（系统分析与集成专业论文）基于逆向物流的库存控制优化研究.pdf

糍主臻墼 声明 究工作及取得的研究 含其他人已经发表或 或证书而使用过的材 确的说明并表示了谢 只拥沙20 i 日期：笙! ：一j 。 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) 授权东南大学教务处办理。 学生签名指导教师签名： 一沙l o , i 一7 为 清 明 的 或 者更容易求解的库存控制模型，为企业逆向物流的库存控制提供了科学决策依 据。具体包括以下三个方面的内容： _。 甘 ( 1 ) 对需求和回收均随机的的多周期的静态逆向物流库存控制模型进行研 究，在允许缺货和考虑提前期的条件 t 研究单再生产期多外部订购期的一 级库存模型，用同等条件下的确定性模型的最优订货批量和最优再生产期分别作 为随机模型的最优订购批量和最优再生产期，这种替换使问题变得简单，有效地 拓展了实用性。 ( 2 ) 基于一级库存模型的研究基础上，给出单再生产期多外部订购期 的二级库存模型，将启发式算法( s ，t ) 运用到逆向物流的库存控制中，同时与传统 的( s ，q ) 进行比较，研究结果表明在大部分情况下前者优于后者。 ( 3 ) 研究需求和回收随时间变化的、多产品的动态逆向物流库存控制问题， 考虑产品的使用生命周期和季节性影响，以及回收品回收质量等级的不同，可以 分别用于多个产品的再生产活动，并且允许缺货的条件下的，采用庞特里亚金最 大值原理对模型进行求解，确定最优的生产、再生产和处理速率。以回收品和可 服务品的库存水平刻画系统的状态，确定各个状态经历的时间段和状态之间的最 优切换点，从而确定整个运营周期的最优决策。 关键词：逆向物流；库存控制；最大值原理；动态需求速率；缺货；多产品 l a wo ne - w a s t er e c y c l i n g h a sb e e np r o p o s e da n di m p l e m e n t e di nc h i n at o o ，i nw h i c h t h em a n u f a c t u r e r sa r eo b l i g e dt or e c y c l ew a s t ep r o d u c t s i n v e n t o r ym a n a g e m e n ti st h e m o s ti m p o r t a n tp a r ti nt h ef o r w a r dl o g i s t i c sm a n a g e m e n t , a sw e l la si nt h er e v e r s e l o g i s t i c s t h e r e f o r e ，b a s e do nt h ee x i s t e dr e s e a r c ho nr e v e r s el o g i s t i c s ，s e v e r a ln e wa n d m o r ec l o s et ot h e a c t u a lo re a s i e rt os o l v ei n v e n t o r yc o n t r o lm o d e l sm e t h o d sa r e p r o p o s e di nt h i sp a p e r , i nw h i c hs c i e n t i f i cb a s i sf o rd e c i s i o nm a k i n ga r ep r o v i d e df o r i n v e n t o r yc o n t r o li nr e v e r s el o g i s t i c s s p e c i f i c a l l y , t h r e ea s p e c t sa r ei n c l u d e da s f o l l o w s ： ( 1 ) t h es t a t i cm o d e lo fi n v e n t o r yc o n t r o lw i t hs t o c h a s t i cd e m a n da n dr e t u r nr a t e s ， a sw e l la sm u l t i - p e r i o di ss t u d i e df o rr e v e r s el o g i s t i c s o nt h ec o n d i t i o n st h a ta l l o w i n g f o rb a c k l o g g i n ga n dl e a d t i m e s ，ao n e - e c h e l o nm o d e lw i t hs i n g l er e p r o d u c t i o np e r i o d 1 1 1 u l t i p l eo r d e rp e r i o d si sp r e s e n t e d m e a n w h i l e , t h eo p t i m a lo r d e rb a t c ha n d o p t i m a lr e m a n u f a c t u r i n gp e r i o df o rs t o c h a s t i cm o d e li sr e f e r r e da st h ed e t e r m i n e d m o d e l sr e s p e c t i v e l y , a n dt h ee r r o r sa r ea n a l y z e db ys i m u l a t i o n , t h er e s u l t ss h o w i n g t h a tt h ee r r o r so fr e p l a c e m e n ta r ev e r ys m a l l ，w h i c hd e c r e a s e sd i f f i c u l t i e so f c o m p u t i n g s t o c h a s t i cm o d e la n dd e v e l o p si t sp r a c t i c a b i l i t y ( 2 ) b a s e do nt h eo n e e c h e l o nm o d e l ，at w o - e c h e l o nm o d e lw i t hs i n g l e n a n ds e a s o n a le f f e c t sa lea d d r e s s e d ，t o g e t h e rw i t hd i f f e r e n tp r o d u c tq u a l i f i e st o d i f f e r e n tr e m a n u f a c t u r i n ga c t i v i t i e s w h a t sm o r e ，b a c k l o g g i n gi sa l l o w e df o ri nt h i s m o d e l t h eo p t i m a lp r o d u c t i o n ，r e m a n u f a c t u r i n ga n dd i s p o s a lp o l i c i e sa l ed e t e r m i n e d b ya p p l y i n gp o n t r y a g i n sm a x i m u mp r i n c i p l e t h es y s t e mi sp o r t r a y e db yt h e i n v e n t o r yl e v e l so fr e t u r n e di t e m sa n ds e r v i c e a b l ei t e m s ，a n dd i v i d e di n t om a n ys t a t e s t h eo p t i m a ls w i t c h i n gp o i n t sf r o mo n es t a t et oa n o t h e ra r ed e t e r m i n e d , t h e nt h e o p t i m a ld e c i s i o n - m a k i n gi nt h ew h o l eo p e r a t i n gc y c l ei sg o t t e n k e y w o r d s ：r e v e r s el o g i s t i c s ；i n v e n t o r yc o n t r o l ；m a x i m u mp r i n c i p l e ；d y n a m i c d e m a n dr a t e ；b a c k l o g g i n g ；m u l t i - p r o d u c t s 1 1 1 目录 摘! 要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 研究的意义。l 1 2 国内外研究现状2 1 3 本文的主要研究内容6 第二章逆向物流库存控制相关理论8 2 1 逆向物流：8 2 1 1 逆向物流的概念及特征8 2 1 2 逆向物流的分类及发展模式1 0 2 1 3 逆向物流的发展。1 2 2 2 逆向物流库存控制16 2 2 1 库存控制理论1 6 2 2 2 逆向物流库存控制19 2 3 最大值原理2 0 2 4 本章小结2 3 第三章多周期随机性静态逆向物流库存控制模型2 5 3 1 引言2 5 3 2 单再生产期多外部订购期的库存控制模型2 6 3 2 1 模型的相关假设及参数说明2 6 3 2 2 单再生产期多外部订购期的确定型模型2 7 3 2 3 单再生产期多外部订购期的随机型模型2 9 3 2 4 两种模型最优变量之间的关系3 2 3 2 5 仿真分析3 2 3 3 单再生产期多订购期的二级系统库存控制模型3 4 3 3 1 问题描述3 4 3 3 2 模型建立3 6 3 3 3 数值实验3 9 i v 3 3 4 灵敏度分析4l 3 4 本章小结4 2 第四章基于多产品的动态回收系统库存控制研究4 3 4 1 问题描述4 3 4 2 模型建立4 5 4 3 模型求解4 6 4 3 1 最优条件分析4 6 4 3 2 最优策略的结构分析4 7 4 3 3 最优策略结构之间的转化5 1 4 3 4 最优切换点。5 3 4 4 算法5 6 4 5 数值实验5 7 4 6 本章小结6 2 第五章总结与展望6 4 5 1 本文总结6 4 5 2 展望6 5 致 射一6 7 参考文献j 6 8 硕士在读期间发表的论文和参加的项目7 3 v v i 绪论 提升 运作 代物 代中 长足 的发展。对一个企业来说，它的物流管理是否高效率、低成本已经关系到这个企 业的生死存亡，忽视物流管理的企业必将逐渐失去竞争力而趋于消亡【1 1 。 然而企业关注的物流管理大多是正向物流( f o r w a r dl o g i s t i c s ) 的管理，而 在物流中还存在着逆向物流( r e v e r s el o g i s t i c s ) ，即产品从消费地逆向到来源地 的流动，两者总是相影相随。然而在过去的几十年里，理论界和企业界都缺乏对 它的关注。之后，由于各种法律法规的压力、经济因素等的驱动，使得与传统供 应链反向的物流管理，即逆向物流管理成为企业管理者和相关学术研究者关注的 重要问题，逆向物流终于从物流管理中露出头来，越来越受到重视。 库存管理是物流管理中最为重要的部分，在正向物流中如此，在逆向物流中 更是如此。库存的目的是防止产品短缺、保持生产过程连续性、分摊订货费用、 快速满足客户订货需求。逆向物流管理好坏的标志就是如何尽快的减少回流产品 的库存，将回收产品库存恢复成可再次使用的产品。这样可以减少回流产品库存 占用的资金，尽快的从回流产品中获得产品价值，创造更大的利润。因为回流的 产品往往是旧的、已损坏的产品，其状况本身就不好，而如果这些产品不能得到 及时处理，随着时间的推移，这些产品的状况会进一步恶化。减少逆向物流的库 存成本，最大限度的恢复回流产品库存价值，是逆向物流库存控制的主要目标， 也是其重要意义所在。 东南大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 国内外研究现状 库存控制是逆向物流中的一个关键领域，其目的是通过控制生产、再生产以 及多余回收品处理，来实现整体成本的最小化。对于该领域的国内外研究，很多 文献【2 捌都对其进行了回顾总结和展望。 f l e i s c h m a n nm 6 1 ( 1 9 9 7 ) 将国外的逆向物流研究成果分为三大类：产品生 产再生产计划、逆向物流网络设计和库存控制。在库存管理优化模型中，研究 者借鉴传统库存控制中的模型和解法，推广建立了各种逆向物流库存模型。根据 需求确定性与否可以将这些模型分为两类：需求确定性模型和需求随机性模型。 确定性模型假设需求和回收都是已知的，常用的方法是在经典的传统e o q 模型上进行改进。根据需求随时间变化的情况可以将确定性模型分为静态库存模 型和动态库存模型。 ( 1 ) 静态库存控制模型 静态库存模型中，需求和回收均为常数。最早的确定性模型，由s c h r a d y 等 网( 1 9 6 7 ) 提出，该模型假定需求和回收速率为常数，外部订购和修复的提前期 固定，考虑订购和再生产的固定成本以及库存成本最小时，订购和再生产的最优 批量。m a b i n i 等【1 0 1 ( 1 9 9 2 ) 在s c h r a d y 的基础上进行了拓展，考虑缺货情况下 有多种回收物品的e o q 模型，并给出了最优策略的数值。赵宜等【i i l ( 2 0 0 5 ) 研 究在需求和回收率都是确定且连续的情况下生产和再生产混合系统的库存控制 问题，推导出不同控制方式下的e o q 模型，来确定最优的生产和再生产批量， 并且对求得的最优批量进行适当的调整，以确保在循环周期中的订货次数为整 数。给出了单在制造期多生产期的e o q 模型和单生产期多在制造期的 e o q 模型。该模型适用于生产能力和再制造能力都受限制的情况，比以往文献 提供的模型有更好的通用性和实用性。卢荣花等【1 2 】( 2 0 0 7 ) 在赵宜的基础上研究 了单修复期多外部定购期的e o q 模型，以及单外部定购期多修复期的 f o q 模型。u m u tc o r b a c i o g l u 等【1 3 】( 2 0 0 7 ) 讨论了两个产品的生产再生产系统 的库存成本如何确定的问题，采用净现值和平均值对比的方法确定合适的库存成 2 东南大学硕士学位论文第一章绪论 本。w e ij i e 等【1 4 】( 2 0 0 8 ) 考虑了由一个生产商和三个供应商组成的、两个相关 产品最优部件的单周期按订单组装系统，将该系统的部件库存管理问题表示为两 个阶段的非线性随机规划问题，证明了总期望收益函数的可分性以及子期望收益 函数的凹性。w m i f r e dl i j o m a h 等f 1 5 1 ( 2 0 0 7 ) 给出了逆向物流中再生产出现的背 景和一些有助于再生产的生产方法，即把正向物流中的一些生产方法用到逆向物 流中的再生产，以便推动再生产的发展。o ut a n g a 等【1 6 】( 2 0 0 7 ) 在允许缺货的 情况下，假设提前期依赖于再生产和外部订购，再生产受客户订单驱动，需求首 先由再生产满足，然后再决定是否需要外部订购，确定生产计划的计划提前期以 及控制再生产运作。j a b e rm y 等【1 7 】( 2 0 0 8 ) 提出和以往的生产再生产库存系统 研究文献不同的思想，假设回收品再生产后不可与生产的新产品等值，即回收品 再生产后不能和新产品一样，他们不可互换，且顾客对生产的新产品需求和再生 产后产品的需求是不一样的，这样会导致产品滞销，也会出现生产产品和再生产 产品缺货的情况，给出相应的数学模型和数值实验。o s t l i nj 等【1 8 1 ( 2 0 0 9 ) 认为 影响回收品回收速率主要是技术更新速度和产品的期望生命周期，作者从产品生 命周期的角度，预测产品的供应及需求情况，并且给出不同情况下的处理策略。 ( 2 ) 动态库存控制模型 在动态库存模型中，需求和回收均是时间的函数。r i c h t e r 等【1 9 1 1 2 0 l ( 1 9 9 6 ) 提出和s c h r a d y 一样的模型，假设生产能力和再生产能力都不受限制，需求和回 收速率都是确定连续的，运用不同的控制策略，推导出单位时间内调整成本和库 存成本最小的e o q 公式，给出最优控制参数的表达式，并且讨论了他们与回收 率的依赖关系。t e u n t e r l 2 l 】( 2 0 0 1 ) 在r i c h t e r 等的研究基础上作了改进，假定生 产和回收品的库存量受不同产品持有成本费率的影响，考虑资金的不同利用率， 进而提出了对回收品有选择再制造的e o q 模型。m i n n e r t 2 2 1 ( 2 0 0 1 ) 研究了一个 包含逆向物流的多级系统的战略安全库存控制模型，解释了r i c h t e r 和t e u n t e r 等的假设生产和回收再用的库存大小相同，并非是一个最佳策略，而使用非 增加的连续的回收再用的库存大小这策略，也可以使成本降低。同时，m i n n e r 等【2 3 】( 2 0 0 1 ) 还研究了有限时间域内单产品的再生产和生产的混合系统的最优控 制问题，确定最优的生产再生产和处理速率的决策问题。k i e s m u l l e rg 等【2 4 1 ( 2 0 0 0 ) 考虑有限时间域内，允许缺货情况下，单产品混合系统的最优控制问题， 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 确定最优的生产再生产和处理速率的策略。g p k i e s m u l l e t l 2 5 】( 2 0 0 3 ) 在 k i e s m u l l e rg 的基础上，讨论了具有提前期条件下的单产品的混合系统最优控制 问题，并且分析比较了有缺货和没有缺货两种情况下的最优生产再生产和处理 速率的决策问题。r a i n e rk l e b e r 掣2 6 】( 2 0 0 2 ) 考虑有折扣率的情况下，且把动态 需求分为不同的等级，每个等级的需求均由生产和再生产来满足，确定最优的生 产再生产和处理速率的策略。和r a i n e rk l e b e r 需求多等级研究类似，p e l l e r i n r o b e r t 等【2 刀( 2 0 0 9 ) 考虑了基于计划需求的生产系统，根据回收品的不同以及修 复策略的不同，再生产运作速率也不同的情况，针对这种多级控制问题提出了次 优化控制策略。e 1s a a d a n ya m a 等【2 3 j ( 2 0 0 9 ) 假设回收速率由回收品采购成 本和回收品质量级别决定，建立多周期的生产再生产系统的确定性数学模型。 代颖等【2 9 】( 2 0 0 6 ) 假定需求和回收速率都是确定、连续的，以单位时间内新产品 和再制造产品的订购费以及回收品和可服务品的库存成本之和最小为目标，建立 了制造和再制造的最优批量模型，该模型不仅适用于再制造生产速率有限和无限 的情形，而且还适用于制造生产速率有限和无限的情形。 在随机性库存模型中，在需求涉及到多个周期的情况下，根据检查库存方式 的不同，又可以分为周期性查库和连续性查库两种模型。 ( 1 ) 周期性查库模型 从文献检索上看，w h i s l e r t 3 0 】( 1 9 6 7 ) 是第一个研究周期性查库模型的学者， 他假设需求和回收都是随机的情况下，研究单库存点控制问题。s i m p s o n 3 1 】 ( 1 9 7 8 ) 扩展了w h i s l e r 的模型，他假定该模型提前期为零，没有固定成本，推 导出了一个控制订购、再生产、处理的最优控制策略。i n d e r f u r t h 3 2 】【3 3 1 ( 1 9 9 6 ， 1 9 9 7 ) 对s i m p s o n 的模型进行了改进，假设订购和再生产的提前期不为零，研究 发现订购和再生产提前期是否相同是系统复杂性的决定因素。f l e i s c h m a n n 和 k u i k 3 4 】( 1 9 9 8 ) 针对单库存点模型进一步研究，发现当需求和回收不同时，传统 的d ，s ) 策略是最优的，且此时再生产提前期最小，回收品不会被处理掉。k e l l e 和s i l v 0 3 5 l ( 1 9 8 9 ) 提出的模型假设需求和回收是完全独立的，并且所有回收产 品都将被再生产，库存控制采用p u s h 策略，他们列出了基于每一周期的“净 需求的机会约束整数规划，讨论了将其转化为经典的动态批量问题的近似方法； b u c h a n a n 和a b a d 3 6 】( 1 9 9 8 ) 修改了k e l l e 和s i l v e r 的模型，假定每一时期回收 4 东南大学硕士学位论文第一章绪论 品数量只是所销售产品数量的一个随机部分，且当产品从产生到回收的时间服从 指数分布时作者给出了最优控制策略。t o k t a y 等【3 7 】( 2 0 0 0 ) 研究了需求信息结构、 延迟交货、需求率以及产品的生命周期等因素对库存控制的影响。k i e s m u l l e r 和 v a nd e rl a a n 3 8 】( 2 0 0 1 ) 提出了退货依赖于需求过程且两者都服从泊松分布的周 期性检查库存模型。t e u n t e r 和v l a c h o s t 3 9 】( 2 0 0 2 ) 采用仿真方法研究了生产再 生产混合系统的批量控制问题，在假定需求和回收相互独立且服从p o i s s o n 分布 或正态分布的条件下，分下处理策略的必要性，结果说明只有在有些特定条件下 选择处理掉回收品才具有经济价值。m a h a d e v a n 等 4 0 1 ( 2 0 0 3 ) 提出了需求和回收 都服从p o i s s o n 分布的混合生产和再生产系统模型，采用周期性查库、p u s h 策 略，并且运用一些启发式算法，研究生产再生产提i j 期对系统绩效的影响。陈 秋双，刘东纠4 l 】( 2 0 0 3 ) 分析了再制造系统库存控制的特点，提出了两个简单有 效的库存控制策略：p u s h 和p u l l 策略，比较了不同参数条件下传统制造过 程和混合制造系统中库存分别采用p u s h 和p u l l 策略情况下系统的平均生 产费用，结果对生产实践具有一定的指导意义。乔新妮等【4 2 】( 2 0 0 7 ) 以再制造汽 车发动机为例，探讨了混合制造再制造系统的库存决策问题，针对周期性检查 p u s h 和p u l l 策略模型，通过建立合理的成本函数，应用仿真手段分析了不同 提前期下的混合制造再制造系统平均成本，并比较了不同制造提前期与再制造 提前期对系统总成本的影响。黄祖庆和达庆利【4 3 】( 2 0 0 5 ) 考虑销售商允许退货、 退货与需求无关、都服从p o i s s o n 分布的条件下，研究了销售商对退回产品基于 定期和定量两种不同处理方式的最优库存控制模型，研究结果表明，销售商对退 回产品处理方式的不同导致其订货决策明显不同，胆平均订货成本的差异却很 小，销售商可以根据实际情况对退回产品选址合适的处理方式以及相应的订货策 略。赵道致等m l ( 2 0 0 7 ) 提出的模型和黄祖庆类似，考虑销售商对退回产品累积 批量处理方式下的最优库存控制模型，研究结果表明，随着退货强度的加强，订 货周期会延长，订货成本有所降低。k a y ao t 4 5 】( 2 0 0 9 ) 研究激励策略下生产商 回收废旧产品进行生产再生产的混合系统，在需求随机情况下，确定最优的激 励值和最优的生产量，并且分析了不同参数对系统绩效的影响。 ( 2 ) 连续性查库模型 连续性查库模型首先由h e y m a n 4 6 1 ( 1 9 7 7 ) 提出来，它适用于需求和回收不 相关的随机情况，回收品要么被立即处理掉要么被再生产，采用单一参数的推动 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 策略。m u c k s t a d t 和i s a a c 【4 刀( 1 9 8 1 ) 研究了由一个仓库和个零售商组成的库 存系统，零售商无生产准备成本，采用( s l ，s ) 连续查库策略，顾客需求服从 p o i s s o n 分布，而仓库采用( r ，q ) 连续查库策略，面对零售商的需求为复合的 p o i s s o n 分布，回收品再生产采用排队论策略。k o r u g a n 和g u p t a 刖j ( 1 9 9 8 ) 研 究了和m u c k s t a d t 类似的系统，建立了有限模块的开放式排队论网络模型。v a nd e r l a n ne 等【4 9 】( 1 9 9 6 ) 在m u c k s t a d t 的研究基础了进行了扩展，采用两个库存 一个存放新产品，另一个存放回收品，需求和回收都服从独立的p o i s s o n 分布， 并且回收品除用于再生产外还可以选择处理掉，得到模型的近似解。随后v a nd e r l a n ne 等【5 0 】( 1 9 9 9 ) 详细分析了相应的二级库存系统模型，且比较了再生产时 采用p u s h 和p u l l 这两种不同的策略的。f l e i s c h m a n n 等【5 l l ( 2 0 0 2 ) 提出了一 个需求和回收服从p o i s s o n 分布的随机库存模型，它在假定回收产品处理后可直 接按新产品再售且外部订购提前期不为零的情况下，得出最优库存控制策略和最 优控制参数值，并与传统的p ，q ) 库存模型作了比较，又用数值算例说明了回收 流对库存系统的影响。与研究最优库存控制的结构的文献不同，针对一直结构的 条件下对最优参数的研究，v a nd e rl a a ne 等【5 2 】( 2 0 0 6 ) 针对单产品的生产再生 产联合库存系统，假设再生产比生产更有利，即成本更低，提前期均为零，最小 化生产再生产准备成本、库存成本和缺货成本之和的情况下，分别采用p u s h 和p u l l 策略，给出能计算近似最优策略参数的表达式。m i t r as t 5 3 l ( 2 0 0 9 ) 采 用连续性查库( s ，q ) 策略分析了含回收品的一个二级系统，作者放宽了假设条 件，使得模型更具一般性。 1 3 本文的主要研究内容 本文主要研究逆向物流的库存控制问题，在正向物流传统库存控制经典模型 的基础上考虑回收、缺货、需求和回收均随机、回收品处理方式等一系列影响逆 向物流因素的基础上，建立更符合实际应用的单产品多周期多种处理策略下的库 存控制模型，并讨论其应用的可行性。同时，在逆向物流库存控制已有的研究基 础上，进行改进或者扩展，建立多产品动态库存控制模型，并讨论如何制定合适 的策略以达到库存的最优控制。 “第一章阐述了研究的目的和意义，对国内外关于逆向物流库存控制的研 究现状进行了综述；“第二章”主要根据后面章节的内容阐述了与逆向物流库存 控制相关的理论基础，包括逆向物流的内涵、特征、分类、相关要素等，以及本 6 东南大学硕士学位论文第一章绪论 文在求解库存模型时所用到的庞特里亚金最大值原理；“第三章首先从单级库 存控制系统入手，研究了需求和回收均随机的的多周期的静态逆向物流库存控制 模型，采用替代的算法简化模型的求解，并与传统的算法进行分析比较，然后二 级库存模型，并采用启发式算法简化模型的求解复杂度，同时与传统的求解方法 进行数字仿真比较，研究结果表明在大部分情况下，本文的算法优于传统的求解 方法；“第四章研究了需求和回收随时间变化的、多产品的动态逆向物流库存 控制问题，考虑产品的使用生命周期和季节性影响，以及回收品回收质量等级的 不同，可以分别用于多个产品的再生产活动，并且允许缺货的条件下的，采用庞 特里亚金最大值原理对模型进行求解，确定整个运营周期的最优决策，并给出具 体的算例：最后在“第五章 中总结了论文的主要研究内容和存在的不足，提出 下一步研究的方向与展望。 论文的整体结构如图1 1 所示。 ! 第一章绪论 i ， i 第二章理论知识介绍 ：、? 貔。山。p。施。二。融，疵。一。m施“勉赢。缢 i iii 篇黪辫黝鬻灏凌黝可黝嬲嘲漏渤缨溺可 ； 第三章 i 第四章 ，! ；多周期随机性静态库存；多产品动态回收系统； 荛 控制模型分析 i，库存控制模型分析荔 虢乩。m 一。i 。滋糍虢，。，、。4 i 嚣 第五章总结与展望 图1 1 论文的整体结构 7 东南大学硕士学位论文第二章逆向物流库存控制相关理论 第二章逆向物流库存控制相关理论 2 1 逆向物流 随着可利用自然资源的日趋减少，人们对环境保护意识日益增强，各种经济 因素的驱动以及政府各项法律法规的规定，废旧物品的回收、利用、处理等越来 越受到人们的重视。从供应链的角度看，产品、零部件和材料都沿着与正向物流 流通渠道相反的方向，从产品的下游向上游回流，称为“逆向物流 。 2 1 1 逆向物流的概念及特征 逆向物流是由l a mb e r t 和s t o c k 在1 9 8 1 年提出来的，2 0 世纪9 0 年代，逆 向物流的含义得到极大的丰富。s t o c k t 5 4 1 ( 1 9 9 2 ) 认为逆向物流是一种包括产品 退回、物料替代、物品再利用、产品废弃处置、再处理、维修与再制造等流程的 物流活动。美国物流管理协会( t h ec o u n c i lo fl o g i s t i e sm a n a g e m e n t ，c l m ) 2 0 0 2 年指出，逆向物流是对原材料、加工库存品、产成品以及从消费地到起始地相关 信息的高效率、低成本的流动而进行规划、实施和控制的过程。欧洲逆向物流集 团r e v l o g ( t h ee u r o p e a ng r o u p o l lr e v e r s el o g i s t i c s ) 【5 5 】将逆向物流定义为：将 原材料、半成品、产成品从制造商、经销商或消费者流向回收地点或适当处理地 点的规划、实施和控制过程。产品回收分为四类：直接再利用、再制造、再生和 焚烧。在r e v l o g 的定义中，没有提到逆向物流的产品一定来自于消费端，因为 过多的存货是不会被消费的，也没有提到产品需要运送回到其初始点，因为产品 可能被收集到任何可以回收的地点。综合以上的定义，本文提出逆向物流的定义 为：逆向物流是将原材料、半成品、产成品及包装物从消费者、经销商、制造商 或第三方物流企业流向回收地点或适当处理地点的高效率、低成本流动和存储所 进行的规划、实施和控制的处理过程，目的是重新获取价值并保护环境，实施可 持续发展。逆向物流的示意图如图2 1 所示。 8 较，逆向物流具有以下特征： ( 1 ) 逆向物流的流动具有逆向性 逆向物流是将废旧物品从消费者送到生产者或者供应链中其他上游成员的 过程，与正向物流的方向正好相反。除了物资的逆向流动，逆向物流中也伴随着 信息流。资金流、价值流的运动。 ( 2 ) 逆向物流的分散性 废旧物品可能产生与生产领域、流通领域或者生活消费领域，涉及到供应链 中的任何领域、任何部门、任何个人，这种多元性使得逆向物流具有分散性。 ( 3 ) 逆向物流的不确定性 逆向物流产生的时间、地点和数量的都具有很大的不确定性，导致了预测难 度的增加。传统的正向物流中，企业只需预测未来的市场需求，每一个作业环节 都是基于对于市场预测进行的，整个过程具有较强的可预测性。相比之下，逆向 物流是基于反应的，它通常不是企业计划或者决策的结果，而是消费者行为或者 供应链下游成员行为的反应，因此逆向物流具有更大的不确定性。 ( 4 ) 逆向物流的混杂性 回收的物品在进入逆向物流系统时比较繁杂，因为不同种类、不同状况的废 旧物品常常是混杂在一起的。当回收品经过检查、分类后，逆向物流的混杂性才 会逐渐衰退。 9 东南大学硕上学位论文第二章逆向物流库存控制相关理论 ( 5 ) 逆向物流的缓慢性 逆向物流在开始的时候是种类多、数量少，只有在不断汇集的情况下才能形 成较大的规模。回收品的收集和处理也是一个较复杂的过程，往往需要经过再次 加工、修复等环节才能再次利用，这也需要经历较长的时间。这些都决定了回收 物资流的缓慢性。 2 1 2 逆向物流的分类及发展模式 不同的分析角度会出现不同的分类方法，下面对逆向物流从以下几个方面进 行分类： ( 1 ) 根据回收处理终点的不同： 可以将逆向物流分为闭环系统和开环系统两类。闭环系统是指将已用物资返 还并交由制造商处理的系统。制造商对返还的产品、其中任意一个部件和任何可 以再次使用的产品零件进行再利用。开环系统是指物资和产品由制造商回收，但 由其他公司来进行处理的系统。最终的产品和物资不再由生产者使用。 ( 2 ) 根据回收品性质的不同： 逆向物流包括回收物流和废弃物物流两大类：回收物流( r e t u r n e dl o g i s t i c s ) 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供方所形成的 物品实体流动，这里的回收物流是指广义上的，它应包含狭义上的回收逆向物流 和退货逆向物流。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 ) 是将经济活动中失去原 有使用价值的物品，对企业价值不大、不需要回收但要处理掉的产品，不需要回 收利用的物资并不是完全没有价值，而是综合企业生产实际考虑，回收利用的成 本过于昂贵，对企业而言得不偿失。但是严重危害环境、或者政府和行政法规要 求必须进行处理的回收品或零部件，如过期食品等，虽无价值却必须回收。 ( 3 ) 按照回收品价值划分： 逆向物流包括必须回收进行循环利用的低价值产品和高价值以及可以直接 再利用的这三类。 低价值产品逆向物流，例如金属边角料或者副品，原材料回收等。这种 逆向物流的显著特征是它的回收市场和再使用市场通常是分离的，即这种物流回 1 0 东南大学硕上学位论文第二章逆向物流库存控制相关理论 收并不一定进入原来的生产环节，二是可以作为另外一种产品的原材料投入到另 一个供应链环节中。 高价值产品的零部件，例如电子电路板、手机等。此类逆向物流与传统 的正向物流结合的最为紧密，它可以利用原有的物流网络进行物品回收并通过再 加工过程，进入原来的产品制造环节。 可以直接再利用的产品。最明显的例子是包装材料的回收，包括玻璃瓶、 塑料包装、托盘、集装箱等，它们通过检测和清洗处理环节便可以被重新利用。 ( 4 ) 按成因、途径和处置方式的不同： 逆向物流可以区分为投诉退货、终端退回、商业退回、维修退回等四大类别。 投诉退货。此类逆向物流形成可能是由于运输差错、质量问题等，它一 般在产品出售短期内发生。通常情况下，客户服务部门会首先进行受理，确认退 回原因，做出检查，最终处理的方法包括退换货、补货等。电子消费品如手机、 家用电器等通常会由于这种原因进入回流渠道。 终端退回。这主要是经过完全使用后需处理的产品，通常发生在产品出 售之后较长时间。终端退回可以是出自经济的考虑，最大限度地进行资产恢复， 例如地毯循环，轮胎修复等这些可以再生产、再循环的产品，也可能是受制于法 规条例的限制，对诸如超过产品生命周期的一些白色和彩色家电等产品仍具有法 律责任。 商业退回。指未使用商品退回还款，例如零售商的积压库存，包括时装、 化妆品等，这些商品通过再使用、再生产、再循环或者处理，尽可能进行价值的 回收。 维修退回。指有缺陷或损坏产品在销售出去后，根据售后服务承诺条款 的要求，退回制造商，它通常发生在产品生命周期的中期。典型的例子包括有缺 陷的家用电器、零部件和手机等。一般是由制造商进行维修处理，再通过原来的 销售渠道返还用户。 目前比较流行的三种逆向物流运作模式分别是逆向物流的自营模式、逆向物 流的联合经营模式和逆向物流的外包模式【5 6 1 。 ( 1 ) 逆向物流的自营模式。指的是原制造企业承担本企业产品的回收、再 生产、处理等相关方面的成本和责任，管理逆向物流的信息系统，回收处理设施 东南大学硕上学位论文第二章逆向物流库1 竽控制相关理论 及相关人员等方面的运营方式。 ( 2 ) 逆向物流的联营模式。是由几个生产相关产品的企业通过组建联营组 织来对几个企业产品的逆向物流进行管理并承担相应的回收责任和费用。逆向物 流联营模式是介于自营和外包之间的一种模式。 ( 3 ) 逆向物流的外包模式。指的是生产企业通过与第三方逆向物流服务提 供商签订合同，由第三方企业承担其产品的逆向物流管理和责任。这样有助于企 业集中主业、减少投资、降低风险和成本、运用新技术以及增加企业柔性等。 表2 1 列出了三种逆向物流运作模式的适用产品范围和适用企业。 表2 1 三种逆向物流运作模式的比较 模式适用产品范围适用企业 能够独立建立回收物流 回收再利用价值比较高、系统，经济技术实力比较 自用模式专业性比较强、法律规定强大，废旧产品的产量较 必须处理或召回大且回收价值高或污染 严重 生产相同或相似产品的 生产或消费之后的废旧诸多企业，通过合资方 联营模式产品，如废旧家电、电子式，建立面向各企业的从 产品、生产中报废的产品事逆向物流特别是回收 处理废旧产品的企业 适用于绝大多数逆向物 技术和经济实力较弱的 外包模式中小企业，专注于核心业 流的产品 务的大企业 2 1 3 逆向物流的发展 2 1 3 1 逆向物流发展的驱动因素 在过去的几十年里，理论界和企业界都缺乏对逆向物流的关注。之后，由于 各种因素驱动，逆向物流终于从物流管理中露出头来，越来越受到重视。这些驱 动因素概括起来，主要有以下几点。 1 2 东南大学硕士学位论文第二章逆向物流库存控制相关理论 ( 1 ) 政府立法。伴随着人们环境意识的不断增强，逆向物流越来越受到实 践运营领域和管理研究领域的共同重视。资源枯竭的威胁加剧，垃圾处理能力日 渐衰退，在许多工业化国家，废品控制已成为关注的焦点问题。目前，已有许多 国家通过立法要求企业收回使用生命周期结束的产品。在工业化世界中，政府的 环境立法有效的推动了企业对他们所制造的产品的整个生命周期负责。在以顾客 价值为导向的今天，企业不得不顾虑消费者的要求，降低产品在使用过程中对环 境的危害并承担对产品及其零部件进行回收的责任。顾客对全球气候变暖、温室 效应和环境污染的关注加深了这种趋势。 ( 2 ) 经济因素。企业通过逆向物流可以获得直接或间接的经济效益。首先， 逆向物流能够增强企业与客户之间的沟通，提高服务质量和竞争力。对于客户来 说，逆向物流能够确保不符合订单要求的产品及时退货，有利于消除客户的后顾 之忧，增加客户对企业的信任感和回头率，扩大企业市场份额。其次，实施逆向 物流可以降低成本。正如西尔斯负责物流的执行总裁所说，“逆向物流可能是企 业降低成本的最后一块处女地 。成本节约是企业的重要目标，如果能够很好管 理逆向物流从而降低成本，企业因此可以获得成本竞争优势。企业通过废旧物品 的