產品回收再生動態行為分析

周三元，胡貴彥

（北京物資學院物流學院，北京市 101149）

產品回收再生動態行為分析

周三元，胡貴彥

（北京物資學院物流學院，北京市 101149）

隨著科技進步以及對環境保護的日益關注，產品生命周期不斷縮短，廢舊產品回收面臨越來越大的壓力。企業在從事產品回收活動的過程中不僅要考慮立法要求，還要從企業實際出發，綜合考慮再生對企業原材料采購、制造庫存、產品銷售及企業形象、利潤等所產生的直接或間接影響。文章建立產品回收再生閉環供應鏈系統結構模型，通過因果回路圖、存量流量圖對產品回收再生動態行為進行分析，并借助系統動力學仿真實驗工具Vensim軟件對產品回收再生動態市場行為，特別是回收再生利用與產品市場份額、銷售率之間的相互關系進行數值分析。研究結果表明，再生有利于企業市場份額、銷售率的提高。

產品回收；再生；系統動力學（SD）；Vensim軟件

一、引言

近年來，產品回收問題引起了廣泛關注。產品回收研究涉及諸多領域，如產品回收渠道、回收活動網絡、回收設施布局、回收活動利潤、回收能力規劃等。產品回收研究要考慮多種因素，如產品回收時間、地點和回收數量，物流需求預測，設施成本，運輸成本，回收處理技術，企業核心競爭力，企業當前或長遠經濟利潤，產品回收成本等。此外，還要考慮具體外部因素的影響，如環保意識、義務和立法規定的處罰等。

本文研究產品回收再生是從閉環供應鏈角度出發，首先對單一產品的物流活動進行分析，并在此基礎上通過產品回收再生系統模型的因果回路圖、存量流量圖對回收再生動態行為進行分析，最后利用模擬仿真工具Vensim軟件（一種系統動力學建模與模擬軟件）對回收再生的市場效應進行數值分析。

二、產品回收再生閉環系統結構

在圖1所示的閉環供應鏈系統中，正向物流活動包括向供應商采購原材料、產品生產制造、配送/分銷到最終用戶；產品回收逆向物流活動包括廢舊產品回收/收集、檢測/分類、處理（直接再利用、回收、維修、再制造、再生）、重新分配?；厥瘴锪骰顒由婕爱a品、部件、物料，它們有可能從不同的節點重新進入正向供應鏈。

文中的閉環供應鏈只考慮單一產品（如打印機、手機等），參與正向物流活動的主體包括生產商和分銷商?；厥瘴锪髦豢紤]再生利用，產品回收活動涉及回收、檢測及拆卸、再生等活動，再生所產生的物料與新原材料一樣。具體來說，制造商產品經由分銷商（配送、分銷/零售）賣給用戶，用戶手中的產品在生命周期結束后最終變成廢舊產品。廢舊產品或者廢棄處置，或者回收再利用；回收再利用的產品經檢查后要么廢棄處置，要么進行再生處置并轉換成對制造有用的原材料。閉環供應鏈系統中的廢舊產品最后以兩種不同的方式參與物流活動：其一，像新的原材料一樣用于制造新產品；其二，通過“綠色形象”來影響產品銷售。圖1中的原材料供應商、市場需求及環保立法等形成系統的外部環境。

由于閉環供應鏈中回收行為的動態性、復雜性和多變性以及影響因素的交互性和反饋性等特征，在系統建模與仿真分析過程中，應采用能夠捕捉流動瞬時信息的工具和方法。根椐上述產品回收閉環供應鏈的特點，本文應用系統動力學理論及相關模擬仿真工具Vensim軟件對再生動態行為進行分析。

三、產品回收再生動態行為模型

系統動力學（System Dynamics，SD）是一種為動態管理問題建模的仿真技術，著重于理解物質流動、信息流動、管理政策如何實現互動，而這些組件之間關系的總體在系統動力學中被定義為系統結構，系統結構決定了系統的行為模式與特性，但沒有顯示變量之間的關系，而因果回路圖可以勾畫任何領域的反饋結構，顯示變量之間的因果鏈。

1.產品回收再生系統因果回路圖[2]

因果回路圖充分反映了系統的反饋結構，因果回路圖可以迅速表達關于系統動態形成原因的假說，引出并表達個體或團體的心智模型。因果回路圖中包括負反饋（趨向均衡）和正反饋（強化）回路。在負反饋回路系統中，擾動后系統尋求平衡、均衡和停滯，追求將系統狀態帶到目標或設想狀態。而正反饋回路系統的初始擾動會導致系統進一步激烈變動，同時表明系統將從一種不穩定狀態尋求一種新的平衡態。從圖1所示的系統結構圖出發，結合產品回收再生系統特點，從三個方面對回收再生系統因果關系進行分析，即對制造子系統因果關系、分銷子系統因果關系、產品回收子系統因果關系進行分析。

（1）制造子系統因果回路（圖2）

在制造子系統中，原材料由外部供應商提供。產品制造的快慢由生產率決定，生產率由預期分銷訂貨率減去物料再生率和庫存調節（目標庫存減去實際庫存）共同決定，同時還受企業自身生產能力與外部原材料的制約。目標庫存根椐預期分銷訂貨率和庫存持續時間的乘積確定，庫存調節取決于目標庫存和實際的制造商成品庫存。分銷商訂單未滿足部分形成積壓訂單。

（2）分銷子系統因果回路（圖3）

在分銷（配送、分銷和零售商簡化為一體）子系統中，產品市場份額由產品的質量、性能、價格、市場形象（如綠色）、市場推廣、消費能力等多種內外因素決定。隨著市場需求的增加，一方面要求分銷商目標庫存量增大，分銷商訂貨率增大；另一方面未能滿足的需求部分使需求積壓量進一步增加，同時促進銷售率不斷提升。

庫存調節=MAX（（分銷商目標庫存-分銷商庫存），0）

（3）回收再生子系統因果回路（圖4）

售后產品在有效生命周期結束后變成廢舊產品，銷售后產品生命周期的時間分布取決于具體產品的特性、用戶偏好、技術進步等多種因素。廢舊產品或者棄置處理（本文中按不可控廢棄處理，如填埋、焚燒），或者進行回收再利用，重新進入正向物流渠道。產品回收從收集/檢測開始，回收率高低受回收能力的約束，它決定了回收的快慢以及回收產品數量的多少?；厥张f產品經檢測、篩選后，其中有一部分沒有利用價值的直接廢棄處置（本文中按不可重復使用處理），對其余的進行再利用（本文中按再生處理）。再生處理后所產生的物料可以像新原材料一樣重新用于生產制造新產品。再生利用率的高低在一定程度上反映了企業的“綠色形象”，并對產品市場份額、銷售率產生積極影響，同時再生物料可對原材料起補充作用。

2.產品回收再生系統存量流量圖

因果回路圖強調了系統的反饋結構，而存量流量圖強調了其背后的物理結構。存量流量圖通過追蹤物質流、信息流，能更加直觀地刻畫系統之間的邏輯關系，明確系統動態行為的反饋形式和控制規律。

（1）回收再生系統存量流量圖[3]

存量流量圖由狀態變量（Level）、速率（Rate）、流（Flow）、延遲、輔助變量（Auxiliary）和常量構建而成。

狀態變量反映物質、能量、信息對時間的積累，是描述系統積累效應的變量（用矩形描述），是系統內部流的堆積量（如庫存）。

延遲可分為物質延遲和信息延遲，延遲存在于產品回收再生的整個過程中，如廢舊產品作為銷售率的物質延遲。在系統動力學模型中，信息延遲輸出的結果是一種典型平滑積存變量，它是通過指數平滑技術進行預測的結果，圖中用雙跨線箭頭表示信息或物質的時間延遲。

輔助變量和常數是輔助決策過程的中間量。

在系統動力學模型中，有兩種獨立的流，即物質流和信息流，用實線箭頭表示，物質流表示系統中流動著的物質，信息流是連接狀態變量和速率變量的信息通道。產品回收再生系統的存量流量圖[4]如圖5所示。

（2）存量流量圖數學方程式

存量流量圖是一個數學模型的圖形表示，嵌入的數學方程可分為兩大類：一類是系統內積累方程，通過對流率進行時間積分來確定，另一類是速率方程，作為積累的時間函數。

模型中相關數學方程式如下：

四、產品回收再生動態行為模擬分析

產品回收再生系統模型模擬開始時，所有積累變量的初始值設置為零。假設市場需求遵循標準正態分布，市場需求=RANDOM NORMAL（1，1000，100，100，2）。通常情況下市場份額為10%，再生利用率積聚形成“綠色形象”并對產品市場占有率產生積極影響，假設波動幅度為±3%。這意味著，如果企業的產品完全回收再生，有可能使企業產品市場份額提高到13%；相反如果產品回收再生利用率低，有可能使企業產品市場占有率份額下降到7%，市場份額=0.1+系數（再生利用率），具體系數見圖6。

假設外部原材料供應能滿足各種情形下的生產需求，因此文中用一個非常大的數據1e+008表示。模擬仿真的其他參數包括：常數D1=12，常數DI=12，回收保存期=2，回收系數=0.36，回收延遲=48，檢測時間=1，交貨時間=1，庫存持續時間=12，生產調整時間=2，生產能力=10，生產時間=2，誤差=0.2，需求持續時間=1.2，運輸時間=1，再生能力=0.36，再生時間=1.2，再生延遲=48。

將仿真時間長度設置為INITIAL TIME=0，FINAL TIME=300周。

隨著時間的推移以及廢舊產品回收再生數量的增加，積淀的“綠色形象”對產品市場產生正面積極影響，市場份額會不斷增大，銷售率也會呈現出一種不斷上升的趨勢，這是一種合情合理的市場行為，模擬仿真結果（圖7、圖8）驗證了這一點。

五、總結

隨著科學技術的不斷進步以及對環境保護關注程度的日益提高，產品生命周期不斷縮短。對廢舊產品的回收面臨越來越大的壓力，企業在從事產品回收活動的過程中，不僅要考慮立法要求，還要考慮企業的實際情況，因為再生對企業原材料采購、制造庫存、產品銷售以及企業形象、利潤等都會產生直接或間接的影響。本文借助系統動力學仿真實驗工具Vensim對產品回收再生動態市場行為進行模擬仿真數值分析，對回收再生與產品市場份額、銷售率變化之間的關系進行分析。結果表明，再生有利于企業市場份額、銷售率的提高。

此外，該模型還可以對企業庫存的各種（如成本、存儲量等）變化情形進行系統分析，對供應鏈系統運作效率進行分析，為企業進行有效的管理決策、為閉環供應鏈系統設計提供科學的理論依據。

[1]Patroklos Georgiadis，Efstraios Athanasiou.The Impact of Two-product Joint Lifecycles on Capacity Planning of Remanufacturing Networks[J].European Journal of Operational Research，2010，202：420-433.

[2]、[3]鐘永光，等.系統動力學[M].北京：科學出版社，2010：38-39、57-59、88-89.

[4]D.Vlachosetal.A System DynamicsModelfor Dynamic Capacity Planning of Remanufacturing in Closedloop Supply Chains[J].Computer&Operation Research，2007，34：267-294.

The Dynamic Behavior Analysis of Return Product Recycling

ZHOU San-yuan and HU Gui-yan
(Beijing WuZi University，Beijing101149，China)

With the scientific and technological progress and the increasing attention on environmental protection,the life cycle of product is getting shorter;and product return is facing greater pressure.While engaged in product return,the enterprises should not only consider the requirement of legislation,but also consider the direct and indirect effect of product return on raw material purchasing,manufacturing,storage,selling,enterprise's image and profit.The authors propose a closed-loop supply chain system structure model for product return recycling.Based on this，the dynamic behavior of product recycling is analyzed in detail through causal loop diagram，stocks and flow diagram.Finally，the numerical analysis focus on the relationship between recycling and product market shares and sales rates was studied.It shows that return product recycling will be benefit for the increase of market share and sales rate.

Product return；recycling；system dynamics(SD)；Vensim

F252.24

A

1007－8266（2011）01－0031－05

周三元（1965-），男，江西省豐城市人，北京物資學院物流學院副教授，博士后，主要研究方向為回收物流；胡貴彥（1969-），男，湖北省棗陽市人，北京物資學院物流學院教師，日本國京都工藝纖維大學工學博士，主要研究方向為物流系統的設計及優化。>

陳靜