的染色体得到最大可能生存。 遗传算法的优点主要在于；一、它从点群开始搜索而不是单一的点，从而能 并行越过许多局部最优点而达到全局最优点或次优点；二、运用概率规则进行指 导实现对优化解的随机搜索，运算简单、收敛速度快；三、不受目标函数性质( 如 连续性、可导性、单峰性等) 的约束。正是遗传算法的这一系列优点，使其近年 来有很快的发展，并在组合优化、自适应控制、机器学习等诸多领域获得应用， 4 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 有着广泛的应用前景。但很少有人将其应用于逆向供应链领域，为此本文针对逆 向供应链网络的特点，利用遗传算法规划闭环和开环的逆向供应链网络，通过遗 传算法进行有限的迭代，得到适应度最大的网络规划方案，从而使逆向供应链网 络得到优化。 逆向供应链毕竟是个新生事物，有其自身的复杂性，理论与应用尚未发展成 熟，还有许多不足和问题值得进行深入研究，如何优化构建逆向供应链网络成为 理论界和实业界的焦点。较少有学者从正逆结合的角度进行规划，而且由于网络 本身的复杂性，现有算法似乎需要改进。基于以上的原因，本文从开环和闭环两 个角度探讨了逆向供应链网络设计问题，为企业在逆向供应链构建与决策方面提 供参考。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 ( 1 ) 定性分析 第一个对逆向物流系统网络结构进行定性分析是g u il t i n a n 和n w o k o y e 。他 们于1 9 9 5 年提出根据流通渠道企业成员完成的再生或再制造的功能和能力之不 同，构建不同的逆向物流回收再利用系统，但是在这些设计原则中一般只考虑了 缺货对成本最优设计的影响，没有考虑产品的整个生命周期，忽视了持续性发展 等问题。此后，随着环保意识的增强，人们对逆向物流系统结构有了进一步认 识，许多学者从环保、绿色经营、绩效、物流渠道、企业战略等不同角度研究了 逆向物流系统的结构特征和设计原则，为建立有效的逆向物流系统结构提供了正 确的指导。 逆向物流网络结构特征方面的研究主要有1 9 9 7 年和2 0 0 0 年m o r i t z f l e i s c h m a n n 的研究，文献论述了系统的高度复杂性，系统目标的复杂多样性， 系统具有天生的供需失衡本性，系统“从多到少( m a n yt of e w ) 等的特征；逆向 物流网络设计原则方面，1 9 9 5 年g u i l t i n a njp ，2 0 0 1 年f l e i s c h m a n n ，2 0 0 1 年 h rk r i k k l e ，2 0 0 2 年d eb r i t o ，d e k k e r 分别进行了研究，这些原则由于考虑角 度，所处经济时代的不同，显示出了较大的差异性；构建逆向物流网络的原因方 东南人学硕十学位论文第一章绪论 面，1 9 9 9 年r o g e r sds ，t i b b e n - l e m b k er ，2 0 0 0 年f l e i s c h m a n nm 分别从经 济、法律等进行了探讨雎1 。 ( 2 ) 定量分析 1 9 9 5 年，k r o o n 和v r ij e n s 考虑了可再利用的包装材料的物流系统设计， 指出该再利用系统涉及五个角色：包装物的所有者、物流服务供应商、货物发送 者、货物接收者、运货者。其中由物流服务供应商负责储存、供应和收集空的包 装物。作者从历史数据中估计出系统中包装容器的期望数量以及需求服从的几何 分布，建立了一个能确定空包装容器的仓库数量和设施地点的选址定位的m i l p 模型d 3 。、 1 9 9 6 年，d a l e 和r o n a l d 建立了一个可再用罐装容器的逆向物流分销网络模 型，并分析了空容器返回对企业的生产计划、运输计划的影响，并将模型应用到 一个软饮料企业中h 1 。 1 9 9 7 年，s p e n g l e r 等则对钢铁工业的副产品回收进行了研究，建立了一个 混合整数规划模型。论述了钢铁公司从经济角度来说，需要确定什么样的回收过 程是有利的，他们需要确定回收工厂的能力、位置与分配。由于再生处理设备的 处理能力、安装地点等涉及到不同的费用，故该模型将传统的m i l p 模型作了修 改，添加了设备最大处理能力有限及运输成本为分段线性函数等假设条件，得到 了一个多级选址定位模型拍1 。b e r g e r 和d e b a i l l i e 将一个已有的生产分销网 络扩展成一个具有拆卸、检测处理中心的网络结构。由于已有的网络设施数量及 其位置己定，所以，此问题的关键在于确定拆卸、检侧中心的处理能力及其选址 定位。为此，作者建立了一个m i l p 模型阳。j a y a r a m a n 等分析了美国的电子产品 再制造企业，认为企业的活动围绕收集、再制造以及再分配来进行，维修设备的 最优数量和选址定位，以及回收中心数目的确定，都要考虑投资、运输、处理和 储存成本口1 。 1 9 9 8 年，b a r r o s 等利用多级选址定位模型对在建工地多余污沙的循环利用 进行了网络设计，确定了仓库容量以及净化设备安装地点。该污沙循环利用网络 包括四个层次：粉碎公司( 过滤、粉碎) 、区域仓库( 分类、储存) 、处理装置( 清 洗、储存) 、基建工地( 再利用) 。 1 9 9 9 年，l o u v e r s 等指出由于欧洲大量的废旧地毯的产生，以及政府对环保 6 东南大学硕士学位论文第一章绪论 要求的提高和地毯中潜在的大量尼龙原料，使得欧洲地毯行业开始与化工企业联 合建立回收网络。文中设计了地毯回收的连续位置模型，成本使用线性近似值， 采用非线性模型解决最优化问题。 k r i k k l e 等人研究了影印机的重新装配制造，构建了多层次逆向物流网络设 计的m i l p 模型。其回收处理过程主要由三个部分组成：1 、拆卸；2 、准翻检物 替换；3 、重新装配。从运作成本最小的角度在设定的方案中选择出最优的设置 地点删。 2 0 0 1 年，d e k k e r 以不确定的观点重新研究了l o u w e r s 的研究内容，提出了 一个多阶段随机规划模型。h e i s c h m a n nm 则从所考虑产品服务区域及区域平均 成本的角度出发，在假设单位时间回收的物品数量服从一个与区域有关的连续分 布的条件下，提出了一个连续的网络设计模型，通过该模型揭示了系统关键参数 对成本的影响并为选择合适的物流结构提供了方向阳1 。s h i hl i - h s i n g 研究了台 湾地区的家用电器和计算机的逆向物流系统设计。作者设计了6 种不同的回收策 略，考虑的指标有运输成本，运营成本，设施成本，固定成本，沉淀成本和废弃 物处理成本，并考虑政府补贴和回收物的销售收入，通过m i l p 模型的优化，获 得了台湾地区家用电器回收物流网络的最优设计方案n 引。 2 0 0 3 年，k i s h o r ek p o c h a m p a l l y 等以一般的逆向供应链网络为基础，建立 三阶段的数学规划模型，其三个阶段分别为：第一阶段，利用混合整数规划法求 出一系列产品中最经济的产品；第二阶段，采用层次分析法( a h p ) 从被选设施确 定可能的设施；第三阶段，解决离散场所的模型来完成合适的混合运输和大量货 物的运输。并结合逆向物流的不确定性，从而得出了一个完整的逆向供应链网络 u 。k oh y u n j e u n g 等为研究逆向物流网络中维修设施和仓库的数量、地址和容 量问题，提出了一个单目标的m i l p 模型。维修设施和仓库可以作为收集点、汇总 点或转运点，同时仓库也可以建立维修设施。为求解该问题，他们首先将该问题 转化为两个平衡的运输问题正向配送和逆向回收两个运输问题，然后编制了 c + + 的遗传算法程序求解u 2 l 。 2 0 0 4 年，f l e i s c h m a n n 等人在d e k k e r 主编的专著中将这些模型的共性提炼 出来并称之为“基本设施选址模型( b a s i cf a c i l i t yl o c a t i o nm o d e l ) 。除此之 外他们还介绍了针对选址问题的随机混合整数模型( s tf l e i s c h m a n no c h a s t i c 7 东南火学硕上学位论文 第一章绪论 m i x e di n t e g e rm o d e l ) 和连续逼近模型( c o n t i n u o u sa p p r o x i m a t i o nm o d e l ) n 3 1 。 2 0 0 5 年，o v i d i ul i s t e 等人进行了关于产品再利用网络设计的案例研究n 4 1 。 1 2 2 国内研究现状 ( 1 ) 定性分析 马祖军等阐述了逆向物流网络的概念及重要性，分析了逆向物流网络系统功 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n5 1 。朱道立等对逆 向物流系统的功能作了分类，在此基础上分析和讨论简单逆向物流系统和带有回 收中心的复杂逆向物流系统以及回收中心、回收物p ：导向以及网络结构设计三种 系统技术n 6 1 。赵宜对集装器具回收物流系统的设计进行了研究，分析了设计的思 路并给出了回收物流系统的作业流程n 7 1 。肖文初步提出了逆向物流网络的设计思 想，对不同网络类型的特征进行描述的定性分析n 引。秦振球分析了要设计管理好 回收物流网络，必须考虑的5 个方面的问题n 训。储洪胜和宋士吉分析了逆向物流 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 再制造生产和调度问题。达庆利等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乜。 ( 2 ) 定量分析 马祖军，张殿业，代颖对再制造逆向物流网络优化设计模型进行了研究，在 阐述了再制造物流系统功能的基础上，对再制造物流网络布局进行了分析，并提 出了一种在传统生产分销物流网络基础上进行再制造物流网络优化设计的混合 整数线性规划模型，目的是使各种再制造物流设施的投资和运营成本以及设施间 的运输成本之和最小乜刳。 胡敬锋，邓坤分析了可直接利用物品逆向物流的网络模型，站在第三方逆向 物流企业的角度建立了基于成本最优的混合整数规划模型乜3 1 。 糜仲春，苗缅云研究了废旧家电回收的反向物流系统模型，提出一种通过基 金管理机构进行协调管理的废旧家电回收的反向物流系统模型。该模型主要包 括：回收点、存储站、分解再生工厂和最终处理4 个部分。然后以总支出最小化 为目的建立了优化此反向物流系统的数学模型，并对数学模型进行了参数评估 【2 哇】 东南大学硕士学位论文第一章绪论 黄芳，李宗平根据逆向物流的特征，结合可再用运输包装容器在回收、循环 利用这一过程中涉及的环节，以集装箱为例，分析了系统功能组成，并以最小成 本为目标建立了m i l p 模型，对网络流程进行了优化设计凹朝。 冷杰，熊寿刚在分析了再制造逆向物流网络的特点及其结构的基础上，建立 了一个具有三层结构的再制造逆向物流网络，从全局的观点出发对网络中的回收 检测中心、再制造工厂设立地址进行选择，以达到整个网络的运行成本最优的 目的口6 1 。 陈文若在其硕士毕业论文中针对集中检测和分散检测两种模式分别建立备 件修复供应链的网络设计模型。在备件的逆向物流中，由于检测设施集中程度的 不同又会导致整个网络不同的运营成本。 许剑，章云里从讨论废旧电子产品的污染和回收价值谈起，就电子产品回收 网络过于简单，不利于产品的回收处理和价值恢复的现状，提出了一个以制造企 业为中心、全社会广泛参与的回收网络模型乜7 1 。 向盛斌对基于环境的逆向物流系统进行了研究。系统地讨论了e o l 产品和包 装材料的回收网络设计问题，分析了逆向物流系统设计的基本策略，并根据案例， 构建了e o l 产品和包装材料回收的网络模型，将原材料采购、产品设计、制造、 维修、监测、拆卸、各元素的循环利用及废品的最终处置系统地结合起来盟副。 李忠全对逆向物流系统的回收再利用网络进行分类，把回收网络分为开环型 网络和闭环型网络两种。开环型适用于再循环逆向物流网络，闭环型适用于再利 用、再制造和商业退回逆向物流网络。并针对两种不同的网络分别建立了数学模 型，进行了深入的研究。 1 2 3 现有研究存在的主要问题 尽管当前国内外学者对逆向物流网络设计的研究取得了一些成果，但还是存 在着一些不足： ( 1 ) 缺少对闭环逆向供应链的研究。多数研究为个案研究，并且大多局限 于独立的逆向供应链系统，而且从闭环的角度研究逆向供应链很少。 、( 2 ) 缺少对不确定环境下逆向供应链系统网络选址问题的研究。已有文献 大多以确定型的建模和优化为主。而事实上逆向供应链具有诸多的不确定性因 9 东南大学硕士学位论文第一章绪论 素，多数文献都指出了时间、数量和质量的不确定性是逆向供应链网络与传统的 供应链的一个明显的区别，但是很少有文献涉及解决这一问题口5 3 6 1 。 ( 3 ) 缺少对竞争环境下逆向供应链系统网络选址问题的研究。目前相关文 献建立的模型基本都是基于无竞争环境下的模型。对于以政府或第三方机构为主 导的开环型网络结构而言，其回收处理的物品来自于消费者或者是制造企业的外 包，因此在同一区域的不同回收处理工厂就存在着一定的竞争关系。 ( 4 ) 缺少对多产品、多周期动态情况的逆向供应链系统网络选址问题的研 究。逆向供应链的提出仅有十余年，回收处理技术还不够成熟，因此在实际中进 行应用并取得成功的例子较少。鉴于此，大多数文献都局限于静态的单产品单周 期的研究，对于多产品多周期的动态情况涉及不多口7 州。 ( 5 ) 缺少逆向供应链网络的风险因素分析。构建逆向供应链系统存在很多 的风险，例如：期望效益与实际效益的不一致性、逆向供应链效益的长期性、回 收处理技术的局限性、社会环境变化的不确定性等问题。 ( 6 ) 缺少用启发式算法进行网络构建的优化和求解。 ( 7 ) 缺少对网络参数的灵敏度分析。 1 3 本文的主要内容 本文将逆向供应链网络分为开环型网络和闭环型网络两种。开环型适用于再 生逆向供应链网络，闭环型适用于直接再利用逆向供应链网络、再制造逆向供应 链网络和商业退回逆向供应链网络。 在开环型网络规划设计中，本文将传统的配送网络模型构建方法加以改进并 结合逆向物流网络的特点，以网络的费用最小为目标函数，建立了再生产品逆向 供应链网络的非线性规划模型。闭环型网络可以在原有前向物流网络中的基础上 构建，本文在尽量利用前向物流网络原有设施和运输工具的前提下，运用混合整 数规划的方法，以网络中的费用最小为目标函数建立了逆向供应链系统的商业退 回闭环网络模型。两种模型都运用遗传算法，通过m a t l a b7 o 进行最优化求解。 主要工作内容包括以下几个方面： 第一章：绪论。主要阐述选题的背景、国内外研究现状和论文的内容与结构 在出 1 寸o 1 0 东南大学硕士学位论文第一章绪论 第二章：逆向供应链系统的网络分析。主要阐述逆向供应链网络的类型和特 征、运作流程和设计原则等。 第三章：启发式优化算法概述。概述几种启发式优化算法理论，主要阐述遗 传算法的基本思想、特点和实施步骤等。 第四章：开环型逆向供应链网络构建。通过问题描述，建立开环型供应链网 络的数学摸型，利用遗传算法进行优化求解，并给出算例。 第五章：闭环型逆向供应链网络构建。通过问题描述，建立闭环型供应链网 络的数学摸型，利用遗传算法进行优化求解，并给出算例。对参数灵敏度进行分 析，讨论了网络参数的变化，对目标函数和网络结构的影响。 第六章：结论与展望。 东南大学硕士学位论文第二章逆向供应链系统的网络分析 第二章逆向供应链系统的网络分析 2 1 逆向供应链系统的功能 尽管不同的逆向供应链系统涉及的具体活动可能不一样，但般都包括以下 功能： ( 1 ) 收集：通过有偿或无偿的方式，将分散在各地的废旧物品收集起来， 运往处理的地点。该步骤可能包括收购、运输和仓储等环节。由于从分散的消费 者处收集废旧物品涉及大量的小批量运输，因而导致收集费用很高，在逆山物流 总成本中占据相当大的比重。此外，该过程的运输也是逆向物流中引起环境污染 的关键因素之一。因此，废旧物品收集过程应该尽量采用合并运输策略，如利用 正向物流中的回程运输，以减少不必要的运输。 ( 2 ) 检测和分类：对回收产品的质量进行检测，以确定合适的处理方案， 并据此进行分类。该步骤可能包括拆卸、破碎、检测、分类和仓储等环节。早期 检测和分类可以及早识别没有回收价值的废品，节省对无用废弃物的运输成本， 但检测和分类需要昂贵的设备，只能在有限的地方设置，因而必须在两者之间进 行权衡。 ( 3 ) 再处理：对回收产品或其零部件进行处理，以重新获取价值。该步骤 可能包括清洗、零部件替换和重新组装等环节。其中，再处理方式主要有直接再 利用、再制造和再生，直接再利用针对只需清洗或少量维修工作即可直接再使用 的包装、产品或零部件，如玻璃瓶、塑科瓶、罐、箱、托盘等包装容器，复印机 和打印机的墨盒、一次性相机、二手家具、服装和书等；再制造是指保留废旧零 部件的结构和功能特性，通过必要的拆卸、检修和替换，使其恢复得同新的一样， 如飞机和汽车的发动机、计算机、复印机和打印机部件等：再生是指循环利用废 旧物品中的原材料，如废旧金属、纸、玻璃、塑料等。专业的再处理设备需要高 昂的投资，因而在很大程度上决定着整个逆向物流系统的经济可行性。因此，一 般要求回收品数量较大且集中处理，以形成规模经济效应。 ( 4 ) 废弃处置：对那些出于经济或技术上的原因无法再利用的废旧产品或 零部件进行销毁。该步骤可能包括运输、填埋或焚毁等环节。 1 2 东南大学硕士学位论文第二章逆向供应链系统的m 络分析 ( 5 ) 再分销：将处理后的再生产品运往市场进行销售。该步骤可能包括销 售、运输和仓储等环节。该过程与正向分销物流类似，需要在运输的合并和快速 反应之间进行权衡。 2 2 逆向供应链网络的结构及其特点 对于少数逆向物流流量较小的企业，可以利用已有的正向供应链网络进行物 品的回收处理，使逆向物流沿着正向供应链网络反向流动，但对于多数逆向物流 流量较大的企业而言，有必要设计专门的逆向供应链网络，采用专业化的设施、 人员和技术，以提高逆向供应链运作的效率和效益。 逆向供应链网络包括逆向供应链中的每条渠道、每个节点，在一定意义上， 逆向供应链网络是逆向供应链的表现形式。在逆向供应链中，对旧产品或回返产 品的运输可能是最显著的问题，产品需要从上处使用者运送到有需要的下一处， 或从购买者再运回到发货人，运输费用极大地影响着产品回收可获得的经济效 益。在整个逆向供应链系统中，由于可以用节点( 回收市场、拆解中心、再加工 制造厂、仓库、再利用市场) 和运输路线构成的逆向供应链网络来表示，所以在 逆向供应链系统中，最重要的是从产品回收出发，针对需求，以尽可能小的物流 费用，实现逆向供应链网络结构、布局的合理化。逆向供应链系统的网络结构的 一般结构如图2 1 所示。 图2 一l 逆向供应链系统的网络结构 逆向供应链网络结构具有如下基本特征乜1 j ： ( 1 ) 系统的高度不确定性。从消费者或终端市场回收的物品在时间、数量和 东南大学硕| l ：学位论文第二章逆向供应链系统的网络分析 质量上具有高度不确定性，导致系统对逆向物流缺乏有效控制，从而增加了系统 的复杂性。 ( 2 ) 系统目标的复杂多样性，即系统结构的设计除了要满足成本和供应的要 求外，还要考虑环境保护等因素。 ( 3 ) 系统具有天生的供需失衡本性，即废旧物品的供应常常与生产商的需求 不匹配。 ( 4 ) 系统具有“从多到少( m a n yt of e w ) ”的特性，即系统物流从多个方向 向少数地点汇聚。 2 3 逆向供应链网络的类型 根据回收物品种类及其回收处理方式的不同，会有不同的逆向供应链网络类 型和结构，如直接再利用逆向供应链网络、再生逆向供应链网络、再制造逆向供 应链网络和商业退回逆向供应链网络等m 倒。 ( 1 ) 直接再利用逆向供应链网络 直接再利用物品中最常见的是各类包装、容器，例如玻璃瓶、塑料瓶、罐、 箱、托盘等。广泛应用于啤酒或软饮料、食品、化工、集装箱运输、鲜花拍卖等 行业。其中，玻璃瓶等商业包装的回收再用物流网络类似于再制造逆向物流网络， 不同的是前者只需简单的清洗和检测，而后者需要复杂的修复或再加工。在直接 再利用逆向供应链网络中，首先要在初始回收点回收这些物品，然后集中到处理 厂，进行统一的检测、清洗、维修和处理等，最终运至制造厂直接进行再利用。 由于回收的物品不要经过复杂的设备处理就可直接再用，其网络的功能主要 是收集、运输和储存回收的物品，故此问题比较简单，研究的关键是根据包装的 期望供应量和回收量确定设施地点和运输计划，所建立的模型