（机械制造及其自动化专业论文）基于sd的废旧家电回收逆向物流仿真研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 我国废旧电器电子产品回收处理管理条列的颁布，标志着高效收集、合 理安全处置废旧电器电子产品已成为我国打造集约型社会的发展战略之一。 构建高效的废旧家电回收逆向物流系统，解决回收物流的模式、结构和规模 等问题已成为家电制造企业实施回收过程中亟待解决的问题。 本文在对家电回收逆向物流系统进行分析的基础上，应用系统动力学理 论针对回收逆向物流系统中的几点关键问题进行研究： ( 1 ) 提出物流运作模式选择s d 模型，通过模型仿真运行结果，得出最 佳物流网络模式，并运用a h p 评价分析，佐证实证仿真对物流模式的选择结 果。 ( 2 ) 通过回收物流需求预测s d 模型的构建对物流需求进行预测。 ( 3 ) 在已预测物流需求的前提下，建立逆向物流的系统网络结构优化 s d 模型，并据此对回收检测节点的选择方法进行研究。 研究结果表明：应用系统动力学进行系统建模与仿真的方法可以更好地 表达逆向物流系统的不确定性。本文对基于s d 的家电回收逆向物流网络规 划、设计、优化等问题都进行了理论探索和应用实践。证明系统动力学理论 及v e n s i m 建模方法可在家电回收物流研究中广泛应用。 关键词：废旧家电回收系统动力学 v e n s i m 系统仿真 回收逆向物流 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t c h i n ap u b l i s h e dt h er e c y c l i n ga n dt r e a t m e n to fw a s t ee l e c t r i c a la n d e l e c t r o n i cp r o d u c t sm a n a g e m e n to r d i n a n c e ，w h i c hs y m b o l i z e st h a te f f i c i e n t c o l l e c t i o na n dd i s p o s a lo fw e e e ，h a sb e c o m eo n eo fc h i n e s ed e v e l o p m e n t s t r a t e g i e s o f c r e a t i n g i n t e n s i v e s o c i e t y i n t h e p r o c e s so fi m p l e m e n t a t i o n r e c y c l i n go fh o m ea p p l i a n c e sm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，m a n yp r o b l e m sn e e dt o b es o l v e d ，s u c ha sc o n s t r u c t i n ga ne f f i c i e n ta p p l i a n c e sw a s t er e v e r s el o g i s t i c s s y s t e m ，d e t e r m i n i n gt h ep a t t e r no fr e t u r n e dl o g i s t i c s ，t h es t r u c t u r ea n ds i z eo f t h e r e t u r n e dl o g i s t i c se t c t h i sa r t i c l eb a s e do nt h ea n a l y s i so fw a s t eh o m ea p p l i a n c e r e c y c l i n gr e v e r s el o g i s t i c ss y s t e m ，u s i n gt h et h e o r yo fs y s t e md y n a m i c s t o r e s e a r c hs o m eo ft h ek e yi s s u e sa b o u tr e c y c l i n gr e v e r s el o g i s t i c ss y s t e m ： ( 1 ) p r o p o s e ds dm o d e lo fl o g i s t i c sm a n a g e m e n tm o d es e l e c t i o n t h r o u g h t h em o d e ls i m u l a t i o nr u n n i n gr e s u l t s ，g e t t i n gt h eo p t i m u ml o g i s t i c sn e t w o r k m o d e l ；i na d d i t i o n ，s u p p o r t e d t h ee m p i r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t sb yu s i n ga h p e v a l u a t i o na n a l y s i s ( 2 ) t h e nt op r e d i c tt h ed e m a n do fl o g i s t i c ss y s t e mb ys d m o d e l st h r o u g h c o n s t r u c t i n gt of o r e c a s tt h ed e m a n do ft h el o g i s t i c s ( 3 ) u n d e rt h ep r e m i s eo ft h ed e m a n do ft h el o g i s t i c s ，w h i c h h a sb e e n f o r e c a s t e db e f o r e ，s e t t i n gt h es dm o d e lo fr e v e r s el o g i s t i c ss y s t e mn e t w o r k s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n ，a n dt h e ns t u d y i n gt h em e t h o do fs e l e c t i o nr e c o v e r y t e s t i n gn o d e t h er e s u l t ss h o w s ：u s i n gs dt om o d e la n ds i m u l a t et h es y s t e mi sab e t t e r w a yt os h o wt h eu n c e r t a i n t yo ft h er e v e r s el o g i s t i c ss y s t e m i nt h i sp a p e ra t h e o r e t i c a le x p l o r a t i o na n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h er e v e r s el o g i s t i c ss y s t e m ， t h a td e s i g n i n ga n do p t i m i z i n gt h en e t w o r kp l a n n i n ga r ea l lb a s e do nt h es d p r o v e dt h a ts y s t e md y n a m i c sa n dv e n s i mm o d e lc a nb ew i d e l yu s e di nt h es t u d y o fh o m ea p p l i a n c er e c y c l i n gl o g i s t i c ss y s t e m k e yw o r d s ：w a s t eh o u s e h o l da p p l i a n c er e c y c l i n g ；s y s t e md y n a m i c s ； v e n s i m ；s y s t e me m u l a t i o n ；d i s t r i b u t i o nr e c y c l i n gr e v e r s i o n 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1绪论 1 1 课题来源、研究目的及意义 家电回收，作为家电产品绿色制造的一种实现途径，是帮助实现节能减 排和达成资源回收再次利用的必要手段。近年来，中国的家电产品的更新换 代进程越来越快，丢弃废用、更新淘汰的废旧家电的数量庞大。基于此种状 况如何处理这些废旧家用电器，成为全世界都在关注的一个焦点。随着我国 废旧家电高峰期的脚步越来越近，亟待构建符合国情的废旧家电回收再利用 体系。这不但可以推进我国经济增长方式的转变，同时又有助于提高我国家 电产业的国际竞争力，甚至对我国家电行业的长久发展都具有非常重要的意 义。 逆向物流j ( r e v e r s el o g i s t i c s ) ，是一种协调过程，它实现了对生命周 期中产品和物资的协调，达到了两者完整的、有效的和高效的利用过程心，。 逆向物流是这样一种物流活动：包含了产品退回、物料替代、物品再利用、 废弃处置、再加工处理、维修与再制造等流程b ，。简而言之，逆向物流可以 覆盖到从终点消费者手中回收用过的、过时的或者损坏的产品和包装开始， 直至最后的处理、销毁的环节。 与此同时，各国人们的环保意识不断增强，环保法规日益完善，许多国 家开始要求制造企业对产品生命周期全过程来负责，尤其是废旧产品的回收 处理过程，以前被忽视的逆向物流重新得到关注，越来越受重视。这些改变 强化了物料循环再利用的理念，通过回收、进行在利用能够达到资源再生、 增值物料和节约成本的目的。 家电回收系统的实施亟待建立一个有效的逆向物流系统。在企业的价值 链中，逆向物流是非常特殊的一环。逆向物流与正向物流相比较，有着非常 明显的不同，主要有以下几点：正向物流明确、固定而逆向物流产生的地点、 数量和时间均是不确定的，且很难预测；正向物流的网络节点已经固定并且 不易发生变化，而发生逆向物流的地点就很分散，运输路径也不明确；逆向 物流发生的原因特殊。分析以上逆向物流的特点，若通过定量的方式进行选 择逆向物流运作模式、设计逆向物流网络系统，定会有一些定性的和交互的 影响因素未能考虑进模型中，导致结果难以准确反映系统的实际情况。因此一 种定性与定量分析相结合、系统分析与综合推理相结合的系统动力学方法脱 颖而出。 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 系统动力学( s y s t e md y n a m i c s ) ，是有效的分析、研究非线性复杂大系 统并进行科学决策的一种理论、方法与手段。系统动力学模型的基本组成部 分是系统动力学方程，它在本质上是非线性微分方程。通过系统动力学能够 轻松的进行系统的动态仿真研究，因此系统动力学也被誉为“实际系统的政 策实验室”川。 我国是电器电子产品的生产、出口和消费大国。与庞大的废弃电器电子 产品产生量不相符的是，中国对废弃电器电子产品的回收处理还处于起步阶 段。相比一些发达国家，已经全面执行电子与电器设备废弃物的指令( w e e e ) 的情况，我国仍然处于起步阶段。以规范废弃电器电子产品的回收处理活动， 促进资源综合利用和循环经济发展。从2 0 0 1 年开始，中华人民共和国国家发 展和改革委员会即着手我国废弃电器电子产品回收处理的立法工作。2 0 0 9 年 6 月，国务院办公厅印发了关于转发发展改革委等部门促进扩大内需鼓励 汽车家电“以旧换新 实施方案的通知。在刚刚过去的2 0 1 0 年，国家发展 和改革委员会又联合国家环保部以及共信部在五月发布了废弃电器电子产 品处理目录( 首批) ，在这次发布的目录中包含了以下几种较常见的家电： 电视、冰箱、洗衣机、空调、家用电脑五大类。这几种列为首批处理目录的 家电产品，都有国内市场持有量极大、被报废丢弃率高，环境污染系数高、 严重威胁人类健康，回收处理成本偏高、回收处理难度大等相似的特点。从 2 0 11 年1 月1 日起我国将正式开始施行废旧电器电子产品回收处理管理条 列，我国废弃电器电子产品回收处理将正规化。以上国家立法政策中很明确 的说明，废弃家电的再循环利用对于人均资源占有量又远低于世界平均水平 的我国有重大影响。对逆向回收物流的关注和研究也有深远的战略意义。 本课题受四川省教育厅重点项目“面向家电产品回收的逆向物流系统建 模与仿真研究( 编号l o z d l1 0 7 ) 的资助。以c h 公司废旧家电回收为应用 背景，并以s d 理论的建模工具为方法，对逆向物流系统模式进行比较及选择， 然后对系统网络模型进行v e n s i m 系统动力学仿真，并预测废旧家电物流的需 求，再根据家电回收的逆向物流需求进行s d 建模仿真研究，改善回收物流系 统的网络结构，并优化。该方法对其它行业或企业的回收逆向物流系统研究 都具有一定的借鉴意义。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2国内外研究现状 1 2 1逆向物流及家电回收逆向物流研究概况 目前国内的物流行业中比较认同以物流术语作为国家标准，在物流 术语中。逆向物流被定义成如下，回收物流与退货及废弃物物流两类共同称 作逆向物流。日常经常普遍提及的逆向退货及废弃物物流是指最终端消费者 将与定单不相符的产品退还给销售商进而到生产制造商的过程；而通过各个 回收节点将最终废旧物品分捡、回收、储存、处置及再利用或将没有使用价 值的废弃物填埋等，将处理后能够进行再次使用或利用的材料送回加入到原 制造生产商的过程即为回收逆向物流。我们指的逆向物流就包括退货逆向物 流和回收逆向物流两部分。因此，逆向物流又被业界誉称为“环保物流1 。 下图1 1 表示了回收逆向物流的系统结构。 表示正向物流- 表示逆向物流 图1 - 1回收逆向物流系统结构 在可持续发展政策的引导下，我国的家电回收工作不断地深入。废旧家 电是一把双刃剑，一边含有多种对有害环境的物质，另一边又含有许多可回 收再利用的资源。废旧家电是一般废弃物中的特殊废弃物，具有环境危害性 和资源再利用的双重特点，如重金属、卤族化学物质等会对环境造成威胁； 塑料、橡胶、钢铁、有色金属和部分贵重金属又是很好的可再生资源。 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 家电回收逆向物流将消费者不再需要的废旧家电重新送回到生产环节和 制造领域，再次变成新商品或者新商品的一个组成部分。从而使得逆向物流 和正向物流构成了资源、产品的闭环循环流动渠道，周而复始，从而使得资 源达到了最大程度的利用。 1 2 2家电回收逆向物流系统研究现状 1 9 9 2 年逆向物流这个名词首次出现，是一名叫做s t o c k 的物品管理员在 他提交给美国物流管理协会的报道中提及到的。从此开始了逆向物流蓬勃发 展的道路。1 9 9 3 年k o p i 针对逆向物流的实践性及原则进行了讨论，提出了 利用逆向物流带来的再使用和循环使用的新契机，。学术界对逆向物流管理 的研究真正逐渐深入开始于上世纪九十年代后期，具体表现有：对于逆向物 流实施管理的方法和建立由s t o c k 于19 9 8 年提出n ，。具体在商业谋利上的研 究由r o g 和t i b 在19 9 9 年提出，。截止到今天，逆向物流也只经历了短短的 二十几年的发展时间，但它已经在经济发达国家显示出经济效益和社会效益。 由于我国目前还没有形成一套适用于逆向物流发展的法规体系和完善的回收 体系，因此，逆向物流在我国的发展现状仍不明确，处在无序的状态细，。 通过近期国内外对逆向物流网络的研究成果综述、总结，逆向物流的网 络具有的功能一般可分为以下五类：回收、检验、分拣、再制造以及或者再 销售n 们m ”。根据回收面向的物品种类不一或回收方式的不同，又可将逆向物 流分为基于再利用的逆向物流网络、面向再制造的逆向物流网络、针对再循 环的逆向物流网络以及针对商业退货的逆向物流网络n 3 m 钔n 们四种。在各种 逆向物流网络模型中最复杂的一种网络模型是再制造逆向物流网络，通常对 其的研究方法都是采用数学的方法，如整数线性规划的数学规划法们一【z - ，抑 或随机规划的方法”。 一 2 0 0 7 年，陈言东等构建了一个包括了收集点、检测点、再制造工厂、最 终处理点、产品分销中心和销售点的家电回收逆向物流网络模型，并运用了 遗传算法，以运输成本最低为目标，实现了家电产品回收的逆向物流网络设施 选址的优化扭“。但只是建立了确定性的数学优化模型，仅在给定约束下才能寻 求回收策略的最优化：吴刚等，基于反向物流的废旧电子产品s d 模型仿真 与优控方法乜”，以系统动力学的观点，讨论了抑制型、协调型和可持续发展 等三种反向物流模式。2 0 0 8 年，谢家平等详细分析回收处理流程，借助系统 动力学原理，设计回收处理效益的度量模型。2 0 10 年，陈景新等通过利益相 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 关方博弈均衡分析，提出了废旧家电回收再利用体系构建过程中的政府政策 设计要点。分析了体系构建过程中影响最优均衡实现的因素幢”。 综上，目前国内外公开发表以系统动力学方法对逆向物流系统进行建模 仿真的文献不多。故运用系统动力学建立动态仿真模型，进行仿真实验，获 得回收逆向物流系统行为的描述十分必要。 1 2 3系统动力学基本理论及其研究方法 1 2 3 1系统动力学概述 系统动力学( s d ，s y s t e md y n a m i c s ) ，是上世纪六十年代由美国麻省理工 学院的福雷斯特教授创立的一种研究复杂系统的计算机实验仿真方法心钉。基 于反馈的控制理论是系统动力学的仿真方法的实施基础，基于计算机仿真是 系统动力学的仿真手段。故现阶段针对复杂的社会经济系统研究都是用定量 的系统动力学的方法。 系统动力学赋予了研究者整体的观点，强调要整体全套地考虑系统，以此 来了解系统的组成及各部分的交互作用，并能通过自带方程对系统进行动态 仿真实验。通过系统动力学模型的运行，通过不同参数或不同策略因素输入 可考察系统相应的动态变化行为和趋势，以为决策者提供了采取不同决策的 模拟结果，以及会得到的不同情境，从而不必使用高成本的社会科学调研试 验也能得到准确的决策依据心”。系统动力学强调系统行为主要是由系统内部 的机制决定的，系统动力学的模型是一种因果机理性模型，它擅长处理长期 性和周期性的问题。在数据不足及某些参量难以量化时，以反馈环为基础依然 可以做一些研究。同时擅长处理非线性、时变的、高阶次等复杂问题。 用系统动力学原理把家电回收物流体系内的全部因素视为一个整体，称 之为家电回收逆向物流系统。用系统动力学方法模拟几种因素之间相互作用 一 的状态行为，采用系统动力学的专用语言一系统动力学方程，构建系统运行 状态行为的模型表达式一系统动力学方程，最后借助计算机运算求解，便可 把握家电回收逆向物流系统运行行为状态和变化规律。 1 2 3 2系统动力学在家电逆向物流方面的研究现状 通过前期的调研和文献综述研究，系统动力学在回收系统方面的研究也 有一定得成果。b e e r 1 和k r i k k l eh 啪，及f l e i s c h m a n nm e t a l 1 分别在2 0 0 4 年和 2 0 0 8 年研究了针对于城市固体废物回收的s d 应用。蔡林1 于2 0 0 6 年研究了 系统动力学在城市生活垃圾回收方面的应用。2 0 0 7 年吴刚等1 用系统动力学 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 研究通过控制废旧品数量来规划不同的经济发展模式。谢家平等b 2 1 在2 0 0 8 年 又将系统动力学深入到报废汽车回收的研究领域。2 0 10 年孔丽娟3 1 以山东青 岛地区为例，选择当下我国废旧家电市场两个主要的运营主体为切入点进行 考虑，只从激励正规生产商和废品回收站参与环保回收的角度进行系统动力 学建模。但以上研究也有明显的缺陷，即并未将所有现实因素考虑完全。 从以上文献来看，用系统动力学研究回收问题已经引起了学术界的关注， 但研究回收的着眼点不同，本文主要从回收模式优略比较、回收中心的检测 形式、及废旧家电产生量即回收物流的需求入手，从文献来看用系统动力学 来研究的还较少。 1 3 研究内容 本文采用文献调研的方式对现阶段国内家电回收逆向物流的研究现状进 行研究。逆向物流系统运作模式进行选择比较，主要运用a h p 层次分析法与 系统动力学的建模方法。运用系统动力学v e n s i m 模型对其进行了模型测试。 应用系统论、系统工程并结合系统动力学模型分析法、计算机仿真来实现废 旧家电回收物流需求的预测，并利用v e n s i m 数据分析进行系统网络结构优 化。模型中涉及到的变量要进行文献调研和实地调研来获取。 1 4 研究方法、技术路线及论文结构 1 4 1 研究方法 我国的废旧电子电器产品回收处理体系涉及到回收企业、分销商、处理 企业、制造商、用户等很多复杂实际情况，是一典型的有人参与的复杂系统， 同时有包含着极大的不确定性。本文拟采用的主要研究方法如下： 、 ( 1 ) 通过观察法、调研法、文献研究法，充分总结国内外在电子电器设 备废弃物的处置、废旧家电回收、闭环供应链、逆向物流、系统动力学等领 域研究成果，结合国家产业发展及集约型社会的发展趋势，对废旧家电回收 逆向物流系统进行分析，得出宏观认识，找准研究方向和目标。 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 资料收集和物流现状调研 系统动力学s d 方法学习 家电回收逆向物流系统特性分析 图卜2技术路线 f i g 1 2t e c h n o i o g yr o a d m a p 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 ( 2 ) 应用系统科学方法、系统工程、系统动力学，结合定性分析、定量 分析，着手逆向回收物流模式策略研究。比较分析家电回收逆向物流系统常 用运作模式的优缺点和适用范围进行，确立模式选择的关键因素。 ( 3 ) 运用系统动力学、分析数学、a h p 层次分析法，构建不同运作模 式的s d 模型，并通过v e n s i m 建立整合的家电回收逆向物流模式选择比较 s d 模型、运行仿真。用s d 模型仿真结果和a h p 评价结论相互验证和对比l 提出适用家电回收逆向物流系统的运作模式。 ( 4 ) 结合系统动力学因果关系分析、v e n s i m 方程建立、s d 模型仿真， 在选择最优逆向物流运作模式的原则下分析逆向物流需求。对未来回收逆向 物流需求进行预测。建立回收产品检测环节不同设置的s d 模型，对回收产 品的检测环节的设置位置选择提出指导方案。 ( 5 ) 应用系统动力学建模法、实证研究法，以c h 公司的废旧电视机回 收为应用背景，分别对物流模式选择、物流需求预测、逆向物流网络结构优 化进行s d 模型构建和仿真。通过仿真方法研究及其运行效果用于实际问题， 获得了良好效果。 1 4 2 技术路线 结合本文的研究方法和背景研究，确定的技术路线如图1 2 所示。 1 4 3 论文结构 本文由六部分组成，主要内容和相互关系如图1 3 表示，具体内容阐述 如下： 。第一章：绪论，主要阐述了课题的来源、研究目的及意义；以及课题的 国内外研究现状、课题研究内容、研究方法、技术路线、论文结构等。 第二章：家电回收逆向物流系统分析。通过总结现有的研究成果，分析 逆向物流的定义及其驱动因素。分析逆向物流系统的主要研究内容，网络结 构设计和逆向物流系统的构建。考虑定性、定量、案例分析三种逆向物流系 统分析方法的不同。提出拟用系统动力学分析的逆向物流系统的回收模式的 选择，系统网络布局，逆向物流的需求预测，回收点、回收中心的检测方式 设置等问题。 第三章：在分析家电回收逆向物流的运作模式的前提下，采用系统动力 学v e n s i m 软件对已有的企业自营逆向物流模式、企业联合经营逆向物流模 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 式、外包经营逆向物流模式，进行了s d 建模，并构建联合模型。并通过较 成熟且应用广泛的a h p 层次分析法，来验证所建s d 模型的正确性。 图卜3 论文结构图 f i g 1 3 p a p e rs t r u c t u r e 第四章：家电回收逆向物流系统需求预测。运用系统动力学( s d ) 理论 对影响家电回收物流系统的因素之间的因果关系进行分析，并据此对整个家 电回收物流系统使用v e n s i m 软件进行建模模拟仿真，从而来预测未来的回 收物流需求量。并将这一模型应用于c h 公司回收物流系统，预测出五年的 回收物流需求量。结果以v e n s i m 输出。 第五章：家电回收逆向物流系统网络结构优化。考虑到家电回收逆向物 流系统具有非线性、结构复杂、多层次的特点，因此本文采用系统动力学( s d ) 仿真建模( v e n s i m ) 的方法对集中检验回收中心模式和分散检验回收点模式 分别建立了仿真模型，研究影响选择检测模式的因素，从而为实际物流系统 提供决策参考。 第六章：结论。对本文的研究进行综合分析评价与改进，并指明进一步 研究方向。 西南科技大学硕士研究生学位论文第10 页 2 家电回收逆向物流系统关键问题及其仿真方法研 究 2 1逆向物流的定义及其驱动因素分析 2 1 1逆向物流的内涵 从上世纪九十年代开始，国内外的学者就没有间断在逆向物流领域的研 究，并且慢慢的活跃起来，取得了不少的成果，呈现着方兴未艾的势头。对 于如何定义逆向物流，不同的学者、各地的研究机构给出了多种表述：有人 认为，商品在渠道成员间的反向传递过程就构成了逆向物流，其是指在产品 从消费地到其来源地的物流动过程中，企业为了达成环境保护而实施的再循 环、再使用和减少原材料的使用的一系列过程；也有的人认为，逆向物流是 为使商品的缺陷或者价值得以补救，或对其本身进行适合的处置，而使物品 从销售终端向其上一节点的流动过程。这里面的内容涵盖了恢复回收商品价 值、再利用包装、修理缺陷产品、处理废弃装备和处置危险物料等。 国际权威组织在2 0 0 3 年9 月给了逆向物流定义并赋予其物流词条术语， 其内容如下：逆向物流是由于出现了商品的质量信誉及返厂修理的状况，由 生产责任商发起的对售出或已送达到消费者手中的产品和物资实施的专业化 回流的物流管理。 尽管上述几种对于逆向物流的表述各不同，但各种表述所传达的内涵是 基本一致的。从参与流动的对象角度看，逆向物流都是针对废旧产品、运输 设施、附属包装或者相关资讯的逆向传递过程；从发起流动的目的角度看，逆 向物流是为使废旧产品或缺陷产品重新获得再生的使用价值；从构成物流活 动的环节角度看，逆向物流涵盖了对目标产品或其包装的回收、分拣、再利 用、翻新、改制、再生和终极处置等全过程。 2 1 2家电回收逆向物流的驱动因素分析 随着逐步加强的各国环保法律法规约束力度的脚步，高新技术被慢慢的 引入并应用到逆向物流中。不断加强的全民环保意识，使得企业日益增多其 在逆向物流活动中的关注程度，逆向物流市场总额在逐年地增加。大量的废 旧物品定会叫人头疼，但若是处理得当，垃圾变宝贝，企业不仅可以直接从 中得到的经济利益，并且能加强长远的经营优势。 西南科技大学硕士研究生学位论文第11 页 ( 1 ) 实施家电回收逆向物流能降低原材料投入，缩减开支同时增加收益。 面向废旧家电产品的回收逆向物流具有经济效益，回收来的废旧家电经 过拆解、修理、翻新、改造等逆回物流活动，甚至分解出来的化学物质也可 以再产生价值的。这些所重新获得的使用价值，可直接进入产品的生产过程 或在二级市场进行再次销售，循环利用的产品和部件可以销售给第二方，或 重新投入到新产品的生产过程中去，从而为制造商节省了大量原材料和零部 件的投入成本，缩减开支等同于增加收益。 ( 2 ) 实施家电回收逆向物流能提高顾客口碑，稳定消费人群。 实施家电回收逆向物流能提高顾客口碑，稳定消费人群，帮助企业轻松 打造竞争优势。当顾客对购买的家电产品不满意，若能通过逆向物流系统方 便、及时地退回，就能有效增加顾客的满意度留住顾客。物流是企业的第二 利润源泉，企业应在逆向物流领域建立起新的竞争优势，保持与标准的一致 性，获得消费者信赖，赢得市场份额。良好的逆向物流系统还能帮助企业分 析产品退货率分布情况，为产品的改进设计提供反溃信息，提高产品竞争力。 因此，退货逆向物流系统能增加顾客价值、提高企业的竞争优势。 ( 3 ) 实施家电回收逆向物流能提升企业正面形象。 在社会责任方面，企业通过实施废旧物品回收，降低了废旧物品对环境 所造成的污染及危害，提高了企业的社会责任感，并提升了企业的环保形象。 在生产责任方面，实施召回的逆向物流对有潜在问题的的产品进行回收，降 低了因产品质量对消费者权益的损害，这种行为极大地提升了公司的负责、 可信的形象。 2 2 逆向物流研究的关键问题分析 逆向物流的研究内容可以分为两部分，一部分研究逆向物流网络结构设 计，另一部分着重探讨逆向链条中库存管理、配送管理和产品规划管理等活 动。 2 2 1网络结构设计问题分析 应用数学模型研究分析逆向物流系统最早开始于2 0 0 1 年s h il i 提出的 个混合整数线性规划模型来优化设计废旧家电产品的逆向物流系统，该模 型以系统实施总成本最小化为目标，以逆向运输成本、运营成本、设备投资 成本、以及最后的报废处理成本为变量来构造函数，求取最优值n ”。2 0 0 4 年 西南科技大学硕士研究生学位论文第l2 页 b e a m o n 和f e r n a n d e s 设计了一种用于废旧电子产品回收管理的框架模型，该 模型考虑了循环再利用的过程，并且详细描述了各层决策者的行为n ”。通过 文献综述总结，目前逆向物流网络结构设计的研究主要通过数学模型，主要 的类型有：整数线性规划、离散时间线性规划、混合整数线性规划、基于线 性规划的遗传算法、多目标规划等。 前面所述研究逆向物流网络的文献皆限于对网络中设施或成员的数量、 定位以及网络流量问题进行讨论，而设计有效逆向物流系统的关键问题是处 理产品回收的数量、时间和质量等要素的高度多变性，因此需要形成新的逆向 物流规划和控制的集成方法，将决定逆向物流的因素、维度和决策者以及其 他变量整合起来。 2 2 2逆向物流系统的构建问题分析 逆向物流系统具有不确定性的固有特征，同样不确定性也充满着整个逆 向物流的管理活动中，这种不确定性主要有两个方面的来源：一是由于缺乏控 制机制从而导致系统行为中有很多不确定性，比如回收产品的数量、收回时间 和回收产品成份，二是由于缺乏规范的统计数据导致的估计的不确定性。 、 在系统设计方面，逆向物流作为闭环物流系统与传统的正向供应链有很 多新特点：逆向物流系统是由物品回收、检测、分类、再利用等流程构成， 正向物流系统针对的主要是比较稳定的物流，不能有效的控制高度不确定的 逆向物流过程中的某些动态程序。因此有机整合逆向物流与正向物流的模式 是比较明智的选择。目前已经有一些研究提出了一些逆向物流系统设计框架， 主要从设计战术决策( 主要指市场、信息和技术、生产计划、库存管理和采 购等内容) 、战略决策( 主要指产品设计、回收等内容) 以及运作决策( 主要 指生产进度控制、信息平台管理等内容) 三方面着眼考虑。 由于回收产品数量和时间的不确定性，再生和回收企业面临的重要问题 就是对废旧产品回收的预测。m a r x g o m e z 6 ，提出了扩展性预测方法进行再生 废旧产品回收价值的预测。这个模型建立在相关影响因子和产品生命周期数 据的基础上，联合利用仿真模型和软计算方法( 模糊推理和神经模糊法) 预 测了废旧产品的回收需求。 西南科技大学硕士研究生学位论文第13 页 2 3逆向物流关键问题的研究方法 2 3 1 定性研究分析 在日前对逆向物流的研究文献中，有很多的作者都是谈及了逆向物流的 内涵及发展壮大逆向物流的重要性和必要性，强调其是日益严峻的环境形势 下的行业发展趋势。但此前研究也比较局限的地方，立足都是某一限定行业 或者固定产品，着眼点单一，故研究的成果也不具有普遍性。 2 3 2定量研究分析 在众多对逆向物流系统的研究中，很多作者着眼于物流系统的网络结构 问题。作者们普遍的采用的方法是基于运筹学的数学方法，如非线性数学规 划模型、混合证书线性规划模型、整数线性规划模型、多目标规划模型以及 随即规划等。通过运筹方法表达逆向物流系统，是通过以最小成本抑或最大 收益来规划逆向物流系统中节点的设置、数量，并规划最合适的流量大小。 绝大部分逆向物流的研究都是随机性研究。这是因为逆向物流管理活动有着 不确定性的重要特性，所以很少采用确定性的模型。 2 3 3案例研究分析 一 当产品的种类不同时，产品的回收表现出很大的差异，因此在逆向物流的 研究中较多的专注于某种具体的产品或者某一个领域。如危险废物的回收处 理、电子产品的回收等方面。+ 2 4逆向物流系统仿真方法研究分析 2 4 1常用的逆向物流系统仿真方法分析 废旧家电的回收具有分散性、质量不均等的不确定性和时间的缓慢性等 特点，设计一个有效稳健的废旧家电产品逆向物流网络系统是非常复杂和困 难的。 目前较多针对逆向物流系统的研究都是运用混合整数线性规划方法 ( m i l p ) 求出在确定性环境下每种情景的最优解，再计算对应情景下的稳健优 化目标函数值与最优目标函数值的最大偏差，用来表示“相近 程度，最后 以这种最大偏差最小为目标求得“最优”的稳健解。再通过算例分析验证所 建立模型的有效性。 西南科技大学硕士研究生学位论文第14 页 2 4 2处理逆向物流系统问题的计算机仿真方法分析 由于逆向物流系统变得越来越复杂并且内部关联性越来越强。仿真技术 就脱颖而出并成为逆向物流系统研究的重要手段。物流仿真技术是借助计算 机技术、网络技术和数学手段，采用虚拟现实的方法，对物流系统进行实际 模仿的一项应用技术。如运用计算机仿真技术对现有的生产物流系统的优化 或新生产物流系统的设计，不仅可以避免建立物理试验模拟系统的投资，减少 设计成本，而且可以通过计算机技术进行精确计算和验证分析，提高系统方案 的可行性。根据物流中心的工艺设备参数和工艺流程建立起来的计算机仿真 系统，可以形成直观立体的三维仿真动画，提供生产系统的生产量，确定瓶颈位 置，报告资源利用率。还可以被用来支持投资决定，校验物流系统设计的合理 性。通过对不同的物流策略进行仿真实验来找出最优解。仿真运行结束后可根 据统计数据生成仿真报告，显示各个物流设备的利用率、空闲率、阻塞率等。 数据。最后根据仿真报告提供的数据对物流系统的优缺点进行判断，做出科学 决策。同时物流仿真可以降低整个物流投资成本。 目前国内应用比较多的几种大型仿真软件有v e n s i m 、w i t n e s s 、a r e n a 、 f l e x s i m 、e m p l a n t 、s i m a n i m a t i o n 等。 f l e x s i m ，是美国的三维物流仿真软件、应用于系统建模、仿真以及实现 业务流程可视化。f l e x s i m 中的对象参数可以表示基本上所有的存在的实物对 象，机器装备、工作人员、传送带、车、仓库、集装箱等，同时数据信息可以 用f l e x s i m 丰富的模型库表示出来。 a r e n a ，是美国s y s t e mm o d e l i n g 公司开发的可视化的通用交互集成的仿 真软件，很好地解决了计算机仿真与可视化的有机集成，具备高级仿真器的易 用性和专用仿真语言的柔性。a r e n a 的应用涉及从供应商到客户的整个供应 链，包括供应商管理、库存管理、制造过程、分销物流、商务过程以及客户服 务等。 w i t n e s s ，是平面离散系统生产线仿真器，操作简单，在低配置计算机上也 完全可以灵活使用，是生产线仿真器的老字号，其齐备的基本仿真功能和处理 优势，一直是大家所公认的。作为可选项，还具备了三维立体显示功能( v r ) ，扩 大了其适用范围，不过三维立体显示功能是后来添加的可选项，所以不适合模 型从大致轮廓的概念设计开始依次建构下去的动态过程中使用。 v e n s i m ，是系统动力学的建模与仿真软件。近些年来物流业在中国得到 了前所未有的发展，物流活动的一个显著特征就是系统性，通过将系统动力 西南科技大学硕士研究生学位论文第15 页 学应用于物流系统领域，可以较为深入地从定性和定量的角度分析物流活动 的动态发展运行机制，进而对制定物流决策提供辅助和参考。有学者甚至提 出了“物流系统动力学 的边缘学科概念，以阐释将系统动力学引入物流系 统分析领域的可能性和必要性。本文就是将系统动力学应用于物流系统中， 尝试建立物流系统的系统动力学模型，并进行仿真，进而为物流决策提供辅 助和参考。 2 4 3系统动力学模型及仿真方法 2 4 3 1系统动力学模型 带有时间滞后的一阶差微分方程是系统动力学模型的本质，在基于s d 的建模过程中需要借助流图，在s d 流图中的积累、变量变化的流率和其它 赋值方程定义的辅助变量都具有了物理意义，因此可以说s d 建模是一种将 理论结合实际的建模方法。与其它模型方法相比，系统动力学模型的特点有： 一是比较擅长处理长期性、周期性等问题伸”。如系统动力学模型能对自然界 的生态平衡、人类本身生命周期变化和预测社会经济危机等做出了较为准确 的解释；二是能在数据不足的情况下进行研究。s d 建模是利用系统各要素 之间的因果关系，尽管数据有限，只要有一定的结构、就依然可以进行推算 分析；三是能处理精度不高的较繁琐的社会经济问题，此种问题通常都是用 高阶非线性动态的描述方程，使用一般的数学方法很难求解。但使用系统动 力学就可以藉助计算机并结合仿真技术获得期望的主要信息；四是基于系统 动力学模型能强调进行有条件的预测。 ( 1 ) 系统动力学模型的结构： 系统动力学模型由两类基本元素构成，流和元素，具体说明如下： 流：实体流m a t e r i a lf l o w 、信息流i n f o r m a t i o nf l o w 。 元素：状态变量l e v e l 、速率r a t e 、辅助变量a u x i l i a r y 。 系统动力学模型的重要组件主要有以下三个： 因果反馈图：也叫做因果流程图，可以表述变量之间的因果关系。 流图：用符号表达了模型中复杂概念。 方程式：体现系统在各时间点的状态变化，实现了状态变量连接速率， 在用时间步骤来求解。 ( 2 ) 系统动力学的建模流程 使用系统动力学的思想解决、研究问题主要可分为以下几个阶段：了解并 明确问题，划分并界定问题，确认并认准目标，绘制因果反馈图，建立s d 西南科技大学硕士研究生学位论文第16 页 模型，对模型进行测试，确认模型是否可以表现真实系统的行为，运行模型， 使用模型进行策略选择，执行运行策略b ”，下图表示了系统动力学建模的研 究步骤。 图2 - 1系统动力学建模研究的步骤 2 4 3 2系统动力学仿真语言及v e n s i m 软件介绍 系统动力学仿真通过s d 仿真语音来实现模型的模拟过程，1 9 8 5 年第一 个系统动力学的仿真语言d y n a m o 系列面世。从那开始，系统动力学语言经 历i t h i n k 、p o w e r s i n 和v e n s i m 等几个发展时代。无论何种语言，都实现了辅 助图示建模、辅助思考等功能。现在普遍认为在w i n d o w s 操作系统下可以运 行的且功能最优、应用最广的d y n a m o 语言的系统动力学仿真软件就是 v e n s i mp l e 系统动力学软件。 本文使用的建模可视化工具就是v e n s i mp l ev e r s i o n 5 9 e ，它是一款基于 视窗界面型的系统动力学建模工具，其具有强大的图形编辑功能平台：用水 平变量、辅助变量、常量、箭头等要素来表达家电回收逆向物流系统的因果 关系，并以树状、列表的形式反应出来，同时被输入v e n s i m 且记录下来，就 形成了s d 流图。系统动力学流图中表达的元素列于下表： 西南科技大学硕士研究生学位论文第17 页 表2 - 1系统动力学软件v e n s i m 主要元素 t a b 2 1t h em a i ne i e m e n t so fs y s t e md y n a m i c ss o f t w a r ev e n s i m v e n s i m 软件主要有以下四个特点： ( 1 ) v e n s i m 利用图示化编程进行建模。在v e n s i mp l e 中，并没有实际的 编程存在，有的仅是建模的概念。在v e n s i mp l e 系统的主窗口中，依据操 作按钮绘制简化流率的基本树图或流图( f l o wd i a g r a m ) ，再通过e q u a t i o n e d i t o r 工具输入方程和参数，就能直接实现模拟。在v e n s i mp l e 中的方程和 变量均不带坐标，模型的建立是凭借变量间的因果关系。 ( 2 ) 能够在w i n d o w s 操作系统下运行，使用多种分析方法，输出信息非常 丰富且兼容性好。一般的模拟结果不但即时显示，而且可以保存到文件或复 制到剪贴板，易于输出。、 ( 3 ) 有丰富的模型分析方法。除数据分析外，v e n s i m 软件自带的模型结构 的分析方法有原因、结果树分析，因果关系反馈列表分析，v e n s i m 软件自带 的模型数据集分析方法有动态变量变化的数据值和曲线图，时间作为坐标轴。 ( 4 ) 能在前期检查模型的正确性。在基于v e n s i m 所建立的仿真模型建立 完成之后，建模者可以依据基本原则和常识设置正确性约束条件，设置真实 性要求参数。然后再通过v e n s i m 自带的m o d e lc h e c k 可以对模型是否合理、 正确、真实、有效进行判定，并可为模型结构或参数调整提供指导。 西南科技大学硕士研究生学位论文第18 页 2 5拟用系统动力学分析的逆向物流系统问题 2 5 1逆向物流运