逆向物流網絡結構設計的研究現狀及展望

吳夢婷

（上海海事大學，上海 201306）

逆向物流網絡結構設計的研究現狀及展望

吳夢婷

（上海海事大學，上海 201306）

由于環(huán)境保護及企業(yè)效益等多方面因素，逆向物流已成為重要的研究領域。綜述了近十年來國內外學者在逆向物流網絡結構設計方面的研究現狀，重點討論了逆向物流網絡結構的設計原則、選址定位以及研究方法，并總結了逆向物流網絡結構設計的研究成果，提出了未來可能的研究方向。

逆向物流；網絡設計；設計原則；選址定位；研究方法

1 研究內容的界定

本文所研究的內容是逆向物流網絡結構設計的研究現狀及展望，它隸屬于逆向物流的范疇，并從屬于逆向物流系統(tǒng)研究領域，考慮到逆向物流系統(tǒng)具有高度復雜性、多樣性，使得系統(tǒng)的運作更依賴于物流網絡，因而在逆向物流中首要任務是優(yōu)化設計逆向物流網絡，具體的界定示意圖如圖1所示。

圖1 研究內容的界定

2 逆向物流的產生背景、定義及驅動因素

2.1 產生背景及定義

隨著越來越多的國家出現環(huán)境問題、資源減少問題以及垃圾填埋場容量不斷消耗等問題，社會對環(huán)保的關注度日益提高，政府也制定了有關回收廢舊產品的政策。與此同時，隨著經濟快速發(fā)展，產品生命周期不斷減短，產品更新換代不斷加速，不可避免地帶來了更多退換貨的問題。直至上世紀90年代末，逆向物流開始逐漸受到國內外物流學者和企業(yè)管理者的重視。

關于逆向物流（Reverse Logistics）的定義，最早在1992年Stock在給美國物流管理協會（Council of Logistics Management）的一份報告中，首次提出：逆向物流是一種包含了產品回收、物料替代、物品再利用、廢棄處理、再處理、維修與再制造等流程的物流活動。歐洲逆向物流集團RevLog將逆向物流定義為：“將原材料、半成品、產成品從制造商、經銷商或消費者流向回收地點或適當處理地點的規(guī)劃、實施和控制過程”。我國學者朱道立等提出逆向物流不僅僅指再制造產品、再利用裝運容器、回收包裝材料，還包括由于質量問題、季節(jié)性庫存、過量庫存、產品召回等活動導致的回流物品的處置。

2.2 驅動因素

在過去的十年中，越來越多的公司例如戴爾、通用、柯達和施樂等都對該領域投入了很多關注，主要涉及產品的回收、修理、再利用、再制造以及再處理等，取得了不錯的成效。近幾年，多方面的因素都積極推動著逆向物流的迅速發(fā)展，即使那些曾經被認為是環(huán)境領頭企業(yè)也開始意識到僅僅采取過去的措施已經不在那么有效了。本文將從企業(yè)的角度出發(fā)，分析逆向物流發(fā)展的驅動因素，主要由以下三個方面組成：

（1）環(huán)境因素。經濟的高速發(fā)展不可避免地給環(huán)境造成了一定的破壞和影響，逆向物流對于促進環(huán)境保護發(fā)揮著重要的角色與作用。據國際回收局統(tǒng)計，歐洲紙業(yè)聯盟在發(fā)展紙業(yè)逆向物流后，近幾年生產所需的資源量與最初的生產系統(tǒng)相比減少了近65%，水污染和空氣污染程度分別降低35%和74%。不難發(fā)現，逆向物流大力推動了低碳經濟的發(fā)展，促進了環(huán)境效益的提高。

（2）立法。基于對環(huán)境效益的考慮，許多國家采取了強制立法的方法明確企業(yè)對所生產產品的整個生命周期包括回收處理的責任。美國、歐盟、日本等相繼制定了有關固體廢棄物處理問題的法律法規(guī)，我國相繼通過了《關于實施城市生活垃圾處理收費制度促進垃圾處理產業(yè)化的通知》等規(guī)定，法律法規(guī)的出臺有效減輕了環(huán)境及資源短缺帶來的壓力。

（3）經濟因素。如今，逆向物流經濟價值逐步得到顯現，已成為企業(yè)強化競爭優(yōu)勢、增加客戶價值、提高供應鏈整體績效的重要手段。對企業(yè)而言，其經濟效益主要包括直接效益和間接效益兩個部分。一方面，企業(yè)可以挖掘廢舊產品中的殘留價值，提高成本競爭優(yōu)勢，帶來直接的經濟效益。另一方面，逆向物流可以為企業(yè)帶來“綠色環(huán)保”的形象，從而提高企業(yè)客戶的滿意度及未來的銷售量，實現生產成本的節(jié)約及形象的雙重提升。

3 逆向物流網絡設計及優(yōu)化的研究內容和方法

3.1 研究內容

3.1.1 設計原則。逆向物流網絡設計通常有兩種方式：獨立設計逆向物流網絡；在現有正向物流網絡的基礎上進行逆向物流網絡設計，實現逆向物流與正向物流（forward logistics）網絡的集成。本文以此為基礎，通過總結國內外研究文獻，根據回收產品的利用方式將網絡設計主要分為三類：

（1）可再生類回收產品。可再生產品的逆向物流網絡如圖2所示。

圖2 可再生產品的逆向物流網絡設計

Zeballos在正向物流系統(tǒng)的基礎上，設計了逆向物流網絡，主要在分配中心（廢品回收點）與生產工廠之間，增加了一個回收中心，并提出將回收產品分為三種質量等級后送往工廠進行分類加工。

Schweiger等針對紙品業(yè)再生逆向物流進行了網絡設計及優(yōu)化，設計了一個單向的逆向物流系統(tǒng)包括廢紙品回收點、分揀預處理中心以及處理中心。此外，還考慮了再生過程副產品的處理。Patia等以印度某個城市的紙品業(yè)為例開展了實證研究。

Ferri等針對固體廢棄物提出了逆向物流網絡。何波等在實現逆向物流總成本最小化的同時，將環(huán)境效益作為目標函數之一進行考慮。

Kilic等針對電子廢棄物構建逆向物流網絡，除傳統(tǒng)的逆向回收加工，還涉及加工產品的二次銷售。Subulan等和Sasikumar等則以鉛酸蓄電池為研究對象。其中，Sasikumar提出將回收的電池進行拆解，使用過的硫酸用于其他副產品的生產如化學產品、肥料生產等，剩余的塑料及鉛合金用于新的電池的生產。

Demirel針對廢舊汽車回收展開研究，Vahdani等則為鋼鐵廠商構建了閉環(huán)物流網絡，均涉及了二次加工和二次銷售，實現了資源的多次利用，體現了環(huán)境效益。

Galvez等提出了有關廢氣回收的逆向物流網絡，不僅涉及回收加工，還提出利用沼氣工廠，將廢棄物發(fā)熱轉化為電能，節(jié)約成本的同時還創(chuàng)造了新能源。

綜上可見，對于可再生產品來說，逆向物流可以實現物料資源的循環(huán)再利用，如從廢舊汽車電池中再生金屬、紙品再生等。產品回收后一般有兩個處理方式，如果可以再次利用則會進入回收中心及工廠進行再生產加工，如果不可再利用則直接進入垃圾處理中心處理。

（2）可再制造類回收產品。可再制造產品的逆向物流網絡如圖3所示。

圖3 可再制造產品的逆向物流網絡設計

針對再制造回收產品逆向物流網絡的設計，一部分學者構建的是包含產品銷售以及回收的閉環(huán)物流網絡。如Choudhary等從成本和環(huán)保的角度構建了閉環(huán)物流網絡。Pishvaee等提出了包含多能力水平的生產、配送、收集/檢驗、回收及廢物處理節(jié)點的多目標多階段正/逆向物流網絡設計。Amin等構建了包含產品供應、回收的閉環(huán)物流。

還有部分學者僅針對產品的回收再制造構建獨立的逆向物流網絡。如Alshamsi等提出壽命結束的產品就近回收，分流至檢測中心或垃圾處理中心，檢測中心的產品經檢測后再利用成為新的產品，并再次銷售。Suyabatmaz等幫助第三方物流商構建了一個逆向物流網絡，其中檢測中心由第三方物流提供。

此外有一些文獻針對特定的產品設計逆向物流網絡進行了研究，主要集中在報廢車輛及家電產品。Mahmoudzadeh等及Schultmann等均以報廢車輛為研究對象。其中，Schultmann等以德國廢棄車輛為例設計了再制造逆向物流閉環(huán)網絡，回收車輛如果完全報廢則直接處理，剩下的經由外包公司進行重新維修、清理，運回制造公司重新生產制造。

大型家電方面，Lee針對電腦產品展開研究，除廢棄材料，其余回收至原始設備制造商加以利用，該網絡將傳統(tǒng)的倉庫和回收中心合并為混合處理中心。Alumur等構建的系統(tǒng)需要在回收的數量上達到一定規(guī)模后才送至檢測/分解中心，實現規(guī)模效益。

綜上所述，再制造利用方式主要指保持產品的原有特性，通過拆卸、維修、加工等操作使回收的產品成為新的產品，如電子產品的再制造、汽車的再制造等。正向網絡由供應商生產工廠、配送中心、客戶組成，逆向物流中，回收的產品從客戶回收至配送中心，進入回收處理中心分類，可用部分進入生產工廠加工。

（3）其他。以上兩種產品的研究目前出現的比較多，除此以外還有其他類別的逆向物流網絡，例如修復類產品，直接再利用類產品以及混合逆向物流網絡。鑒于篇幅問題，進行簡要介紹。

對于修復類回收產品，目前國內外學者對修理類產品的逆向物流網絡的研究較少。Du等以成本及服務水平之間的權衡為前提，設計了客戶-配送中心-工廠-客戶的閉環(huán)網絡。Soleimani等設計了針對簡單修理類產品和再生類產品的逆向物流網絡。修理類產品主要將已壞產品恢復到可工作狀態(tài)，但質量可能有所下降。其中只需進行簡單修理的產品直接在配送中心修理，復雜修復則在修復中心操作。此外，針對直接再利用類回收產品，Ramezani以及Govindan等均以正向物流為基礎，充分發(fā)揮分撥中心、處理站的作用。經過簡單的拆卸、檢修、替換等工序后，一部分作為新產品運輸至市場，另一部分則作為廢棄產品被運輸至廢棄物處理中心。可見，可直接再利用的產品一般不經任何修理工序（也許要經過清洗和花費比較低的維護費用），如果出現無法再利用的情況則直接由垃圾處理中心處理。基于回收產品拆卸后的零件各有不同的利用方式，目前出現了混合類逆向物流。Roghanian設計了一個多商品流閉環(huán)物流網絡，既可用于再生產品，亦可用于直接再利用產品。廢品回收加工后，可再生物品進入回收站再循環(huán)生產，可直接再利用產品加工后作為新產品銷售。Subulan等研究了輪胎回收利用，戢守峰等針對直接再出售及加工再利用兩類產品提出了連接客戶、集中回收中心和生產商三級逆向物流網絡。

3.1.2 選址定位。在一個物流網絡的構建過程中，最關鍵的就是確定各個節(jié)點的位置、容量及節(jié)點間的運輸量，這就形成了選址定位問題。目前，針對逆向物流網絡選址定位的研究主要涉及了四種不同類型，分別為單目標、確定型；多目標、確定型；單目標、隨機型；多目標、隨機型。

（1）單目標、確定型。單目標、確定型即指只考慮一個決策目標，且參數如需求量等均為確定的，這種類型也是目前被研究最多的，通常采用混合整數規(guī)劃模型，通過一些算法進行求解。

Wang以及Kannan等以成本最小化目標建立了混合整數線性規(guī)劃，運用遺傳算法求解，確立了最佳方案。Mutha等則采用GAMS，CPLEX Solver軟件直接求解出網絡最優(yōu)節(jié)點及節(jié)點間運輸量。Lee[7]通過兩階段啟發(fā)式算法及禁忌搜索算法求得逆向網絡最優(yōu)解。Suyabatmaz等比較了遺傳算法、PSM問題特定性模型求解的效果，并發(fā)現遺傳算法求解下的成本更優(yōu)，PSM法下節(jié)點上限對模型結果的影響較大。Keyvanshokooh等建立了一種多層次、多階段、多商品流、有產量限制的正向/逆向物流的混合整數線性規(guī)劃模型，其最大的貢獻在于根據回收產品的質量標準來確立回收價格，并根據回收價格來確定可能的回收率。

（2）多目標、確定型。多目標、確定型是指多個決策目標，且參數如需求量等均為確定的。許多學者在考慮到成本最小化的同時，考慮到了逆向物流網絡的環(huán)境效益以及客戶滿意度等指標，建立了多目標規(guī)劃。

Evans等建立了以成本最小、延誤時間最少為目標的雙目標混合整數規(guī)劃，通過分散搜索法、對偶單純形法、約束法得到一組帕累托解從而得到最優(yōu)網絡。Amin等建立了收益最大、故障率最小、外部供應商權重最大的多目標整數規(guī)劃，通過模糊集合論對供應商進行定量選擇，運用折衷規(guī)劃求解模型。Kannana以及Choudhary等均以最小化總逆向物流成本以及環(huán)境變化（如二氧化碳的排放量）為目標函數，建立混合整數線性規(guī)劃。其中，Choudhary等運用森林數據結構算法求得了三種不同政策（碳排放限額、繳納碳稅以及在超過碳排放限額部分可購買碳排放許可）下的最優(yōu)網絡，發(fā)現第一種政策下碳排放最小，第三種政策下成本最小。

（3）單目標、隨機型。單目標、隨機型是指一個決策目標，但考慮回收量等參數的不確定性，建立隨機整數規(guī)劃，對此采取的算法也各有不同。

Zeballos等構建了總收益最大的混合整數規(guī)劃模型，采用了基于場景的兩階段隨機優(yōu)化模型組合了隨機參數即產品流的數量和質量。Demirel等構建了成本-收益最小的混合整數規(guī)劃模型，解決了選址—分配問題，其中長期平均報廢車輛數具有不確定性，通過系統(tǒng)方法合并各類影響因素的數據求得。Niknejad考慮到了回收量的不確定性，構建了成本最小的模糊混合整數規(guī)劃，運用兩階段模糊優(yōu)化算法求解了網絡最優(yōu)節(jié)點，最后通過敏感性分析證明了該算法的有效性。邱健偉等以模糊參數描述回收量，采用模糊約束清晰化的方法將模糊規(guī)劃模型轉換為混合整數規(guī)劃求解。

（4）多目標、隨機型。多目標、隨機型是指多個決策目標，同時考慮到了個別參數的不確定性，這也增加了模型構建及求解的難度，因此此類文獻也較少。

Listes設計的模型中包含了基于需求量、回收量等參數的臨界值的一系列可供選擇的情況，通過基于拉格朗日整數松弛算法的分解法進行求解，該解法克服了因隨機性帶來的問題規(guī)模的擴大，結果表示節(jié)點容量對結果有很大影響。Ramezani等針對不確定環(huán)境下的網絡設計提出了一種隨機多目標模型，并以最大化利潤、客戶響應能力以及產品品質作為目標。Vahdani等考慮到回收量的不確定性，構建了固定成本、運營成本以及因未服務到的區(qū)域帶來的懲罰成本最小的雙目標模糊混合整數規(guī)劃，結合了魯棒優(yōu)化及排隊論建立了混合算法對模型進行求解，解決了選址—分配問題。Subulan等以鉛酸蓄電池為研究對象，以最小化逆向物流總成本、最大化回收覆蓋率以及最大化生產柔性為目標建立了模糊目標規(guī)劃，通過軟件ILOG OPL Studio version 6.3進行求解得出最優(yōu)選址方案和運輸方案。

表1 逆向物流網絡設計及優(yōu)化研究文獻

3.2 研究方法

逆向物流的研究內容主要可以分為兩個方向，一部分研究逆向物流網絡結構設計，另一部分著重探討逆向物流活動，例如供應鏈中的庫存管理、配送管理和產品規(guī)劃管理等活動。不同類型的回收產品具有不同的特征，對應的網絡結構設計會有不同的求解算法，網絡結構的最優(yōu)設計及優(yōu)化也會有很大的不同。本文對有關研究文獻進行總結，見表1。

綜合國內外文獻，大部分都通過建立優(yōu)化模型，定量確立優(yōu)化設計。文獻中的模型重點都集中于逆向網絡的構成元素如回收點、處理站等數量確定和選址定位，所建立的模型通常是多級的混合整數線性規(guī)劃模型，目標函數大多數是逆向物流網絡或綜合物流網絡的總成本最低，有的還會涉及環(huán)境效益最大化，約束條件則一般包括物流運輸的平衡約束、生產處理能力約束、庫存容量約束、設備數量約束以及決策變量的整數且非負約束。

4 結論

綜合國內外大量研究文獻，逆向物流的研究主要有兩個方向—逆向物流網絡設計及優(yōu)化以及逆向物流活動，本文著重針對逆向物流網絡設計及優(yōu)化方面進行了國內外研究綜述。通過研究整理發(fā)現，當前國內外對逆向物流網絡設計及優(yōu)化方面的研究已取得了一定的成果，而且大多數都集中于定量研究分析，較少部分為定性分析。

在研究內容方面，大多數逆向物流網絡的設計主要分為兩種，即獨立設計逆向物流網絡以及在原有正向物流網絡的基礎上的閉環(huán)物流。研究重點基本集中在網絡的設計原則和選址定位，如逆向物流網絡的組成、功能、數量確定及選址定位。在研究方法方面，由于逆向物流大多針對再生、再制造等回收產品，因此建立的模型大多數集中于混合整數規(guī)劃，可能涉及確定型模型或隨機型模型，但大部分都集中于單目標確定型的類型，而且鮮有考慮到環(huán)境效益最優(yōu)化。與此同時，針對如何整合正向物流與逆向物流網絡的研究也比較少。因此，本文認為逆向物流網絡設計及優(yōu)化還有很多方面值得深入研究：

（1）隨著社會對環(huán)境問題的日益關注，在建立相關模型過程中，除了考慮到企業(yè)的經濟效益最優(yōu)化，還應該結合整個社會的環(huán)境效益進行深入研究，構建綠色逆向物流網絡；

（2）在實際過程中企業(yè)供應鏈中都會存在很多不確定因素，但是大部分文獻都是將網絡簡化，將相關參數作為已知量代入（例如產品的回收量等）。因此，為了設計更具實踐性的逆向物流網絡，應該將參數作為不確定因素進行研究，從而設計更為科學合理的網絡；

（3）大部分文獻在確定相關節(jié)點的位置選擇以及數量確定時，大多以定量分析為主，但是一個節(jié)點的選擇往往要涉及多個方面，因此應該綜合考慮其他定性指標，如環(huán)境保護原則、未來發(fā)展規(guī)劃以及企業(yè)可操作性原則等；

（4）大部分企業(yè)的正向物流供應鏈都發(fā)展的比較成熟，但是很多文獻都是僅僅設計了單向的逆向物流網絡，因此如何更好地將逆向物流網絡與已存在的較為完善的正向物流網絡相結合，對企業(yè)有著非常重要的意義；

（5）建立相關節(jié)點的固定成本投入普遍較高，在實際操作中，設計一個動態(tài)的逆向物流網絡對成本的控制、資源的節(jié)約等都有重要幫助，因此其將成為新的研究趨勢和方向。

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Current Status and Prospect of Structural Design of Reverse Logistics Networks

Wu Mengting
(Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China)

In this paper,we reviewed the domestic and foreign literatures on the design of the structure of the reverse logistics networks in the past decade,focused on the relevant design guidelines,location allocation processes and the research methodology,summarized the outstanding research findings,and at the end,proposed the direction for future researches.

reverse logistics;network design;design guideline;location allocation;research methodology

F713.2

A

1005-152X(2015)11-0015-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.11.005

2015-10-07

上海海事大學研究生創(chuàng)新基金項目（2015ycx028）

吳夢婷（1992-），女，江蘇人，碩士，研究方向：航運物流。