（系统工程专业论文）可直接再利用逆向物流中心选址模型及算法研究.pdf

中文摘要 摘要：逆向物流是近些年新兴的研究领域。二十世纪后期，随着人类环保意识和 可持续发展观的加强，逆向物流逐步引起各国的重视，其相关理论研究不断产生、 发展，许多企业都纷纷构建自己的逆向物流体系，回收废旧资源用以创造新的经 济效益。逆向物流设施选址问题是整个逆向物流体系运作的基础和关键，经济、 高效的逆向物流网络是许多企业构建的目标。因此，如何确定合理的设施选址方 案在逆向物流领域具有实际的研究价值。 本文正是基于以上背景，在国内外对逆向物流网络研究成果的基础上，对可 直接再利用逆向物流网络物流中心选址问题进行研究。文章从逆向物流的概念着 手，综合了国内外对逆向物流的定义，系统地诠释了逆向物流的内涵。通过对逆 向物流系统结构进行研究，对逆向物流的业务流程进行分析，并从不同角度对逆 向物流网络的类型进行了划分，为网络选址提供了基础和前提。基于上述研究， 针对各零售点的产品需求量和回收点的废旧产品回收量为随机变量的情况，构建 了可直接再利用逆向物流中心选址模型。该模型考虑了企业在传统正向物流网络 上进行扩建，增加逆向物流功能，只考虑了运输成本、设施的固定建设投资、单 位运营成本等可计量的经济成本，不考虑时间成本、社会效益等成本因素。针对 模型的特点，采用随机模拟、遗传算法和线性规划的混合智能算法对模型进行求 解，并通过具体的算例，进行了相关的参数灵敏度分析，和传统的求解算法进行 对比，验证模型的有效性。最后，对本文的研究内容和下一步的研究方向作出了 总结和展望。 关键词：逆向物流；选址；随机模拟；混合智能算法 分类号：f 2 5 3 4 j 匕塞銮通太堂硒堂焦论塞 旦墨工e 垡! a bs t r a c t a b s t r a c t ：r e v e r s el o g i s t i c si sa l le m e r g i n gf i e l do fr e s e a r c hi nr e c e n ty e a r s t h el a t e2 0 t hc e n t u r y , 、析mt h ei n c r e a s i n gi m p o r t a n c eo fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n d s i g n i f i c a n tv a l u eo fw a s t ef o rr e u s i n g , r e v e r s el o g i s t i c ss y s t e m sa r eb u i l tb ym a n y e n t e r p r i s e s ，t oc r e a t en e we c o n o m i cb e n e f i t s t h ep r o b l e mo fr e v e r s el o g i s t i c sf a c i l i t y l o c a t i o ni st h ef o u n d a t i o na n dt h ek e yt or e v e r s el o g i s t i c ss y s t e ma n de c o n o m i c ， e f f i c i e n tr e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r ki st h eg o a lo fm a n y c o m p a n i e s 。s o ，h o wt od e t e r m i n e t h em o s tr e a s o n a b l el o c a t i o no ft h ep r o g r a mh a sp r a c t i c a lv a l u ei nt h er e v e r s el o g i s t i c s f i e l d u n d e rt h i ss i t u a t i o n ，t h el o g i s t i c sc e n t e rl o c a t i o np r o b l e mo fd i r e c tr e u s er e v e r s e l o g i s t i c sn e t w o r kh a sr e s e a r c h e db a s e do nt h er e s u l t so fr e l a t e dr e s e a r c ho fh o m ea n d a b r o a d t h ep a p e rs t a r t sf o r mt h ec o n c e p to f r e v e r s el o g i s t i c s ，a n dh a sas y s t e mm e a n i n g b a s e do ni n t e g r a t i o no f b o t ha th o m ea n da b r o a d t h e nt h es t r u c t u r eo fr e v e r s el o g i s t i c s s y s t e mi ss t u d i e d ，t h eb u s i n e s sp r o c e s s e si si n t r o d u c e d ，a n dt h et y p eo fr e v e r s el o g i s t i c s n e t w o r kh a sb e e nd i v i d e df r o md i f f e r e n ta n g l e s a l lo ft h e s eh a v ep r o v i d e db a s i sa n d p r e m i s ef o rn e t w o r kl o c a t i o n a f t e rt h a t ，t h ep a p e rb u i l d st h em o d e lo fd i r e c tr e u s e r e v e r s el o g i s t i e sc e n t e rl o c a t i o nf o l l o w e db yt h eu n c e r t a i n t yr a n d o mv a r i a b l e so ft h e d e m a n do fr e t a i l e r sa n dt h er e c o v e r yo fc o l l e c t i o np o i n t s t h i sm o d e la s s u m e st h a tt h e e n t e r p r i s e sa r ee x p a n d i n go nt h et r a d i t i o n a ln e t w o r k ，i n c r e a s i n gf u n c t i o n s ，a n da tt h e t e r m so fc o s t ，o n l yt h ee c o n o m i cc o s tw h i c hc a nb em e a s u r e di sc o n s i d e r i n g ，s u c ha s t r a n s p o r t a t i o nc o s t ，f i x e dc a p i t a li n v e s t m e n t , o p e r a t i n gc o s t ，t h ec o s to ft i m e , s o c i a l f a c t o r sa r ew i t h o u tc o n s i d e r i n g t h em o d e lc o n s i d e r sas i n g l e p r o d u c ta n dt h e c l o s e d - l o o pr e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r k ，t h ec u r r e n td i s t r i b u t i o nc e n t e r sc a nb ee x p a n d e d t oa s s u m er e v e r s el o g i s t i c sb u s i n e s s ，s ot h er e t a i lp o i n ti sa l s or e s p o n s i b l ef o rt h e r e c o v e r yo fu s e dp a c k a g i n gb e y o n ds e l l i n gn e wp r o d u c t s f o rt h er a n d o mv a r i a b l e s ， m e yw i l lb es o l v e db yu s i n gs t o c h a s t i cs i m u l a t i o n ，g e n e t i ca l g o r i t h ma n dl i n e a r p r o g r a m m i n g a n dt h r o u g hs p e c i f i ce x a m p l e s ，t h es e n s i t i v i t ya n a l y s i so fp a r a m e t e r sa n d t h ec o n f r o n t a t i o nt ot r a d i t i o n a la l g o r i t h mi sg i v e n ，t h ee f f e c t i v e n e s so fm o d e li sv e r i f i e d t h em o d e l a tl a s t ，t h ep a p e rm a k e sa s u m m a r ya n do u t l o o ko f r e s e a r c h k e y w o r d s ：r e v e r s el o g i s t i c s ；l o c a t i o n ；s t o c h a s t i cs i m u l a t i o n ；h y b r i di n t e l l i g e n t a l g o r i t h m c i a s s n o ：f 2 5 3 4 独创性声明 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我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。 学位论文作者签名呈；瓮签字嗍讼，c 7 年月2 7 日 4 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：沙9 7 年 苌涮 月z c 同 导师签名： 签字日期：沁7 年名月冲日 致谢 本论文的工作是在我的导师王喜富教授的悉心指导下完成的，在论文的写作 过程中，王老师倾注了大量的心血，从论文的选题、资料查询、开题、研究到最 后的完稿，都提出了许多宝贵的意见。王老师严谨的治学态度和科学的工作方法 给了我极大的帮助和影响，在此衷心感谢两年来王老师对我的关心和指导。 王喜富教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，他广博的学识、严谨的治学态度和善于从宏观把握、 分析问题实质的方法，都给我留下深刻的印象，值得我永远去学习，激励我不断 进取。再次向王老师表示衷心的谢意。 在论文的写作过程中，我要特别感谢刘岩、李伟征、于晓波同学对我热情的 帮助和无私的付出。 同时，在这两年中，实验室同学许中容、王翠华、王静对我在生活和学习中 也给予了很大的支持和帮助，在此我也要对他们表达诚挚的谢意。 最后，感谢审阅论文的各位专家和评委，谢谢各位老师。 1 1 选题背景与意义 1 1 1 选题背景 1 绪论 随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，消费者对产品多样化和个性化 的要求越来越高，由此导致产品生命周期日渐缩短，更新换代速度加快，被人们 淘汰和废弃的物品也越来越多。与此同时，随着公众环保意识的同益增强，许多 国家加大了环保的立法力度，开始要求生产企业对产品生命周期全过程负责，尤 其是废旧产品的回收处理【l 】。从物流的角度来看，废旧产品的回收和重新利用形成 了一种从消费者到生产商的附加物资流，这就是逆向物流( r e v e r s el o g i s t i c s ) 。 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“资源产品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。我国也在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 环( r e c y c 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 c 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。 同时，由于科学技术的飞速进步和生产力的持续发展，顾客消费水平不断提 高，企业之闻竞争加剧，再加上政治、经济、社会环境的巨大变化，企业的生产 和经营决策面临着越来越多的不确定性因素，使得需求的多样性和随机性大大加 强。在全球市场的激烈竞争中，企业面对着一个变化迅速且无法预测的买方市场， 传统的生产和经营模式对市场剧变的响应显得越来越被动，严重地削弱了企业的 竞争力，威胁到企业的发展甚至是生存。为了摆脱这种困境，企业必须具有应对 不确定性环境的能力，掌握在不确定性信息条件下进行决策的知识和规律。在再 利用逆向物流网络的构建过程中同样也存在着大量的随机因素，其增加了决策的 复杂性和难度，造成企业经营成果的不确定性，在这种情况下，为了提高废旧产 品的回收率和顾客满意度，降低运作成本和提高运作效率，深入研究随机环境下 的再利用逆向物流网络构建问题显得尤为重要。 1 1 2 研究意义 在我国，逆向物流的理论研究处于初级阶段，多数文献是对逆向物流概念的 解释和建立逆向物流系统的必要性的研究，没有对实际创建逆向物流进行深入的 研究，解决所面临的实际问题：如逆向物流的成本如何降低，如何将正向物流与 逆向物流进行整合，是否每个企业都应该建立自己的回收体系和处理中心，回收 工艺如何改进，政府除应积极完善法规，还应对企业进行严格的监督，制定对企 业的激励政策，保证企业有动力进行逆向物流系统的构建，实现企业自身目标的 同时实现政府的目标。作为资源的循环利用和经济的可持续发展，逆向物流的发 展研究具有基础理论价值【引。 逆向物流的研究可以帮助企业充分了解在社会中的经济地位和社会地位。从 微观层面看，企业允许顾客手中产品回流，提高了顾客的满意度和满足他们的个 性化要求，培养顾客的忠诚度，扩大企业的市场份额；另一方面企业可以从回收 的已使用或未使用的产品中获得可观的利润。利润的来源有：经过维修或整理的 产品可以直接进入二级市场的约占三成，拆解零部件的利润，回收再利用的材料 使企业获得廉价的资源，消费者交付企业的处理费用等。同时，由于企业通过对 逆向物流产品的检查和分析，可以使企业获得足够的信息以求改进产品的质量和 功能，处理好逆向物流可以洁净正向物流渠道，降低成本，增加企业的竞争力。 从宏观层面看，逆向物流可以节约资源，净化生存环境。一方面，人口的规 2 模和对商品的消耗在日益增加，也就意味着对自然资源的需求和对废弃物的处理 增加；而另一方面，却面临着自然资源的不可再生性。逆向物流研究的很重要的 意义就是尽量做到资源的循环利用，减少排放物，尽量少占用土地，力争将环境 的污染降低到最低。 因此，逆向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 是经济利益还是出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，确定网络中各设施的数量、位置、 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 1 2 1 国外逆向物流研究综述 降低逆向物流的成本，提高正向物流渠道的清洁度，能够最大限度地回收和 使用有限的资源，满足顾客的个性化要求，增强企业的竞争优势，保护环境，一 直是欧、美、日等发达国家、企业和社会的共同目标。欧洲学者和企业界人士的 研究主要是如何最大化回收比例和最大化利用回收资源【3 _ 9 】等；美国一些学者的研 究主要是侧重如何使回收的成本最小化【9 1 0 j 等。具体的研究主要集中在逆向物流的 网络构建【6 】【1 1 1 ，拆卸工艺【12 1 ，决策模型1 3 】【14 1 ，库存和回收路线的优化等【1 5 - 1 9 1 。 ( 1 ) 逆向物流概念的不同解释视角 1 9 9 9 年美国逆向物流执行委员会对逆向物流的解释为重新获取产品的价值或 使其得到正确处理，产品从消费地到生产地的移动过程。 m s t e v e n 认为逆向物流包括涉及生产、包装、使用过的产品的管理、处理、 减量化和对其中的有害物和无害物的处理，也包括逆向配送过程。 r o g e r s 等认为逆向物流是对从消费地流向起源地的原材料、半成品、产成品 和相关的信息进行计划、执行、控制的过程，目的是经过适当的处理可以重新获 取其中的价值。 ( 2 ) 在逆向物流网络类型方面 f l e i s c h m a n n 等根据回收处理的形式将逆向物流网络分类为：再生产网络，再 循环网络和再使用网络。 m s t e v e n 根据逆向物流的驱动因素将网络分为自营利性的逆向物流网络和强 制性的逆向物流网络。自营利性网络主要是指参与企业为达成本企业的目的，通 过签订一份合同对其它企业的产品进行回收，获取本企业所需要的生产材料，如 废旧地毯的回收。强制性回收网络是指在政府法规要求下进行强制回收，如欧盟 所颁布对家用电器的强制回收。 文献( 2 0 】根据回收利用的主体不同将逆向物流网络分为开环和闭环。开环是指 回收后的应用主体不是原始生产商；而闭环是指回收后的应用主体仍然是原始生 产商。 l a u r e n s 等【2 ”探讨了正向物流和逆向物流的闭环供应链的协作，探讨了逆向物 流链的动机、市场动力、规模经济、逆向物流和技术选择，提出三种逆向物流链： 一是生产商承担产品回收活动，二是零售商作为产品回收点，三是由第三方物流 公司承担产品的回收活动，建立了垄断市场和完全竞争市场的简单模型，指出垄 断市场的焦点在零售商和市场需求的垂直作用，而完全竞争市场则集中在竞争的 零售商之间的水平作用上。 p a t r o l o sg e o r g i a d i s 等瞄】从战略的角度，将逆向物流网络分为四个环：一个是 直接再利用环，包括瓶子、托盘或集装箱，可以直接运回到生产商，或经过简单 的清洗、轻微的保养可重新再用；一个是附加值回收环，包括再生和经过维修再 使用的；另外两个是材料回收环，按照材料的去向不同或流向原始制造商，或流 向附加值回收商。突出贡献在于以带有再生产环节的正逆向物流系统为例，建立 了以动态数学方法对闭环供应链系统进行分析和研究。 ( 3 ) 逆向物流网络构建模型研究 f l e i s c h m a n n 等在19 9 7 年将逆向物流研究领域分成三个主要研究方向：逆向物 流网络规划、库存控制和生产计划。其中物流网络的构建是整个逆向物流的基础， 大部分研究是在具体建模时一般将各种随机情况进行确定性的近似，将逆向物流 网络设计问题建模成混合整数规划问题或者非线性规划问题，得到了一个较优的 逆向物流系统。s h i hl i h s i n g ，2 0 0 1 ；h ut u n g - l a i ，2 0 0 2 等建立的模型是多级的混合 整数线性规划( m i l p ) 模型，目标函数大多是从电子产品运行周期的角度要求平 均成本最小，约束条件则一般包括物流运输的平衡约束、生产处理能力约束、库 存容量限制约束、设备数量约束以及决策变量的非负约束或非负整数约束。因为 逆向物流网络问题的复杂性，模型的求解方法采用的是启发式算法。 j a c q u e l i n em b l o e m h l f - r u w a a r d 掣2 3 】从欧盟的环境政策对企业逆向物流的要 求，建立了生态经济的运筹学模型，探讨了经济生态闭环供应链优化问题。分别 以电冰箱和纸浆的回收为例建立了m i l p 模型。但在目标函数中很难将经济利益和 生态利益进行整合，优化其中的一个目标函数就会使另一个目标函数受到限制。 l e a sa n dd e k k e r 则以废沙回收为例，将m i l p 模型扩展为随机模型，研究的是在 4 需求不确定的前提下，追求利润最大化。 l o u w e r s 等以美国的毛毯回收为例，建立了一个m i l p 多目标的设施选址模型， 追求的是利润最大遗憾最小化；在设施选址方面所使用的方法大致为混合整数规 划和遗传算法求解。 m o r t i zf l e i s h m a r m 认为逆向物流的网络构建对逆向物流的系统设计有较大的 影响。为了能够最大化回收资源，公司建立的逆向物流结构要以优化的方式回收 物流。要达到这个目的，公司应决定如何设置逆向物流供应链的不同过程，运输 和存储如何连接，如何配送回收后的产品进入未来的供应链。他采用了m i l p 整数 规划创建了逆向物流网络设计的定量模型并进行了拓展。 t h i e r r y 在假定设施地址固定的情况下，使用了线性规划模型来分析正逆向物 流整合对企业的影响，在这个模型中，他将检测中废弃物的量设定为回收总量的 一定比例。b e r g e r 和d e b a i l l i e 将这个模型作了一些改进，从而使其包含了选址决 策问题，同时假定废弃量是一个很小的固定值。k r i k k e 等则将这种方法应用到一 个复印机生产商在欧洲范围内进行物流网络设计的具体案例中，并求得了最优成 本。f l e i s c h m a n n 等通过两个不同产品的案例对比，讨论了一体化建立物流网络与 在正向网络基础上建立逆向网络这两种策略的成本差异，并进一步对这个模型的 普遍性进行了验证与分析。 k r o o n 等【2 4 】设计了一个与可用集装箱的再使用网络，建立m i l p 模型，决策变 量是箱的数量、回收点的数量和选址，目标函数是成本最小化；s p e n g l e r f 2 5 j 贝l j 建立 了一个基于多层库存选址的m i l p 模型，解决德国钢铁工业的边角料的循环利用网 络；b a r r o s 等【2 6 】基于多层容量选址建立一个循环网络，用于解决荷兰建筑工地的 废沙循环利用问题；k r i k k l e 等2 7 1 建立废旧复印机的再生网络；f l e i s c h m a n n 2 8 】贝0 在 传统的整数线性规划基础上延伸使用，建立动态的、多产品的容量选址模型； l o u w e r s 等2 9 1 设计一个地毯回收利用网络。k r i sl i e c k e n s 等【3 0 】采用g g m 模型建 立单一时间段、单层次、单一产品的逆向物流网络，目的是解决回收产品的时间、 数量和质量的不确定性，处理过程的可变性，并考虑相关的库存成本和回流产品 在系统中的前置时间。 1 2 2 国内逆向物流研究综述 国内在逆向物流管理方面的研究比较晚，9 0 年代后期向盛斌着重从环境伦理 上论述了逆向物流管理的必要性，强调政府管制口o l 。柳键利用各种理论，如产业 组织理论、市场竞争理论对逆向物流的起因和管理问题做了分析【3 l 】。近三年在国 内学术界先后涌现出了关于逆向物流的研究，从管理、网络构建、库存、生产计 划、成本、成员关系、回收方式选择、信息系统等多个方面对逆向物流进行了相 关分析。 ( 1 ) 逆向物流网络结构方面的研究 国内关于逆向物流网络结构方面的研究主要有朱道立等对逆向物流系统及其 系统技术作了研究【3 2 1 。该文在对逆向物流系统功能分类的基础上，根据系统结构 把逆向物流系统分成简单逆向物流系统和带有回收中心的复杂逆向物流系统两 类，并将逆向物流网络结构分为重新利用、重新制造、回收以及商业退货等形式 进行相关的讨论。 达庆利等从研究的问题和方法两个方面较全面地总结了逆向物流系统结构的 研究成果，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， 总结了逆向物流系统结构的研究方法，并指出了进一步的研究方向【3 3 】。马祖军等 阐述了逆向物流的网络类型和结构，将其分为再利用、再制造、再循环和商业退 货等形式，并讨论了每种形式下的逆向物流网络设计问题 3 4 l 。肖文阐述了产品回 收再利用物流网络的特征及分类，并将其与传统物流网络作了比较【3 5 1 。 ( 2 ) 逆向物流网络构建的研究 国内较早研究逆向物流两络构建的是米宁在其硕士论文中分别建立了两个模 型。一是在现有正向物流系统的基础上构建的产品回收网络模型，另一是把正、 逆两向物流进行整合优化来构建的网络模型，并利用l o n d o 和l o n g o 软件对 数值算例进行了求解。之后，岳辉又提出了有第三方参与的逆向物流网络的构建 及具体决策，包含再利用和再制造两部分。李海婴等以汽车业为例阐述了逆向物 流网络的结构及设计。 马祖军等对再制造物流网络布局进行了分析，提出了一种使得再制造物流设 施的投资和运营成本以及设施间的运输成本之和最小的再制造物流网络优化模 型。随后马祖军进一步提出一种单产品、单周期、有能力限制的再制造物流网络 稳健优化设计模型，文中考虑了产品回收量和再生产品需求量的不确定性，列举 所有可能发生的情景，采用稳健优化的方法构建模型，并利用l o n d o 软件求解 了相关算例。 李忠全在其硕士论文当中分别对开环型逆向物流网络和闭环型逆向物流网络 构建了相应的混合整数规划模型，并利用l o n d o 和l o n g o 软件对数值算例进 行了求解。马丹祥在其硕士论文当中分别对确定环境下再利用和再制造逆向物流 网络构建了优化模型，并设计了启发式算法进行求解。陶善超在其硕士论文当中 以案例为背景，构建了逆向物流的网络规划模型。 何波等针对固体废弃物的回收问题，构建了一个两层的逆向物流网络系统， 研究了如何确定回收站和处理站的地址和数量，废弃物产生点的分配以及废弃物 6 的存储和运输问题。毛海军等提出了再制造逆向物流网络的随机期望值模型，并 设计了相应的求解算法。陈斌利用遗传算法研究了可再用逆向物流网络。 1 2 3 研究现状分析 由文献综述可知，十多年来，国内外学者在逆向物流网络方面的研究和应用 已取得了相关成果，但对逆向物流网络中不确定因素的研究还处在起步阶段，仍 有大量的问题有待研究。通过以上对有关文献的综述，本文发现目前研究中还存 在以下问题： ( 1 ) 目前关于逆向物流网络的研究大多集中在再循环和再制造逆向物流网络 的研究，尤其是再制造逆向物流网络的研究，而关于再利用和商业退货逆向物流 网络的研究相对较少。再利用逆向物流网络设计中，存在大量的问题值得深入思 考。 ( 2 ) 多数文献指出了时间、数量和质量的不确定性是逆向物流网络与传统的 供应链的一个明显的区别。但是涉及解决这一问题的文献不多。大部分研究在具 体建模时，一般将各种不确定因素进行确定性的近似，模型大多表现为确定性的 混合整数规划模型，在一定程度上还不能逼真地模拟现实世界，与广泛的实际应 用尚有距离，如何利用不确定规划方法设计逆向物流网络值得研究。 ( 3 ) 现有的文献表明，大多数逆向物流网络模型都采用静态的、单一周期的 观点。然而现实当中很少有企业只生产一种产品，因此企业逆向物流系统中不只 回收一种产品，对于专业化的第三方逆向物流服务提供商而言，更是需要设计多 种产品的逆向物流网络。同时，一个企业构建的逆向物流网络必定是基于一定的 运营周期的，逆向物流网络的构建应在考虑整个周期运营的基础上进行，因此多 周期的逆向物流网络设计问题也值得深入研究。 ( 4 ) 目前关于逆向物流网络的模型求解算法主要集中在启发式算法，个别文 献使用了传统的l p 松弛法、b e n d e r 算法、模拟退火算法和遗传算法，也有多种算 法的混合使用，但在不确定环境中模型求解算法很少有人涉及，而稳健优化求解 算法，在多数情况下难以穷举所有的场景，因此基于不确定因素开发有效的算法 有实际意义。 ( 5 ) 现有研究中模型的优化目标大多只考虑了物流成本的最小或利润的最 大，而没有反映逆向物流网络的不确定性，以及社会环境等方面的相关目标。而 且现有关于再利用逆向物流网络的研究模型只考虑了成本因素，没有分析政策等 相关因素和服务水平的影响。 7 1 2 4 本文的主要研究内容和研究方法 本文在国内外学者对逆向物流网络研究的基础上，对逆向物流网络进行了详 尽的系统分析，较为全面的概括了逆向物流的定义，划分了逆向物流网络的类型， 并构建可直接再利用逆向物流中心选址模型，针对模型中的随机变量，设计结合 随机模拟、遗传算法和线性规划的混合智能算法进行求解，并通过具体的算例， 进行相关的参数灵敏度分析，和传统的求解算法进行对比，对模型的有效性进行 验证。本文的框架如图1 1 所示。 明确研究目标，确定研究内容 土 i 收集国内夕 相关研究文献，分析目前存在的问题 土 l 回收数量、需求量随机情况下的再利用逆向物流 l中心选址情况 上 笄例研究 图1 - l 研究流程图 f i g l - 1p r o c e s s i n gf l o wc h a r to f r e s e a r c h 第一章绪论。概括性的介绍了本文的研究背景和意义，以及国内外学者对逆 向物流网络领域的研究现状。 第二章逆向物流网络系统分析。本章从对逆向物流进行介绍和相关概念着 手，系统地诠释了逆向物流的涵义及构成，并对逆向物流的形成原因和特点进行 分析。随后对逆向物流系统结构研究，分别从结构构成、结构特征和网络类型三 方面进行阐述，最后给出逆向物流中心选址应考虑的因素和原则。 第三章逆向物流设施选址模型与求解算法研究。考虑企业在原有正向物流网 络的基础上构建逆向物流网络，以零售点产品需求量和回收点废旧包装回收量不 确定为出发点，构建逆向物流中心选址模型。根据模型的特点，设计结合随机模 拟、遗传算法和线性规划的混合智能算法。 第四章算例分析。本章以逆向物流选址问题在实际物流企业中的应用为例， 依据第三章所构建选址模型，通过混合智能算法对选址问题进行求解，验证模型 的有效性和合理性，并对模型的关键参数做了敏感性分析。 第五章总结与展望。对本文的研究成果进行了概括，总结了论文的不足之处， 并对下一步研究工作进行了展望。 2 逆向物流网络系统分析 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 里首先介绍一下逆向物流的概念，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。本章分别从逆向物流的涵义及构成、逆向物 流系统结构研究和逆向物流网络设计三个方面对逆向物流网络进行了分析。 2 1 逆向物流的涵义及构成 2 1 1 逆向物流的涵义 供应链本身是一项循环物流系统( c y c l el o g i s t i c ss y s t e m ) ，即由正向物流与 逆向物流构成。如图2 1 所示，实物流向代表了商品的正常需求与交易活动，通过 采购一生产一流通一消费途径，满足顾客的需要，这是物流的主流向渠道，称为 正向物流；另一种流动方向与前者相反，故称为逆向物流。 匕= = = 正向物流回收逆向物流 一卜退货逆向物流 图2 - 1 逆向物流网络图 f i g2 - 1r e v e r s el o g i s t i c sn e t w o r k 国外一些学术机构及研究对逆向物流有不同的表述。逆向物流管理方面的权 威组织、非营利专业组织一一美国逆向物流执行委员会( t h er e v e r s el o g i s t i c s e x e c u t i v ec o u n c i l ，r l e c ) 认为：逆向物流是指物品从其消费地向其上一级来源地 的流动过程，流动的目的在于补救物品的缺陷、恢复物品价值或使其得到正确处 9 置。逆向物流的内容应该涵盖： ( 1 ) 由于损坏、季节性、再储存、残次品、召回或者过度库存等原因而处理 的回流商品； ( 2 ) 再循环利用的包装原料和容器； ( 3 ) 修复、改制或翻新的产品； ( 4 ) 处理废弃的机器或设备； ( 5 ) 处理危险物料； ( 6 ) 恢复价值。 另一家国际权威组织一一美国物料管理协会( t h ec o u n c i lo fl o g i s t i c s m a n a g e m e n t ，c l m ) 也给出了逆向物流的正式定义，即逆向物流是对原材料、加工 库存品、产成品以及从消费者到起始地的相关信息的高效率、低成本的流动而进 行规划、实施和控制的过程。 我国2 0 0 1 年制订的国家标准g b t 1 8 3 5 4 2 0 0 1 物流术语中，将逆向物流分 解为两大类，即回收物流和废弃物物流。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，从需求方返回到供应方所形成的 物品实体流动；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 ) 是指将经济活动中失去价值的 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。 2 1 2 逆向物流与正向物流的关系 正向物流和逆向物流是一个完整物流系统的两个子系统，两者相互联结、相 互作用、相互制约，共同构成了一个开放式的物流循环系统。 1 逆向物流与正向物流的相同之处 ( 1 ) 都属于物流范畴 不论是逆向物流还是正向物流，都属于物流范畴。两者都指物品的物理转移。 在物品流动过程中，两者都涉及到运输、保管、配送、包装、装卸、流动加工及 物流信息处理等多项活动。 ( 2 ) 基本目标相同 两者的基本目标都是为了节约成本，从而创造新的利润源。正向物流通过选 择恰当的运输方式和路线，以及有效地存货管理来降低生产过程和配送过程中产 生的成本。同样，逆向物流通过包装物循环使用和回收产品来降低产品成本和资 源损失率。 ( 3 ) 可以共享配送渠道 l o 正向物流中的配送中心可以作为逆向物流中的退货集中中心。在正向物流配 送产品的同时，可以取回回收的产品。目前汽车业纷纷采用取货制，即整车厂将 物流全部外包给第三方物流提供商，由物流公司上f l n 各汽车配件供应商处取货。 通常情况下，包装容器采用可循环使用的容器。物流公司在上门取货的同时，送 回空容器以供下次出货使用。 2 逆向物流与正向物流的不同特征 逆向物流作为企业价值链中特殊的一环，与正向物流相比，又有着明显的不 同。如果说正向物流主要是从消费的角度出发、以满足用户需求作为核心目标的 话，那么逆向物流的目标则存在多样性，如保护环境、实现资源的有效利用、降 低产品成本、提高服务质量及用户满意程度等。逆向物流目标的多样性也使得逆 向物流的行为具有多元性，使得它与正向物流在各个层面都存在较大差异。正向 物流及逆向物流的主要区别如表2 1 所示。 表2 1 逆向物流与正向物流的比较 t a b l e2 - 1c o m p a r i s o nb e t w e e nr e v e r s el o g i s t i c sa n dt h el o g i s t i c s 正向物流 逆向物流 预测较为容易预测较为困难 分销模式为一对多分销模式为多对一 产品质量均一产品质量不均一 产品包装统一 产品包装多已损坏 运输目的地、线路明确 运输目的地、线路不明确 产品处理方式明确产品处理方式不明确 价格相对一致决定价格的因素复杂 服务速度的重要性得到认同服务的速度经常被忽视 正向的分销成本相对透明可见逆向的成本对为隐性的 库存管理统一库存管理不统一 产品生命周期有可控性产品生命周期较为复杂 供应链各方可进行直接的谈判磋商供应链各方进行谈判磋商障碍较多 己有现成的营销模式 营销受多种因素的影响 操作流程更加透明操作流程与正向物流相比不太透明 从表2 1 可以看出：首先，正向物流和逆向物流运作的起始点完全相反，逆向 物流更趋向于反应性的行为活动，其中实物和信息的流动都由供应链末端的成员 或最终消费者引起；其次，发生逆向物流的地点较为分散、无序，不可能集中一 次向接受点转移；最后，逆向物流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，另外还要考虑制造商对于返回商品的处理往往还 有一些特殊规定。 逆向物流系统较正向物流系统更复杂，存在众多的不确定性，包括从产品特 征、产品回收数量、质量以及地点的不确定，到回收过程下序处理对象的个性差 异，到库存数量的变化，正是这些不确定性导致逆向物流难以确定最优化结构， 难以设置最优化设施，对逆向物流设计造成很大难度。本文沿着逆向物流供应链 的顺序，将不确定性归为以下几个方面： ( 1 ) 回收产品到达时间、数量和质量的不确定。回收产品分布广泛，不论是 以区域为单位，以城市为单位，还是以品牌为单位，由于不同产品的使用环境、 使用方法和使用频率不同，导致各回收品到达回收点的回收时间和数量不确定， 回收时间和产品数量的不确定是产品使用寿命不确定和销售的随机性的一个反 映。而每一件商品即使己经回收，也都有各自干差万别的问题，每件产品回收时 的质量和产品特征也是不确定的，为后续的产品检查、分类以及再加工增加了难 度。另外，很多因素都会影响产品回收率，比如产品的生命阶段、技术更新的速 度、产品的种类、消费者回收意识等。 ( 2 ) 回收产品可再利用率不确定。由于原始产品被利用的程度各不相同，因 此回收产品的品质各不相同，导致回收产品进入回收渠道的可利用程度不确定。 如可回收再利用的建筑材料( 如沙) 中的杂质含量不确定，因此每批废料中可利 用的沙量不确定，对回收设施的选址、规模的确定都有直接的影响。 ( 3 ) 回收产品加工路线和加工过程不确定。就旧产品拆卸而言，在时间上会 具有很大的不确定性，就算同样产品的拆卸时间也很不一样。这使得估计作业时 间、设定准确的提前期几乎不可能。对再制造来讲：加工路线和加工时间不确定 是实际生产和规划时最关心的问题。加工路线不确定是回收产品的个体状况不确 定的一种反映，高度变动的加工时间也是回收产品可利用状况的函数。资源计划、 调度、车间作业管理以及物料管理等，都因为这些不确定性因素而变得复杂。在 再制造操作中，有些任务己经比较确切地知道了，如清洗。但其他的生产路线可 能是随机的，并高度依赖于部件的使用年限和状况。 ( 4 ) 诸多的不确定因素导致了材料计划的不确定、生产任务安排难度加大、 物流路线复杂多变、库存量难以计划、再利用产品供需不平衡等问题，增大了逆 向物流网络的规划难度和管理难度。 2 1 3 逆向物流的相关概念 逆向物流不等同于回收物流，它比回收物流要广，涵盖了回收物流和废弃物 1 2 流，加之它对环境保护的重要作用，故还涉及到一个新的物流概念绿色物流。 这几个物流概念与逆向物流密切相关。 ( 1 ) 废弃物流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、搬运和储存，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。 ( 2 ) 绿色物流近几年提出的一个新概念，口前还没有成熟的定义。一般认 为，绿色物流涵盖了逆向物流，逆向物流对绿色物流有绝对的意义。这里以可持 续发展的原则为指导，再根据现代物流的内涵，给出“