废弃物回收逆向物流网络优化设计

2. 1 模型变量及意义
N = { N 1 , N 2 , … , N n } 备选回收中心的集合 Q = { Q1 , Q2 , … , Qn } 客户集合 rk 在路 径 k 上的单位距离成本 A k 运输工具 k 的载货量 3 k 运输工具 k 的最大允许行程 FR 为回收 中心 的相 关固定 成本 ( 建设 成本 , 维 护成 本 , 扩建成本 ) R i 为回收中心 N i 的回收处理能力 H 为工厂处理能力 aij 为客户点 Q j 退回到回收中心 N i 处理的商品数量 Csi 从备选回收中 心到厂房的单位运输成本 W si 从备选回收中心到厂房的运输 量 d ij 从客户点到备选回收中 心的距离 1, 备选地 址 N i 作为回收中心 &i = 0, 其他 1, 如果路线不经过回收中心 V ik = 0, 其他
第 27卷第 7 期 ( 总第 187 期 ) 系 统 工 程 2009年 7 月 Syst ems Engineering 文章编号 : 10014098( 2009) 07-004905
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V ol. 27, No . 7 July . , 2009
废弃物回收逆向物流网络优化设计
X 收稿日期 : 2009-05-21 基金项目 : 教育部博士点基金资助项目( 200806141084) 作者简介 : 黄铮 ( 1969-) , 男 , 江苏南京人, 西安交通大学管理学院博士研究生 , 研究方向 : 组合最优化与算法设计。
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系 统 工 程 2009 年 ( 1) 模型是建 立在一个闭 环网络 结构中 , 所有 废物资 源将全部回收到生产商 , 但原正向物 流中的配送站由于功 能与回收中心不同 , 所以不作为回收 中心使用。 ( 2) 模型仅考 虑回收到一 个工厂 , 即处 于终端 的生产 商的工厂。 根据逆 向物流网 络特征的 分析 , 处于终 端的工 厂也是生产厂家 , 这样就使得本文建 立的模型属于闭环网 络结构。 ( 3) 模型仅在一定的备选地范围内考虑 回收中心的配 置。 考 虑到实际问 题中 , 不同的地区 存在的 地域差 别等自 然环境因 素 , 在研 究建立模 型时 , 主 要考虑 在同一 地区进 行回收中心选址 , 所以模型仅考虑在 一定备选地范围内。 ( 4) 客户对于产品的退回量的变化是可预 测的。 ( 5) 初始点 ( 客户 端 ) 的 退货必须 全部送回 回收中 心。 考虑到回收中心在逆向物流整个网络系统中的作用 , 即对 回收物资的初步拆卸 , 清洗 , 填埋及焚烧等。 所有的退货必 须全部送回回收中心进行初步的回收作业。 ( 6) 回收的废物资源只能在经过回收中 心处理后统一 由回收中心送运回工厂。 经过回收中 心对所有回收物资进 行初步的 回收作业后 , 将处 理过的资 源再回收 运往工 厂 , 进行最终的处理。
随着社 会经济的高速发展 , 人民生活 水平日益提高 , 但随 之城市生活 垃圾、 废弃物 也大幅 增加。 据 2002 年 12 月 20日 《 光明 日报》 报道 , 我国垃圾填 埋已进 入高峰 期 , 垃 圾 年产量约 1. 3 亿吨 , 约占世界总产量的四分 之一 , 是世界 上 垃 圾包袱最重 的国家。 另据 2004年 5 月 25 日《 经济参 考报》 消息 , 有专家指出 , 目前我国许多城市已形成 了“ 垃圾包 围 城市的局面” 。 白色污 染、 垃圾围 城已经成为困扰城市 发 展的大问题。 城市生活垃圾是指人们日常生活中产生的 固 体废 弃物 , 主要包 括各种 包装物、 旧报 纸书刊 以及 玻璃、 铁、 铝 和 饮 料 容 器 等 , 其 余 为 家 用 电 器、 厨 余 物、 污泥 等
2 模型的建立与求解
本文 建立 模型 的基 本思 路是 : 在 一定 的备 选地 范围 内 , 考 虑建立和运 营多个回 收站 , 用 于回收 处理从 客户群 回收的资源 , 最后再由回收站将处理 后的资源运输回工厂 的情况。 主要考虑回收站建立 , 维修等固定费用 , 由客户选 路到回收 站的运输费 用和回收 中心选路到 厂房的 运输费 用。 并且使各项费用的总和达到最小 或接近最小。
黄 铮
( 西安交通大学 管理学 院 , 陕西 西安 710049)
摘 要 : 针对废弃物的 回收问题 , 建立包含工厂 , 回收中心和客户 的三层逆向物流网 络优化模型 , 该模型根据 回收中心选路到工厂 , 回收中心选路到客户所产生的费用和路径 , 选择出最优回收中心地址和最优化路径。 问 题的目 标是最小 化回收中心 选路到工 厂以及回收 中心到客 户所产生的 运输费用和 相应的最 优路径。 论文建 立了一个整数规划模型 , 并给出求解算法和相应算例 , 证明了模型的有效性。 所得结论对实际的选址决策具 有 一定的指导意义。 关键词 : 运筹学 ; 选址 ; 最优化 ; 废弃物 ; 逆向物流 中图分类号 : O 221 文献标识 码 : A
逆 向物流 的总 成本最 小化 , 回 收中 心的 处理 能力 充分 利 用 , 消费者退还产品的便利程度最大化。 在 这些环节中 , 回 收中 心起着至关 重要的作 用。 因此 , 考虑 对回收 中心的 科 学选址非常重要 , 对回收中心的选址结果的好坏影响着 整 个逆 向物流网络 的结构 , 是逆向物 流网络 是否优 化 , 布 局 是否合理化的关键。 考虑 回收中心的 一般运 作模式是 分销商、 零 售商店、 顾客将返回的产品送到一个或多个回收 中心。 通过回收 中 心进行初步筛选 , 并对筛选后的废品分类处理 , 如拆分 , 再 加工 或直接焚烧 , 填埋。 如果 分销商、 零售 商非常 多 , 公 司 可 以建 设 多个 回收 中 心 , 如 K mart 公司 拥 有 4 个 , Sear s、 Roebuck 和 Company 公司都拥有 3个 。 随后 , 回 收中心累积 待处 理的产品 , 并根据 零售商和制 造商的 要求 , 对产品 做 出适 当的处理 —— 这 些物品递 送到逆向 物流的 下一个 节 点。 本文将对该实际情况建立数学模型并考虑对其进行 求 解。 最后用一个实际算例以说明所建模型可行性。
[ 2- 3] [ 1]
开始要求生产企业对产品生命周期全过程负责 , 尤其是废 旧物品的 回收。 于 是 , 逆 向物流这一 新兴的 科学领 域应运 而生 , 并日渐成为理论界和企业界关 注的热点。 目前 , 逆 向物流的研究已经 引起人们的广泛关 注。 如 达庆利等给出了逆向物流的研究 综述 [ 5] 。 马 祖军等研究了 产品回收逆向物 流网络优化设计模型 [ 6] , Jayar aman 等给 出了一个 混合整数规 划模型来 确定电子产 品的回 收再制 造工 厂的 位置 和数 量 [ 7] , Fleischmann 提 出一 种 单产 品、 无能力 限制的 产品回 收物流网 络设计 模型 , 并用于 分析 复印机再制造 [ 8] , 周根贵考虑了需求为随机 变量的逆向物 流网络 , 建立 一个混 合整数 规划模 型并通 过遗传算 法求 解 [ 9] 。 对于废弃 物流网络的设计问题 , 国内的研究很 少。 有 的也只是从选址角度考 虑 , 将其视为 一个选址 分配 问题 , 很少考虑运输的路径。 如何波等建立 了一个多目标规划模 型来优 化回收 站和处 理站 的两 级选址 问题 [ 10] 。 王刊 良等 针对有害危险品的运输网络中检查站设置问题 , 建立了评 价检 查站系统效 率的模型 [ 11] , 文献 [ 12] 和 文献 [ 13] 综述 了有害危险废弃物品后勤学的相关研究动态。 在逆向物流中 , 废旧物 品的回收 包括 [ 14] : 指 定区域的 分销中心或零售点收集回收的废旧物品 , 废旧物品经过汇 总运送到集中式的回收中心 , 在回收 中心废旧物品经过修 理 , 翻 新 , 在制 造重新获 得价值或者 进行没 有任何 商业价 值的产 品处理 ( 可能存在 的社会效益 , 如废 水处理 ) 。 废旧 物品的回收需要确定回收中心的地址和处理能力 , 目标是
1 问题描述
1. 1 问题的定义
在整个逆向物流系统中 , 可以用相联结点和运输路 线 构成 的物流网络 来表示。 在实际中 , 通常 企业会 遇到这 样 的问题 : 工厂已经设立好了 , 位置是已知的 , 客户群分散 在 一定 的区域内 , 位置也 是已知的 , 此时如 何从备 选的回 收 站中 选址 , 建 立有效的 逆向物流网 络 , 目 标是使 得成本 耗 费最低。 但现 实中的逆向 物流网 络设计问 题又有 其特点 , 如 : 逆向物流并不是独立存在的 , 而与正向物流有着千丝万 缕 的联 系 ; 逆向 物流的数 量存在着极 大的不 确定性 ; 在设 计 逆向 物流网络时 , 除了 成本最优原 则外 , 有时需 要考虑 其 他因 素。 鉴于 现实问题 的复杂性 , 本文对 该问题 作了一 些 现实可行的简化处理 : ( 1) 逆 向物流系统 由初始回收 点 ( 即客户 ) , 回收中 心 构成。 这种集 中式的回 收和集中式 的分销 形式 , 有利于 充 分利用资源 , 达到规模效应。 通过初始回收 点 , 有利于降 低 逆向 物流的不确 定性 , 有利于节约 顾客的 时间 , 甚至可 以 使回收产品达到运输的经济批量。 ( 2) 初始回收点是借用其他机构 / 单位 , 因此不必考 虑 其建 设成本 , 其地理位 置是己知的 , 其单 位时间 内回收 产 品的数量可以根据经验数据事先估计。 ( 3) 实际问题中确定回收中心往往先通过其它方法 确 定一 些备选地址 , 然后 再从中选择。 所以 本文旨 在建立 数 学模型 , 通过求解模型得到在备选地址上建立回收中心 的 最优方案。
。 废弃 物如此 之快的 增长对 社会、 经 济和环 境的 影
响是显著 的 , 中 国在今后 20 年大约要建 设 1400 座垃圾 填 埋场 [ 4] 。 废弃物处理产业化是实现废弃物资 源化、 降低环境 污 染和 保护生态系 统的最佳 途径。 实 际数据 表明 , 资源回 收 利用 法工艺技术 先进、 社会、 环境、 经济效 益高 , 适合我 国 国情 , 是处理城市垃圾根本之路。 事实上 , 一个完整的供 应 链系 统不仅包括 正向物流 , 还包括 逆向物 流。 但 是长期 以 来 , 管理者将顾客退回物品以及产品使用后废弃物品的 处 理排除在企业的经营战略之外。 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 , 人们 的环保意识 不断增强 , 环保法 规日益 完善 , 许多国 家