闭环供应链

作为一种新的经营理念和管理模式，供应链已经成为业界和理论界关注的热点。

随着全球竞争的加剧和科学技术的进步，现代管理思想和手段不断变革和发展，越来越多的企业开始运用供应链管理来达成企业内外环境的协同，进行一体化管理，以提高客户的满意度，提升企业的核心竞争力。

供应链及供应链管理从20世纪90年代开始流行，并成为企业在全球市场更具竞争力的关键。

根据研究和实践侧重点的不同，在供应链管理的形成和发展过程中，陆续出现了需求链管理、需求流管理、价值链管理、价值网络和同步管理等概念。

随着逆向物流在企业中的应用越来越多，市场需求不断增大，2003年提出的闭环供应链（Closed-Loop Supply Chains，CLSC)成为物流与供应链管理的一个新的发展趋势。

闭环供应链是指企业从采购到最终销售的完整供应链循环，包括了产品回收与生命周期支持的逆向物流。

它的目的是对物料的流动进行封闭处理，减少污染排放和剩余废物，同时以较低的成本为顾客提供服务。

因此闭环供应链除了传统供应链的内容，还对循环经济、可持续发展具有重要意义。

高效的闭环供应链管理将带来直接效益，如资源投入的减少，库存和分销成本的降低，已恢复产品的附加价值；实现废弃物品的再循环、再利用而且通过有效的恢复处理，还可以间接地给企业带来获利的新机遇，如顾客满意度的提高，更紧密的顾客关系以及环境法规的一致性等等。

传统的供应链管理原则同样适用于闭环供应链，同时由于闭环供应链所面向的系统无论从其深度还是广度都大大超越了传统供应链，涉及从战略层到运作层的一系列变化，其复杂程度和难度都远超过传统供应链。

闭环供应链管理的目的是为了实现“经济与环境”的综合效益，该理念不仅有助于企业的可持续发展，也有助于整个社会的可持续发展，在构筑“强环境绩效”方面，闭环供应链表现出的优势远远超过了传统供应链，已成为供应链未来发展的必然趋势。

研究和实践闭环供应链管理理论和技术，更好地建设和发展闭环供应链己经成为当前供应链理论研究和实践的焦点。

1.1 研究的背景
伴随着人类文明的持续进步和社会的迅速变革，资源与发展的矛盾日益突出。

资料表明，整个20世纪人类消耗了1420亿吨石油、2650亿吨煤、380亿吨铁、7.6亿吨铝、4.8亿吨铜（花明，马智胜）[1]。

如果不计新增储量，到2045年原油将不能再产油（庄红韬）[2] 2040年天然气将枯褐（何远忠）[3]，情况较好的煤炭也只能维持300年（石岛洋三，徐启敏）[4]。

而根据美国矿产局预计：世界黄金储备还可用24年、水银为40年、锡为28年、锌为40年、铜为65年、
铅为35年。

一方面是资源的日益减少，另一方面则是大量废弃物的产生及其引发的环境污染，其中电子垃圾的增长速度尤其令人侧目.以美国为例，由于不断追求更先进的产品，美国人每年丢弃的电子产品高达200万吨，包括5000万台电脑和1.3亿部手机（网易科技报道）[5]；欧盟的电子类垃圾每5年便增加16%~28%，比总废物量的增长速度快了3倍（钟韵江）[6]。

同样的问题也困扰着我国经济发展，国家统计局的数字显示，从2003年起我国每年至少500万台电视机、400万台冰箱、600万台洗衣机需要报废（王扶笠）[7]。

面对日益严峻的废弃物垃圾、以及由此产生的环境污染和资源过度消耗问题，许多国家纷纷制定相应法规条例[8]，强制要求制造商对产品回收再利用。

1991年7月德国颁布了“电子废弃物法规”；1993年欧洲提出“制造商责任制”，要求制造商负责废旧电脑回收处理；而2003年2月欧盟正式颁布的VUEEE指令（废弃电子与电器产品处理指导法令），则彻底引爆了全球高科技业者不愿直面的废弃产品与零组件回收问题。

2001年10月，2000多家电脑及电子生产商开始进行前期的回收试验计划，测试各电子产品在回收方面的成本与效益，以期推出长远的回收计划。

如索尼公司和美国明尼苏达州启动了一项为期5年的计划，回收在该州销售的所有索尼电子和个人计算机产品；蓝色巨人IBM推出“无捆绑”回收服务，接受任一品牌的废弃电脑，并率先开展全球性的电脑回收行动；富士通与西门子公司在法兰克福等五个欧洲地区设立网点，回收各公司的废旧电脑及打印机，并预计到2004年，将该网点推广至英国、法国以及北欧等欧盟国家地区。

除环保法规的限制外，产品循环再利用中凸显的经济利益是驱动闭环供应链不断发展的另一重要动力。

尽管目前大多数企业仍将废弃品回收视为沉重的包袱，但少数积极参与闭环供应链方案的先行者们却从中发掘到了新的经济机遇。

有报道指出[9]，企业通过实施再造项目所节约的生产成本平均可达40%~65%。

于是，很多先知先觉的企业认为这是一个树立企业公众形象、降低生产成本、开拓新兴市场的重要机会，因而投入大量的人力和物力用于废弃产品的回复和再生，并取得了可观的经济效益和社会效益。

如：
①复印机制造行业。

施乐、佳能、惠普等在产品再制造领域都投入了巨大的努力。

从1991年开始，施乐开始实施再生战略，十多年来减少了70多万吨的垃圾填埋，使250万台复印机、打印机获得新生，非危险固体废弃物的回收率由1999年的56%提高到2004年的89%，新产品中90%以上的组件都可以回收利用（Xerox）[10]。

通过这些努力，节约了45~60%的制造成本，获得了上亿美元的收益（Guide等）[11]。

1990年，佳能开始在全球范围内实施“墨盒回收和再生战
略”；1992年，引入复印机再制造体系；1999年，开始再利用废旧零部件。

2005年，公司回收12.2万台复印机，回收率达98.1%；回收墨盒19.7万吨，回收率100%（Canon）[12]。

惠普开始于1987年的EOL计划，为企业、用户和环境都带来了诸多益处，仅2005年，就回收了6.35万吨计算机硬件和墨盒，比2004年增加17%。

按照计划，惠普2007年底前的回收总量将达45万吨（HP）[13]。

②化工行业。

1999年，DSM化工与联合信号共同投资八千万美元，在美国乔治亚州建造了一个年加工能力达九万吨的大型回收厂，用于从废旧地毯中回收尼龙等原材料口。

同样，杜邦1995年在美国田纳西州也开设了一家回收厂，每年再生的1500吨尼龙材料被用于生产新的地毯和汽车零件口（DuPont）[14]。

③一次性照相机。

受环境压力的影响，柯达1990年开始回收、利用、再生一次性照相机，到2005年，回收数t达到了惊人的10亿台，如果头尾相排，其长度可以绕地球4圈。

现在，柯达一次性照相机的原料有90%来自于回收相机，而且一台相机重量的90%都可以直接再利用（Kodak）[15]。

④其它。

从宏观层面上看，许多产品的回收率逐年上升，并对人类的生产和生活产生越来越重要的影响。

例如，玻璃回收，法国1980年的回收率只有20%，2002年上升到55%，德国由23%飘升至90%。

同一时期，法国的废纸回收率邮0%上升到51%，德国邮4%提高到72%（OECD）[16]。

在荷兰，几乎所有的工业废弃物的税收率都在75%以上，而在1992年只有36%（CBS）[17]。

⑤我国的情况。

与国外大型企业每年都有一份社会责任或者环境报告不同，中国企业似乎更加关注股东回报，而很少从环境的角度去思考和设计产品，也不愿意花钱研究、实施产品的回收和利用。

例如，我国废纸的平均回收率仅为30%（中国包装网）[18]；废玻璃在2530%之间，世界平均50%（海西循环网）[19]；矿产资源总回收率约30%，比国外先进水平低20个百分点；木材综合利用率约60%，低于国外先进水平80%；工业固体废弃物综合利用率为55.8%（吴晶晶）[20]。

综上所述，闭环供应链管理在21世纪将成为企业（特别是制造企业）战略的一个重要部分，对提升企业“绿色”形象，满足环保法规要求，参与国际竞争具有深远的影响与意义，因此本论文的选题具有强烈的时代背景和应用价值。

纵观国内外大量文献，不难发现大量关于供应链节点企业间的协调问题都集中在开环供应链上，尤其是开环正向供应链上。

然而对于闭环供应链中所涉及到的逆向回收流与正向产品流如何在库存方面协调；回收成本、再造成本和制造成本，批发价及零售价之间如何协调的问题罕有文献涉及。

另一方面，到目前为止，尚未有人对闭环供应链中的物流管理、信息流管理、资金流管理、节点企业之间的相互关系，产品再生战略对各节点企业的战略影响
等方面进行系统的研究。

因此本文将从节点企业之间的相互关系角度系统地研究闭环供应链，构建闭环供应链节点企业间的博弈模型，从契约的角度，深入研究闭环供应链节点企业间的协调问题，从而进一步扩展供应链管理的理论研究空间。

第三，随着电子商务的快速发展，电子直销已经成为企业掌握顾客需求动向、扩大市场份额不可或缺的一种新途径。

但现实中尚未有人对“双渠道”下的库存优化进行过系统的研究。

本文致力于应用最优化方法和博弈论知识开展对CLSC的库存控制和协调激励机制研究，在研究过程中，不仅考虑传统销售渠道，而且着重考虑在电子商务环境下增加电子销售渠道的闭环供应链库存优化与协调激励机制，这些研究顺应了循环经济下供应链变革的要求和我国倡导节约资源、环境友好的可持续发展的形势，能够进一步丰富完善CLSC的理论，有利于CLSC的深入研究，为可持续发展提供决策参考和依据，增强CLSC可操作性，对提高CLSC的应用能力有一定的指导意义，其选题具有强烈的时代背景和现实意义。

1.3 文献综述
借鉴Thierry，Fleischmann，Giode以及Krikke等人的研究[22，23]，闭环供应链不仅包含传统的正向供应链，同时还包含废弃品回收再利用的逆向供应链，并且两条供应链上的物流并非相互独立，而是呈现出“从源到汇，再由汇到源”的闭环特征。

闭环供应链管理是一种实现产品全生命周期管理的哲理[24]，该理念强调通过链上各个实体的协同运作来实现整个系统的最大效益。

闭环供应链管理的目的是为了实现经济与环境的综合效益，不仅有助于企业的可持续发展，也有助于整个国际社会的可持续发展。

事实上，逆向供应链和闭环供应链并不是全新事物，早在20世纪20年代，一些工业已经开始再生产了，例如汽车零部件已经由第三方进行再生产了。

到20世纪80年代早期，对再生产的研究开始增多[25]，到20世纪90年代，大量出版的研究开始出现，并且集中在可操作的和工程学方面。

当前，关于正向供应链的研究已经比较完备，因此，关于CLSC的研究主要集中在对其中的逆向供应链（RSC）的探讨。

下面，我们从几个方面说明基于RSC的CLSC的研究现状。

1.3.1 闭环供应链的研究内容
①CLSC系统结构的研究
在CLSC管理中，确定CLSC系统结构是极其重要的工作，因为它是形成系统的第一步，并且对系统运作绩效起着决定性作用。

当前，有关CLSC系统结构的研究还刚刚起步。

在设计一个有效的CLSC系统之前，要考虑成员的构成、成员的关系、系统的功能等问题。

Guiltinan[26]和Pohlen T L[27]先后提出根据流通渠道企业成员
完成的再生或再制造的功能和能力不同，构建不同的RSC回收系统，但是他们的设计原则中只考虑了缺货对成本最优设计的影响，没有考虑产品的整个生命周期，忽视了持续性发展等问题。

De Brito M P[28]从企业战略的角度出发，从战略决策、战术决策、运作决策等三个层次提出RSC系统设计的框架：战略决策包括产品回收、产品设计、网络容量和网络设计等内容；战术决策包括采购、生产计划、库存管理、市场、信息和技术等内容；运作决策则包括生产进度与控制、信息管理等。

Harold Krikkle等[29]根据RSC的特点从经济、环保、供应链渠道等角度提出了CLSC系统结构的设计原则；Fleischmann M[30]从供应链绩效的角度出发，从三个管理层面指出了CLSC网络系统设计与传统供应链设计的区别，并且提出了一个连续的网络设计模型，该模型揭示了系统关键参数对成本的影响，为选择合适的供应链结构提供了方向；Barros[31]研究一个从建筑废弃物中再生沙子的网络结构系统，用启发式算法得到了中间机构设置数量的上下界，Listes[32]以不确定性的观点重新研究了此问题，提出了一个多阶段随机规划模型；Jayarama[33]研究分析了美国电子设备再制造公司的供应链网络结构，以确定网络结构中最优的机构设置数量和设置地点。

陈剑[34]从生产-库存角度按照单级系统、多级系统和供应链重组三个方面综述了近年来供应链结构的研究成果。

总结上述研究，CLSC系统网络结构具有如下基本特征：
1）系统的高度复杂性[35]。

从消费者或终端市场回收的物品在时间、数量和质量上具有高度不确定性，以及RSC系统内部供应链相互影响，导致系统对RSC缺乏有效控制，从而增加了系统的复杂性。

2）系统目标的复杂多样性[36]，即系统结构的设计除了要满足成本和供应的要求外，还要考虑环境保护等因素。

3）系统具有天生的供需失衡本性[37]，即废旧物品的供应常常与生产商的需求不匹配。

4）系统具有“从多到少（many to few)”的特性，即系统供应链从多个方向向少数地点汇聚。

废旧物品是RSC的原材料，与“前向”系统不同的是，它们进入逆向系统的成本很低甚至为0。

根据CLSC中RSC的结构形式的不同，一般CLSC有两种形式：
1）RSC是开环型网络结构的CLSC[38，39，40]：回收的物品不回到初始的生产商而用于其他企业（第三方生产商)的情况。

由于RSC渠道与传统（前向)供应链渠道不同，一般构建一个独立的回收系统。

2）RSC是闭环型网络结构的CLSC[41，42]：即回收的产品或包装材料回到初始的生产商的情况。

利用传统供应链渠道中的现有企业成员，在原有网络
上或通过专业供应链服务商来构建RSC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，企业往往构建闭环型的网络系统来回收再利用废旧产品。

由此可见，CLSC系统比传统的供应链系统更加复杂，复杂性不仅体现在系统内部成员的相互影响，而且还体现在特定的修复操作过程随着回收物品的不同而不同。

②CLSC中的选址定位与网络问题
CLSC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，这需要确定相应处理设备的安装地点及处理能力，使得CLSC中的选址定位问题同传统供应链相比更为复杂和有着更高的要求。

Kroon[43]构建了一个可再用的运输包装容器（袋)供应链系统，根据系统参与成员所承担服务角色的不同，他们重点研究了空包装容器（袋)的运输、维护、储藏工序，并从历史运输数据中估计出系统中包装容器的期望数量以及需求服从的几何分布，建立了一个能确定空包装容器（袋)仓库数量和设置地点的选址定位MILP模型。

Del Castillo[44]研究了一个可再用灌装容器的运输分销网络模型，他们分析了空容器返回原先企业当作新资源后对企业的生产计划、运输计划的影响，并将模型应用到一个软饮料企业中。

Louwers D[45]分析了地毯废品再生网络的结构。

根据对废旧地毯的收集、预处理、运输等工序以及相应的成本费用（投资成本、处理成本、运输成本等)建立了一个确定预处理中心位置及处理能力的非线性连续选址定位模型。

Krikke H R[46]提出了一个构建多级回收系统网络的混合整数线性规划（MILP)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。

顾巧论[47]等进一步考虑了再制造产品和新产品的可替代性，以总费用最小化为目标函数，在再制造产品和新产品可以相互替代的前提假设下建立了再制造/制造系统物流网络的混合整数规划模型；并探讨了相应信息网络的结构和作用。

马祖军[48]等也对此进行了更深入的研究，其以投资和运营总成本最小化为原则，在再制造产品和新产品不可以相互替代的前提假设下，基于混合整数线性规划方法，提出制造/再制造集成物流网络优化设计模型，据此确定网络中各种设施的数量、位置及物流量分配。

张锐等[49]以利润最大化为原则，对基于再制造系统的闭环供应链物流网络建立混合整数规划模型，解决了网络设施选址问题，并给出了各条路线上的最佳物流分配量。

CLSC中的选址定位问题属于企业战术决策问题，由于其对企业经济效益的直接影响而受到市场的关注。

此类研究成果很多，但是研究方法比较单一，大都是运用规划方法来研究，定量化的参变量过多，计算复杂。

目前还没有出现新的思路来研究这一问题。

③闭环供应链库存管理
总体说来，从成本结构上，逆向物流和再制造库存模型增加了再制造成本、回收库存成本、可维修件库存成本；从决策结构上，增加了再制造批量决策、报废率决策等。

这些模型按照是否考虑需求的随机性分为确定性模型和随机需求模型两大类。

库存管理的目标是控制外部替换零部件的订购和内部回收零部件的恢复进程，以保证一定需要的服务水平条件下，最小化各项固定成本和可变成本之总和[50]。

最早的确定型库存模型由Schrady[51]于1967年提出，模型假定需求、回收率、外部订购和恢复的延迟时间都恒定，考虑订购和恢复的固定成本以及库存成本最小时，定购和恢复的最优批量。

Richter [52,53]在Schrady的模型基础上，给出了一个不同控制策略下的最优控制参数值的表达式，并讨论了回收率对这些参数的影响。

Inderfurth等人（2001）[54]对没有固定订货成本和固定维修成本的库存系统进行了分析，指出提前期为零时的最优库存策略，并对采购提前期等于或大于再制造提前期1个周期的情况进行了分析。

研究表明，无论是考虑采购提前期和再制造提前期不等的情况，还是只针对采购提前期大于再制造提前期1个周期的这种最简单情况，库存最优策略解都是非常复杂的。

再用品-再造提前期-退货率二者的组合对订货政Kleber[55]等研究了动态需求和回收量条件下，控制最优生产、再制造、废弃处置的线性成本模型，并用Pontryagin极值定理求解某一产品恢复系统有几种需求选择的最优库存控制策略。

Dobos [56]把需求和回收量作为时间的连续函数，得出以包括库存、生产、再制造以及废弃处置总成本最小为目标函数的最优生产和库存控制策略。

Fleischmann[57]等提出了一个需求和回收服从Poisson分布的随机库存模型，它在假定回收产品可直接按新产品再售且外部订购延迟时间不为零的情况下，得出最优库存控制策略和最优控制参数值，并与传统的（s，Q)库存模型作了比较，又用数值算例说明了回收流对库存系统的影响。

黄祖庆和达庆利[58]给出了一个需求和退货服从Poisson分布的随机库存优化模型，推导出最优订货量和期望收益的表达式以及求解算法，并分析了退货率、库存成本、缺货损失参数对模型的影响，通过数值算例得出退货率对模型有明显影响的结论。

陈春花[59]在传统的库存模型的基础上，建立了闭
环供应链下的制造/再制造混合系统的库存决策模型，并在再制造过程中，通过数学软件分析了两种不同再制造方式下库存控制策略的优劣，并最终得出了合理的选择。

隋明刚[60]在考虑库存因素的情况下，构造了Stackelberg博弈下的四种回收策略模型，分析、比较了不同的回收策略，以及各种回收策略对闭环供应链利润、成本等方面的影响。

研究表明，动态博弈和静态博弈相比，利润来源主要是由库存成本降低产生的，这与不考虑库存因素的已有研究成果（Savaskan etal.) [61]完全不同。

此外，他还基于z域模型的闭环供应链牛鞭效应分析，研究得出了“闭环供应链牛鞭效应并不是回收水平的单调递减函数”的重要结论；同时还分析比较了五种订货策略对闭环供应链牛鞭效应的影响。

④CLSC中的生产问题
1）新产品和再生产品的替代
许多被认为能够再生产的产品具有持久、耐用的特点，它们通过市场逐渐地展示出显著的生命周期。

可再生产的产品是这种新产品的廉价替代品，它常常在新产品的生命周期中被投入到市场，影响了新产品的销售动态。

Debo[62]研究了关于新产品和可再生产品合并的动态管理的一个方面。

他们在某种程度上对贝斯扩散模型进行了延伸，保留了再生产设置的两个主要特点：
a.新产品和再生产品之间的替代；
b.由于对能够再生的已使用产品的供应是有限的，从而造成对再生产品扩散的限制。

研究者指出了新产品和再生产品扩散路径的特点。

2）减少错误回收
错误回收是指这样的产品，销售商向消费者回收的是丧失功能的产品。

错误回收的成本包括功能测试、刷新（如果有必要的话）、再包装、产品在逆向供应链中损失的价值（对许多企业来说，可能要超过几个月的时间），由于产品折价出售而损失的收入。

错误回收成本很高，而且首先由生产商承担。

但是，要减少错误回收，则首先要求零售商做出努力。

例如，通知消费者最适合他们需要的准确产品。

Ferguson[63]强调利用供应链协调方法来减少错误回收。

更具体的，他们提出了一个目标回扣合同，每低于目标一单位错误回收产品付给零售商一定数量的货币。

目标回扣合同给零售商增加努力程度提供了激励，可以减少错误回收产品的数量，并且增加净销售。

在大多数情况下，该合同是一个帕累托改进。

3）提高回收商品的价值
企业管理者往往忽视了逆向供应链中的速度问题。

一般他们把快速反应当作正向供应链中的一个重要因素，尤其是那些产品会快速磨损的产业。

即。