废旧电脑的逆向物流优化模型与应用研究

1、废旧电脑的逆向物流优化模型与应用研究工业工程Vol. 9 No.6 第9卷第6期29><>0<>06年11月November 2<>0<>06 Industrial Engineering Joumal 型与应用研究废旧电脑的逆向物流优化曾敏刚，周明剑(华南理工大学工商管理学院，广州I51<>064<>0) 摘要:加强废旧电脑的回收控制已经成为急需解决的关键问题。分析了逆向物流的国内外研究现状，目前主要研究方向包括逆向物流网络规划、库存控制和生产方案等。通过建立电子产品制造企业供给链，分析了电子产品回收的根本原理，建

2、立废旧电脑逆向物流的优化模型。根据模型提出了废旧电脑在珠江三角洲地区的逆向物流解决方案，计算结果说明模型合理可行，在没有政府补贴下废旧电脑的逆向物流运营是亏损的。关键词:逆向物流;废旧电脑;建模;费用最小中图分类号:四7文献标识码:A文章编号:1<>0<>07-7375(26)<>06-<>0<>055-<>06A Reverse Logistics Model for the Recycling of Scrap Computers ZENG Min-gang, ZHOU Ming-jian (School of Bus

3、iness Administration, South China University of Technology, Guangzhou 51<>064<>0, China) Abstract: With the ever-increasing amount of e1ectronic scrap, as well as the evergrowing environmenta1 awareness, the management of reverse 1<>0gistics for manufacturing industrhas received gr

4、owing attention recently. In this paper the structure characteristics, design princip1es and facility 1<>0cation of the reverse 1<>0-gistics system are. particu1arly introduced, and the issues for future research on the structure of reverse 1<>0-gistics system are proposed. This st

5、udy presents.a mixed integer programming mode1 to optimize the faci1ity 1<>0cation and the reverse distribution network. The proposed mode1 is formu1ated出atminimizes the tota1 re?verse 1<>0gistics cost, which consists of transportation cost, operating cost, fixed cost for new faci1ities,

6、 fina1 disposa1 cost and 1andfill cost, as well as the sa1e revenue of reclaimed materia1s. Results for various sce?narios to consider various take-back rates and operating conditions are presented. App1ication cases are presented to demonstrate the feasibility of the proposed approach. By using the

7、 proposed mode1 in the Pearl River Delta, the results indicate that this method is effective and rationa1 for making a satisfactOIchoice. Key words: reverse 1<>0gistics; scrap computers; mode1ing; cost minimization 2<>0世纪9<>0年代以来，面对全球人口剧增、资源来平安隐患。短缺、环境污染和生态蜕变的严峻形势，人们环保意1 逆向物流的国内外研究

8、现状识逐渐增强，同时，由于世界各国环保法规约束力度的加大，于是逆向物流的经济价值逐步显现。由于国际学术界和企业对逆向物流管理的重视也才没有对废旧电脑进行有效的回收处理，不仅造成浪是近十年的事情，最早提出;逆向物流;这个名词是费大量资源，对环境产生严重影响，而且给消费者带Stock在1992&#<>039;年给美国物流管理协会(CLM)的一份收稿日期:2<>0<>05-<>09-12基金工程:教育部2<>0<>05年度人文社科青年基金资助工程(<>05JC63<>0<>073 )

9、;广东省哲学社会科学十五&#<>039;规划资助工程(<>031<>04 L11 ) ;华南理工大学人文社科基金基地资助工程(BI6N7<>05<>079<>0)作者简介:曾敏刚(1972-)，男，江西吉安人，副教授，博士，主要研究方向为物流和供给链管理、逆向物流等.56 工业工程第9卷研究报告提出的。美国物流管理协会认为逆向物流2废旧逆向物流的原理和概况是对原材料、加工库存品、产成品，从消费地到起始地的相关信息的高效率、低本钱的流动而进行规划、2.1 废旧电脑的概述实施和控制的过程。Kopicki在1993年提出

10、了逆向电脑的相关材料中含有7<>0<>0多种化学物质，物流的原那么和实践，讨论了再利用和循环利用的机5<>0%对人体有害。机壳塑料和电路板上都含有有毒遇。2<>0世纪9<>0年代后期对逆向物流管理的研究逐的澳化阻燃剂，显示器、显像管和印制电路板里含有渐深人，Stock在1998年研究了逆向物流管理的建以硅酸盐形式存在的铅元素，电路板上的焊料为铅立和实施;Rogers和TibbenLembke在1999年介绍锡合金，而铅会破坏人的神经、血液系统以及肾脏，了逆向物流广泛的商业应用;在技术方面，Guide等这些重金属对人体的危害绝对不能无视

11、，加强电子在2<>0<>0<>0年详细讨论了再制造系统的优化设计问产品的逆向物流研究已经成为政府部门和相关企业题1-3。面前的重要町、础。Fleischmann等在1997年将逆向物流研究领域2.2 废旧电脑产晶回收的根本原理分成三个主要研究方向:逆向物流网络规划、库存控如图1废旧电脑供给链模型，产品回收在逆向制和生产方案。其中物流网络的构建是整个逆向物物流中占有重要的位置，通过各种各样的回收策略，流的根底，大局部研究将逆向物流网络设计问题建产品的生命周期形成了一个闭合的回路。寿命终了模成混合整数规划问题或者非线性规划问题，得到的产品最终通过逆向供给链又进入

12、下一个生命周期了一个较优的逆向物流系统43。st曲，Hu等建立的的循环，产品的回收利用能减轻对原材料的消耗，同模型是多级的混合整数线性规划(MILP)模型，目标时减少废弃物对环境的危害。函数大多是从电子产品运行周期的角度要求平均本钱最小，约束条件那么一般包括物流运输的平衡约束、环境、资源生产处理能力约束、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7。净化处理废旧电脑维修加工处理中心因为逆向物流网络问题的复杂性，模型的求解需要=司&#<>039;正向物流一&#<>039;逆向物流运用启发式方法，比方拉氏分解或其他搜索方法8。圄1废旧

13、电脑供给链模型中国在逆向物流管理的研究那么比拟晚，有关逆向物流系统模型和优化的研究还刚刚起步，向盛斌2.3 国内外废旧电脑回收状况等在2<>0<>01年着重从环境伦理上论述了逆向物流管不少兴旺国家已经正视信息时代的这一新问理必要性，强调政府管制9;柳键在2<>0<>02年利用产题，加紧研制淘汰电脑的1m收利用。欧洲早在1993业组织理论对逆向物流管理作了分析m;朱道立等年就提出了;制造商责任制;，由制造商负责废旧电在2<>0<>03年对逆向物流系统的功能作了分类，研究了脑回收解体处理。欧盟的另一项举措是要求电脑生逆向物流系

14、统的系统结构以及相应的系统技术U;产厂家对其产品在每个环节上对环境造成的影响负达庆利等在2<>0<>04年在国内外文献分析的根底上，全责，相关垃圾的回收和处理费用也由厂家承当。由面地总结了逆向物流系统结构的研究成果，重点讨于受观念、经济、技术等因素的影响，对于废旧电脑，论了逆向物流系统的结构特征、设计原那么及设施的我国主要采取以下方法:1)继续使用。2)作为垃圾选址定位问题口;谢家平等在2<>0<>04年分析了废弃处丢弃。3)简单的拆解作坊式回收。4)小贩收购。理策略的本钱与效益，考虑再用收益最大化、再生收益最大化、填埋本钱最小化、回收净收益最大

15、化、再3 -废旧电脑逆向物流网络的生项数最大化等目标约束，建立了产品回收策略优选的<>0-1型目标规划模型川。目前，国内外公开3. 1 废旧电脑逆向物流网络设计逆向物流网络的主要任务是收集和运送废旧物发表逆向物流网络建模优化的文献较少，尤其是国内学者的应用研究成果还鲜有报导14-16。品。物流网络的功能是将产品从顾客端回收、预处理然后送达再制造(或其他再利用方式)地点。研究57 第6期曾敏刚，周明剑:废旧电脑的逆向物流优化模型与应用研究者针对不同的情况，给出了各种回收网络设计模型。L L L CPx Y,pj +豆豆豆CRX Zp唁。j g本文在参考了现有的逆向物流系统后，建立了一

16、个5)政府补贴适用于电脑回收的逆向物流模型，具体见图2。该系政府对回收站c、仓库r、分解再制造厂p和垃圾统包括回收点、库存点、分解和再制造工厂，最终的处理点r的补贴的加和废物处理、二于材料和电脑市场。目标是总本钱(包L L MX Aca + L L L MX Xc,a + 1a z括运输本钱、运作本钱、固定本钱、最终的废物处理本钱)最小，模型中还包含二手材料卖出与二手电脑L L LMj X凡+L L LMg X Zp哩。卖出的收入6J。模型中各符号的意义:分解再材料/电脑二手市场回收点仓库Bg为单位材料g卖出的收入;制造厂/废物处理点铁BB为单位二手电子类产品i卖出的收入;C为处理单位材料的花

17、费;g非金属材料C为回收电子类产品的花费;aLg为材料g的数量;硬盘La为可卖向二手市场的电子类产品数量;荧光粉La为用于分解再生处理的废电子类产品数量;TCCS为电子类产品从回收站Cs至仓库的单a二手电脑位运费;TCSP为电子类产品Sj从仓库至再制造工厂pj圄2电脑回收的逆向物流网络模型的单位运费;TCPR为材料g从再制造工厂p至最终处理点g3.2 废旧电脑的逆向物流模型(材料二手市场或垃圾处理点)r的运费;模型的目标函数主要由以下5个局部构成:1 ) TCSR为电子类产品is从仓库至最终处理点i材料和电脑卖出的收人及材料处理费用;2)运输费(电子类产品二手市场)r的运费;用;3)固定本钱刊

18、)运营本钱;5)政府补贴。Dc，为回收站C至仓库S的距离;1 )材料和电脑卖出的收入及材料处理费用D，p为仓库s至再制造工厂p的距离;LBg X+ LB, X-L×-Lx。Dp，为再制造工厂p到最终处理点r的距离;2)运输费用D;为仓库s至最终处理点r的距离;LL立(rccsxDcs xXcsJ +豆豆豆(吭吭×aX口为电子类产品由回收点C到仓库s的数量;Y明为电子类产品j由仓库s到再制造工厂p的D,px 乌)+豆豆豆(TCPRX Dp, x Zp,g) + g数量;豆豆豆(TCSPX D; x凡)。Z阿为材料g由再制造厂p到最终处理点r的数i量;3)固定本钱H，n为电子类

19、产品i由仓库S至u最终处理点r的回收站c、仓库s、分解再制造工厂p和垃圾处理数量;点r的总固定本钱加和UwTfZTLi为设立回收站C的费用;电EF江Ed地成fhI Ed Ll pp FLI R )营J + + 】扫&gt; ahrA】呐J，为设立仓库s的费用;4、本运y1;，为设立再制造工厂p的费用;J，为设立垃圾处理站r的费用;回收站c、仓库s、造厂p和垃圾处理点C为选择是否建立回收站C的<>0/1变量;cr的运营本钱的加和S，为选择是否建立仓库s的<>0/1变量;LL CCX七+豆豆豆CSX X口，+1a ZaPp为选择是否建立再制造厂p的<>0

20、/1变量;c a c , a 58 工业工程第9卷Rr为选择是否建立垃圾处理站r的<>0/1变量;的工作，企业只需要付出适当的处理费即可，所以不CCC为回收站回收电子类产品考虑垃圾处理站的固定本钱和运营本钱。的单位运营1a4.2 模型中备参数估计和假设本钱;CSS将电脑逆向物流的模型应用于珠江三角洲地为仓库储存电子类产品的单位储存成2区，为了便于计算，笔者以每台电脑包含有一个主机本;cpa(约7kg)和一个显示器(约8kg)为例。模型中的各p为分解再制造厂分解再制造电子类产品j个参数进行了如下的估计和假设。的单位费用;1)废旧电脑处理数量的预测CRg为垃圾厂r处理废料g的单位运营本

21、钱;以2<>0<>05年为例，预测2<>0<>05年度珠三角各主要M1a为回收站回收每台电子类产品的补贴;城市废旧电脑产生量为1<>06.11万台，全国那么为M2为仓库储存每台电子类产品的补贴;1 17<>0.8<>0万台17。lldi为分解再制造厂分解再生每台电子类产品的假设回收的电脑只有5%在二手市场出售，另外补贝占;959毛用于分解再制造。具体见表1。Mg为垃圾处理场处理每样废材料g的补贴。表125年珠江三角洲地区废旧电脑产生量预测4 珠江三角洲地区废旧电脑逆向物流2<>0<>02

22、 手GDP废旧电脑产统计点/(亿元)生量/(万台)的解决方案全国1<>05 172.3<>0 117<>0.81 珠江三角洲地区是国内最大的经济区域之一，广州市3<>0<>01. 69 33.42 电脑的人均拥有量远远高于全国的平均水平，在此2239.41 24.93 深圳市4<>06.27 4.52 区域设计废旧电脑逆向物流网络系统，对于经济的珠海市佛山市1 168.66 13.<>01 可持续开展是必要的。惠州市525.46 5.85 4.1 珠江三角洲地区废旧电脑逆向物流模型肇庆市443.88 4.94

23、假设垃圾处理点、二于材料市场在广州和深圳658.29 7.33 江门市都设有，二手电脑市场在广州设有，因此从仓库、分672.27 7.48 东莞市解再制造厂到最终处理点为同城市运输，运输费用415.53 中山市4.63 可以忽略。9531. 46 珠三角合计1<>06. 11 国内对于电脑回收还没有具体的补贴措施，因(资料来源:广东省各市统计年鉴)此在本文中暂时不考虑补贴费用。2)每台电脑中各种材料和分解产品的含量及价根据以上所述，目标函数可以简化为:格具体见表2和表3。max Income = i.Bg xLg + i.Bi xL+ i.Cg x i 表2主机中各材料含量及卖价或

24、处理费百分含量卖价或处理费Lg-&#<>039;i.CaxLa-主主TXXSx Dc, x几-ZIPEtsP×材料或产品/(元·t-1)/% D,p x凡-Z严×Cc-s辛.;:x S, -×4-ECC 7<>0.<>0<>0 +713 外壳硬盘5.<>0<>0 + 1419 Ac -ZICS×Xcs-ZICPX凡。15.<>0<>0 电源+713 在珠江三角洲九大城市都各设立一个回收站，-232 <>0.<>03 电

25、容器回收站的运营本钱和固定本钱折旧算入废旧电脑的集成电路板回收价格内。用于分解的废旧电脑和卖往二手市场4丁3i3 +t+ <>0.5<>0 铁的旧电脑使用不同的仓库存放。不考虑同城市间由l白f布+ 1. 5<>0 其它金属回收站到仓库或由仓库到再制造工厂之间的运输费2.75 非金属用，这一局部费用相对于将废品从一个城市运往另-232 5.22 废弃物一个城市要小很多。垃圾处理是属于政府环保部门59 曾敏刚，周明剑:废旧电脑的逆向物流优化模型与应用研究第6期目前在国外电脑回收已经有一定的开展，有正常运表3显示器中备材料含E及卖价或处理费营的回收站、仓库和分解再

26、制造厂，本文以台湾的年固定本钱和运营本钱参考6-7)。考虑到珠三角地区的劳动百分含量卖价或处理费材料或产品I(元·tl) 1% , 力价格要比台湾低，在其根底上进行相应调整作为珠三显示器玻璃角地区的年固定本钱和运营本钱，人民币和新台币的汇-232 28.35 Panel 率按照1:3.736计算。具体见表4。-3<>07 16.65 Funnel 5)回收电脑所需要的花费及二手电脑的出售价格+713 17 塑料参考现今的电脑市场，假设平均每台废旧电脑-232 <>0.<>02 电容器回收价为2<>0<>0元，每台尚可用的旧电

27、脑卖出价格为12 +473 铁1<>0<>0<>0元。+ 1419 3 铜6)运营处理能力+2847 2 铝参考国内外现有的电脑回收系统，每个仓库的集成电路板1. 26 +473 铁储存能力设计为3<>0<>0<>0<>0<>0 -6<>0<>0 <>0<>0<>0台电脑，每个分其它金属3.79 . +6167 解再制造工厂的处理能力设计为2<>0<>0<>0<>0<>0 -4&l

28、t;>0<>0 <>0<>0<>0 非金属6.95+357 台电脑。荧光粉<>0.<>01 -2374 4. 3 计算结果及分析其它(废弃物)8.98 -241 基于逆向物流众多不确定性，特别是因收数量3)运输费用的不确定性，本文将电脑回收率(即社会上废旧电脑珠江三角地区的一般产品运输费用约为1流人回收点的百分率)分别设置为3<>0%、5<>0%和万(t km) ，考虑到电脑的特殊性(易碎、形体特殊7<>0% ，对三种情况分别计算，应用数学规划软件Lin?>0? 等)，假设其

29、运输费用为3万(t km)。do计算得出的结果如表5所示。4)固定本钱和运营本钱表4仓库及再制造工厂的固定本钱和运营本钱估计仓库的固定本钱仓库的运营本钱再制造工厂的固定本钱再制造工厂的运营本钱地区I(元·年-1·工厂-1)I (元·年-1·台电脑-1)I (元·年-1·工厂-1) /(元·年-1台电脑)22<>0<>0<>0<>0<>0<>0新台币5<>0 -1<>0<>0新台币15<>0 -3<&g

30、t;0<>0新台币71<>0 <>0<>0<>0新台币台湾省114<>025人民币3538 -16人民币319<>0人民币24 -48人民币珠三角表5三种情况的模型收入与支出J(j 工程情况一情况二情况三回收率3<>0% 5<>0% 7<>0% 合计-469<>0968 -3114153 -1442<>043 总利润流入回收站的电脑数I(万台)31. 83 53.<>06 74.28 收入85426588 142377 646 199328

31、7<>05 材料卖出的收入6951<>0 <>088 11585<>0146 16219<>02<>05 二手整机卖出的收入159165<>0<>0 265275<>0<>0 371385<>0<>0 -9<>0117556 支出-1454918<>0<>0 -2<>0<>077<>0747 材料处理的花费-546<>0529 -91<>0<>0

32、882 -12741235 -6<>04827<>0<>0 废电脑回收的花费-1<>0<>0 8<>04 5<>0<>0 -141 1263<>0<>0 运输费用-358569 -756442 -1<>059<>019 固定本钱-729443<>0 -729443<>0 -729443<>0 -16521327 运营本钱-27535545 -38549763 6<>0 工业工程第9卷由计算结果说明:参考文

33、献: 1 Stock J R. Reverse logistics M. Oak Brook IL: Council of 1 )珠三角洲现在的物流网络比拟成熟，电脑的Logistics Management, 1992. 运输费用占整体模型花费局部的份额较少。珠三角2 Stock J R. Development and implementation of Reverse 1<>0-洲地区的地价和劳动力价格都远比国外低，固定成gistics programs M. Oak Brook IL: Council of logistics 本和运营本钱所占的费用并不突出。Managem

34、ent , 1998. 2)废旧电脑回收的花费占了最大的比重，在欧3 Rogers D S. Going backwards: Reverse logistics trends and 美等兴旺地区，由于处理电子废弃物不可回收局部practic臼M . Nevadareno: Reverse Logistics Executive 的本钱和处理旧电脑有害废弃物的花费，回收费是Council of Logistics Management, 1999. 由居民来支付的。而在我国，由于经济水平所限，环 4 Fleischmann M, Bloemhof.Ruwaard Jacqueline M,

35、Dekker 境保护意识还不够强，消费者不愿意出这局部费用，Rommer ,et al. Quantitative models for reverse logistics: a re?导致了回收电脑的本钱过高。6><#00aa00'>view 1. European Journal of Operational Research, 1997, 3)二手整机卖出的收入不容无视。珠江三角洲1<>03 (1) :1-17. 5 Fleischmann M, Krikke H H, Dekker R, et al. A characteri?地区的经济水平排在中

36、国的前列，电脑淘汰率也较sation of logistics networks for product recovery J . Omega, 经济开展水平较低的其它地区要快，因此应该使珠2<>0<>0<>0, 28 (6) :653-666. 江三角洲淘汰后还可继续使用的二手电脑流向经济 6 Shih Li -Hsing. Reverse logistics system planning for recycling 水平较低、有需要的地区去，可以有效地延长电脑使electrical appliances and computers in Taiwan

37、J . Re?用寿命。sources, Conservation and Hecycling,2<>0<>01 ,32(1) :55-72. 4)运营情景按照回收率由3<>0%逐渐升高至7 Hu Tung-Lai, Sheu Jiuh-Bii吨，HuangKua时也iung.A re?7<>0% ，但总利润均为负值。说明在没有政府补贴下verse logistics cost minimization model for the treatment of 进行的废旧电脑的逆向物流是亏损的，这是由于回hazardous wastesJ. Transportation Research Part E: Logis?收电脑过程中的运输费用、仓储费用、设厂的费用等tics a