闭环供应链物流网络选址优化模型
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2. School of M anagement , H uazho ng U niversit y of Science & T echnolog y, Wuhan 430074, China)
Abstract One single per io d closed loop supply chain netw o rk lo cat io n model, synt het ically t aking raw mat erial so urce, m anufacto ry, t radit ional w areho use, cust omer gro up, co llect io n cent re, r ev erse w are house and re m anufacto ry int o account, is const ruct ed in t his paper. T his m odel is based o n m ixed int eg er linear prog ramming. In t his mo del t he raw m at erial source and custo mer group dem and are bot h det erm i nat e lim ited condit ions and t he o ther pot ent ial locat ions are select ed according to t he go al of minim izing the cost of closed loop net w ork. No t only can t heir optim ized locations be selected, but t he distr ibutions of their f low s can also be comput ed among all net w or k no des. T hen in t he end there is a case analysis o f the const ructed model and a sensit iv it y analy sis of t he pr oduct ret urn rat e. Key words: rev erse log ist ics; closed lo op supply chain; net w ork locat ion
略, 然后应用遗传算法讨论了该模型的仿真解法。 如何将正向供应链和逆向供应链结合起来构成
闭环供应链网络, 据此研究多级闭环供应链网络的 选址问题, 这是本文研究的目的所在。
1 闭环供应链网络结构界定
本文讨论的网络结构问题如图 1 所示。该网络 图包含 7 个主要组成部分: 原材料供应地、生产商、 正向仓库、顾客群、回收中心、逆向仓库和再制造商。 对于正向物流, 原材料商生产的原料供应产品生产 商制造一次产品; 再通过企业的分销渠道, 送到目标 市场的正向仓库存储; 根据顾客需求, 从正向仓库配 送到销售商, 满足目标顾客群的需求, 如图 1 中的实 箭线所示。顾客使用废弃后, 废旧产品回流进入逆 向网络, 回流到回收中心进行产品质量检测和分类 拆卸。可再制造或可再生的零部件通过正向仓库或 专设的逆向仓库流回到再制造商或生产商, 如图 1 中的虚箭线所示。再制造商负责废弃产品再制造业 务, 而废弃产品的材料再生工作由生产商主导。
V ol. 17 N o. 3 Jun . 2008
摘要 借助于物流网络结构和混合整数线性规划, 构建了一个综合考虑原材料供应地、生产商、正向仓 库、顾客群、回收中心、逆向仓库和再制造商的单周期闭环供应链网络选址模型。该模型下, 原材料供应地和
顾客群需求为确定性限制条件, 其他结点地址均根据闭环网络综合目标成本最小化准则进行选择, 不但可以
实现选址优化, 又可以同时计算最优化流量分布。同时选择汽车行业对所构造模型进行了案例应用, 并对废
弃产品回收率进行敏感性分析。
关键词: 逆向物流; 闭环供应链; 网络选址
中图分类号: F 406. 72
文献标识码: A
Research on Closed loop Supply Chain Network Location Model
优化、运营管理、物流与供应链管理和循环经济。 E mail: jiapi ng xi e@ sina. com. cn
对废弃产品( 使用后的资源) 的回收再利用已经成为 当今学术界和企业界的热门话题。各国政府已经制 定了相关回收法规, 对企业的回收行为进行监督指 导。企业通过回收废弃产品既可以减少一次资源消 耗, 从而节约原材料的购买成本; 同时也可以在消费 者心目中树立良好的企业环保形象。因此, 企业全 面实施回收再利用策略对企业本身和社会都将产生 效益。然而, 企业实施废弃产品回收再利用遇到的问 题很多, 其中之一就是闭环供应链网络的选址问题。
随着社会经济的不断高速发展, 人类对于资源 的消耗越来越大。一般而言, 资源是不可再生的, 并 且有的资源使用之后可能会对环境造成影响, 因此
收稿日期: 2006 12 07 修订日期: 2007 12 13 基金项目: 国家自然 科学基金 资助项目 ( 70472080, 70332001) ;
2007 年! 新世纪优秀人才支持计划∀ 资助项目 作者简介: 谢家平( 1963 ) , 教授, 博士生导师。研究方 向为系统
正向仓库是生产商和顾客群之间的桥梁, 生产 商将产成品运输到仓库, 正向仓库则根据顾客群的 需求将产品发送到顾客群, 同时还接收来自于再制 造商翻新再造后的产品。为了讨论简化, 根据产品 可维修设计模式, 假定这些产品按时按质回收并翻 新, 所以将被视为全新产品。考虑到实际逆向物流 的组织运行, 部分正向仓库可能还存储从回收中心 发送过来的可维修再制造或可 回收再生的废 弃产 品, 也就意味着此时的正向仓库也可看作为逆向仓 库。由于全新产品和可维修再制造或可回收再生的 废弃产品的价值存在差异, 所以对它们的存储要求 也不相同, 从而导致相应库存成本也不相同, 本文将 库存成本列入目标函数。 1. 4 顾客群
X I E J ia p ing 1 , H UA N G X ue qi 1, CH E N Rong qiu2
( 1. Schoo l of Int ernat io nal Business Adm inist rat ion and T op 500 Ent erprise Resear ch Cent er, Shanghai Universit y of Finance & Economics, Shanghai 200433, China;
在网络结构模型方面, R ose[ 11] 依据供应链中物 流管理的思想和价值链分析的理念, 运用 ! 环境价 值链∀ 模型 研究 逆物 流系 统中 成员 的组 织关系 模式 。 国内对组织结构的研究则相对很少。谢家平等[ 12] 在 Rose 的研究基础上, 提出了一个将供应商、制造 商、销售商、直到最终用户连成一个整体的多生命周 期功能闭环供应链网络结构模式。达庆利等[ 13] 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, 重点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。马 祖军等[ 14] 根据回收物品处理方式分类, 讨论分析了 各种逆向物流系统组织。周贵根和曹振宇[ 15] 则构 建了一个逆向物流网络中的选址模型, 旨在研究从 备选地址中选择建立配送中心 或回收中心最 佳策
第 17 卷 第 3 期 2008 年 6 月
系统 管 Leabharlann Baidu 学 报
Journal o f Systems & M anagement
文章编号: 1005 2542( 2008) 03 0248 08
闭环供应链物流网络选址优化模型
谢家平1 , 黄雪琪1 , 陈荣秋2
( 1. 上海财经大学 国际工商管理学院, 500 强研究中心 上海 200433; 2. 华中科技大学 管理学院, 武汉 430074)
第3期
谢家平, 等: 闭环供应链物流网络选址优化模型
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从 20 世纪 80 年代末开始, 已经有一些国内外 研究者对逆向物流网络选址问题进行了不同程度、 不同角度的研究。在数学规划模型应用研究方面, Min[ 1] 构造了一个多 目标混和整数规划模型, 通过 该模型选择最佳的废弃产品回收运输方式和运输路 线。Caruso 等[ 2] 构建了一个多 目标混和整数 规划 模型, 同时提出一个启发式的解决程序, 该模型主要 是为修理厂、能力有限的掩埋场所进行选址。考虑 到回收计划随着时间而变化, M elachronoudis 等[ 3] 构建了一个多目标整数规划模型, 为能力有限的掩 埋场所进行动态选址。Cast illo 等[ 4] 构建了一个对 线性规划和仿真模型进行最优的网络规划模型。为 了回收建筑材料, 如筛滤过的沙子, Barro s 等[ 5] 构造 了一个混和整数规划模型, 该模型确定了回收筛滤 过的沙子的区域性仓库和处理存储不干净沙子的处 理厂的地址问题。该模型和前面所提到模型的最大 优点在于它是一个二级选址模型。T hierry 等[ 6] 则 构建了一个线性规划模型, 以描述回收打印设备的 网络模型, 该模型基于传统的物流网络和回收商选 址, 但是没有考虑再制造商和回收仓库的选址及其 能力问题。K rikke[ 7] 在 T hierry 研究的 基础上, 构 造了一个基于网络图的混和整数规划选址模型, 该 模型用于确定维修 商的地址 和维修能 力。Krikke 等[ 8] 构造了一个混和整数规划模型来确定回收汽车 的处理厂和分解场所的地址, 同时确定了回收网络 中的流量问题。Jay aram an 等[ 9] 也构建了一个混和 整数规划模型来为电子设备确定最优的修理厂位置 和数量。Jayaraman 等[ 10] 在前面模型的基础上又为 危险产品构建了一个两级选址模型。纵观以上的网 络选址模型基本都是针对单级或简单的网络结构, 实现对制造商、回收中心和维修商进行选址优化。
25 0
系统管理学报
第 17 卷
量和成本一致, 差异性忽略不计, 因此, 选址模型中 不考虑原材料货物成本。 1. 2 生产商
生产商的主要职能就是通过从原材料供应地定 购原材料, 然后进行加工制造出新产品。生产商向 原材料供应地购买原材料主要发生原材料购买成本 和运输成本, 而订货成本与选址无直接相关联系, 因 此忽略订货成本。可以想象一个企业面对确定可知 的产品市场, 其产品生产量是一定的, 从而其原材料 的需求量也是一定的。即原材料购买成本不会随着 生产商地址的变化而改变, 所以在最优目标函数中 将不必考虑。但是, 运输成本则不然, 由于生产商地 址的不同, 生产商和原材料供应地两两距离很可能 不同, 从而运输成本不是固定的, 所以要考虑原材料 的运输成本, 本文将闭环供应链上结点企业间的运 输成本费用列入目标函数。生产商制造点的数量不 是确定的, 这些点将由最优目标函数来确定, 生产商 制造的产成品将根据消费预测和订单要求运送到正 向仓库。生产商同时接收来自正向仓库和逆向仓库 的可回收再生的废弃产品, 并将其再生为原材料, 从 而将会节约原材料购买成本费用。由于生产商的数 量可以根据企业需求进行选择, 因此假设生产商的 生产能力能够满足顾客的要求, 而本文不考虑其生 产能力限制。实际上, 根据模型求最优解之后, 将得 到每个生产商的生产数量, 从而可以计算出生产商 的生产能力。 1. 3 正向仓库
图 1 闭环供应链网络模型
1. 1 原材料供应地 本文构建的网络模型中, 原材料供应地的主要
职能就是向生产商提供原材料, 可以是矿场、伐木场 等传统意义上的原料地, 也可以指企业所在产业链 的直接上游企业, 如汽车企业的直接上游企业 # # # 钢铁公司。原材料的潜在来源地可能集中于某一地 区, 也可能分散于多个地区, 这主要依据具体的行业 情况而定。对于一个具体的选址问题, 潜在原材料 供应地点是确定已知的, 因此, 原材料供应地在整个 网络模型中对最优解选址方案是一个限制条件, 但 供应量仍然是一个需要决策的流量变量。由于原材 料供应市场为竞争市场, 本文假设提供的原材料质
Abstract One single per io d closed loop supply chain netw o rk lo cat io n model, synt het ically t aking raw mat erial so urce, m anufacto ry, t radit ional w areho use, cust omer gro up, co llect io n cent re, r ev erse w are house and re m anufacto ry int o account, is const ruct ed in t his paper. T his m odel is based o n m ixed int eg er linear prog ramming. In t his mo del t he raw m at erial source and custo mer group dem and are bot h det erm i nat e lim ited condit ions and t he o ther pot ent ial locat ions are select ed according to t he go al of minim izing the cost of closed loop net w ork. No t only can t heir optim ized locations be selected, but t he distr ibutions of their f low s can also be comput ed among all net w or k no des. T hen in t he end there is a case analysis o f the const ructed model and a sensit iv it y analy sis of t he pr oduct ret urn rat e. Key words: rev erse log ist ics; closed lo op supply chain; net w ork locat ion
略, 然后应用遗传算法讨论了该模型的仿真解法。 如何将正向供应链和逆向供应链结合起来构成
闭环供应链网络, 据此研究多级闭环供应链网络的 选址问题, 这是本文研究的目的所在。
1 闭环供应链网络结构界定
本文讨论的网络结构问题如图 1 所示。该网络 图包含 7 个主要组成部分: 原材料供应地、生产商、 正向仓库、顾客群、回收中心、逆向仓库和再制造商。 对于正向物流, 原材料商生产的原料供应产品生产 商制造一次产品; 再通过企业的分销渠道, 送到目标 市场的正向仓库存储; 根据顾客需求, 从正向仓库配 送到销售商, 满足目标顾客群的需求, 如图 1 中的实 箭线所示。顾客使用废弃后, 废旧产品回流进入逆 向网络, 回流到回收中心进行产品质量检测和分类 拆卸。可再制造或可再生的零部件通过正向仓库或 专设的逆向仓库流回到再制造商或生产商, 如图 1 中的虚箭线所示。再制造商负责废弃产品再制造业 务, 而废弃产品的材料再生工作由生产商主导。
V ol. 17 N o. 3 Jun . 2008
摘要 借助于物流网络结构和混合整数线性规划, 构建了一个综合考虑原材料供应地、生产商、正向仓 库、顾客群、回收中心、逆向仓库和再制造商的单周期闭环供应链网络选址模型。该模型下, 原材料供应地和
顾客群需求为确定性限制条件, 其他结点地址均根据闭环网络综合目标成本最小化准则进行选择, 不但可以
实现选址优化, 又可以同时计算最优化流量分布。同时选择汽车行业对所构造模型进行了案例应用, 并对废
弃产品回收率进行敏感性分析。
关键词: 逆向物流; 闭环供应链; 网络选址
中图分类号: F 406. 72
文献标识码: A
Research on Closed loop Supply Chain Network Location Model
优化、运营管理、物流与供应链管理和循环经济。 E mail: jiapi ng xi e@ sina. com. cn
对废弃产品( 使用后的资源) 的回收再利用已经成为 当今学术界和企业界的热门话题。各国政府已经制 定了相关回收法规, 对企业的回收行为进行监督指 导。企业通过回收废弃产品既可以减少一次资源消 耗, 从而节约原材料的购买成本; 同时也可以在消费 者心目中树立良好的企业环保形象。因此, 企业全 面实施回收再利用策略对企业本身和社会都将产生 效益。然而, 企业实施废弃产品回收再利用遇到的问 题很多, 其中之一就是闭环供应链网络的选址问题。
随着社会经济的不断高速发展, 人类对于资源 的消耗越来越大。一般而言, 资源是不可再生的, 并 且有的资源使用之后可能会对环境造成影响, 因此
收稿日期: 2006 12 07 修订日期: 2007 12 13 基金项目: 国家自然 科学基金 资助项目 ( 70472080, 70332001) ;
2007 年! 新世纪优秀人才支持计划∀ 资助项目 作者简介: 谢家平( 1963 ) , 教授, 博士生导师。研究方 向为系统
正向仓库是生产商和顾客群之间的桥梁, 生产 商将产成品运输到仓库, 正向仓库则根据顾客群的 需求将产品发送到顾客群, 同时还接收来自于再制 造商翻新再造后的产品。为了讨论简化, 根据产品 可维修设计模式, 假定这些产品按时按质回收并翻 新, 所以将被视为全新产品。考虑到实际逆向物流 的组织运行, 部分正向仓库可能还存储从回收中心 发送过来的可维修再制造或可 回收再生的废 弃产 品, 也就意味着此时的正向仓库也可看作为逆向仓 库。由于全新产品和可维修再制造或可回收再生的 废弃产品的价值存在差异, 所以对它们的存储要求 也不相同, 从而导致相应库存成本也不相同, 本文将 库存成本列入目标函数。 1. 4 顾客群
X I E J ia p ing 1 , H UA N G X ue qi 1, CH E N Rong qiu2
( 1. Schoo l of Int ernat io nal Business Adm inist rat ion and T op 500 Ent erprise Resear ch Cent er, Shanghai Universit y of Finance & Economics, Shanghai 200433, China;
在网络结构模型方面, R ose[ 11] 依据供应链中物 流管理的思想和价值链分析的理念, 运用 ! 环境价 值链∀ 模型 研究 逆物 流系 统中 成员 的组 织关系 模式 。 国内对组织结构的研究则相对很少。谢家平等[ 12] 在 Rose 的研究基础上, 提出了一个将供应商、制造 商、销售商、直到最终用户连成一个整体的多生命周 期功能闭环供应链网络结构模式。达庆利等[ 13] 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, 重点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。马 祖军等[ 14] 根据回收物品处理方式分类, 讨论分析了 各种逆向物流系统组织。周贵根和曹振宇[ 15] 则构 建了一个逆向物流网络中的选址模型, 旨在研究从 备选地址中选择建立配送中心 或回收中心最 佳策
第 17 卷 第 3 期 2008 年 6 月
系统 管 Leabharlann Baidu 学 报
Journal o f Systems & M anagement
文章编号: 1005 2542( 2008) 03 0248 08
闭环供应链物流网络选址优化模型
谢家平1 , 黄雪琪1 , 陈荣秋2
( 1. 上海财经大学 国际工商管理学院, 500 强研究中心 上海 200433; 2. 华中科技大学 管理学院, 武汉 430074)
第3期
谢家平, 等: 闭环供应链物流网络选址优化模型
24 9
从 20 世纪 80 年代末开始, 已经有一些国内外 研究者对逆向物流网络选址问题进行了不同程度、 不同角度的研究。在数学规划模型应用研究方面, Min[ 1] 构造了一个多 目标混和整数规划模型, 通过 该模型选择最佳的废弃产品回收运输方式和运输路 线。Caruso 等[ 2] 构建了一个多 目标混和整数 规划 模型, 同时提出一个启发式的解决程序, 该模型主要 是为修理厂、能力有限的掩埋场所进行选址。考虑 到回收计划随着时间而变化, M elachronoudis 等[ 3] 构建了一个多目标整数规划模型, 为能力有限的掩 埋场所进行动态选址。Cast illo 等[ 4] 构建了一个对 线性规划和仿真模型进行最优的网络规划模型。为 了回收建筑材料, 如筛滤过的沙子, Barro s 等[ 5] 构造 了一个混和整数规划模型, 该模型确定了回收筛滤 过的沙子的区域性仓库和处理存储不干净沙子的处 理厂的地址问题。该模型和前面所提到模型的最大 优点在于它是一个二级选址模型。T hierry 等[ 6] 则 构建了一个线性规划模型, 以描述回收打印设备的 网络模型, 该模型基于传统的物流网络和回收商选 址, 但是没有考虑再制造商和回收仓库的选址及其 能力问题。K rikke[ 7] 在 T hierry 研究的 基础上, 构 造了一个基于网络图的混和整数规划选址模型, 该 模型用于确定维修 商的地址 和维修能 力。Krikke 等[ 8] 构造了一个混和整数规划模型来确定回收汽车 的处理厂和分解场所的地址, 同时确定了回收网络 中的流量问题。Jay aram an 等[ 9] 也构建了一个混和 整数规划模型来为电子设备确定最优的修理厂位置 和数量。Jayaraman 等[ 10] 在前面模型的基础上又为 危险产品构建了一个两级选址模型。纵观以上的网 络选址模型基本都是针对单级或简单的网络结构, 实现对制造商、回收中心和维修商进行选址优化。
25 0
系统管理学报
第 17 卷
量和成本一致, 差异性忽略不计, 因此, 选址模型中 不考虑原材料货物成本。 1. 2 生产商
生产商的主要职能就是通过从原材料供应地定 购原材料, 然后进行加工制造出新产品。生产商向 原材料供应地购买原材料主要发生原材料购买成本 和运输成本, 而订货成本与选址无直接相关联系, 因 此忽略订货成本。可以想象一个企业面对确定可知 的产品市场, 其产品生产量是一定的, 从而其原材料 的需求量也是一定的。即原材料购买成本不会随着 生产商地址的变化而改变, 所以在最优目标函数中 将不必考虑。但是, 运输成本则不然, 由于生产商地 址的不同, 生产商和原材料供应地两两距离很可能 不同, 从而运输成本不是固定的, 所以要考虑原材料 的运输成本, 本文将闭环供应链上结点企业间的运 输成本费用列入目标函数。生产商制造点的数量不 是确定的, 这些点将由最优目标函数来确定, 生产商 制造的产成品将根据消费预测和订单要求运送到正 向仓库。生产商同时接收来自正向仓库和逆向仓库 的可回收再生的废弃产品, 并将其再生为原材料, 从 而将会节约原材料购买成本费用。由于生产商的数 量可以根据企业需求进行选择, 因此假设生产商的 生产能力能够满足顾客的要求, 而本文不考虑其生 产能力限制。实际上, 根据模型求最优解之后, 将得 到每个生产商的生产数量, 从而可以计算出生产商 的生产能力。 1. 3 正向仓库
图 1 闭环供应链网络模型
1. 1 原材料供应地 本文构建的网络模型中, 原材料供应地的主要
职能就是向生产商提供原材料, 可以是矿场、伐木场 等传统意义上的原料地, 也可以指企业所在产业链 的直接上游企业, 如汽车企业的直接上游企业 # # # 钢铁公司。原材料的潜在来源地可能集中于某一地 区, 也可能分散于多个地区, 这主要依据具体的行业 情况而定。对于一个具体的选址问题, 潜在原材料 供应地点是确定已知的, 因此, 原材料供应地在整个 网络模型中对最优解选址方案是一个限制条件, 但 供应量仍然是一个需要决策的流量变量。由于原材 料供应市场为竞争市场, 本文假设提供的原材料质