i i 1li ll l lll ll ll lliii y 18 3 5 8 2 5 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a ij i a ot o n g u n i v e r s i t yf o rt h e d e g r e e o fp h i l o s o p h yd o c t o r m o d e l l i n g c o n t r o l a n do p t i m i z a t i o no ft h e i n v e n t o r ys y s t e mo fr e v e r s el o g i s t i c s a u t h o r h u i q i n go u y a n g s p e c i a l t y m e c h a t r o n i c s a d v i s o r x i a n g y a n gz h u 一一 一 s c h o o lo fm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y a u g u s t 2 0 0 9 附件四 上海交通大學 學位論文原創性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學位論文 是本人在導師的指導下 獨立進行研究工作所取得的成果 除文中已經注明引用的內容外 本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果 對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式 標明 本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔 學位論文作者簽名 日期伊彳 腳惠唧 年 月易日 附件五 上海交通大學 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留 使用學位論文的規定 同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子 版 允許論文被查閱和借閱 本人授權上海交通大學可以將本學位 論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文 保密口 在一年解密后適用本授權書 本學位論文屬于 不保密囪 請在以上方框內打 4 學位論文作者簽名 跋乍堵麾自呷 嗍 加氣引 指導教師簽名 答辯決議 博士論文課題來源于國家自然科學基金項目 電子產品回收的逆向 供應鏈的規劃 調度與仿真 論文主要從策略選擇 系統建模和參數 優化等角度對逆向物流庫存控制系統展開了深入的研究 選題具有重要 的理論意義和應用價值 主要創新性成果如下 1 根據 r q 策略控制下系統庫存水平穩態極限分布的特征 提出了 高效的 迭代法 對控制參數進行優化 數值分析表明該方法具有較高 的精度 2 通過對傳統的 r q 庫存控制策略進行擴展和延伸 把棄置點島 引入控制策略 提出了 r q 蜀 控制策略 理論分析和數值算例證明 足q 最 策略能有效防止系統總成本隨返回率提高的 爆炸式 增加 3 提出 一致化 方法 解決了系統 有效回收過程 和庫存水平 的相關性問題 并通過二維馬氏模型對回收庫存 服務庫存聯合分布進 行建模 解決了多級庫存系統穩態分布計算難的問題 博士論文撰寫條理清晰 寫作規范 表明作者已掌握了堅實寬廣的 基礎理論和系統深入的專門知識 具有獨立從事科學研究工作的能力 論文達到了工學博士學位論文的要求 答辯過程中回答問題正確 經答辯委員會投票表決 一致通過歐陽惠卿博士學位論文答辯 建議授 予工學博士學位 答辯委員會主席 李愛平教授 汐c 7 夕 8 b3 f l 海交通人學懈i 學f 誼論文 逆向物流庫存系統的建模 控制與優化 摘要 本學位論文以廢舊電子產品 w e e e 回收為應用背景 研究基于 連續盤點策略的逆向物流庫存系統定量模型和庫存控制方法 針對單 級庫存和多級庫存兩種不同的庫存系統 重點開展以下問題的研究 1 如何制定逆向物流系統的最優庫存控制策略 2 對于給定的庫存控制策略 如何確定最優的控制參數使得系 統的總成本期望最小 3 產品返回過程對整個庫存系統的成本和控制策略有何影響 對于逆向物流的單級庫存系統 本文首先研究了傳統的 尺 q 策 略 分析了其用于逆向物流系統時存在的問題 在此基礎上提出了 r q 只 庫存控制策略 基于隨機的產品需求和返回是相互獨立泊松過 程的假設 本文把單級系統的庫存水平建模成具有遍歷性的馬氏過 程 通過對馬氏過程的分析求得系統的穩態表現 并進一步得到系統 總成本的期望 在確定最優控制參數時 重點論述了最優參數的上下 界和迭代法 對于多級庫存系統 本文把產品的回收過程建模成隨機伺服系 統 并進一步把回收庫存和服務庫存建模成二維的馬氏過程 通過對 隨機伺服系統和二維馬氏過程的分析來確定多級庫存系統的穩態極 限表和系統的總成本期望 論文相繼提出了逆向物流多級庫存系統控 制的 尺 q 策略 尺 q 策略和 尺 q 島 策略 對于每一種控制策略 給出了庫存系統單位時間總成本期望的計算方法 以及控制參數的優 化方法 第3 頁 l 海交通人學博l j 學位論文 摘要 在理論研究的基礎上 論文還通過示例分析考察產品返回對庫存 系統成本和控制策略的影響 研究結果表明 在返回率低于需求率時 產品返回率的提高有助于整個庫存成本的降低 當產品返回率接近或 高于需求率時 產品返回率的增加會導致系統庫存水平的急劇增加 所以必須對多余的返回產品進行有計劃的棄置處理 以實現成本的有 效控制 關鍵詞 逆向物流 庫存控制 隨機模型 參數優化 第4 頁 一 一 f 海交通人學博i j 學化論文 摘要 m o d e l l i n g c o n t r o l a n do p t i m i z a t i o no ft h e i n v e n t o r ys y s t e mo fr e v e r s el o g i s t i c s a b s t r a c t f o rt h ep r e s s u r eo fe n v i r o n m e n t a ll e g i s l a t i o n sa n dc o n s c i o u s n e s so f e n v i r o n m e n t m o r ea n dm o r em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sh a v et ot a k et h e r e s p o n s i b i l i t y t ot a k e b a c kt h e e n d o f l i f e e o l p r o d u c t s a s a n e m e r g i n gd i s c i p l i n a r y r e v e r s el o g i s t i c sp r o v i d e ss t r a t e g i e sa n d a l g o r i t h m st oc o n t r o lt h er e v e r s es u p p l yc h a i na s s o c i a t e dw i t ht h ep r o d u c t r e c y c l i n gp r o c e s s w h i c hi so p p o s i t et ot h es u p p l yc h a i no fc o n v e n t i o n a l m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s i n v e n t o r yc o n t r o li so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t a n dd i f f i c u l tp r o b l e m so fr e v e r s el o g i s t i c s t a k i n gt h er e c o v e r yo fw a s t ee l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce q u i p m e n t w e e e a sp r a c t i c e t h i sd i s s e r t a t i o ni n v e s t i g a t e sq u a n t i t a t i v em o d e l sa n d a l g o r i t h m sf o ri n v e n t o r yc o n t r o lo fr e v e r s el o g i s t i c s w i t ht h ee m p h a s i s b e i n gp u to nt h ef o l l o w i n gp r o b l e m s 1 w h i c hs t r a t e g i e sa r ea p p r o p r i a t ef o ri n v e n t o r yc o n t r o lo ft h er e v e r s e l o g i s t i c s 2 h o w t of i n dt h eo p t i m a lc o n t r o lp a r a m e t e r st om i n i m i z et h ee x p e c t e d t o t a lc o s to f i n v e n t o r ys y s t e m s 3 h o wd ot h er e t u r n f l o w se f f e c to nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ei n v e n t o r y s y s t e mo f r e v e r s el o g i s t i c s t h r o u g h o u tt h ed i s s e r t a t i o nt h er e t u r n f l o wa n dt h ed e m a n d f l o wa le m o d e l e da s i n d e p e n d e n t p o i s s o np r o c e s s b o t ht h e s i n g l e e c h e l o n i n v e n t o r ys y s t e ma n dt h em u l t i e c h e l o ni n v e n t o r ys y s t e mo fr e v e r s e l o g i s t i c sa r ei n v e s t i g a t e d 一 一 v o rt h es i n g l e e c h e l o n i n v e n t o r ys y s t e mo fr e v e r s el o g i s t i c s w e p r o p o s et h e r q s t r a t e g ya n d r q 蜀 s t r a t e g y f o re a c hc o n t r o l s t r a t e g y w em o d e lt h ei n v e n t o r yp o s i t i o na sa ne r g o d i cm a r k o vc h a i n b y 第5 頁 i 海交通大學博l 學位論文 摘要 s o l v i n gt h em a r k o vc h a i n w eg e tt h es t e a d yl i m i t i n gp e r f o r m a n c eo ft h e i n v e n t o r ys y s t e m a n dh e n c et h ee x p e c t e ds y s t e mt o t a lc o s tp e ru n i tt i m e u n d e rt h eg i v e ns t r a t e g yc a nb eo b t a i n e d f o re a c hi n v e n t o r yc o n t r o l s t r a t e g y a p p r o a c h e sa r ep r e s e n t e dt od e t e r m i n et h eo p t i m a lc o n t r o l p a r a m e t e r s f o rt h em u l t i e c h e l o n i n v e n t o r ys y s t e m w ep r o p o s et h e r q s t r a t e g y t h e r q n s t r a t e g ya n dt h e r q 蜀 s t r a t e g y w em o d e lt h e r e c o v e r yi n v e n t o r y a saq u e u es y s t e m a n dm o d e lt h em u l t i e c h e l o n i n v e n t o r ys y s t e ma sat w o d i m e n s i o nm a r k o vc h a i n f o re a c hp r o p o s e d s t r a t e g y w ep r e s e n ta p p r o a c h e st oc a l c u l a t et h ee x p e c t e dt o t a lc o s ta n d d e t e r m i n et h eo p t i m a lc o n t r o lp a r a m e t e r s b e s i d e st h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s s o m en u m e r i c a le x a m p l e sa r e p r e s e n t e dt oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t so ft h er e t u r n f l o wo nt h ep e r f o r m a n c e o ft h ei n v e n t o r ys y s t e m t h en u m e r i c a le x a m p l e ss h o wt h a tt h er e c o v e r y o ft h er e t u r n si se c o n o m i c a lb e c a u s eo fm a t e r i a ls a v i n g w h e nt h er e t u m r a t ei sc l o s et oo rl a r g e rt h a nt h ed e m a n dr a t e i ti sn e c e s s a r yt od i s p o s e t h ee x t r ar e t u r n st o p r e v e n tt h ei n v e n t o r yp o s i t i o nf r o me x p l o d i n g t h e n u m e r i c a le x a m p l e sa l s os h o wt h a tn e i t h e rt h eo p t i m a lc o n t r o lp a r a m e t e r s n o ro p t i m a lt o t a lc o s ti sr o b u s t i np r a c t i c e i ti sn e c e s s a r yt ou p d a t et h e o p t i m a lc o n t r o lp a r a m e t e r sf r e q u e n t l yd u r i n gd i f f e r e n tp r o d u c tl i f e c y c l e i no r d e rt oa c h i e v ee f j f i c i e n tc o s tm a n a g e m e n t 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 s t o c h a s t i cm o d e l o p t i m i z a t i o n 第6 頁 上海交通人學博 l 學位論文 目錄 目錄 i 第一章緒論 1 1 1 課題來源 l 1 2 研究背景 l 1 3 產品回收管理 2 1 3 1 產品回收的主要驅動因素 3 1 3 2 產品回收方式 3 1 3 3 產品回收的挑戰和機會 4 1 3 4 產品回收管理案例 5 1 4 逆向物流的概論 5 1 4 1 逆向物流的概念 5 1 4 2 逆向物流的研究現狀 7 1 5 逆向物流庫存控制 9 1 6 國內外研究現狀 1 l 1 6 1 確定性模型 1 1 1 6 2 隨機性模型 1 2 1 7 研究問題和論文結構 1 5 1 7 1 研究內容 1 5 1 7 2 論文結構 1 6 第二章逆向物流單級庫存系統研究 1 7 2 1 引言 17 2 2 概j 遣 17 2 2 1 系統參數說明 1 8 2 2 2 系統結構特征 2l 2 2 3 系統假設 2 2 2 2 4 庫存控制目標函數 2 2 2 2 5 庫存控制策略概述 2 3 2 3 r q 策略分析 2 3 2 3 1 系統穩態極限表現分析 2 4 2 3 2 最優控制參數 f q 的確定 2 7 2 3 3 啟發式方法 3 2 2 4 r q 兄 策略分析 3 7 2 4 1 庫存水平的穩態極限分布 3 8 上海交通人學博士學位論文 2 4 2 凈庫存的穩態極限分布 4 0 2 4 3 最優控制參數的確定 4 3 2 5 數值算例分析 4 4 2 5 1 數值算例設計 4 4 2 5 2 尺 q 策略數值分析 4 4 2 5 3 尺 q 蜀 策略數值分析 一4 9 2 5 4 r q 策略和 尺 q 島 策略的比較 5 3 2 5 5 最優控制參數的魯棒性 5 6 2 6 本章小結 5 7 第三章逆向物流多級庫存系統研究 6 0 3 1 引言 6 0 3 2 概j 巒 6 0 3 2 1 系統結構和流程 6 1 3 2 2 系統參數定義 6 l 3 2 3 系統假設 6 3 3 2 4 回收模式 6 3 3 3 尺 q 策略分析 3 3 1 系統庫存水平的穩態分布 6 5 3 3 2 回收庫存的穩態分布 6 5 3 3 3 服務庫存的穩態分布 6 6 3 3 4 最優控制參數的確定 6 9 3 4 尺 q 策略和 r q 策略分析 6 9 3 4 1 r q 策略分析 7 0 3 4 2 r q 蜀 策略分析 7 5 3 5 數值算例 8l 3 5 1 r q 策略數值分析 8l 3 5 2 r q 策略數值分析 8 5 3 5 3 尺 q 島 策略數值分析 8 7 3 5 4 r q r q 和 r q 島 策略的比較 8 9 3 6 本章小結 9 2 第四章制造 再制造共線生產的經濟批量排產問題研究 o 9 3 4 1j i 言 9 3 4 2 問題提出 9 3 4 3 數學模型 9 4 4 3 1 系統假設 4 3 2 模型分析 9 6 上海交通人學博 l 二學位論文 4 4 數值算例 9 9 4 5 本章小結 1 0 i 第五章結論與展望 1 0 3 5 i 總結 1 0 3 5 2 創新點 1 0 4 5 3 未來展望 1 0 4 9 十f 錄i 1 0 5 i 定理2 1 的證明 1 0 5 2 定理2 2 的證明 1 0 6 3 方程 2 6 3 和 2 6 4 的求解 1 0 7 附錄2 庫存控制的一些基本概念 l ll 1 盤點方式 1 ll 2 補貨提前期 1 ll 3 庫存狀態量 1 ll 4 兩種基本的庫存控制策略 1 1 2 4 1 連續性盤點 尺 q 策略 11 2 4 2 周期性盤點 s s 策略 1 1 3 附錄3 泊松過程 1 1 4 參考文獻 1 1 5 j 醪c 謝 1 2 1 攻讀博士學位期間發表的學術論文 1 2 2 i l l 上海交通人學博j 學位論文 1 1 課題來源 第一章緒論 本學位論文課題來源于國家自然科學基金項目 電子產品回收的逆向供應鏈的 規劃 調度與仿真 項目資助號為 7 0 2 7 1 0 3 7 1 2 研究背景 二十世紀中期以來 由于科學技術的日新月異 電子產品更新換代的速度越來越 快 淘汰周期不斷縮短 電子垃圾的產生速度比以往任何時候都更快 以個人計算機 為例 其目前的平均使用壽命約為三年 據估計 2 0 0 1 年美國淘汰的個人計算機約 為4 1 9 0 萬臺 這一數字在2 0 0 7 年增加到6 1 3 0 萬 歐盟國家每年產生的廢棄電子設 備多達6 0 0 萬至1 0 0 0 萬噸 i 2 據國家統計局公布的有關數據 從2 0 0 3 年起 我國 每年報廢的傳統家電總數達1 5 0 0 萬臺 報廢的計算機約為5 0 0 萬臺 而且這些數據 還在逐年上升 3 權威機構統計數據表明 目前全世界有3 0 4 0 的電子垃圾聚集 在亞洲 而其中又有7 0 8 0 流入中國 3 o 電子產品在制造過程中一般都使用了鉛 鎘 汞 六價鉻 聚氯乙烯塑料 溴化 阻燃劑等有害物質 如果這些報廢電子產品得不到正確的處理 不僅浪費資源 而且 危害環境 造成人員傷害 大氣 水和土壤的污染 所以從環境保護角度出發 廢舊 電子產品的有效回收已刻不容緩 另外 電子產品往往含有較多的貴重金屬 一般說 來 平均一噸電腦配件大約含有o 9 公斤黃金 1 2 8 7 公斤銅 1 公斤鐵 5 8 5 公斤 鉛 3 9 6 公斤錫 3 6 公斤鎳 1 9 8 公斤銻 還有少量鈀 鉑等貴重金屬 通過一定 的回收處理過程 這些金屬材料可以被回收再利用 所以從經濟角度來看 廢舊電子 產品回收有利可圖 考慮到廢舊電子產品對環境可能造成的嚴重危害 世界各國在回收電子廢品方面 做了大量的工作 他們一方面制訂相關法令強制企業回收其生產和銷售的電子產品 另一方面制定各種政策限制許多有害材料在電子產品生產中的使用 從2 0 0 1 年起 日本制定并實施了 家電回收法 家電回收法 規定生產企業必須承擔回收利用廢 棄家電的義務 銷售商有收集的義務 消費者也有處理 再利用的部分義務 2 0 0 3 年2 月 歐盟公布了 廢棄電子電氣設備指令 w e e e 和 關于在電氣電子設備 中禁止使用某些有害物質指令 r o h s w e e e 的主要內容是 2 0 0 5 年8 月1 3 日 上海交通火學博上學位論文 后投放市場的產品 其廢棄后的收集 處理 回收和環保處置等相關費用將由生產商 或進口商承擔 r o h s 的主要內容是 從2 0 0 6 年7 月1 日起 投放市場的電子設備 中禁止使用某些有害物質 這些有害物質主要包括鉛 汞 溴化阻燃劑等六種物質 兩個指令 不僅對歐盟境內的電子企業產生了巨大影響 而且對進入該市場的境外 企業也影響不小 特別地 對正在成為制造大國的中國 影響更加深遠 2 0 0 2 年7 月1 日之后 我國明令禁止進口電子垃圾 同時為了配合兌現我國加入 w t o 的承諾 也是為了應對歐盟出臺的兩項電子垃圾政策 國家發改委于2 0 0 4 年8 月1 8 日提出 廢舊家電及電子產品回收處理管理條例 草案 國家環保局于2 0 0 4 年3 月4 日提出 廢棄電器及電子產品污染防治技術政策 草案 不論是環境法令的強制要求還是經濟利益的驅動 越來越多的企業開始實施產品 回收 而且涌現了許多專門從事產品回收的企業 對廢棄產品進行回收是一項系統工 程 它一方面需要相關法律的規范和政策的引導 它另一方面依賴于工程技術的發展 它還需要逆向物流系統 r e v e s el o g i s i t i c s 的支持 本學位論文將以廢舊電子產品回 收為應用背景 對逆向物流系統中的相關問題進行研究 1 3 產品回收管理 產品從消費領域重新回到生產領域 對返回產品進行回收利用就產生了 產品回 收管理 的概念 本文提到的 回收 是指恢復產品價值的一系列生產活動 對于 產 品回收管理 t h i e r r y 在其論文中給出了一個定義 4 j 產品回收管理包括生產者對其責任范圍內所有棄置的產品的管理 產品回收管 理的目標是盡可能地恢復原產品的經濟價值和環境價值 盡可能地降低最終的廢棄 物 仔細分析t h i e r r y 給出的定義 可以得到如下的信息 產品回收管理的執行者 生產者 生產者不再僅僅進行生產銷售活動或履行 售后服務 還要在其產品報廢后負責回收處理 即常說的 生產責任延伸制 產品回收管理的目標 盡可能恢復原產品的經濟價值和環境價值 盡可能降 低最終的廢棄物 產品回收管理是一項系統工程 需要以下幾個方面的支持和保障 需要相關法律的規范和政策的引導 譬如環境法令的強制規范和對相關行業 的政策支持 依賴于工程技術的發展 譬如產品設計過程中的d f x d e s i g nf o rr e c y c l i n g d e s i g nf o rd i s a s s e m b l y 產品修復的技術創新等 需要逆向物流系統 r e v e s el o g i s i t i e s 的保障 以實現產品收集 回收處理 和再利用的成本控制 2 上海交通犬學博 i 學位論文 1 3 1 產品回收的主要驅動因素 對廢棄產品進行回收會增加額外的成本 所以多數企業都不愿主動回收處理其生 產和銷售的產品 從二十世紀九十年代中后期開始 越來越多的企業開始實施產品回 收 主要驅動因素有 立法要求 從二十世紀九十年代開始 世界各國對危害環境行為的立法越來 越嚴厲 這些立法有 歐盟的 廢棄電子電氣設備指令 w e e e 日本的 家電回收法 我國的 廢舊家電及電子產品回收處理管理條例 草案等 經濟利益 產品回收的直接經濟利益有 節約原材料或零部件的采購成本 因為廢棄產品能以多種方式回收 再使用 間接經濟利益有 對返回的產品 進行回收再利用可以降低廢棄物的焚燒或掩埋等處理成本 還可以避免法律 的懲罰 環保意識和企業形象 一方面 隨著大眾環保意識的提高 環境友好型產品 容易得到消費者的青睞 企業可以通過實施產品回收來提高其綠色形象 從 而贏得更多的市場份額 另一方面 許多行業的大型企業都很重視社會責任 主動實施產品回收 并向公眾宣傳環保 從而保持企業的良好形象 5 6 在以上三個因素中 立法要求是推動因素 經濟利益和環保意識是拉動因素 但這三 個因素并不相互孤立 而相互聯系 相互促進 譬如說 企業在立法的要求下實施產 品回收 可以使其獲得產品回收的經濟利益 企業通過產品回收來樹立其綠色形象 有助于獲得更多的市場份額和更多的銷售利潤 霰 1 3 2 產品回收方式 返回產品的質量具有非常大的不確定性 相應地 返回產品的回收方式具有多樣 性和不確定性 一般來講 返回的產品經過檢測 根據其質量和市場需求而采取恰當 的回收方式 常用的回收方式有 修理 返回的產品質量比較好 僅次于新產品 只需要對返回的產品進行修 理就能恢復產品的正常使用價值 這種回收模式在產品租賃公司比較常見 租賃到期的產品返回到租賃公司 產品的某些部件可能被損壞 租賃公司將 受損部件進行修復后 將產品重新租賃給客戶 翻新 翻新就是對返回的產品某個關鍵部件進行升級 使得翻新后產品的性 能高于原產品的性能 比如計算機可以通過更換最新的c p u 或者添加內存等 方式來提高原有性能 再制造 再制造是一種比較復雜的回收過程 是一種對廢舊產品實施高技術 修復和改造 它針對的是損壞或行將報廢的零部件 在性能失效分析 壽命 3 上海交通大學博士學位論文 評估等分析的基礎上 進行再制造工程設計 采用一系列相關的先進制造技 術 使再制造產品的質量達到或超過新產品 比如某種高精密磨床的主軸因 為磨損導致精度下降而失效 可以通過對失效的主軸重新進行精密加工 使 其達到原有的精度要求 并重新裝配到原設備上 拆解 拆解是把返回的產品分拆成零部件的形式加以利用 分拆后的零部件 可以用到其他的產品修復中去 譬如可用于修理 翻新和再制造 再生 再生是指以原材料的形式對廢棄產品進行回收 譬如金屬產品可以被 熔化成金屬原材料 紙制品可以做紙漿等 以上的各種回收方式中 從下到上是從低級到高級 從簡單到復雜 回收方式越 高級 產品的附加值被恢復得越高 產生的廢棄物和消耗的能源也越少 丌 1 3 3 產品回收的挑戰和機會 產品回收管理是一項系統工程 給許多相關的領域帶來新的課題和挑戰 材料科學 為了能盡可能地恢復產品價值和降低最終廢棄物 不論是從技術 角度還是從經濟角度 易回收再使用材料的開發和使用具有重大意義 譬如 電子產品含有許多有毒物質 這些有毒物質嚴重限制了電子產品的回收再使 用 所以尋找這些有毒物質的廉價替代品具有重大環保意義的經濟意義 產品設計 傳統意義上產品設計只考慮產品的性能 加工和裝配 為了配合 產品回收 從設計階段就需要考慮將來的回收處理 譬如說 產品結構要易 于拆卸 維護方便 材料選擇要考慮回收可行性 回收價值和回收處理方法 等 這就是近年來 綠色設計 越來越受到人們關注的原因 物流領域 在對產品回收時 需要建立高效的 逆向物流 系統以保障產品 回收管理的成本控制 逆向物流主要包括以下的環節 1 產品收集 2 檢測和分類 3 拆解和回收 4 棄置處理 生產規劃和庫存控制 產品回收給生產規劃和庫存控制帶來的新課題有 1 逆向物流系統庫存控制策略的選擇和優化 2 產品回收方式的選擇 3 制造 再制造的生產調度 信息系統 產品回收的時間 質量需要不斷得到監控 這就要求信息系統能 夠跟蹤到每個產品任意時刻的狀態 這就給信息系統在數據采集方式 數據 交換和數據容量等方面提出了新的要求和挑戰 財務 返回產品質量的不確定導致其價值難以評估 企業的原有財務系統必 須增加新的業務內容 提出新的財務評價體系 市場 返回后的產品經過回收處理之后可以達到一定的質量要求 并能滿足 4 上海交通人學博j 學位論文 一定的市場需求 開拓這些產品的市場給企業帶來了新的挑戰 除了給以上的挑戰 產品回收同時也給制造商帶來了新的機會 降低原材料或零部件的采購成本 降低制造成本 降低廢棄物的處理成本 避免法律的懲罰 樹立良好形象 贏得更多市場機會 1 3 4 產品回收管理案例 商用計算機回收管理案例 c o m p u t e r a t l a n t i c 公司 以下簡稱c a 一個做辦 公室計算機產品的公司 其許多產品都供別人租賃 由于專注于租賃終端資產 c a 公司參與了產品回收管理的以上活動 因為其租賃的資產都需要回收 所以公司強調 快速評估產品價值的重要性 并決定整個產品再出售的潛力 由于該行業的產品生命周期都非常短 所以c a 公司集中精力減少返品評估和重 新配置的時間 那些能夠重新利用和再制造的產品很快會被識別出來 并轉化為可出 售的產品 公司已經識別和建立了一系列的二手市場 所以再回收的產品不會和公司 新產品形成競爭 c a 公司通過將再回收的產品盡快地投入二手市場 盡量降低存貨 率并實現公司收入最大化 對那些不能再利用的產品 c a 公司先將產品進行分解 然后回收可再使用的元 件和貴重金屬 最后將塑料等垃圾扔進指定的再循環垃圾桶里 通過回收舊元件 該 公司所需采購的元件數量得到極大的減少 另外 該公司的一些元件本來事前就被設 計成可重復使用 原來的設備有了穩定的零部件供應后 公司就能以最小的新零部件 存貨投資來滿足顧客的需求 最后 只有不到2 的返回產品被送往垃圾站 所以c a 公司能夠提高其環境響 應能力和公司的品牌價值 通過實施上述產品回收管理方式 c a 公司從返回產品獲 得了較大的經濟利益 1 4 逆向物流的概論 1 4 1 逆向物流的概念 首先以s o n y 公司的c r t 顯示器回收為例來說明逆向物流的相關流程 s o n y 公司于2 0 0 0 年4 月在美國加州成立了一個c r t 顯示器回收中心 對其生產的c r t 顯示器進行回收 c r t 顯示器主要成分為塑料 玻璃 鉛 溴化物以及其他的金屬 5 上海交通人學博上學位論文 物 其中鉛和溴化物屬于有毒物質 對廢舊c r t 顯示器進行回收處理不僅需要考慮 環境因素 還要考慮經濟效益 s o n y 公司主要通過以下步驟對c r t 進行回收處理 1 收集 s o n y 公司通過經銷商和專門回收商采用有償回購的方式收集廢舊的c r t 顯示器 然后把收集的c r t 顯示器從分散的收集點運輸到的回收中心集中處理 2 檢測分類 c r t 顯示器在運到回收中心后首先通過專業的檢測對其環境危害性和 經濟價值進行評估 然后根據質量 功能和經濟價值等指標進行分類處理 3 回收利用 回收中心設有三條不同的生產線 即維修 再制造生產線 拆解生產線 和粉碎分離生產線 三條生產線分別對應于c r t 顯示器的三種回收方式 整體 回收 零部件回收和材料回收 1 整體回收 質量較好 修復成本低的采用維 修或再制造等整體回收方式 并銷售n 手市場 2 零部件回收 無法整體回 收的拆解成零部件 譬如陰極射線管 p c b 電路板等器件 拆解后可以用于其他 產品的生產或銷售到零部件市場 3 材料回收 無法再使用的零部件 經過粉 碎 分離等工藝從中回收原材料 譬如塑料 鉛以及少量的其他金屬材料 并可 以銷售到原材料市場 4 焚化棄置 對于無法材料回收的 采用掩埋或焚燒的方式進行處理 盡量降低對 環境的危害 譬如有毒的溴化物等 s o n y 公司通過以上流程對廢棄c r t 顯示器進行回收 一方面解決了 電子垃圾 環境污染的問題 另一方面還獲得了可以再使用的產品 零部件和原材料 節約了大 量的資源 r 歪 產窺翔 一 一 卜 海交通人學博上學位論文 除了上述的生產活動 相關的信息收集和交換一直伴隨著整個過程 譬如當c r t 顯示器在被拆解時 相關的拆解信息 譬如拆解的難易程度 是否存在破壞性等 都 會被記錄下來并最終傳遞給產品設計者 使得新一代產品在設計階段就開始考慮到將 來產品回收的便捷性 同時 為了方便拆解 拆解者也需要了解產品的設計信息 譬 如產品結構 材料等信息 通過對s o n y 公司c r t 顯示器回收過程的分析 我們把c r t 顯示器回收過程抽 象成圖1 1 并稱之為逆向物流系統示意圖 已經有很多的研究給出了逆向物流的定 義 8 7 1 美國物流管理協會 1 8 l 給逆向物流的官方定義為 對原材料 加工庫存品 產 成品 從消費地到起始地的相關信息的高效率 低成本的流動而進行規劃 實施和 控制的過程 1 4 2 逆向物流的研究現狀 廢棄電子產品回收及其逆向物流系統的研究是近年來受到公共團體 制造企業以 及相關研究機構廣泛關注的問題 1 9 9 4 年 歐共體啟動了一個稱作c a r e v i s i o n 2 0 0 0 1 9 9 7 年在歐洲由法國 荷蘭 希臘和德國幾個大學組成的r e v l o g 研究組織 對逆向物流的關鍵問題進行了分槲1 9 1 9 9 8 年 e s p r i t 計劃支持了一個關于廢棄電 子設備回收的研究項目 r e l o o p 美國于1 9 9 9 年在t e n n e s s e e 州建立了o a kr i d g e 國家回收中心 致力于計算機及其它廢棄電子設備的回收 再制造以及材料的再生與 循環利用 2 0 0 1 年1 0 月 電子工業聯盟以及包括佳能 惠普 j v c 諾基亞 飛利 浦在內的多個制造企業聯合資助了一個電子產品回收的項目 r i a 旨在研究電子 產品回收的模式并建立相應的模型 為回收機構提供有用的信息及數據 此外 廢棄 電子產品的回收在學術界亦受到了廣泛的重視 荷蘭的e r a s m u s 大學早在1 0 年前便 開始對基于產品回收的逆向物流系統進行研究 美國電子電氣工程師協會 i e e e 舉 辦的一年一度的 電子與環境 國際研討會 i s e e 已將廢棄電子產品回收作為其主 題之一 在該會議上有關逆向物流系統的規劃與管理 回收處理決策等研究的論文逐 年增加 2 0 0 0 年 i n t e r f a c e s 雜志出版了有關逆向物流系統研究的專輯 與傳統物流相比 逆向物流系統的復雜性主要體現在 一 廢棄產品返回過程的 時間 數量和質量具有高度不確定性 二 返回產品回收方式具有多樣性和不確定性 f l e i s h m a n n 等人 8 將逆向物流的研究內容主要分為以下三個領域 網絡規劃 生產規 劃和庫存控制 1 網絡規劃 產品的收集依賴于高效 合理的配送網絡 所以合理的回收網絡規劃 是成功進行回收管理的第一步 網絡規劃在逆向物流系統中的地位如圖卜1 左下 的虛線框所示 逆向物流網絡規劃的核心內容是確定收集點的數量 分布 以及 7 上海交通人學博上學位論文 運輸路線的安排 圖1 2 給出逆向物流網絡與 正向 物流網絡對比示意圖博j 按照與 正向 物流網絡的關系來分 逆向物流網絡可以分為獨立網絡和混合網 絡 混合網絡指部分或完全使用 正向 物流網絡的逆向物流網絡 獨立回收網 絡指與原 正向 網絡完全獨立的逆向物流網絡 獨立回收網絡與 正向 網絡 在結構上并不一定對稱 需要新建所有的設施 所以固定成本高 但網絡的規劃 和控制相對簡單 與獨立網絡相比 混合網絡的固定成本低 但網絡規劃與控制 相對比較困難和復雜 s o n y 公司c r t 顯示器的回收網絡采用的就是混合網絡 逆向渠道 一一一一一一一一一 圖l 2 逆向物流回收網絡示意圖 h g 1 2t h e r e v e r s ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k 2 生產規劃 逆向物流生產流程主要包括檢測 分類和回收 其中回收方式包括整 體回收 拆卸成零部件再利用 材料再生 以及再制造等過程 生產規劃在逆向 物流系統中的地位如圖1 1 右上的虛線框所示 產品回收方式的選擇是逆向物流 生產規劃中的一個難點 產品回收方式的選擇需要同時考慮技術因素和經濟因 素 對于需要拆卸的產品 拆卸步驟和拆卸程度的確定是逆向物流生產規劃中的 另一個難題 由于返回產品質量的不確定性 而且非o e m 回收商又缺乏產品的 設計信息 還要考慮技術可行性和經濟效益 使得拆散的步驟和程度都難于確定 電子產品的拆卸順序不等于裝配的逆過程 有的拆卸過程會對產品造成毀壞 給 拆卸帶來了新的問題 逆向物流生產規劃的另一個難題就是再制造的生產調度問 題 以及車間和生產線布局問題 3 庫存控制 庫存是連接返回 回收與需求的關鍵環節 庫存控制是逆向物流的一 個重要研究領域 逆向物流庫存系統如圖1 3 所示 逆向物流庫存控制策略必須 把返回產品流整合到物料需求計劃 m l 沖 中來 對于專門從事產品回收的企業 來說 只需購買 或收集 廢棄產品作為原材料 即廢棄產品是他們唯一的原材 料來源 他們可以依賴傳統的庫存控制策略來管理其物料需求計劃 而對某些 8 上海交通人學博 t 學位論文 原始設備制造商來說 一方面把返回的廢舊產品作為其新產品的毛坯 另一方面 還需采購 或生產 新毛坯來滿足生產需要 生產物料補充方式的多樣性 以及 產品返回的不確定性使得生產物料需求計劃變得更復雜 傳統的庫存控制理論已 不再適用這種情況 需建立新的庫存控制理論 棄置 一 圖1 3 逆向物流的庫存系統示意圖 f i g 1 3t h ei n v e n t o r ys y s t e mo fr e v e r s el o g i s t i c s 1 5 逆向物流庫存控制 供應商 庫存是平衡生產和需求矛盾的關鍵環節 合理的庫存控制對商業組織的順暢運作 至關重要 對于傳統物流系統而言 庫存控制的核心是通過對補貨時機和補貨批量的 控制來使得系統的相關庫存成本之和最低 這些庫存成本包括固定補貨成本 可變補 貨成本 持有成本以及缺貨成本等 而對于逆向物流庫存控制系統來說 不僅需要考 慮補貨的時機和數量 還要考慮過多返回產品的棄置處理 以前面提到的c a 公司為例來描述逆向物流庫存控制的研究內容 對于某型號的 計算機產品 c a 公司需要持有一定數量的存貨以滿足隨時可能發生的客戶需求 庫 存越高 顧客需求越能及時得到滿足 但資金積壓和持有成本越高 庫存越低 資金 積壓和持有成本越低 但越容易導致缺貨 顧客需求無法及時滿足 c a 公司某型號 產品的庫存有兩種補充方式 一種是客戶返回的產品 另一種是向外采購新產品 在 兩次相鄰的補貨之間 該型號產品庫存量的變化具有多樣性 客戶的需求使得庫存量 下降 客戶將產品歸還使得庫存量增加 c a 公司的庫存控制一方面需要考慮新產品 的補貨時機和數量 另一方面需要考慮多余返回產品的棄置處理 如圖1 3 所示 逆向物流庫存控制系統由兩個庫存點構成 一個是回收庫存 用 來保存返回的產品 另一個是服務庫存 用來保存可以滿足市場需求的成品 該庫存 系統有兩個輸入 返回和補貨 兩個輸出 需求和棄置 服務庫存既可以通過回收返 回的產品來補充 也可以由補貨的新產品來補充 補貨可以是向外訂貨 也可以是自 己生產 為了避免過高的庫存 需要對過多的返回產品有計劃地進行棄置處理 9 上海交通大學博士學位論文 對逆向物流庫存系統控制的目標是確定最佳的補貨時機和數量 以及最佳的多余 產品的棄置時機 使得系統的總庫存成本最低 總庫存成本包括固定補貨成本 可變 補貨成本 持有成本 缺貨成本和棄置成本等 與 正向 物流庫存系統相比較 逆向物流庫存系統具有以下特點 更多的庫存點 與正向庫存系統相比 需要更多的庫存點來保存回收的產品 拆解后的零部件和等待再制造的產品 這些不同類型的產品都需要獨立的庫 存點來保存 使得庫存系統的結構要比正向庫存系統更復雜 更多的不確定性 在正向庫存系統中 一般只考慮需求的不確定性 對于逆 向物流庫存系統 還需要考慮產品返回的時間 數量和質量的不確定性 以 及產品回收方式的不確定性 更復雜的成本結構 復雜的系統結構性導致了復雜的成本結構 與正向系統 相比 逆向物流庫存系統還需要考慮更多的庫存持有成本 回收成本和檢測 成本等 回收方式的多樣性 產品質量的不確定性導致了產品回收方式的多樣性 需求和返回的相關性 在很多情況下 產品的需求和返回具有一定的相關性 需求和