（管理科学与工程专业论文）逆向供应链中的若干联合库存策略及其优化.pdf

摘要 摘要 随着政府和公众对环境保护和可持续发展问题的同益关注，越来越多的企业 开始着手建立逆向供应链或逆向物流系统，以从最终用户那里回收他们使用过 的废旧产品。 本文特别关注予类特殊的“单中央处理中心多本地收集点”双层逆向供 应链系统，并专门研究其联合库存与运输控制策略。具体来说，各本地收集点 从最终用户那罩收集他们用过的废旧产品并将这些产品送至中央处理中心，中 央处理中，心则通过对这些废旧产品的回收获取相应的利涧。 我们关注的联合库存策略从简单到复杂经历了以下三个阶段：( 1 ) 各本地收 集点采取独立的库存运输策略，却保证相同的运输批量：( 2 ) 中央处理中心统一 负责各本地收集点到处理中心的废品运输，就像供应商管理库存( v m i ) 中供应商 统一管理所有零售商库存一样：( 3 ) 在( 2 ) 的基础上迸一步引入“可订货”策略以 减小不必要的小量运输。对于上述每一种联合库存策略，我们的目的是最小化 系统的单位时i 日j 平均运作成本。 同时，为了让我们更渍晰地认识酊向供应链中的v m i 管理思想和可订货燕 略，我们在上述讨论中插入了一章前向供应链的内容，专门将可订货策略应用 于v i m i 系统之中。 此外，考虑到某些本地收集点还具有一定的产品修复能力并可以将其修复后 的产品在二手市场销售，我们特别为这类双渠道本地收集点提出了一种联合库 存策略，目的是最大化本地收集点的利润。通过对这类系统在该策略下的主要 系统特征的讨论，我们分析了策略最优解的变化趋势。 最后，注意到在多参数优化问题中，经常会出现众多局部最优解。这些局部 解有时候在目标值上差别并不显著却对各系统参数变化的敏感性各异。显然， 在供应链扰动常有发生的时候，选择种敏感性低或者稳健性相对较高的策略 是明智的。因此，我们最后提出了一种基于供应链扰动的决策准o i j 以改进通 常目标成本最小或利润最大的单一准则。 关键词：逆向供应链供应链合作联合库存策略决策准则 a b s e r a c t a b s t r a c t s u s t a i n a b i l i t ya n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nh a sb e c o m eam a j o ri s s u ei no u r m o d e ms o c i e t y a n de c o n o m y m a n yl e a d i n gc o m p a n i e sh a v ee f f e c t i v e l yu t i l i z e d r e v e r s es u p p l yc h a i n st or e t r i e v et h e i ru s e dp r o d u c t sf r o mc u s t o m e r s t h i sr e s e a r c hf o c u s e so nas p e c i a lr e v e r s es u p p l yc h a i ns y s t e mw h i c hi n c l u d e sa s i n g l ec e n t r a l i z e dr e t u r n sc a n t e r ( c r c ) a n dm u l t i p l el o c a lc o n t a c tp o i n t s ( l c p s ) a s p e c i a la t t e n t i o ni so nt h ej o i n ti n v e n t o r yc o n t r o la n dp r o d u c tr e t u r n sh a n d l i n g p o l i c i e s i nd e t a i l l c p sc o l l e c tu s e dp r o d u c t sf r o ml o c a lc u s t o m e r sa n dt h e n d e l i v e r yt h e mt oc r c ，c r ch a n d l e st h o s er e t u m e dp r o d u c t st or e c o v e r yp a r to r w h o l eo f t h e m ，o r t or e t r i e v es o m e m a t e r i a lf r o m t h e m f r o ms i m p l et oc o m p l e x ，t h ej o i n ti n v e n t o r ya n dp o l i c yf o l l o w st h ef o l l o w i n g 。3 s t e p s ：( i ) e a c hl c pi n d e p e n d e n t l yd e c i d e si t sd e l i v e r yw i t ht h es a m ed e l i v e r yb a t c h ， ( i i ) c r cc o n t r o l st h et r a n s p o r t a t i o na c t i v i t i e so fa l lt h el c p s ，( i i i ) a “c a no r d e r p o l i c y ”i si n t r o d u c e dt op o l i c yf i i lt oa v o i dt r a n s p o r t a t i o nw i t hm i n o rq u a n t i t i e s f o r e a c hp o l i c yd e s c r i b e da b o v e 1 h 。p u r p o s ei st om i n i m i z et h es y s t e ma v e r a g ec o s tp e r u n i tt i m e t om a k eu sl e a r nt h ev m is y s t e ma n dc a no r d e rp o l i c ym o r ec l e a r l y , c h a p t e r4 h a sb e e ni n t e 译e t t e di n t ot h ea b o v ed i s c u s s i o n i nc h a p e m r4 ，t h ec a no r d e rp o i c yi s s t u d i e di nt h ef r a m e w o r ko fv m i ，t h a tr e p r e s e n t sa ne x a m p l eo f c a no r d e rp o l i c yi n t h ef o r w a r ds u p p l yc h a i n n o t i n gt h a ts o m el c pa l s oh a ss o m el i m i t e da b i l i t yt or e c o v e r ys o m eu s e d p r o d u c t sa n dc a ns e l l t h o s er e c o v e r e dp r o d u c t si nt h es e c o n dh a n dm a r k e t ，w e s p e c i a l l yi n t r o d u c eaj o i n ti n v e n t o r yp o l i c yf o rt h e s ed u a lc h a n n e ll c p sw i t ht h e p u r p o s eo f m a x i m i z i n gl c p sp r o f i t ， f i n a l l y ，n o t et h a tt h e r ea l eo f t e ne x i s t e ds e v e r a ll o c a 】o p t i m a ls o l u t i o n si na m u l t i p l ep a r a m e t e ro p t i m i z a t i o np r o b l e m u s u a l l y , t h e s el o c a ls o l u t i o n sa r ea l m o s t n oo b v i o u s l yd i f f e r e n ti nt h eo b j e c t i v ev a l u e ，b u tv a r yl a r g ei nt h es e n s i t i v i t i e st ot h e s y s t e mp a r a m e t e rt h e r e f o r e ，u n d e rt h es i t u a t i o n t h a t s u p p l yc h a i nd i s ”p t i o n a b s t r a c t h a p p e n so f t e n ，i ti sr e a s o n a b l et oc h o o s eas o l u t i o nw i t har e l a t i v el o ws e n s i t i v i t y t h u s , an e wd e c i s i o nc r i t e r i aw h i c hb a s e do l ls u p p l yc h a i nd i s r u p t i o ni si n t r o d u c ei n t h el a s tp a r to f t h i sp a p e rt oi m p r o v et h en o r m a lc r i t e r i a k e yw o r d s ：r e v e r s es u p p l yc h a i n ，s u p p l yc h a i nc o o r d i n a t i o n , j o i n ti n v e n t o r y p o l i c y , d e c i s i o nc r i t e r i a 中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工 作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含任何他入已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对 本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即： 学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进 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。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 作者签名： 御年 f 第1 章绪论 1 1 逆向供应链的兴起 第1 章绪论 自上世纪8 0 年代以来，随着一系列诸如能源危机、温室效应等环境问题的 愈演愈烈，可持续发展和环境保护最终成为当今经济社会的主要问题，并引起 政府和公众普遍关注。为此，一些走在时代前列的企业开始建立并使用逆向物 流或逆向供应链，从消费者手中回收他们用过的废旧产品，以减轻这些废旧产 品对环境的污染，同时降低企业的原材料成本。 根据g u i d e 和v a n w a s s e n h o v e 的定义，逆向供应链( r e v e r s es u p p l y c h a i n ，简 写为r s c ) 是指为了将废旧产品从消费者手中回收以进行分解或再利用所需要 的一系列活动川，这些活动包括收集、测试、整理、运输、处理等。特别的， 对越来越多的制造商来说，从地毯业到计算机业，逆向供应链已然成为其经营 业务一个必不可少的组成部分【2 j 。 一般而言，企业关注构建逆向供应链主要源于以下两方面原因。一是因为 环境保护等相关法律的要求。例如，从2 0 0 3 年开始，欧盟相关法律要求在欧洲 运营的轮胎制造商，在每销售一只新轮胎的同时必须回收一只废旧轮胎【2 j 。二 是因为通过对废旧产品或其零部件的使用可以有效地降低企业运作成本。比如， 为了节约原材料成本，柯达在过去十年里面回收了超过3 1 亿个相机【3 】。 与此同时，尽管目前还有很多企业将逆向供应链视为一个费钱不讨好的麻 烦事，m e y e r 和s t o c k 等学者却呼吁企业更应该将逆向供应链看成是一个加强 自身竞争优势的新机遇1 4 m 5 1 。正如j a m e ss t o c k 所言：“现在多数企业都有高品 质的产品和服务，以及其他一些特征。不久以后，所有这些特征都将成为这个 游戏的必备入场卷。到那个时候，你就不得不在其他地方让自己与众不同 高效率的逆向供应链管理可以成为这种差异化因素。”这方面的一个典型例子 是耐克。作为一个著名的鞋类制造商，耐克鼓励它的顾客将他们用过的鞋送回 他们购买这些鞋的商店。然后这些旧鞋被送至耐克的工厂，并被再制造成篮球 场和塑胶跑道。通过捐赠和维护这些公用体育设施，耐克加强了其自身品牌的 价值。 第1 章绪论 此外，根据这些呼吁者的观点，高效率的逆向供应链活动不仅可以增强企 业同其顾客和供应链伙伴之间的关系，还可以显著地节约成本，甚至可以成为 一个新的利润中心。 目前，在这些著名学者和知名公司的倡导和示范下，逆向供应链开始日益 兴盛起来。 1 2 逆向供应链的结构与分类 根据g o g g i n 等人的资源再生模型，逆向供应链系统包括有废旧产品“提供 者”( s u p p l i e r ) 、产品收集商( c o l l e c t o r ) 、再制造商( r e c o v e r e r ) 、分销商( d i s t r i b u t o r ) 和顾客( c l l s t o m e r ) 等五个角色( 如图1 1 所示【6 】。 固弋一哪 m 只。、臣j 图1 1 逆向供应链中的主要角色 其中，废旧产品提供者( s u p p l i e r ) 可能是零售商，也可能是最终消费者。 他们将他们已使用完的或者不用的产品卖给产品收集商，从而形成对整个逆向 供应链的原始输入。 产品收集商( c o l l e c t o r ) 主要负责将他们从消费者手中收集到的废旧产品运送 到再制造商。一般而言，他们可以是再制造商的本地代理点或零售商，也可以 是再制造商委托的第三方运输公司，或者任何其他可能形式的组织。但无论是 哪种情况，他们一般都和再制造商存在某种或长期或短期的协议。 再制造商( r e c o v e r e r ) 主要执行产品修复活动，这些活动可以是对产品进行全 2 第l 章绪论 部或部分的修复，也可以是从中提取某些原材料。实践中，再制造商可以是原 始设备制造商，也可以是独立的经营者。正是由于再制造商的附加价值活动， 才让那些本来无用的废旧产品成为二手市场上所需要的产品、零部件或原材料。 因此再制造商成为整个逆向物流中最有价值的角色。 分销商( d i s t r i b u t o r ) 是再制造商和客户之日j 的桥梁，负责把二手产品或原材料 从再制造商那里转移到最终客户。实践中，他们可能是运输或仓储服务的提供 者，也可能是批发商、零售商，或者销售代理。 最后，逆向供应链中的客户( c u s t o m e r ) 可能是那些需要这些翻新产品的消费 者，也可能是一些需要某种原材料或零部件的产品制造商。 表1 1 正向供应链与逆向供应链的比较 正向供应链逆向供应链 市场预测相对容易市场预测较为困难 一对多的发散关系多对的收集关系 产品品质一致性好产品品质存在较大著异 包装致性好包装多已破损或丢失 配送路径，目的地较明确 配送路径，目的地多变 产品价格相对统一产品价格取决于多种因素、变化较人 物品处理方法明确物品处理方法不确定 配送速度要求较高 配送速度取决予多种冈素 库存管理规律性强库存管理随机性大 交易地点过程方法明确交易地点过程方法复杂、多变 物流成本较为清晰物流成本存在较大变数 过稃协调魑理较为容易过程协调管理较为凼难 正如文献 6 】中所提到的一样，整个逆向物流系统来说，整个系统的运行效 第1 章绪论 率和效果将极大依赖于产品收集商的收集和运输效率。这是因为对从再制造商 到分销商再到顾客这两个阶段的物流分销渠道，一方面有其自身的规模优势， 另一方面还可以借用正向供应链中已有的非常完善的物流渠道。而对废旧产品 提供者到产品收集者再到再制造商之间的两段物流渠道来说，逆向供应链的自 身特点使得借用传统正向渠道变得异常困难，并因此成了管理学研究的一个挑 战。关于逆向供应链中的特点，请参见表1 1 中与正向供应链的对比， 实践中逆向供应链系统可以分为两类，即闭环系统( c l o s e d l o o ps y s t e m ) 和开 环系统( o p e n 1 0 0 ps y s t e m ) 。在闭环系统中，废旧产品或其包装一般会回到其原 始生产厂商l 。这方面的例子有柯达的一次性照相机、欧洲施乐( x e r o xe u m p e ) 和美国海军航空补给( u s n a v a la v i a t i o nd e p o t s ) a - 4 等! 引。相反，在开环系统中，废 旧产品并不需要回到其原始生产厂家，而是被那些愿意并且有能力再次使用这 些产品或材料的第三方企业重新修复或翻新【9 】。 企业究竟应该采用开环还是闭环的逆向供应链系统，也因此成为一个争论 焦点。事实上，围绕企业究竞应该采用一个同时包含正向和逆向物流服务的内 部配送中，g , ( i n h o u s ed i s t r i b u t i o nc e n t e r ) ，还是应该采用一个与前向系统独立的 中央处理中, 1 ) ( c e n t r a l i z e dr e t u r n sc e n t e r ) ，近期的研究已经为此进行了比较深入 的讨论“u j 。 如文献 1 0 】所述，基于以下几个原因，采用开放式系统处理逆向物流显得 更为合理：( 1 ) 由于与前向供应链分离，相对独立的中央处理中心能够更加高度 地关注于逆向物流，企业可以从这种高度关注中受益。( 2 ) 4 于规模效益，中央 处理中心可以提高整理和重新包装等逆向物流活动的效率。( 3 ) 4 于面临更大的 处理量，使得企业为中央处理中心购置某些专门设备来处理废旧产品具有了经 济可行性。特别的，作为r o g e r s 和r o n a l d 的实证研究结果之一，7 0 的被调查 者认为采用一个独立的中央处理中心c r c 更为合理】。 除此之外，第三方物流服务商提供的逆向物流服务，也使得对开环逆向供 应链系统的研究变得更加必要。事实上，在过去相当长的一段时间内，西欧各 国就已经开始采用第三方物流提供商了1 1 2 i 。此外，正如文献【1 3 】中提到的一样， 在世界t o p l 0 0 的第三方物流提供商中，目前已经有超过8 0 家公司提供了相应 的逆向物流服务，并且这些企业的c e o 们都意识到并特别强调了逆向供应链中 存在的诸多商机。 4 第j 章绪论 1 3 逆向供应链的主要研究方向 在过去2 0 年里面，研究工作者对逆向物流或逆向供应链表现出浓厚兴趣， 并因此产生了大量相关文献。有关逆向供应链的文献大致可以分为四个方向： ( 1 ) 理论框架研究：如文献【1 4 】，【1 5 】和 1 6 】：( 2 ) 案例分析：作为综述，请参考文献 【1 7 】；( 3 ) 基于问卷调查的实证研究：如文献 1 l 】，b 2 ，【1 8 】和【1 9 】；( 4 ) 数学建模( 作 为综述，请参见文献 7 】) 。 1 3 1 逆向供应链的理论框架 在理论框架方面，l u n d 首先在1 9 8 4 年为再制造( r e m a n u f a c t u r e ) 提出了相 应的理论研究架构【i “。此后，通过对修复( r e c o v e r y ) 类型的区分，t h i e r r y 等人在 文献【1 5 】中进一步研究了产品修复管理( p r o d u c tr e c o v e r ym a n a g e m e n t ) 。特别地， 根据废旧产品的拆解程度、品质以及最终产出结果，他们将修复类型分为直接 使用( 和直接销售) 、产品修复( 包括维修、翻新、再制造、分拆和回收) 和废物管 理( 包括焚烧和掩埋) 等三类。此外，文献 1 4 】贝0 特别强调了废旧产品管理的战略 意义。 1 3 2 逆向供应链的案例研究 在最近十年罩，逆向供应链的案例研究也备受关注。k r o o n 和v r i j e n s 讨论了 物流系统中可重复使用运输包装的设计问题f 2 0 j ，m e o e r 讲述了佳能公司对使用过 的废旧扫描仪、打印机、复印机和传真等进行再制造的案例1 2 “，而v a nn o t t e n 1 描述了荷兰的玻璃回收系统【2 2 1 。关于案例研究的更多细节，请参考文献 1 7 】。 1 3 3 逆向供应链的实证研究 逆向供应链的实证研究主要采用描述性统计方法。l i e b 等人比较了美国和 欧洲制造业中的第三方服务i l 羽。b l u m b e r g 分析了逆向物流与维修服务( r e v e r s e l o g i s t i c sa n dr e p a i rs e r v i c e s tr l r s ) 市场的市场大小和维度，并指出了企业成 功提供r l r s 服务所必需的关键要素【1 8 l 。g u i d e 讨论了再制造业的7 个复杂特 性，并指出这些特性要求企业显著地改变其生产计划和控制活动【。r o g e r s 和 t i b b e n l e m b k e 的工作则致力于反映当前逆向物流实践的现状，他们通过对逆 向物流服务实践的深入考察，揭露了逆向物流的信息化趋势】。 第1 章绪论 1 3 4 逆向供应链的数学建模 最后，在逆向供应链的研究中，数学建模起了一个至关重要的作用。其中， 研究者主要关注于三个领域，即配送计划、库存控制和生产计划。在配送计划 这一研究领域，其主要问题是网络设计，这可以通过对传统的设施定位模型加 以修改来解决，相关研究可参见文献 2 3 1 ，【2 4 】，【2 5 】， 2 6 】【2 7 】。 逆向供应链库存控制模型可以分为确定型和随机型两类。有关其中的确定 型模型，读者可以参考文献【2 8 ， 2 9 】，p 0 】。至于随机模型，请参考文献 3 1 1 ，【3 2 】， 【3 3 ，【3 4 】， 3 5 1 。事实上，这些研究工作都大多基于这样一个近似控制机制，即在 合适的地方将废旧产品的返还流集成到生产厂商的物料计划中1 7 】，因此它们大 多建立于闭环系统基础之上。比如，k i e s m i ：i l l e r 和s c h e r e r 研究了一种具有随机 需求和随机产品返还的单一产品修复系统，并给出了其最优定期控制策略的计 算方法【3 “。f l e i s c h m a n n 和k u i k 考察了一个面临独立随机需求和产品返还的单 一库存点，并分析了产品返还对库存控制的影响1 3 ”。m a h a d e v a n 等人则关注了 再制造背景下的联合生产控制和库存管理问题，其研究系统是在传统的前向供 应链中引入了一个再制造设施。具体而言，其中的再制造设施面临一个服从 p o i s s o n 过程的回收产品流【3 8 】。 此外，l i s t e s 和d e k k e r 则为产品恢复网络的战略基础设施设计提供了一种 随机规划方法【3 9 1 。基于德国对废旧汽车的处理，s c h u l t m a n n 等人研究了闭环供 应链的特性1 4 0 1 。d e c r o i x 和z i p k i n 则考察了一个包含不确定顾客返还的装配结 构下的库存系统【4 ”。g u i d e 等人则将废旧产品的边际时间价值考虑到逆向供应 链的网络设计之中，并因此提出了一个包含延迟的网络流模型1 4 z j 。 1 4 本文研究内容及意义 既然整个逆向供应链的系统效率将极大地依赖于产品收集商之收集和运输 效率嘲，而再制造商( r e c o v e r e r ) 又是整个逆向系统中最具有价值的角色。因此， 从重点论的观点来看，只要能使单独由这二者组成的一个开环逆向物流系统运 行达到最优，那么整个逆向供应链系统也就基本上运行在最优附近了。基于以 上认识，本文主要关注如图1 2 所示的一个开环逆向供应链系统，并研究该系 统的若干联合库存策略。如图1 2 所示，该系统由一个再制造商( r e c o v e r e r ) 和多个 收集商( c o l l e c t o r ) 组成。 6 第1 章绪论 l o c a lc o l l e c t i o np o i n t s - p , e t m l w dp i 硼w ih o w + 一c 1 l s t o a l e f ：g i ： + 一( s t o m e l s 图i 2 本文研究涉及的角色 为行文方便，我们下文统一称该系统中的再制造商为中央处理中心 ( c e n t r a l i z e dr e c o v e r yc e n t e r 简写为c r c ) ，而称收集商为本地收集点( l o c a l c o l l e c t i o np o i n t ，简写为l c p ) 以突出该系统的一对多结构。具体而言，本地回收 点l c p 的基本任务是从当地顾客手中收集他们用过的废旧产品，并将这些产品 运送至中央处理中心。中央处理中心c r c 则负责对从本地收集点转移过来的废 旧产品进行处理，这些处理活动可能包括整理、重新包装、修复、再制造，甚 至回收。 之所以做这样的研究，主要是因为以下几个原因。 1 如文献【1 0 】所述，相对于闭环供应链，采用与前向物流分丌的独立的开放 式逆向供应链，能让企业更有效地关注于逆向物流，并能形成规模优势以配备 一些特殊的逆向物流专有设备。同时，随着第三方逆向物流服务提供商的增加， 开放式逆向供应链结构将变得更加普遍。 2 库存问题是管理学研究的一个重要问题，也是逆向供应链中需要考虑的 一个重要问题。事实上，库存问题在传统的前向供应链中研究已经很深入，并 且在逆向供应链中也经常被讨论。然而，先前研究大多数是基于闭环系统，即 在前向供应链中引入某种逆向供应链因素，如文献 3 5 】， 3 6 1 ， 3 7 】， 4 0 】等。这些模 型的分析可以让我们清楚地认识到逆向物流对前向供应链之影响。然而，在这 些模型中，逆向供应链却始终只作为前向供应链的一个补充因素而处于从属地 位。与此同时，相比于前向供应链而言，逆向供应链所占份额本身较小，这使 第1 章绪论 得其对系统配置的影响也处于次要地位而容易被忽略。 3 在逆向供应链中讨论联合库存与控制策略，将有助于在逆向供应链中普 及供应链合作思想。事实上，在前向供应链中，各种供应链合作思想及其相应 的联合库存策略已经被广泛讨论，例如文献 4 3 1 ，【4 4 】，【4 5 】，【4 6 】， 4 7 】。特别地，作 为供应链合作的一种特殊形式，供应商管理库存( v e n d o rm a n a g e di n v e n t o r y , v m i ) 的管理思想在近年来引起了学者们的广泛关注【4 8 】， 4 9 ，【5 0 1 。尽管逆向供应链与前向 供应链之间存在较大差异，但是这些合作的管理思想却是相同的，而其中的随 机模型也可以被借鉴用于反映逆向供应链中的不确定性。 此外，注意到逆向供应链具有各种不确定因素，本文专门利用随机过程为这 些不确定因素建模。具体而言，相关假设包括：( 1 ) 本地收集点面临的废旧产品 到达是随机的，服从一般的更新过程或p o i s s o n 过程；( 2 ) 本地收集点收集到废旧 产品之后，以某种策略从本地收集点运送到中央处理中心，运输批量为s ；( 3 ) 中 央处理中心以批量q 成批处理废i e t 产品，这里q 是s 的整数倍数；( 4 ) 处理中心 对每批废品的处理时间是随机的，服从指数分布。 本文的研究内容及其组织结构如图1 3 所示。 在第2 章中，我们给出了最基本的联合库存策略。具体而言，各本地收集点 l c p 各自独立地管理自己的废旧产品库存，即每个本地收集点在其废旧产品库存 水平达到其最高库存点s 之后立即将这些废旧产品成批转移给中央处理中心 c r c 。利用m m 7 1 o o 排队系统的相关结论，我们计算出相应的系统成本。最 后，我们分析了该联合库存策略下的最优决策参数变化趋势。 作为第2 章内容的扩展，我们在第3 章中将前向供应链中的供应商管理库存思 想应用于逆向供应链，即让中央处理中, c , c r c 可以直接管理各本地收集点l c p 的库存。为此，我们假设中央处理中心可以实时监视所有本地收集点的库存， 并且当处于某一地区的所有l c p 库存之和一旦到达其运输批量s ，这些废旧产品 立刻被收集整合并送到中央处理中, t j , c r c 。然而，相比于基本模型来说，运输 策略的改变导致了运输成本结构的改变，即对每一次运输成本从原来的凡增加 为现在的如+ k c o ，其中a 。是一个较大的与运输次数相关的固定运输成本，c 。是 一个较小的与每次运输种包含l c p 数目相关的运输成本，而k 是每次运输中涉及 的本地回收点个数。 第1 章绪论 _ 一 第1 章：绪论 j - l 第2 章： 种开环逆向供应链系统 的联合库存策略 ； 第3 章： 一种逆向供应链的集中联 台库存策略 ， 毒， i 第4 章： ll 第5 章： 第6 章： f 稍鬻恽h 蒜惹磊暑要票窑霎鬈 一类双渠道本地收集 点的联合库存策略 7 i 一柙基于旰业琏伉刎喇肤r 1 台库存策略决策准则 j i 第8 章：结论 图1 3 本文内容及组织结构 鉴于第3 章中的策略可能出现这样的情况，即使一个回收点的库存水平很低， 比如仅为1 个单位，也将被纳入当前的运输计划之中。在这种情况下，需要增加 额外的固定运输成本，这在c 。比较大的情况下并不划算。因此，作为对第3 章的改进，第5 章所研究的联合库存策略在前者的基础上，另增加了一个决策变 量f ，并要求只有那些库存水平高于c 的本地收集点才会被纳入当前的运输计划 之中。实际上，这相当于前向供应链中的可订货水平。为了让读者更加熟悉可 订货策略，作为第5 章的一个引子，我们在第4 章专门讨论了可订货策略在v m i 系统中的一个具体应用。这一方面可以让我们更深刻地理解可订货策略，另一 方面可以让我们更深入地认识v m i 管理思想。然而，可订货点c 的引入，极大地 增加了系统中各角色库存过程的复杂性，这使得我们很难给出系统成本的具体 9 第1 章绪论 表达式。为此，我们在第4 章和第5 章中更多地采用了仿真方法来对系统进行分 析。 此外，考虑到在某些产业，如彩电、电脑等，本地收集点l c p 不仅具有废 品收集功能，同时还具有有限的废1 日产品修复能力，并能够将这些修复后的产 品在二手市场得以销售。因此，我们在第6 章专门考察了一个具有修复和再零 售能力的本地回收商的联合库存策略( 如图1 4 所示) 。具体而言，该策略由s 和 岛两个决策变量组成。其中，s 为废旧产品最高库存，而最为修好后的翻新产 品之最高库存。相关的系统决策为：( 1 ) 一旦废旧产品库存水平到达s ，l c p 立刻 将其所有废旧产品转运至c r c ；( 2 ) 只要翻新产品库存低于s ，l c p 将一直持续 其维修工作；同时一旦翻新产品库存水平达到& ，维修过程立刻停止其维修工 作。 图i 4 一个具有修复和零售功能的本地回收商的产品处理流程 此外，在第6 章中，对任何一个废旧产品，我们假设l c p 从上述两个渠道 获得的收益并不相同，或者说维修后并在本地销售可以获得更大收益。因此， 本章的目的是寻找最优的( s ，s ) 方案，使得l c p 的利润最大。 注意到我们前面所有联合库存策略的优化都是以期望成本最小或期望利润 最大为目标，这在动态的供应链环境下可能某些不足。比如，由于供应链的变 异，系统的某些参数可能会在实践中发生某些扰动，这使得当前的最优决策可 能在实践中运行得很糟糕。因此，我们在第7 章中提出了一种新的基于供应链 扰动的决策准则。通过第7 章的讨论，我们还可以说明：尽管我们前面章节中 的很多模型都进行了各种简化假设，这些假设本身可能会受到很大的争议；然 1 0 第t 章绪论 而新准则告诉我们这些简单假设在很多情况下是行之有效的。 最后，我们在第8 章总结全文，并展望了本文的后续研究。 第2 章一种开环逆向供席链系统的联合库存策略 第2 章一种开环逆向供应链系统的联合库存策略 2 1 引言 所谓逆向供应链是指为了将废旧产品从消费者手中回收以进行分解或再利 用所需要的一系列活动f 1 1 。这些活动包括回收、测试、整理、运输、处理等。 随着环境问题的日益突出，对很多产业来说，逆向供应链已经成为其经营业务 的一个基本组成部分。 对那些需要开展逆向供应链业务的企业来说，逆向配送网络的构建是一个 最基本的问题。这罩，逆向配送是指对废旧产品或包装的收集和运输【”。根据 逆向配送网络是否与前向渠道集成，逆向供应链可以分为开环和闭环两类系统。 一般来说，如果废旧产品不回到其原始生产厂家而是被其他企业使用的话，整 个系统更可能是开环系统，相反其再制造或再使用系统更可能是闭环系统【7 1 。 图2 1 是文献 7 给出的逆向配送网络框架，这个框架中同时包含了从制造商到 用户的正向物流和从用户到制造商逆向物流。 s u p p t i e r s ， c o n s t l m e r s r e v e r s ec l a n n e l 图2 1 逆向配送渠道框架 第2 章一种开环逆向供应链系统的联合库存策略 从图2 1 我们可以看到企业一方面可以利用现有的前向物流配送渠道来实 现部分逆向配送功能。然而，我们同时注意到逆向供应链具有交易地点、过程 与方法复杂多变等特点。正是这一特点，使得企业妄图利用已有的前向配送网 络来实现所有逆向配送功能，特别是完成从最终用户收集所有废旧产品的功能， 几乎变得不可能。 与此同时，即使在某些可以相对容易将逆向供应链与f 向供应链进行整合 的行业，专家们也基于分工以提高对逆向物流的关注、集中以形成规模效益以 及逆向物流需要某些专有设备等因素的考虑，呼吁尽量将前向物流系统与逆向 物流系统分开【1 0 】。另一方面，随着第三方逆向物流服务的兴起，不仅导致了逆 向供应链活动更加社会化和专业化，同时也使得开环逆向供应链系统变得更加 重要。 典型的开环逆向供应链系统由一个独立的中央处理中心( c e n t r a l i z e d r e c o v e r yc e n t e r , c r c ) 和多个本地收集点( l o c a lc o l l e c t i o np o i n t ) 构成。本地收集 点负责从当地消费者手中收集他们用过的废旧产品，并将这些产品运送至中央 处理中心，而处理中心则负责对这些废旧产品进行处理，这些处理活动可能包 括整理、重新包装、修复、再制造，甚至回收。 在这一章中，我们为上述“单处理中心多回收, 点, , ( s i n g l ec r c m u l t i p l e l c p s ) ”逆向供应链系统提出了一个最基本的联合库存控制与处理策略。其基本 策略如下：( 1 ) 各本地收集点l c p 各自独立地管理自己的废旧产品库存，即每 个l c p 在其废旧产品库存水平达到其最高库存点s 之后，立即将这些废旧产品 成批转移给中央处理中心c r c 。( 2 ) 中央处理中心c r c 以批量q 成批处理这些 废旧产品，这里q = 心，为一个整数。由于逆向供应链中的高度不确定性， 我们假设各l c p 面临的废旧产品到达是一般的更新过程，而c r c 对每批废旧 产品的处理时间也是随机的。为了处理这些随机不确定性，我们应用随机过程 和排队论的知识，计算出整个系统的成本。我们的主要任务是寻找最优的决策 变量( r ，s ) 以最小化整个系统的平均运行成本。 本章内容按如下方式组织。系统假设与描述在2 2 节中给出。在2 3 节中， 我们为系统建模。我们在2 4 节中分析各决策变量对系统成本的影响，并给出 了最优决策的变化趋势。最后，我们在2 5 节中小结本章内容。 1 4 第2 章一种开环逆向供应链系统的联合库存策略 2 2 问题描述与假设 如图2 2 所示，我们考察的逆向供应链系统由一个中央处理中心c r c 和m 个 本地收集点l c p 组成。本地收集点l c p 接受来自本地消费者或最终用户的某 种废旧产品，并负责把他们产品转移给中央处理中心c r c ；而中央处理中心 c r c 负责对这些产品的处理工作，这些处理工作可以是产品的全部或部分修复、 拆解甚至回收。 l o c a lc o l l e c t i o np o i n t 5 争r e t r e a d n 咖t f 墒 。一 c l | , s t o l l l e l 8 一e 1 1 s l o l l l e l s 一( 、】, g t o l l l e l - 8 图2 2 系统中的角色 考虑到废品收集的不确定性，我们做如下假设。 假设2 1 对任一本地收集点上c p ( i = 1 ，r r ) 来晚，其面临的来自消费者的 废品到达过程为平均到达率为矗( i = 1 ，m ) 的一般更新过程。特别的，为了简 化模型，我们假设各本地回收点是同质的，即各自的废旧产品达到过程相互独 立并且有五= 厶( f - 1 ，m ) 。 由于规模经济的需要，本地收集点在接受到来自消费者的废品到达之后并 不会立刻将他们转移到中央处理中心，而是要等到其库存水平达到其经济运输 批量。 假设2 2 对某个本地收集点三c p ( f = 1 ，m ) 来说，一旦其废旧产品库存达 到其经济运输批量s ，本地收集点会立刻将这些废旧产品全部转移至中央处理 中心。为了简化问题我们还假设：( 1 ) 从本地收集点到中央处理中心的运输时 问为零；( 2 ) 对所有本地收集点来说，他们的经济运输批量是相同的，即s ，= s 第2 章一种开环逆向供应链系统的联合库存策略 ( i = 1 ，m ) o 根据假设2 1 和2 2 ，我们很容易理解如图2 3 所示的某单个本地收集点工c p 的库存过程，其中x ：o 是c 只面临的第，一1 个和第，个废1 日产品到达之问的时 间间隔。 此外，注意到假设2 1 和2 2 蕴含着从各本地收集点到中央处理中心的运输 事件发生时刻是完全随机的。因此，我们可以很合理地假设中央处理中心面临 的成批废品到达服从p o i s s o n 过程。 假设2 3 中央处理中心c r c 面临的废旧产品到达服从一个平均到达率为 = a s 的p o i s s o n 过程，每次废旧产品到达数量为一批( s 单位) ，其中 五= ：， 是整个系统废旧产品的平均到达率。此外，我们假定p = ( r 矿) 三丑s 的p o i s s o n 过程，而服务器对每批顾客的服务时蚓服从平均长度 为l 的指数分布。 证明：将本地收集点到中央处理中心的每批废旧产品都看成一个顾客，而把中 央处理中心的每次配品处理看成是对顾客的一次批服务，我们有：( 1 1 根据假设 2 3 我们有系统的顾客到达服从参数为= 罗! ，丑s 的指数分布；( 2 ) 根据假设 2 4 ，系统每次服务的服务批量为，并且每次服务时间为平均长度为1 y 的指数 分布；( 3 ) 系统只有一个处理设备对应于单服务台。事实上，上面三个结果恰好 是m i m 7i i ，排队系统的三个基本要素。证毕。 值得说明的是，我们在假设2 3 中假定p = ( 厂p ) 1 是为了保证所有到达该 系统的废旧产品都会最终被处理。否则，当这个假定不成立的时候，中央处理 中心将来不及处理而使得系统中的废j 日产品被无限累积。这黾，p = i ( r v ) 在 第2 章一种开环逆向供应链系统的联合库存策略 排队论中被称为系统的交通强度，它表示中央处理中心的繁忙程度。实践中， 企业总需要花费一些时间来定期或不定期的检查或维修设备，所以企业在实际 运行中有必要指定可接受的得最大交通强度e o 。 假设2 5 集中处理中心的交通强度存在一个最大可接受值r = 0 9 5 ，即 0 d o 9 5 。 在本节最后，我们列出我们在本章下文重要用到的符号。 决策变量： s ：本地回收点的运输批量，也是其最大库存水平 ，： ，为一个整数，并且q = 心。这里q 是中央处理中心的处理批量 系统参数： 所： 本逆向供应链系统中的本地回收点个数 丑：某本地回收点l c p i 的废旧产品平均到达率，f = l ，历 五： a = 罗! 丑，整个系统的平均废旧产品到达率 ： = ：z s ，中央处理中心单位时间的平均废品到达批次 v ： 中央处理中心对每批产品的平均处理时间为1 l ， 成本参数： h ，本地回收点单位产品单位时间的库存持有