（机械电子工程专业论文）废旧家电产品逆向物流网络规划的研究.pdf

摘要 近年来，大量增加的废旧家电产品对环境造成了严重的影响，公众和政府越 来越重视废旧产品的回收问题。家电产品逆向物流网络是产品回收的载体，而我 国现有的废旧家电产品回收体系存在着许多不完善的地方，亟待建立赢效的逆向 物流系统网络。本文首先介绍了我国废旧家电的回收现状，从共用设施的选址、 运输路径的整合以及分销渠道相整合等方面对家电产品正向物流和逆向物流系 统网络的整合进行了系统的分析。 在此基础上，建立了混合整数线性规划( m i xi n t e g e rl i n e a rp r o g r a m m i n g ， m i l p ) 模型对集成物流系统网络的设施选址进行决策，利用基于车辆剩余装载 能力和运输距离的插入准则对具有多库存点和同时派送收集的车辆路线规划问 题( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e mw i t hs i m u l t a n e o u sd e l i v e r ya n dp i c k u d ，v r p s p d ) 进行了研究。并以安徽省某冰箱公司为例，运用上述模型对该公司在安徽的集成 冰箱物流系统网络进行了规划。 关键词：物流网络；逆向物流；混合整数线性规划( m i l p ) ： 同时派送收集的车辆路线规划问题( v r p s p d ) a b s t r a e t t h eg r o w i n gw a s t eh o u s e h o l da p p l i a n c e sh a sc a u s e ds e r i o u sp r o b l e mt ot h e e n v i r o n m e n tr e c e n t l y ，a n dt h er e c o v e r yo ft h e s ep r o d u c t si sr e c e i v i n gm u c hm o r e a t t e n t i o nd u et ot h eg r o w i n ge n v i r o n m e n t a lc o n c e r na n dt h eg o v e r n m e n t a lr e g u l a t i o n s t h er e v e r s el o g i s t i c ss y s t e mi st h ec a r r i e rf o rr e c o v e r i n gt h ew a s t ep r o d u c t s ，b u tt h e r e i sm u c hd e f i c i e n c yi nt h ec u r r e n tr e c o v e r ys y s t e m ，a n dt h ee f f i c i e n ts y s t e mi su r g e n t t os e t u p - i n t h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ec u r r e n ts t a t u so ft h er e c o v e r yf o rw a s t eh o u s e h o l d a p p l i a n c e si s i n t r o d u c e da tf i r s t a n dt h e nt h el o g i s t i c ss y s t e mt h a ti n c l u d e st h e a s p e c t so ff a c i l i t i e ss e l e c t i n g ，c o m b i n e dv e h i c l er o u t i n g ，d i s t r i b u t i o na n ds oo ni s a n a l y z e d b a s e do nt h es t a t e m e n t sm e n t i o n e da b o v e ，am i l p ( m i xi n t e g e rl i n e a r p r o g r a m m i n g ) m o d e li sg i v e nt oo p t i m i z et h el o g i s t i c ss y s t e m , a n dt h el o c a t i o n so f v a r i o u sf a c i l i t i e sa r ed e c i d e d t h e na l li n s e r t i o nc r i t e r i o nb a s e do nt r a v e l i n gd i s t a n c e a n dr e s i d u a lc a p a c i t yi s d e v e l o p e dt od e t e r m i n et h em u l t i d e p o ta n dv r p s p d ( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e mw i t hs i m u l t a n e o u sd e l i v e r ya n dp i c k u p ) v e h i c l er o u t e p r o b l e m f i n a l l y ，a ne x a m p l et h a tc o n s i d e r st h el o g i s t i c ss y s t e mo far e f r i g e r a t o rc o m p a n y i na n h u ip r o v i n c ei st a k e nt od e m o n s t r a t et h em o d e lp r e s e n t e di nt h ed i s s e r t a t i o n k e y w o r d s ：l o g i s t i c sn e t w o r k ；r e v e r s el o g i s t i c s ；m i l p ；v r p s p d 图表清单 图2 一l 物流网络的规划步骤一 图3 一l 重心法中的坐标图。，一 图32 物流网络的结构示意图 图33 ll n 9 0 8 0 主界面图，+ 图4 一l 先派送再收集的车辆路线规划问题， 图4 2 同时派送和收集的车辆路线规划问题 图4 3 基于“基客户1 ”的线路 图4 4 客户2 插入在中心库存点之后的线路 图4 5 客户2 插入在“基客户l ”之后的线路 图j 一1安徽省铁路图， 图52 安徽省公路图， 图j 一3以合肥为中心的运输线路 图5 4以蚌埠为中心的运输线路 图5 5以阜阳为中心的运输线路 图56 以安庆为中心的运输线路。， 表2 一l 物流系统计划的类型， 表4 一l 各种运输方式的比较 ， 表4 2 各客户点及库存点之间的距离 表5l 各城市之间的公路距离 表5 2 政府对废旧家用电器的补贴 表5 3 电冰箱的材料组成， 表5 4 材料的售价 表5 5 该公司的冰箱在各个地区每年的销售量， 表5 - 6 城市与编号， 表5 70 一l 变量的最优解， ， 表5 8该公司的冰箱在相关地区每月的销售量和回收量 l三加拢州明纠粥北舵粥伯柏h弛”们幅屿伯拍” 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一r 进行的研究上作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得佥目b 些去堂或其他教育机构的学位或证 s 而使用过的材 料。与我一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谢 意。 学侮论文作者签字：碴臣影毓字日 f i ：“年斗月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒月b 王些= 苤堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有笑部或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被奁阅或借阅。本人授权台 胆：些厶堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权二b ) 学位论文作者魏缒医浦 签字日期：知“年4 ，月纱。日 学位论文作者毕业后去向 上作单谴： 通讯地址： 僦名：武孵 导师签名：玉函牦￥ 签字日期：口舌年年月龇 电话 邮编 致谢 感谢尊敬的导师刘志峰教授! 无论在工作、学习上，还是在生活上，导师均 给予了我悉心照顾和精心指导。 先生那严谨的治学作风，立足前沿的学术目光，渊博的知识，开阔的视野， 敏锐的洞察力，求实创新的工作作风，勤奋的工作态度以及正直的为人之道为我 树立了学习的榜样，时时引导和鞭策着我去努力学习，并激励我勇往直6 n 。对于 先生的教诲，学生一生不敢忘记。从本人入学到论文的完成，导师为我营造了良 好的学习环境和研究氛围，我所取得的每一点成绩和每一次进步，无不凝聚着先 生大量的心血，在此成文之际，谨再一次向先生致以最崇高的敬意和衷心的感谢。 感谢宋守许副教授! 宋老师在生活和学习上都给予了我精心的指导和关怀。 本文的完成也得益于宋老师的指导和帮助，在此表示衷心的感谢。 感谢刘光复教授、桂贵生教授、林巨广研究员、朱华炳副教授、王淑旺副教 授、张雷老师等机电教研室的老师们，感谢他们给予我的指导和大力支持。 感谢安徽省环境科学研究所的单平主任、殷福才高级工程! l i f j 、台肥美菱股份 公司的自连社主任，在本人论文研究过程中提供了难得的学习机会和帮助j 感谢机电教研室的黄海鸿、郭伟祥、戚赞徽、潘君齐等博士生和吕义、周后 贵、王贤虎、陈言东、刘红等硕士生对本人学习和研究工作的帮助。 感澍所有关心和帮助过我的人们! 作者：熊巨涛 2 0 0 6 年4 月5 日 第一章绪论 1 1 课题提出的背景 1 1 1 家电产品对环境的影响 随着科学技术日新月异的发展、人们生活水平的提高以及消费者个性化消 费要求的增强，各式各样的家电产品层出不穷，产品的寿命周期越来越短，大 量产品因为功能失效或精神报废而被迅速淘汰，废旧产品的数量正在以惊人的 速度增加。家电产品量大面广，废弃情况也十分严重。据统计，德国每年要产 生电子垃圾1 8 0 万吨，法国1 5 0 万吨，整个欧洲约6 0 0 万吨，美国每年有1 0 0 万吨的电子垃圾；目前我国电冰箱的社会保有量约为1 1 亿台，洗衣机1 5 亿 台，电视机3 2 亿台：根据社会保有量测掣“，今后进入更新期的家电产品为： 电冰箱平均每年4 0 0 万台、洗衣机每年5 0 0 万台、电视机每年5 0 0 万台以上， 从2 0 0 3 年开始已进入大批量更新时期。大量废旧家电产品的产生给生态环境 带来了沉重的负担。 大量废旧家电产品的存在对环境造成了严重的威胁，影响着人类的生存环 境和质量。电子电气产品是由金属、塑料和化工等多种材料组成的综合性工业 产品，其报废后应归属于有毒、易爆和易泄漏的危险废物范畴。废旧家电被弃 置后不经处理，而同城市垃圾混为一体直接填埋或焚烧，会对大气、土壤和水 体造成严重的污染。因此，从环境保护的角度，必须合理的利用和处理废旧家 电产品，以防止其对环境及人类造成危害。 然而废旧家电产品却又是一笔不可忽视的宝贵资源，大量废旧家电产品的 存在造成了资源的极大浪费。在废旧家电产品中含有大量可回收的有色金属、 黑色金属、塑料、玻璃以及些仍有使用价值的零部件等，如电视机，其中玻 璃占5 3 ，铁、铜、铝共计占1 6 ，有价物比例为6 9 ；电冰箱和洗衣机的材 料构成相似，铁、铜、铝合计的有价物比例都比较高，电冰箱为5 4 ，洗衣机 为5 8 1 空调器中铜和铝的比例还要高一些【2 1 。因此，对废旧家电产品进行回 收，可以使其中的零部件与材料得到更有效的再利用。从而节约大量的资源、 能源，降低产品的成本，提高产品的市场竞争力。 根据我国的国情，开展高效率、高效益的废旧产品回收具有重要的现实意 义。国内近几年对废旧产品的回收也非常关注，原国务院副总理李岚清曾多次 批示要建立适合我国国情的现代化的废旧产品回收再利用体系，国家环境保护 总局、国家发展与改革委员会、信息产业部等也正在加紧有关政策、法规等的 制定。中国工程院院长徐匡迪2 0 0 4 年1 1 月3 日在2 0 0 4 年世界工程师大会上 指出，中国在2 l 世纪实现新型工业化和可持续发展将更加依靠工程科技的进 步，而不应以大量消耗资源、能源和污染环境为代价。工程科学的基础要从2 0 世纪单纯追求规模、效益的模式转向建设4 r ( r e d u c r 减量化，r e u s e 一再利 用，r e c y c l e 一再循环和r e m a n u f a c 呲口一再制造) 的循环经济的方向，大力推 进4 r 将是新世纪工程科技的发展方向【3 1 。 1 1 2 有关废旧家电产品回收的法律法规 随着全球各类资源和能源变得越来越紧缺，已使用过产品及材料的再生恢 复能力逐步成为了满足急速增长的消费市场需求的关键力量。同时，各工业化 国家纷纷制定出减少浪费的政策及举措，促使材料的循环使用以逐步取代原来 的“一次使用”的经济观，并出台了一系列产品回收、循环利用和产品废弃处 置方面的法规。9 0 年代初。德国首先引入了“生产企业必须对其产品生命周期 负责”的思想。许多国家开始制订使用后产品回收的具体法规。这些法规包括 使用后产品的收集、运输、回收和处置，具体的实旌办法包括法律、关税、税 收、合同、津贴等h 。 1 9 9 9 年1 月1 日，荷兰政府规定白色电器和黑色电器的制造商和进口商必 须回收和重新利用使用后的产品1 4 j 。 1 9 9 4 年9 月，欧盟规定其成员国有权拒绝接受其他成员国无法循环利用的 废弃物。1 9 9 8 年1 月，欧盟禁止其成员国将无法循环的废弃物出口到非o e c d 国梨4 1 。 1 9 9 2 年起，美国环境保护局( e p a ) 禁止企业将显像管( 主要用于电脑显 示器中) 进行填埋处理，以防止其中的铅、磷、镉及汞等有毒物质的泄漏【4 1 。 欧盔经过近l o 年的讨论磋商，于2 0 0 3 年2 月1 3 日正式颁布了“关于报 废电子电器设备指令( w e e e ) ”及“关于在电子电器设备中限制使用某些有 害物质指令( r o h s ) ”两指令。欧盟希望通过制定w e e e 及r o l l s 这两个环保 法规来减少报废电子电器产品对生态环境的污染，保障电子电器工业的可持续 发展。w e e e 指令规定生产商要全部承担1 0 大类电子产品( 包括冰箱、电视 机、洗衣枧等家用电器) 报废后的收集责任。并规定了各种电子产品的回收率 和再利用率，其中冰箱、电视机等大型家用电器的回收率要达到平均重量的 8 0 上，组件、材料和物质再利用及其再循环率要达到每件产品平均重量的 7 5 以上 5 一。 日本已于2 0 0 1 年4 月1 日正式实施了家用电器回收利用法，该法主导 着家用电器( 空调、电视、电冰箱和电动洗衣机) 的再循环，目的是保护人们 居住的环境并促进经济健康发展。并规定家用电器制造商和进口商对电冰箱、 电视机、洗衣机、房间空调器这4 种家用电器有回收的义务和实施再商品化的 义务，必须按一定比例从这些废旧家电中回收有用的资源，再次制成产品出售。 其中电冰箱、洗衣机的再商品化率均为5 0 以上，阴极射线管电视机为5 5 以 上，房间空调器为6 0 以上睇j 。 我国目前也颁布了相应的法律法规，如信息产业部颁布的 ( 征求意见稿) ，该办法的目的在于从源头加强电子信 息产品的污染防治管理，减少电子信息产品废弃后对环境造成的污染和其他公 害，并提高资源利用效率。国家发改委联合相关部委已出台了废旧家用电器 及电子产品回收利用管理办法征求意见稿，确定回收产品以电冰箱、洗衣机、 电视机、空调器和电脑等家用电器为主，另外包括一些与生活相关的小型家用 电器，并规定了相关的回收利用率【3 j 。 这些政策和法规刺激了企业对使用后产品的回收和相应的企业逆向物流 系统的建立。在发达国家，家电产品使用后的回收和循环利用无论在规模和范 围上都有了巨大的发展，从而节约了大量的资源、能源，企业也从中取得了巨 大的经济、社会、环保效益。 因此，为了保护环境，节约资源，建立资源循环型的可持续发展社会，必 须合理的处理废旧家电产品，这已经成为全世界范围的共识和共同关注的议 题。 1 1 3 我国废旧家电产品回收现状 目前我国的电子产品回收行业还处于起步阶段，与发达国家相比还存在很 大的差距。只有为数不多的企业是专门以此为业的。从业者有两大类：一类主 要扶事收集和交易流通工作，另一类主要进行加工处理。从经营的规模和单位 性质上可以分为以下几类：传统综合性经营的回收企业，新兴综合性经营回收 企业，个体民营回收企业以及专门从事电子产品回收的企业。目前中国的电子 产品回收企业还面临着以下几个主要问题【7 】： ( 1 ) 大多数回收企业的规模较小，大部分回收企业缺少长期稳定的废旧 电子产品来源，回收业务缺乏专业性。市场不够规范，缺少相应的法规来约柬， 缺乏政府扶植，回收企业的回收工艺和回收技术还相当落后，目前的回收方式 对环境存在着威胁。这些企业各自为政，相互之间缺乏有机的合作，也造成社 会资源的极大浪费。 ( 2 ) 废旧家电的回收尚处在概念和定性讨论阶段，缺乏系统的回收理论 与方法来规划、指导回收过程，致使回收一直徘徊在低水平、低效率、低效益 的状态。 ( 3 ) 废旧家电产品的回收、再用、再生和循环利用缺乏政府有效的指导， 规模化低。特别是没有针对我国废旧家电产品数量、分布及来源，制定有效回 收措施，组建规模化的回收工厂网络，实施废旧家电产品高效回收。 ( 4 ) 回收体系不健全。主要表现在没有完善的法律法规既能让消费者将 废旧电子产品送入回收渠道，又能使回收企业对返回的废旧家电进行环境无害 化处理。 ( 5 ) 废旧家电产品的再生利用层次低，缺乏先进的工艺技术支撑，在开 发先进回收工艺设备上投入力度不够。 ( 6 ) 现在的回收网络存在着严重的问题。现在的废旧电子产品处理主要 由一些回收企业承担，而作为废旧电子产品回收利用的最大受益者电子产品制 造商仅仅是逆向物流链上的一环，并没有成为回收处理的中心环节。 本文正是在上述背景下，为了高效地回收废旧家电产品，将家电产品的正 向物流和逆向物流网络进行系统分析，对废旧家电产品的逆向物流网络进行优 化设计。 1 2 正向物流和逆向物流网络的研究 人们通常所说的物流是指正向物流( f o r w a r dl o g i s t i e s ) ，美国物流管理委员 会( c l m ) 将其定义为：正向物流是为满足消费者需求，对原材料、再制品库存、 成品及相关信息从生产地到消费地的有效率和有效益的流动进行计划、管理和 控制的过程【8 j 。 9 0 年代初，美国物流管理委员会( c l m ，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 l 参照正向物流的定义，发布了关于逆向物流的定义【8 】：“逆向物流是指在循环 利用、废弃物处置和危险物质管理方面的物流作用，它广义上包括废弃物的源 头嗣减、循环利用、替代利用及重新利用与处置等各方面与物流相关的一切活 动。” 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， 带来大量消费，又会产生大量的废旧产品和物质。物流( 包括逆向物流和正向 物流) 运作的效率直接依赖和受限于物流系统的网络结构，因而必须设计合理 的物流网络，即确定产品从生产制造商到消费者，经过消费后再到生产制造商 的整个流通渠道的结构，包括各种物流网络设施的类型、数量和位置，以及废 旧产品在设施之间的运输方式与运输路线的规划等。 1 2 ，1 正向物流网络的研究 物流网络的概念在国内外的相关学术论著中有所提及，不同的论著都是从 不同的侧面来对物流网络的内涵进行界定。如同济大学的朱道立教授p 】在物 流和供应链管理一书中将物流网络定义概括为：物流网络指产品从供应地向 销售地移动的流通渠道a 这主要是从微观的企业角度对物流网络的概念进行了 分析；王之泰 1 0 l 教授在现代物流管理一书中提出：线路和结点相互关系、 相互配置以及其结构、组成、联系方式不同，形成了不同的物流网络，这主要 是从实体的线路和结点这两个基本因素来解释物流网络的内涵；清华大学缪立 新教授提出：物流网络是指实现物流系统各项功能要素之间所形成的网络，包 括物理层面上的网络和信息网络，这主要是从网络角度对现代物流定义的进一 步阐述。 我国国标物流术语is l | 中将“物流网络”定义为“物流过程中相互联系 的组织与设施的集合( g b t 1 8 3 5 4 - - 2 0 0 1 ) ”，这是一个概括性的定义，没有对 物流网络内涵进行更为深入的解释。该定义基本说清了物流网络中所包含的主 要要素，但没有包括作为物流网络运转支撑作用的信息网络。随着电子信息技 术的迅猛发展，以及物流理论研究不断深入和物流实践的快速发展，该定义急 需要修订。 徐杰、鞠颂东等【1 2 1 认为物流网络是适应物流系统化和社会化的要求发展起 来的，是由物流组织网络、物流基础设施网络和物流信息网络三者有机结合而 形成的物流服务网络体系的总称。物流网络具有服务性、开放性、外部效应和 信息主导性等基本特征。并从实体角度、信息技术角度、经济角度对网络的内 涵作了研究和界定。认为物流组织网络是物流网络运行的组织保障：物流基础 设施网络是物流网络高效运作的前提和条件；物流信息网络是物流网络运行的 重要技术支撑，这三个子网络各有其丰富的内涵。 d r e z n e r 【”】等在1 9 9 3 年引入了u n c a p a c i t a t e df a c i l i t yl o e a t i o n n e t w o r k d e s i g n p r o b l e m ( u f l n d p ) 的概念，他认为设施是一些网点，网络由节点和 连接节点的连线( 可能是潜在的) 组成。一般来说，把设施选址网络设计问题综 合起来考虑对于某些情形下的优化建模是有用的，特别是存在诸如设施固定成 本、网络设计成本、运作成本等这些成本之间相互背反的情况下。 从2 0 世纪九十年代以来，供应链和供应链管理的概念逐步兴起。供应链 围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制。物流是供应链运作的一 部分，随着信息技术的发展与管理思维的创新，有效的供应链管理和现代物流 正取丽代之成为公司赢得竞争优势的重要源泉。以前的竞争是企业与企业之间 的竞争，以后的竞争将是供应链与供应链之间的竞争。 在这种背景下，物流出现了一种所谓的网络化倾向，这种物流网络化的发 展趋势认为，物流网络也包括不同企业之间以物流服务为内容而建立起来的合 作关系。 现有文献对正向物流网络、供应链作了较为深入的研究，并形成了比较成 熟的理论体系。而对逆向物流及其网络结构所作的研究较少，所以本文重点对 逆向物流及其网络结构进行论述。 1 2 2 逆向物流网络的研究 逆向物流是一个新兴的研究领域，定量分析还较少。目前关注的焦点是解 决逆向物流网络的设计问题，包括建立反映逆向物流网络特征的数学模型以及 开发快速有效的算法。国内外对逆向物流网络的研究主要是进行定性分析和定 量分析。 1 国外的研究现状 ( 1 ) 有关逆向物流网络的定性研究 国外对产品逆向物流及其网络作了大量的定性研究。g u i l t i n a n 和 n w o k o y e 1 4 先对逆向物流网络结构进行定性分析，从成本的角度讨论了结构特 征和设计原则。由于当时的社会认识局限性，没有从产品的生命周期来分析， 忽视了可持续发展等问题。随着人们环保意识的增强，对逆向物流系统结构有 了进一步认识，许多学者从环保、绿色经营、绩效、物流渠道、企业战略等不 同角度研究了逆向物流系统的结构特征和设计原则，为建立有效的逆向物流系 统结构提供了正确的指导。 f 1 e i s c h m a n nm 、h a n sr o n a l dk r i k k e 等i i s , 1 6 1 归纳了逆向物流网络系统基本 特征：高度复杂性，目标的复杂多样性，具有天生的供需失衡本性，产品的逆 向韧流系统具有“从多到少”的特性。 f l e i s e h m a n nm 【l6 】分析了逆向物流系统的功能：收集、检测和分类、再处 理、废弃处置、再分销等；并提出了逆向物流系统的设计原则。 h a r o l dk r i k l d e 等【1 7 】于2 0 0 1 年在总结传统物流系统设计原理的基础上，根 据逆向物流的特点从经济、环保、物流渠道等角度提出了闳环型逆向物流系统 结构的设计原则，包括供应商选择标准、对产品生命周期的分析、行业管理标 准、以及考虑产品质量、回收率、环保和可持续发展等方面。 ( 2 ) 有关逆向物流网络的定量研究 国外除了以上对产品逆向物流及其网络所作的定性研究外，还作了大量的 定量研究。由于逆向物流网络结构的复杂性，针对某一类具体产品进行个案研 究的文献相对较多，也取得了较好成果。f 1 e i s c h r n a n n 1 6 1 等在2 0 0 1 年到2 0 0 2 年期间针对i b m 公司产品的特点，研究了从其使用过的产品中回收可再利用 零部件的网络结构，以及回收行为对企业经济效益的影响。研究结果表明f 1 8 】， 电子产品的回收再利用给该行业带来了巨大的潜在效益，这些结果促使i b m 公司调整其营销计划：在北美、欧洲和亚洲中无偿或有偿地回收使用过的产品 并大力推行租赁服务，到目前为止，租赁业务已占其硬件销售量的3 5 。 目前，进行逆向物流系统结构研究的产品类型有：日常生活用品、耐用品、 电子产品、纺织品、工业副产品或废弃物、建筑废弃物等【n 2 4 1 。但多数研究为 个案研究，并且仅限于独立的逆向物流系统，而未将逆向物流系统与传统的正 向物流系统有机整合在一起，更未形成完整的理论体系。此外，受逆向物流的 不确定性和信息制约等因素的困扰，文献大多仅限于对问题的静态、单一运作 周期情况的考虑，并且研究重点基本都集中在系统的组织结构( 如成员的功能、 成员选择和选址定位，而对系统的信息结构( 包括信息的类型和特征、信息集 成和信息共享策略) 和决策结构( 包括决策枫制、契约合同的订立、决策权力 的调配以及利润的分配) 则鲜有研究。 j a y a r a m a 2 1j 等在1 9 9 9 年研究分析了美国电子设备再制造公司的物流网络 结构，根据对旧产品( 或核心部件) 的收集、再制造和再制造产品的分销等处理 流程，考虑投资、运输、处理、存贮等成本因素，并在假设消费者对再制造产 品的需求与其对旧产品的处理无关等条件下，建立了一个确定仓储容量和位置 的m i l p 模型，以确定网络结构中最优的机构设置数量和设置地点。 k r i k k ehr 等【l7 】于1 9 9 9 年针对耐用消费品( 如复印机等) 提出了一个构建 多级回收网络的混合整数线性规j i i ( m i l p ) 模型。他们重点研究了荷兰某一复印 机制造商对某一型号复印机建立一套再制造运作程序( 分解、修理更换和再组 装】的情况。在再制造过程中，对拆卸分解下来的零件进行检测。剔除已坏或 无用的后便得到可再利用零件，假设其数量达到某一固定水平，从运作成本最 小的角度在设定的方案中选择出最优的设置地点。 由于再生、再制造处理过程往往需要多种设施，故所建立的模型通常是多 级的混合整数线性规划( m i l p ) 模型【2 5 , 2 6 ，目标函数大多是从产品运行周期的角 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。 由于逆向物流在时间、数量、质量上都具有高度的不确定性，从而建立的 生产一回收模型中包括有大量描述供应、分销、逆向物流动态变化的参数，模 型往往难于用解析方法求解，而需要借助计算机进行仿真模拟。 b e r n de h i r s c h ，t h o r s t c nk u l f l m a n n ，j e n ss c h t m m c h e r 等1 在1 9 9 8 年讨论 了l o c o m o t i v e 仿真工具在设计具有生命周期特点产品的循环再生网络结 构中的应用，利用l o c o m o t i v e 仿真工具不但能确定最佳的物流网络结构而 且还能计算物流运作对生态环境的影响。此外，由于操作的便利性，该仿真工 具正逐渐被用于中高层管理中，以便让管理者从战略决策的层次寻求合适的物 流方案。 f l e i s c h m a n nm 1 1 4 1 于2 0 0 2 年针对i b m 公司产品的特点，从库存控制的角 度设计了一个包括旧机器回收、拆卸、检测、新零件外购、次品零件修理等结 点的网络结构仿真模型，该模型进行三种决策：拆卸得到的旧零件是否利用、 i t 零件检测数量的控制、新零件外购或次品零件修理数量的调整。通过各种成 本参数设置，利用该仿真模型确定了各个网络结点的最优库存量，为各种生产 计划方案提供了一个评价基础。 另外，一些学者通过简化、假设的手段，用建立优化模型的方法定量研究 分析了某些情形下回收网络结构的优化设计，模型研究的重点基本上都集中在 网络组成成员的数量确定和选址定位上。 从产品需求和物品回收是确定性还是随机性的情形来划分，优化模型可相 应分为确定型的选址定位模型和随机型的选址定位模型 2 剐。 2 国内的研究现状 国内目前的相关研究工作主要是对逆向物流网络作了定性研究，对国外的 研究作了综合分析。 夏绪辉、刘飞等口9 】从供应链管理理论的角度阐述了基于供应链与逆向供应 链管理的企业集成，介绍了产品逆向物流网络的设计原则。 马祖军，代颖等 3 0 , 3 1 1 研究了逆向物流系统的功能：收集、检测、再加工、 分销、废弃处理等。 达庆利、黄祖庆【3 2 等对物流网络结构形式进行分析，认为物流网络结构可 分为开环型网络结构和闭环型网络结构两种。开环型结构指回收的物品不回到 初始的生产商而用于其他企业( 第三方逆向物流) 的情况；闭环型结构指回收 的产品或包装材料回到初始的生产商的情况，利用传统物流渠道中的现有企业 成员，在原有网络上或通过专业物流服务商来构建逆向物流系统。特别地，当 产品或其核心部件涉及企业的保密技术时，为防止其它企业仿冒产品、保持企 业自身的垄断地位，此时，企业往往构建闭环型的网络系统来回收再利用废旧 产品。 马祖军，代颖等【3 0 】根据废旧产品的种类及其回收处理方式的不同，将逆向 物流网络的类型和结构分为4 种：再使用逆向物流网络、再制造逆向物流网络、 再循环逆向物流网络和商业退回逆向物流网络等。 在传统的物流系统构建中，需要确定仓库位置和仓储容量，这就形成选址 定位问题，通常建立混合整数线性规戈l j ( m i xi n t e g e rl i n e a rp r o g r a m m i n g ，m i l p l 模型来求解，模型相对较为简单，亦容易求解。而逆向物流系统中的回收物品 多数需要经过检测、分级、修复等运作工序，因而需要确定相应处理设备的安 装地点及处理能力，这导致逆向物流系统的选址定位比传统的选址定位问题更 为复杂，所建立的模型也更难求解，常常只能用数值计算的方法得到数值解。 再制造物流是逆向物流的一种重要组成形式。夏守长等【3 习分析了再制造物 流网络的研究现状及发展趋势； 马祖军等1 3 训考虑再制造物流系统中废旧产品回收量和产品需求量的不确 定性，提出了一种单产品、单周期、有能力限制的再制造物流网络稳健优化设 计模型。以用来确定再制造物流网络中各种网络设施的数量和位置，并在由此 构成的各条物流路径上合理分配物流量。 顾巧论、陈秋双口5 , 3 6 等分析了再制造制造集成系统的信息网络结构，主要 包括i n t e m e t 层、i n t r a n e t 和e x t r a n e t 层信息网络三个层次。解释了各个层次的 涵义及其应用，阐述了信息网络的作用，并综合考虑了政府、社会、企业的相 互作用关系。 目前国内对逆向物流网络的研究，大多集中在理论研究阶段，且为定性研 究。由于我国具体国情的限制，企业的实际应用还很少。 1 3 逆向物流网络研究的重要性 随着经济的不断发展和家电产品的不断普及应用，废旧家电产品的回收与 再利用已经成为一个必须面对的严峻问题。有效的回收与再利用可以实现组成 材料的回收，节约资源和能源，降低生产成本，同时大大降低废弃物的排放量， 减轻对环境的压力，对我国乃至整个世界的可持续发展具有重要的积极作用。 在对废旧家电产品进行回收处理的过程中会产生从消费者到生产者的物 流活动，对废旧产品进行回收处理需要适当的基础设施，从而构成了逆向物流 网络。家电产品逆向物流的运作效率直接依赖和受限于逆向物流网络结构，在 废旧家电产品的逆向物流中，确定逆向物流网络的结构是极其重要的工作，因 为它是形成系统的第一步，并且系统结构对其运作绩效起着决定性作用，因而 必须合理设计家电产品的逆向物流网络，确定废旧家电产品整个流通渠道的结 构，包括各种逆向物流设旌的类型、数量和位置，以及废旧产品在设施之间的 运输方式等。然而确定逆向物流系统结构又是一项十分复杂的任务，这是由于 逆向物流网络自身具有的特性所决定的。当前，有关逆向物流系统结构的研究 还刚刚起步，公开发表的文献很少，尤其是国内学者的研究成果还鲜有报导。 家电产品在现代社会中量大面广，家电产品逆向物流参与者中，包括家电 产品材料供应商、家电产品制造商、分销商、运输商、零售商、维修服务商和 回收处理商以及再分销市场用户等。在整个家电产品的正向物流和逆向物流网 络中，应该系统、综合地考虑资源环境特性，使家电产品整个生命周期的资源 利用率最高、对环境的影响最小。 在我国，由于地区经济发展不平衡，同时现有的废旧家电产品回收渠道存 在着许多不完善的地方，缺乏完善的家电产品逆向物流网络，使得建立完善的 废旧家电产品物流网络显得尤为重要。 1 4 本文结构 本论文的内容主要分为如下六个部分： 第一章为绪论部分。介绍了家电产品对环境的影响和我国目前废旧家电的 回收现状，并对正向物流和逆向物流网络的研究现状进行了综述分析，阐述了 建立逆向物流网络的重要性。 第二章从物流系统设计的战略、战术的层面上对废旧家电产品的逆向物流 网络系统的网络布局和运输系统进行了设计分析。 第三章建立了混合整数线性规划模型对物流网络的设旌选址进行决策，在 相关的约束条件下确定物流网络中各种设施的位置和数量。 第四章在确定物流网络中各个设施位置和数量的基础上，对废旧家电产品 的逆向物流网络的运输系统进行了分析。利用基于车辆剩余装载能力和运输距 离的插入准则对具有多库存点和v r p s p d 问题的运输路径规划进行了建模分析， 从而确定了最优的运输路线和运输序列， 第五章以安徽省某冰箱公司为例，运用上述模型对冰箱物流网络进行了建 模分析。 第六章主要对论文的研究内容作了总结，并结合目前的研究现状对相关研 究方向作了展望。 第二章废旧家电产品逆向物流网络规划 物流的运作效率直接依赖和受限于物流网络结构，因而必须规划合理的物 流网络，确定产品和物质流通渠道的结构，以提高物流的运作效率，降低物流 运作成本。物流网络规划在物流系统计划中占有非常重要的位置。物流系统计 划可分为如下几种类型。7 3 ： 表2 - 1 ：物流系统计划的类型 类型内容 备注 战略计划决定总体目标与所需资源 制定总体策略 战术计划细化战略目标，使之能成为行动计划 较长期 操作计划确保特定的任务，由日常操作来完成的过程 短期 应急计划对紧急情况的反应意外情况的处理 其中物流网络规划属于物流系统的战略层规划，包括物流网络设施的选址 和设施分派设计等；战术层设计包括网络结点设计和运输系统设计；作业层设 计包括物流设备、器具的设计以及运输工具、搬运工具的设计。 居于战略层次的物流网络设计是物流系统设计的首要内容，是其它方面设 计内容的前提，对整个物流系统设计起到至关重要的作用，其它层次的设计是 战略层次设计不同程度的具体实现。物流网络规划在整个物流系统计划中处于 战略计划的位置，有时人们也称之为战略性物流网络计划，它的目标就是找到 运送和接收产品最经济的途径并同时维持或提高客户服务的质量，即达到利润 最大化和服务最优化。 2 1 物流网络的规划理论与方法 物流网络的规划研究作为物流系统设计的重要内容之一，到目前为止已经 形成了较为系统的和丰富的成果，相关的研究内容为： 1 物流网络设施选址的研究 物流网络设施选址问题也就是网点布局问题，规划设计者根据市场和原材 料的地理位置，决定工厂或物流中心等物流网络设施的地理位置，从而使得原 料或产品在整个供应链中流动的总成本最低。所研究的网点布局问题主要是一 元网点布局和多元网点布局问题。 其中一元网点布局问题主要采用几何算法和解析方法来求解。几何算法比 较适合求解单元选址决策问题。解析方法采用连续模型，如重心法和微分法。 重心法计算简单，但所得结果往往缺乏实际意义，故只能作为参考。微分法是 利用重心法的结果作为初始解，并利用迭代法获得精确解。该法迭代次数较多， 工作量较大，计算成本较高，且其精确解缺乏实际意义，可靠性差。 多元物流网点布局i a - 1 题分为多元单品种的网点布局和多元多品种的网点 布局问题。多元单品种的网点布局问题常采用离散模型来求解，多元多品种的 网点布局问题可利用“0 - 1 ”混合整数规划模型来描述求解啪1 。 2 设施选址分派的研究 设施选址分派问题( l o c a t i o na l l o c a t i o np r o b l e m s ，l a p ) ，l a p 是物 流网络系统设计的基本内容。选取恰当的设施数目、位置并进行合理分派，可 以优化供应链物流网络系统结构、降低供应链的物流成本，提高供应链的能力、 水平、速度，加快对客户需求的响应速度，提高服务质量，增强客户对物流环 节的满意度，降低服务商运作成本。 目前关于l a p 算法常采用离散模型，运用混合整数规划法、启发式算法、仿 真算法来求解。”1 。 从研究方法来看，主要采用非线性规划方法、混合整数规划模型、模糊机 会约束规划模型、区间规划模型等对问题加以描述并求解。 从目前的设施( 如工厂、物流中心等) 布置的研究内容和范围来看，单阶段 和二阶段问题是目前的主要研究领域。主要是单设施位置问题即选址问题和多 设施l a p ，包括对设施数目、位置以及设施分派等的确定。 2 2 物流网络规划的基本原则 物流网络的规划应同时遵守适应性原则、协调性原则、经济性原则和战略 性原则“1 ，具体内容如下所示： 1 适应性原则 物流网络的规划必须与国民经济和社会发展相适应，与国家、省市以及地 区的经济发展方针、政策相适应，与物流资源分布和需求分布相适应。 2 协调性原则 物流网络的规划应将国家、省市的物流网络作为一个大系统来考虑，使物 流设施与分布地域、物流作业生产力、技术水平等方面互相协调。建立的物流 网络要符合家电行业生产、销售、回收等业务流程的要求，从而能够提高物流 系统的反应速度。 3 经济性原则 在对物流网络进行规划的过程中，应考虑其经济性。物流网络的规划费用 包括相关物流设施的建设费用、运营费用以及整个运输系统的运行费用。物流 网络的规划应以追求总成本最低作为其经济性原则，本着经济、高效的原则， 充分利用现有资源，提高整个物流网络系统的运作效率。 4 战略性原则 在对物流网络进行规划的过程中应具有战略眼光：一是要考虑全局，局部 要服从全局，考虑长远，目前利益要服从长远利益；二是要既要考虑目前的实 际需要，又要考虑日后发展的可能，充分结合当前和以后的发展趋势。遵循家 电产品物流系统的总体规划，为企业未来发展奠定良好的基础。 2 3 废旧家电产品逆向物流网络规划 在本文中，废旧家电产品指处于产品生命周期末端，经消费者使用过后废 旧的家电产品。包括丧失部分或全部功能的家电产品以及由于产品的升级换代 而淘汰的家电产品。 在这些废旧家电产品中，部分经过再制造可以恢复其使用功能；部分产品 的零部件通过检测、修复还可以再次利用；其余部分可以经过破碎、筛选，利 用其材料。 从目前的理论研究和企业实践来看，产品逆向物流可以有三种流通渠道 4 2 4 羽 o ( 1 ) 沿着传统的正向物流网络逆向流动。利用原有的物流网络设施和运 作渠道，对废旧产品进行回收，如饮料企业对饮料瓶的回收等。 ( 2 ) 建立独立的逆向物流网络。由第三方企业规划、建立独立于正向物 流的逆向物流网络，对废旧产品进行回收。如台湾地区通过单独组建逆向物流 网络对废旧家电( 计算机、空调、冰箱、洗衣机) 进行回收。 ( 3 ) 建立正向和逆向物流网络相结合的集成网络。在原有正向物流的基 础上，利用原有物流网络的部分设施和运作渠道，并对部分物流网络设施进行 扩建、改造；同时重新建立部分物流设施，对正向和逆向物流网络进行综合考 虑、系统规划，以充分利用物流资源，提高物流的运作效率，同时最大程度的 减少物流网络的建设费用。 目前的企业