（运筹学与控制论专业论文）逆向物流网络设计优化模型研究.pdf

摘要 逆向物流兴起于2 0 世纪9 0 年代，在可持续发展战略和循环经济理论 的影响下，其相关理论研究不断产生、发展，纵观目前关于逆向物流网络 设计的研究，大多数的研究成果集中于确定环境下逆向物流网络的设计， 多数认为再利用逆向物流网络结构简单，忽视了不确定因素对再利用逆 向物流网络设计的影响。 本文研究的目的就是综合考虑各种不确定因素，提出在各种不确定 环境下再利用逆向物流网络的设计方法，为相关企业的物流网络建设提 供理论指导。 本文在国内外学者对逆向物流管理理论和实践的基础上，首先对逆 向物流的研究现状、概念、构成等相关内容作了介绍，并指出了逆向物 流和正向物流的区别，使它上升到一个系统化和理论化的高度，在此基 础上，研究了逆向物流的网络结构，针对不同回收点和回收方式，建立 了不同的回收网络，本文主要作了以下三方面的工作： 1 研究了随机环境下逆向物流设计。把回收量和处置率作为随机参 数，建立相应的数学模型，先把模型转化为确定性模型进行了求解，然 后又用了混合智能算法对模型求解，最后通过算例验证了后一种求解方 法的求解结果优于前一种的结果。 2 研究了模糊环境下的城市生活垃圾逆向物流网络设计。把中转站 的日回收量作为模糊参数，用模糊规划构建逆向物流网络，最后通过算 例验证了模型和算法的可行性。 3 研究了以模糊环境下逆向物流为例，运用双层规划模型和混合整 数规划模型进行了建模，并给出了具体的算法和算例，实现了运输费用 和节点操作费用最小的目标，对实现逆向物流规划有一定的指导意义。 关键词逆向物流，网络设计，不确定环境，混合智能算法，双层规划 a bs t r a c t r e v e r s el o g i s t i c sw a sb r o u g h tu pi nt h e19 9 0 s ，a n di t sa c a d e m i cr e s e a r c h i s c o n t i n u a l l yd e v e l o p i n gb yt h e i n f l u e n c eo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t s t r a t e g ya n dd e v e l o p i n gc i r c u l a re c o n o m y h o w e v e r , b ym a k i n gac o m p r e h - e ns i v es u r v e ya b o u tt h er e c e n tr e s e a r c h e s ，if i n dt h a tm o s to ft h er e s e a r c h e s f o c u so nt h ed e s i g no fr e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r k su n d e rc e r t a i nc i r c u m s t a - n c e s a tt h es a m et i m e ，r e u s ei sr e g a r d e da sam a j o rf o r mo far e v e r s e l o g i s t i c s t h es t u d i e sa b o u ti ta r en o ts om a n y ，a n dm o s to f t h e mb e l i e v e dt h a t f u r t h e ru s eo fr e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r ks t r u c t u r ei ss i m p l e ，a n dt h eu n c e r t a i n f a c t o r sw e r en e g l e c t e d t h ep u r p o s eo ft h ep a p e rc o n s i d e r e dt h ev a r i o u so fu n c e r t a i nf a c t o r s ， a n dm a d ea l lk i n d so fu n c e r t a i n t yi nt h ee n v i r o n m e n tt ou s er e v e r s el o g i s t i c s n e t w o r kd e s i g n t h e np r o p o s et h em e t h o do fh o wt od e s i g nt h er e u s er e v e r s e l o g i s t i c sn e t w o r ki na l lk i n d so f u n c e r t a i nc i r c u m s t a n c e ，a n dd i r e c te n t e r p r i s e p r a c t i c e t h i sp a p e ri sb a s e do nt h ea b o v eb a c k g r o u n d ，t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h e p r e s e n tr e s e a r c hc o n c e p ta n dc o m p o s i n go f r e v e r s el o g i s t i c sa n de x p l a i n st h e d i f f e r e n c eb e t w e e nr e v e r s el o g i s t i c sb a s e do na l lw o r ds c h o l a r s ss t u d ya b o u t t h e o r i e sa n dp r a c t i c e so fr e v e r s el o g i s t i c sf i r s t l y ，a n ds t u d i e sn e t w o r ks t r u c t u r eo fr e v e r s el o g i s t i c sa n dc o n s t r u c t st h er e c l a i m i n gn e t w o r kf o rt h ed i f f e r e n t d i s c a r d e dg o o d sa n dr e c l a i m i n gm e t h o ds e c o n d l y i nt h i sp a p e r , m a i n l yi n t h eft h r e ea r e a si sa sf o l l o w s ： 1 is t u d yt h ed e s i g no ft h er e v e r s el o g i s t i c su n d e rr a n d o mc i r c u m s t a - n c e t h ec o l l e c t i o na n dd i s p o s a lr a t e sa r er e g a r d e d a sr a n d o mp a r a m e t e r s ， t h e nc o n s t r u c tt h ec o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c a lm o d e l s ，f i r s t l yic o n v e r t a u n c e r t a i n t ym o d e li n t oa c e r t a i nm o d e lf o rs o l v i n g ，a n dt h e nu s et h eh y b r i d i n t e l l i g e n tg e n e t i ca l g o r i t h m st os o l v et h em o d e l ，t h ea d o p t i o no ft h el a s t e x a m p l es h o w s t h a tt h el a t t e rm e t h o di ss u p e r i o rt ot h er e s u l t so fs o l v i n gt h e f o r m e r 2 i s t u d y t h e m u n i c i p a ls o l i dw a s t e r e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r k d e s i g nu n d e rt h ef u z z yc i r c u m s t a n c e t h et r a n s i tp o i n tf o re v e r y d a yr e c o v e r yi sr e g a r d e da sf u z z yp a r a m e t e r s ，iu s et h ef u z z yp r o g r a m m i n g t ob u i l da r e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r k ，t h ea d o p t i o no ft h el a s te x a m p l es h o w e st h e f e a s i b i l i t yo ft h em o d e l a n da l g o r i t h m 3 is t u d yr e v e r s el o g i s t i c sr e s e a r c hi nt h ef u z z yc i r c u m s t a n c et a k e d f o re x a m p l e ，t h eu s eo fb i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e la n dm i x e di n t e g e r p r o g r a m m i n gm o d e li st om o d e l i n g ，a n dig i v ec o n c r e t ee x a m p l e sa n d a l g o r i t h m st or e a l i z et h ec o s to ft r a n s p o r tn o d e sa n d t h ec o s to fo p e r a t i n gt h e s m a l l e s tg o a l ，t h e r ei sac e r t a i nd e g r e eo fp l a n n i n gg u i d a n c ef o rr e v e r s e l o g i s t i c s k e yw o r d sr e v e r s el o g i s t i c s ，n e t w o r kd e s i g n ，u n c e r t a i nc i r c u m s t a - n e e ，h y b r i di n t e l l i g e n ta l g o r i t h m ，b i l e v e lp r o g r a m m i n g 原创性声明 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 及取得的研究成果。论文主要是自己的研究所得，除了已注明的地方外， 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学 或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研 究所作的贡献，已在论文的致谢语中作了说明。 作者签名：互主! ! ! 爱日期：二坦年丛月望日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学 位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门的规定，送交学位论文。 对以上规定中的任何一项，本人表示同意，并愿意提供使用。 作粼：纽均摊名：斗珥吼础年卫月望日 1 1 选题背景与研究意义 1 1 1 选题背景 第1 章绪论 物流活动与社会经济的发展相辅相成。一方面，现代物流是经济发展的支柱， 另一方面，经济的发展又会引起物流总量的增加。大量生产引起大量流通，再产生 大量消费，在这一供应链上的每一环节都会出现大量的回返物品。大部分回返物品丧 失了经济价值而并非失去使用价值，通过合适的方法进行处理后，仍可以恢复其经 济价值。然而多年来，对回返物品的处理往往采取抛弃、掩埋等粗放的方式，引发 社会资源的枯竭及自然环境的恶化，对于许多企业而言，更丧失了大好的“节流 机会。 2 0 世纪9 0 年代以来，随着各国可持续发展战略的推出，循环经济( c i r c u l a re c o n o m y ) 的思想也随之崛起。它倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式。它要求系 统内部以互联的方式进行物质交换，按“资源一产品一再生资源 的反馈式模式最 大限度地利用进入系统的物质和能量，从而形成“低开采、高利用、低排放 的效 果。发达国家正把发展循环经济、建立循环型社会看作是实施可持续发展战略的重 要途径和实现方式。我国也于2 0 0 4 年中央经济工作会议上提出大力发展循环经济。 同一时期，逆向物流理论在美国、荷兰和日本等主要西方国家开始兴起，依托可持 续发展、生态经济学、企业伦理学、交易成本和网络组织等理论得到进一步的完善。 大量的专业文献通过理论和实证研究证明了逆向物流的重要性。许多企业家认为， 物流是企业的第三利润源泉，而逆向物流也许是企业在降低成本中的最后一块处女 地，在生产与消费过程中出现的大量回返物品，通过恰当的处理，可以恢复其生态 价值和使用价值，使生产者获益。企业通过再利用( r e u s e ) 、再循，( r e c y l i n g ) 、回收 ( r e c l a m a t i o n ) 、再销售( r e s a l e ) 、修补翻新( r e e o n d i t i o n i n g ) 、再制造( r e m a n u f a c t u r i n g ) 等逆向物流具体活动的实施，使原来单向的企业物流变成完整循环的物流网络，从 而达到节约原材料、降低生产成本、获得消费者信赖、赢得市场份额等新的竞争优 势，同时也符合循环经济的思想。 国外许多知名企业把逆向物流战略作为提高竞争优势，增加顾客满意度，提高 供应链整体绩效的重要手段，h p 、g e 、s e a r s 、i b m 、3 m 和e r i e s s o n 等国际知名企业 纷纷启动逆向物流发展战略。 1 1 2 研究意义 对企业来说，逆向物流网络的构建有很大的经济价值和环境价值，其作用主要 体现在以下几个方面： ( 1 ) 提高顾客价值，增加竞争优势。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。众多企业通过逆向物流提高顾客对产品或服务 的满意度，赢得顾客的信任，从而增加其竞争优势。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，有利于消除后顾之忧，增加其对企业的 信任感及回头率，扩大企业的市场份额。另一方面，对于供应链上的企业客户来说， 上游企业采取宽松的退货策略，能够减少下游客户的经营风险，改善供需关系，促 进企业间战略合作，强化整个供应链的竞争优势。特别对于过时性风险比较大的产 品，退货策略所带来的竞争优势更加明显。 ( 2 ) 降低物料成本，增加企业效益。减少物料耗费，提高物料利用率是企业成 本管理的重点，也是企业增效的重要手段。然而，传统管理模式的物料管理仅仅局 限与企业内部物料，不重视企业外部废旧产品及其物料的有效利用，造成大量可利 用性资源的闲置和浪费。由于废旧产品的回购价格低，来源充足，对这些产品回购 加工可以大幅度降低企业的物料成本。特别是随着经济的发展，资源短缺日益加重， 资源的供求矛盾更加突出，逆向物流越来越显示其优越性。 ( 3 ) 改善环境行为，塑造企业形象。随着人们的生活水平和文化素质的提高， 环境意识日益提高，消费观念发生了变化，顾客对环境的期望越来越高。另外，由 于不可再生资源的稀缺以及对环境污染日益加重，各国都制定了许多环境保护法规， 为企业的环境行为规定了一个约束性标准。企业的环境业绩已成为评价运营绩效的 重要指标。为了改善企业的环境行为，提高企业在公众的形象，许多企业纷纷采取 逆向物流战略，以减少产品对环境的污染及资源的消耗。 ( 4 ) 改善品质管理体系，提高潜在事故的透明度，加速新产品的开发i s 0 9 0 0 1 2 0 0 0 版将企业的品质管理活动概括为一个闭环式活动一计划、实施、检查、改进， 逆向物流恰好处于检查和改进两个环节上，承上启下，作用于两端。企业在退货中 暴露出的品质问题，将透过物流资讯系统不断地传递到管理阶层，提高潜在事故的 透明度，管理者可以在事前不断地改进品质管理，以根除产品不良的隐患。 因此，逆向物流物流无论是过程还是结果，无论是对社会还是对个别企业，无 论是经济利益还是处于对可持续发展的考虑，都具有重要的意义。而实施逆向物流 需要适当的物流网络支撑。逆向物流不仅仅是正向物流的回流，它和正向物流系统 不具有结构对称性，而且更复杂，因此有必要对逆向物流系统进行规划和构建。对 于企业而言，如何设计自己的逆向物流网络；如何确定网络中各设施的数量，位置， 2 能力和运输方式，让企业逆向物流在物畅其流的前提下，最小化运营成本。这些问 题是很值得深入研究的。 1 2 国内外研究现状综述 近年来，国内外在物品回收逆向物流网络设计方面进行了一些研究，主要包括 对再使用回收逆向物流网络的研究，如可回收再利用的产品包装等；对再制造回收 逆向物流网络的研究，如飞机和汽车的某些部件及各种电子产品等；对再循环回收 逆向物流网络的研究，如废旧金属、纸、玻璃、塑料等。 1 2 1 国外研究现状 ( 1 ) 再使用回收逆向物流网络的研究 k r o o n 和v r i j e n s 于1 9 9 5 年对可循环使用的运输包装的回收及运输问题进行了探 讨，确切地说是对可折叠的塑料容器回收及运输问题。该研究主要关注的是在此系 统中的物流服务提供商的作用，物流服务提供商除了要确定满足系统正常运行的容 器的数量和恰当的费用外，主要问题是确定在什么地方储存空的容器。不确定性的 问题在这里也通过一定的假设进行了体现。作者建立了一个混合整数线性规划模型 ( m i l p ，m i x e di n t e g r a t e dl i n e a rp r o g r a m m i n g ) ，该模型与典型的不考虑规模的设施 定位模型比较相似口1 。 ( 2 ) 再制造回收逆向物流网络的研究 在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：从确定设施规模角度出发； 从设施定位的角度出发；从设施定位和规模及回收产品数量的角度等。 设施规模角度：b e r g e r 和d e b a i l l i e 于1 9 9 7 年提出了一种概念性的模型，将已经存 在的生产、销售网络扩展成为带有拆卸处理中心的回收旧物品的网络，并以电脑生 产商为例进行了说明。在其所提出的模型中，假定所有已存在网络中的各种设施的 位置、数量和规模是固定的，而拆卸中心的规模是需要确定的。作者提出了一种多 层规模限制的m i l p 模型对该问题进行了说明h 1 。 设施定位角度：j a y a r a m a n 等人于1 9 9 9 年针对耐用消费品的逆向物流网络的设计 提出了m i l p 模型，该模型应用于荷兰的一家复印机生产公司，研究主要关注的是某 种复印机的重新生产地点的设置。在考虑了管理上的约束条件后，该模型优化了该 选择过程，使得总的管理费用最低哺1 。 设施定位和规模及回收产品数量角度：k r i k k e t 等人于1 9 9 9 年对美国的一家电子 设备重新生产公司进行了分析。在其分析中，通过考虑投资、运输、处理和储存费 用的前提下，确定重新生产设施的位置和数量以及所要回收的产品数量。作者通过 建立多种产品规模限制下的m i l p 模型来解决不同供应和需求假定的优化问题1 。 ( 3 ) 再循环回收逆向物流网络的研究 在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：针对建筑废物中的沙子回 收问题角度；针对废旧地毯和钢铁生产废料的回收问题角度；从纯数学的角度等。 废弃沙子的回收：b a r r o s 于1 9 9 8 年针对荷兰的建筑废物中沙子的回收网络设计 问题进行了探讨，提出了沙子回收的双层定位模型，该模型可表达成混合整数线性 规划问题，并且应用启发式算法对该问题进行了优化，最后作者对该网络在荷兰建 筑废物中的沙子回收中的应用结果进行了总结h 1 。o v i d i ul i s t e s 在b a r r o s 的研究成果 的基础上，于2 0 0 5 年对该问题进行了更加深入的研究，指出不确定性问题是产品回 收网络中的一个重要特性，特别是对于物流结构的策略设计过程中要考虑到不确定 性信息的因素，在其研究中，提出了一个基于随机规划的方法，应用该方法使得以 前提出的定位模型扩展到了充分考虑不确定性因素的模型。作者将该方法应用到荷 兰的建筑废物中的沙子回收再利用问题上，研究结果表明，该方法对于逆向物流中 有关不确定性因素的决策制定有较大的贡献晦1 。 废旧地毯的回收：a m m o n s 等人于1 9 9 7 年对美国的废旧地毯回收问题进行了研 究，作者假定在配送地点已知，并且对每个回收点的回收废旧地毯的数量已知的情 况下，通过其建立的m i l p 模型确定了回收地点和处理工厂地点的优化规模和位置， 在模型中唯一的约束是各种设施的处理能力限制阳1 。r e a l 礴人在a m m o n s 所建立模 型的基础上，于1 9 9 9 年指出回收物品的流量是影响网络布局的主要因n 训。对于废旧 地毯的回收问题，l o u w e r s 等人于1 9 9 9 年针对欧洲废旧地毯回收问题也进行了探讨， 其研究目的为在考虑投资、处理和运输费用的f ； 提下，确定回收中心恰当的位置和 规模。作者提出了一种连续定位模型，应用对单位废旧地毯流量采用固定花费的线 性近似的方法，并假定所有花费与流量相关。最后，应用标准软件对该非线性模型 进行了计算和优化n 。 钢铁生产废料的回收：s p e n g l e r 等人j ：1 9 9 7 年针对德国钢铁工业中生产钢的过 程中所产生的工业废料的回收问题进行了探讨，作者指出在假定最大的设施规模以 及物品的运输花费是与路程成线性关系的前提下，提出了修j 下的带有精确线性花费 函数的多层库存定位模型引。 从纯数学角度：m a r i n t 和p e l e g r i n 于1 9 9 8 年从纯数学的角度对配送和产品回收问 题进行了分析，建立了m i l p 设施定位模型，并将拉格朗日分解算法应用到启发式算 法的求解中3 1 。 1 2 2 国内研究现状 国内关于回收物品逆向物流网络的设计方面的研究还刚刚起步，相应的研究成 4 果较少。 ( 1 ) 综述性研究 在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：对逆向物流的基础内容的 阐述；从成本分析的角度对回收处理逆向物流链的成本进行的定性分析；从电子废 弃物的回收网络分析出发等。 基础内容的研究：张殿业等人于2 0 0 4 年对逆向物流的概念和重要性进行了阐述， 分析了逆向物流系统的功能、逆向物流网络类型与结构，并对逆向物流网络的设计 问题进行了讨论u 利。 成本分析角度：谢家平等人于2 0 0 3 年在分析产品回收处理逆向物流链的基础上， 运用基于作业的成本分析法，全面论述了零部件重用、材料再生、安全处置等产品 废弃处理策略的成本与效益，建立了产品回收处理的财务分析模型n 引。 回收网络设计角度：徐剑等人于2 0 0 5 年指出废旧电子产品的现行回收网络过于简单， 不利于产品的回收处理和价值恢复。作者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 网络模型口朝。魏杰等人于2 0 0 5 年在对目前我国电子废弃物回收现状分析的基础上， 设计建立了电子废物回收的经济循环型模型和逆向物流模型，并指出了电子废物回 收管理过程中应注意的问题n 引。 ( 2 ) 具体模型的研究 在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：从电子废弃物的不同回收 率和操作条件出发；站在第三方逆向物流企业的角度出发；借助于拆卸树，针对废 弃物回收的成本的研究；回收网络布局和网络设计角度；从集中退货中心管理角度 出发等。 从电子废弃物的不同回收率和操作条件出发：l i h s i n gs h i h 于2 0 0 1 年针对台湾 当局提出的“家用废旧电器和电脑回收法案”以及回收率的增长和服务领域扩张的 趋势，应用混合整数规划模型的方法对逆向物流网络的结构进行了优化设计，其提 出的模型以最小花费为目标，包括运输费用、管理费用、新设施建设的固定费用、 最终的处理费用和填埋费用，以及销售回收材料的收入。研究对考虑各种回收率和 操作条件下的各种假设状况给出了计算结果口引。 站在第三方逆向物流企业的角度出发：胡敬锋等人于2 0 0 5 年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。在此基础上，利用启发式算法分析了模型的求解方法，并对算例进 行了求解引。 借助于拆卸树，针对废弃物回收的成本角度：谢家平等人于2 0 0 4 年在分析产品 回收处理逆向物流链的基础上，借助于拆卸树考虑产品分拆程度，以度量产品的拆 卸成本；运用基于作业的成本分析法，全面论述了零部件再用、材料再生、安全处 置等产品废弃处理策略的成本与效益，建立了产品回收策略优选的0 1 型目标规划模 型，并以p c 机的回收处理为例，进行了实际应用u 引。 回收网络布局和网络设计角度：马祖军等人于2 0 0 4 年在阐述再制造物流系统功 能的基础上，对再制造物流网络布局进行了分析，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啪1 。张华歆于 2 0 0 4 年提出四种比较典型的逆向物流网络结构，建立了一种逆向物流网络设计的多 目标线性规划模型，把回收逆向物流描述为收集、运输、修复( 或处理) 和填埋4 个过 程，把目标函数表述为经济费用、最终填埋回收废品数量和环保费用3 个部分，最后 通过一个算例进行了说明瞄。 从集中退货中心管理角度：周根贵等人于2 0 0 5 年指出在逆向物流中，集中退货 中心管理是企业逆向物流系统高品质运作的基础和前提。作者构建了一个逆向物流 网络中的选址模型，旨在研究从备选地址中选择建立配送中心或回收中心最佳策略， 然后应用遗传算法讨论了该模型的具体解法。最后针对模拟算例，通过对比遗传算 法和部分枚举法的效率及结果，说明遗传算法对求解这类问题是一种有效的方法陵3 。 1 2 3 国内外研究现状分析 从国外研究成果来看，其研究主要是针对某个具体的物品和在特定的环境条件 下进行回收逆向物流网络的构建和设计，主要研究了回收逆向物流网络中各种设施 的位置、规模和数量问题，所建立的模型多数为m i l p 模型，所采用的算法一般为启 发式算法。 从国内的研究成果来看，其研究目前主要还停留在基础理论的介绍和说明上， 有些学者从管理层面上提出了回收逆向物流网络设计应该注意的问题，并给出了解 决问题的一些建议。另外，虽然有部分学者对回收逆向物流网络的设计进行了尝试， 但所取得的研究成果与国外相比有较大的差距，实际应用的案例还很少。 由以上分析可知，一方面，针对目前我国的逆向物流的发展状况，由于资金和 技术等方面的原因，建立独立的逆向物流网络存在一定的困难，那么利用已有的生 产、配送物流网络建立相应的回收逆向物流网络是一条可行的方法。另一方面，国 内外的研究对逆向物流网络中的不确定性因素涉及得较少，对于这种不确定性问题 的处理方法往往是通过对单个或多个参数的敏感性分析进行。然而这种方法存在计 算结果偏差较大、人为因素干扰较大等缺点。后期的研究表明，可以通过随机规划 和模糊规划的方法解决。 6 1 3 本文的主要研究内容和研究方法 本文在对不确定环境下逆向物流网络设计进行较深入的研究，研究内容主要包 括以下方面： 第二章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的相关 技术进行论述，这样就把逆向物流与传统回收区别开来，把它上升到一个系统化和 科学化的高度，有助于我们对后面逆向物流网络设计优化的理解。 第三章对逆向物流网络结构进行了研究。主要论述了逆向物流系统的功能和结 构，针对不同回收品和回收方式，建立不同的回收网络。这也是逆向物流网络设计 优化的基础。 第四章主要研究随机环境下逆向物流设计。逆向物流网络研究了回收量和处置 率随机情况下逆向物流网络设计问题，建立相应的数学模型，首先用公式转化为确 定性模型进行了求解，然后又用混和智能算法对模型求解，最后通过算例验证后一 种解法的求解结果优于前一种求解结果。 第五章研究了模糊环境下的城市生活垃圾逆向物流网络设计。在实际情况中， 对于回收中转站的同回收量是不确定的，本章把中转站的日回收量作为模糊参数， 用模糊规划来构建逆向物流网络。 第六章研究了以模糊环境下逆向物流为例，运用双层规划模型和混合整数规划 模型进行了建模，并给出了具体的启发式算法和算例实现了运输费用和节点操作费 用最小的目标，对实现逆向物流网络规划有一定的指导意义。 第2 章逆向物流以及相关概念 当今，越来越多的企业已经认识到物流管理的重要性，把物流管理提到一个较 高的管理层次，甚至作为企业核心能力来设计，但是，绝大多数的企业却忽略了逆 向物流这样一个一直存在的物流活动，没有重视其蕴藏的客户价值和运营成本。这 里首先介绍逆向物流的概念，使其与传统的正向物流和回收区别开来，把它上升到 一个系统化、科学化的高度。 2 1 逆向物流的定义 l a m b e r t 和s t o c k ( 1 9 8 1 ) 最早提出逆向物流的概念。他们把逆向物流定义为： 与极大部分的货物流动方向是相反的。这个定义与m u r p h y ( 1 9 8 6 ) 提出的定义类似 【2 3 】 o s t o c k ( 1 9 9 8 ) 把逆向物流定义为：物流在产品收回、产品循环使用、物料替代、 物料循环使用、废物处理和修理、整修和再制造中的作用。这个定义类似于s t o c k 教授和k o p i c k i 分别在1 9 9 2 年和1 9 9 3 年给出的定义幢引。 c a r t e r 和e l l r a m ( 1 9 9 8 ) 也采用了类似的定义：逆向物流是公司通过再循环 ( r e c y c l i n g ) 、再使用( r e u s i n g ) 以及减少原材料的使用，使公司可以有效率地达 成环境保护的过程。c a r t e r 和e l l r a m 认为逆向物流狭义的定义是：通过配销的网络系 统将所销售的产品进行回收的过程皿副。 r o g e r s 和t i b b e n l e m b k e ( 1 9 9 9 ) ，对于逆向物流的定义被美国物流管理协会( t h e c o u n c i lo 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。 在一定意义上，可以认为逆向物流是正向物流的逆过程 汹1 。 2 0 0 3 年，r e v l o g ( 欧洲逆向物流工作组) 将逆向物流定义为：计划、实施和控 制原材料、中间库存、最终产品从制造、分销或使用点到恢复点或适当处置点的过 程。 。 按照中华人民共和国国家标准( g b ) t 1 8 3 5 4 2 0 0 1 物流术语中的解释：回收 物流是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；废弃物物流是指将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、分拣、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。例如废纸被加工成纸浆后，又成为造纸的原材料，废钢被 8 分拣加工后再进入冶炼炉制成新的钢材，废水经净化后又被循环使用等。逆向物流 是一个相当广泛的概念。从广义上讲，逆向物流代表了所有与产品和材料再利用相 关的所有操作，对这些操作的管理与回收管理相关，涉及到再加工生产、重新打磨 等活动。逆向物流不仅是包装容器的再利用和包装材料的再循环，它还包括重新设 计包装以减少原材料利用，减少运输和其他重要活动中的能量使用以及污染等技术 和工艺。逆向物流也涉及到处理由于损害、季节性库存、存货过量等原因引起的退 货。还包括循环计划、危险材料计划、过时设备的处置和资源回收。 通常，物流可以被定义为这样一个过程：以顾客需求为宗旨，基于成本效益原 则，有效地计划、实施和控制从原始产出点到顾客消费端之间整个动态链上，原材 料、库存、产成品以及相关信息的流通。 逆向物流的定义可参考这一定义加以修正为：逆向物流是以资源回收和合理处 理废旧物品为宗旨，基于成本效益原则，有效地计划、实施和控制从顾客消费端到 原始产出点之间的整个动态链上原材料、库存、产成品和相关信息的流通。 2 2 逆向物流的分类 为了对逆向物流进行细致而有效的分析， 然不同的分析角度也会出现不同的分类方法， 特征和所经流程等角度将其进行不同的分类。 ( 1 ) 按逆向物流形成原因分类 我们有必要将逆向物流进行分类，当 可以从逆向物流形成原因，回流物品 按成因途径和处理方式不同，根据不同的产业形态，逆向物流可以被区分为投 诉退货，终端使用退货，商业退回，维修退回，生产报废与副品，以及包装等六大 类别。 ( 2 ) 按回收物品特征分类 按照逆向物流回流的物品特征和回流流程，可以将逆向物流分成三类：可直接 再利用物品，可再生物品，可拆卸再制造产品。由于回流物品的特征和回流流程不 一样，所以这三类物品在规划逆向物流网络时侧重点也不一样。 对于可直接再利用物品来说，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，故此时问题比较简单， 问题研究的关键是如何确定仓库地点和运输计划矧汹1 。 可再生物品，由于回收物品的再生改变了原来物品的物理特性，所以此时问题 的关键是除了传统的仓库选址外，还集中在再生设备的安装地点的选择和处理能力 的确定上。 可拆卸再制造产品，由于回收物品质量的不确定性，从而导致其中可再用零部 件的不确定性，此时问题的关键是集中于对回收物品的检测，修复，再制造设备的 9 选址定位上。 2 3 逆向物流产生的原因 逆向物流产生的途径多种多样，一般我们可以根据以下两个因素来划分：回返 品来源，即回返的物品是来自于最终消费者，还是流通渠道上的销售商或配送中心； 回返品类型，即回返的物品是产品还是包装材料。回返产品来源回返产品来源于最 终消费者，有以下几个原因：( 1 ) 产品使用寿命结束；( 2 ) 产品不能满足顾客需 求；( 3 ) 顾客不能正确使用产品；( 4 ) 产品本身有缺陷；( 5 ) 顾客滥用过于宽松 的回返政策，知道无缺陷却以产品有缺陷为由退货。回返产品来源于零售商或配送 中心，有以下几个原因：( 1 ) 包装过期；( 2 ) 产品过季；( 3 ) 新产品上市、零售 商库存过量；( 4 ) 零售商转营，不再经营该项产品。如果产品通过消费者进入逆向 物流，则可能是产品有缺陷，或是消费者为了退货而谎称无缺陷货物有缺陷，或是 产品大批量的不合格，生产商主动从消费者手中撤回。如果产品使用寿命结束，消 费者就可以将其回返给生产商，使其得到合适的处理或被重新利用。产品使用寿命 还没结束，消费者也可能将其回返而获取定的服务，如保养、修理。如果产品是通 过供应链合作人( 批发、零售商等) 进入逆向物流渠道的，则可能是由于市场需求 预测过量，或是由于产品销售不如预期畅销，也可能是产品生命周期结束或销售季 节结束，还有就是在运送过程中产品受损。逆向物流中的回返产品类型逆向物流中 的回返产品类型包括：使用结束的产品回返，商业回返，生命周期结束的产品回返， 包装嘲，。它们各有自己的特点： ( 1 ) 使用结束的产品回返 使用结束后的产品仍然是具有价值的资源，在经济上吸引着回收者。对于该类 产品，主要是采用重新制造、加工、再循环等方式加以回收。这类产品对o e m 和专门 的回收商非常具有吸引力，如i b m 电脑重新打磨加工，复印机重新制造加工等；使用 结束的产品由于环境法规的要求必须回收；生产商出于对资产的保护，防止技术敏 感要素和信息的外泄，对使用结束的产品加以回收。 ( 2 ) 商业回返 停售产品，这种产品在质量、规格上完全没有缺陷，只是零售商由于某种原因 决定停止销售从某个供应商购进的商品。当商家决定不再销售某一特定产品或某一 类产品时，就可能会联络供应商或其他的商家，希望他们买这些产品。生产商从某 零售商处买竞争者销售给同一零售商的某一产品。这些产品在质量、规格上完全没 有缺陷的，这样只是为了将货架空出，可以把生产商的产品摆放在先前竞争产品的 位置上，零售商通过此种回返方式将不花任何费用就可以处理销售进度慢的商品， 并用销售前景看好的商品替代其位。季节性产品，如泳衣、滑雪板、月饼这类产品， i 0 只在一年中特定时期受欢迎，当销售季节结束时，商店必定会降价销售或通过逆向 物流系统尽可能回收部分价值。零售商可能与一些专门销售过季产品的公司达成协 议，任何不同的过季产品，都可送到同一家这样有协议的公司进行处理。积压品， 由于零售商过高估计某一产品的市场需求而产生了过量的订购数，这类产品在质量、 规格上完好，仍可以继续出售，但销售进度非常缓慢，将会占一用库存和流动资金， 机会成本增加。产生供过于求现象的另一原因是生产者不准确的市场预测，或是生 产时的最小生产数高于实际需求。还有就是分销商或供应商给零售商提出一些特别 促销方法，希望零售商对某一产品的销售量能够比以往高，然而零售商却未能够达 到这样的销售量，这样对供应商就会产生相当大的回返物流量。缺陷品，零售商或 消费者发现产品在质量或规格上有残次，消费者会把商品返回给商店，零售商把产 品的残次情况告诉生产商或供应商，于是生产商或供应商就会用新产品或退款的方 式来补偿消费者，而零售商就将残次品送回给生产商或供应商。无缺陷的缺陷品， 顾客为了退货，而说商品有残次，而实际上，根本就没有缺陷。然而，这类退货通 常是回返到拆解中心才会被发现是完好的，但回返已经发生。这类回返产品通常是 这样产生的：顾客买回产品后，没有读懂说明书就开始使用，产品无法正确发挥功 能，于是便得出产品有缺陷的结论，最后退回给零售商店。而商店的职员由于没有 接受专门的培训，对产品了解甚少，在逆向物流入口处无法做好把关工作，让无残 次的产品流入了逆向物流渠道啪1 。 ( 3 ) 生命周期结束的产品回返 这部分回返主要倾向于回收利用回返品中有价值的部分。除了产品本身老化、 功能退化以外，还有就是由于环保的缘故，要求产品回返，尤其是电脑和电子设备。 生命周期结束的产品虽然功能减退，但仍可能被利用，故可以作为备件资源。 ( 4 ) 包装回返 包装回返是逆向物流中的主要一类，箱、瓶、托盘、集装箱，不需要再处理就 可以直接被再次使用。对运输包装来说，回返的周期短，回收的价值大。由于现代 物流的需要，出现了可再利用包装，可重复多次利用，许多大型超市就利用这类包 装，它们通常是由专门的物流服务提供商提供并负责回收。 2 4 物流中几个概念之间的联系 ( 1 ) 逆向物流与正向物流比较 。 图2 1 是由逆向物流和传统正向物流结合在一起的典型的一个再恢复链结构。图 中正向物流方向用虚线表示，实物流方向是从原材料到使用者，主要活动包含原料 供给、元件制造或组装以及产品分销。逆向物流的方向由实线表示，其方向与j 下向 物流相反，且相关的活动也更复杂，它的处理过程包括收集、检查与分类、再处理 与拆解、再分销和废弃处置。 一1 正向物流 逆向物流 图2 - i 逆向物流与闭环供应链比较 ( 2 ) 逆向物流与闭环供应链的比较 图2 2 给出了一个典型的闭环供应链结构，其中实物以一种封闭的方式流动。图 中逆向物流的实物流动以实线连接，正向物流方向用虚线连接，可以看到逆向物流 中的恢复方式主要有再使用、修理、再制造、再循环以及废弃处置。事实上，正向 物流与逆向物流的界限并不明显。它可以理解为经逆向物流恢复的产品又作为正向 物流的源头或构成源功能回到正向物流中。闭环供应链管理包含了所有逆向物流的 内容，其目标是在低成本提供客户服务的基础上限制排放和剩余废物。由于正向物 流和逆向物流有很强的联系，所以闭环供应链强调两者协调的重要性。 正向物流逆向物流 图2 - 2 表示闭环供应链 ( 3 ) 逆向物流与绿色物流比较 绿色物流是指以降低对环境的污染、减少资源消耗为目标，利用先进物流技术， 规划和实施的运输、储存、包装、装卸、流通加工等物流活动。绿色物流的行为主 1 2 体主要是专业物流企业，同时也涉及到有关生产企业和消费群体。再制造、再循环 与再使用是两者共有的内容。两者的不同在于绿色物流强调所有物流活动尤其是正 向物流对环境的影响。绿色物流中的环境问题有：不可再生自然资源的消耗：气体 排放；交通阻塞和道路利用；噪声污染；有害和非有害废物处置等。可以说，绿色 物流是从环境和生态的角度审视供应链，而逆向物流强调恢复方式战略的获利性。 ( 4 ) 逆向物流与废弃物流的比较 逆向物流和不同，废弃物流是指将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。废弃物流的作用是无视对象物的价值或对象物没有再利用价 值，仅从环境保护出发，将其焚化、化学处理或运到特定地点堆放、掩埋。 ( 5 )