考慮自貿區的再制造物流網絡設施選址研究

王春陽， 楊 斌， 朱小林

(上海海事大學 物流研究中心， 上海 201306)

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考慮自貿區的再制造物流網絡設施選址研究

王春陽*， 楊 斌， 朱小林

(上海海事大學 物流研究中心， 上海 201306)

針對大型貴重產品/設備不同周期內產品需求量與回收量的不確定性，立足中國(上海)自由貿易試驗區，考慮進口關稅、海關績效等相關因素，以網絡運營成本、物流績效指數為目標函數構建模型，研究再制造物流網絡設施在自貿區政策和產品數量模糊條件下的選址情況.通過求解模型可以發現，隨著時間的推移以及決策者樂觀值的變化，企業更愿意將再制造中心設立在自貿區內，無論中國境內產品回收量如何變化，都不會動搖再制造中心選址的情況.同時，在自貿區內建設再制造中心不僅會降低成本，還會提高物流績效水平，為企業提供決策支持.

自貿區； 再制造； 物流績效指數； 設施選址； 模糊變量

再制造是循環經濟再利用的高級形式，具有廣闊的產業前景.在新經濟、新模式促進下，再制造在國外的優勢逐漸轉入國內，并且對有關再制造新技術的應用速度大大加快，尤其是對一些貴重設備的維修和再制造技術發展、監管方式、市場運作模式等帶來發展機遇.再制造業的發展不僅可以使廢舊資源中蘊含的價值得到最大限度的開發和利用[1]，還可以有效延長產品生命周期，降低資源的浪費.此外，隨著國內各大自貿區的相繼成立，有關政策的不斷完善，有助于再制造領域實現中國制造業的彎道超車.

在自貿區內，企業建設再制造中心可以享受進口設備免關稅、廢舊產品(進口)入區報稅和區內出口退稅等政策，還享有“先入區，后報關”、“一次核準、多次使用、有效期內核放”等通關便利模式[2].隨著自貿區開展政策先行先試和試點工程，有效促進貴重維修設備的引進以及貴重產品入區維修和再制造.

其中，再制造醫療設備對再制造產品的呼吁與其他行業一樣，對于這種重資產產品再制造需要同樣貴重設備來處理，而這些設備大部分都是由國外進口，因此，自貿區的建立與發展促進了先進技術設備的引進，并吸引眾多國際先進再制造企業落戶自貿區，如GE、卡特彼勒等，為國內及周邊國家提供維修與再制造業務.然而，這類產品的來源、回收量的波動以及再制造設備投入資產較高，同時考慮自貿區情況下，如何解決再制造中心選址問題，是困擾再制造企業一大難題.

再制造的本質是修復，但它不是簡單的維修，是對產品進行高技術修復、改造的產業化.再制造物流屬于逆向物流范疇[3]，與傳統正向物流相比，逆向物流網絡設施選址較為復雜.目前，對再制造物流網絡設施選址的研究已有不少成果.Alumur等[4]研究了多產品回收網絡的多周期靜態選址問題，指出回收中心、再制造工廠等網絡設施應該配套建立在同一城市，從而大大降低運輸成本.Ahmed等[5]研究了復雜逆向物流網絡，并確定了物流網絡設施的最佳選址.丁于思等[6]考慮市場對再制造產品需求量的不確定性及庫存對選址策略的影響，建立多周期多目標再制造物流網絡動態選址模型.李波等[7]提出一種逆向物流網絡的多期動態選址方法，并利用遺傳算法進行求解.Gozde等[8]研究一個關于重型卡車柴油微粒過濾器的逆向物流網絡，根據生產設施選址問題來確定最優再制造中心的選址.Lee等[9]指出多周期逆向物流網絡設計的優勢，在考慮不確定情形下給出兩階段隨機規劃網絡選址模型.羅宜美等[10]將再制造逆向物流設施選址與現有生產分銷網絡相結合，運用混合整數線性規劃法建立數學模型.

然而，大部分文獻在分析時都是假定各個地區回收數量、回收價格已知[11]，且僅限于單一的回收決策，未考慮回收策略與再制造物流網絡設計之間的關系，而企業在進行選址決策時需要對回收產品的來源、規模等預估.很少有從像醫療器械這種投資成本高的大型產品或設備的角度去考慮，同時在結合自貿區的情況下，企業該如何選擇合適的位置建設再制造中心亟待解決.因此，本文綜合考慮自貿區的進口關稅、海關績效、基礎設施質量等方面對再制造產業的影響，針對產品回收量與市場需求的不確定性，以網絡運營成本、物流績效指數(Logistics Performance Index，LPI)為目標函數建立數學模型，研究回收產品的來源、回收策略等對企業再制造中心選址的影響，所得結果為再制造企業提供決策指導.

1模型構建

1.1問題描述與模型假設

本文立足上海自貿區，針對大型貴重產品或設備再制造中心建設是選擇區內還是區外的情況下，研究一個由服務點、回收中心、再制造中心、銷售區域構成的再制造物流網絡設計.該網絡中，服務點主要負責將廢舊產品以及需維修產品進行回收；回收中心負責對回收產品進行檢測、分類，需要維修的直接送到再制造中心進行修理，需要再制造的則經過拆解、清洗后送到再制造中心；再制造中心負責對相應產品進行維修與再制造，所得再制造產品根據銷售區域需求進行分配.此外，本文只考慮在中國境內的自由貿易區的區內與區外建設再制造中心，回收產品來源國內外且產品回收量與各銷售區對再制造產品需求量是模糊的.

為方便模型建立，做出以下假設：

1) 服務點與銷售區域重合，即各銷售區都有一個服務點負責該區的產品回收;

2) 回收中心、再制造中心只能在備選地點考慮選址，且不考慮在自貿區內進行保稅拆解;

3) 回收產品回收量與需求量不確定，則指定它們是模糊的;

4) 進口環節根據地區差異對產品征收進口關稅，出口環節不考慮征稅與退稅因素.

1.2符號說明

1.2.1符號變量

C：服務點(銷售區)集合c∈C；

R：回收中心備選地址集合r∈R；

M：再制造中心備選地址集合m∈M；

P：回收產品集合；

RM：進入再制造中心的產品集合；

RM′：再制造所得產品集合.

1.2.2參數變量

αi：回收中心r所回收產品i∈P的可再制造率；

βi：回收中心r所回收產品i∈P的可維修率；

Ci：回收產品/再制造產品i∈P∪RM∪RM′的單位運輸價格；

fr：建設回收中心r的固定成本；

fm：建設再制造中心m的固定成本；

Pi：銷售區c對再制造所得產品i∈RM′的市場銷售價格；

LPIu：地點u的物流績效指數，其中u∈C∪R∪M；

NR：回收中心的最大設置數量；

NM：再制造中心的最大設置數量.

1.2.3決策變量

1.3目標函數

目標函數公式為：

(1)

(2)

目標函數(1)表示網絡運營成本，包括設施固定成本、運作成本、運輸費用、進口關稅等；目標函數(2)以物流績效指數最大反應整個再制造網絡的物流績效指數.

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

其中，約束(3)確保服務點送到回收中心的產品數量等于服務點回收的數量；約束(4)確保進入再制造中心的產品數量等于進入回收中心產品數量分別于可再制造率和可維修率乘積的和；約束(5)確保回收中心到再制造中心的數量等于再制造中心到銷售區的數量；約束(6)確保再制造中心到銷售區的再制造產品數量不大于該銷售區對再制造產品的需求量；約束(7)和(8)表示運往回收中心和再制造中心的產品數量不得超過其處理能力；約束(9)和(10)表示回收中心和再制造中心的設置數量限制；約束(11)保證決策變量的二元性.

2模型求解

2.1約束轉化

圖1 梯形模糊參數的隸屬函數Fig.1 Membership function of a trapezoidal fuzzy number

(12)

(13)

2.2模型求解

Pareto最優解是目前求解多目標優化問題的主流方法，但是不能很好地反應單個目標最優解與多目標滿意解之間的關系[14].因此，本文采用模糊優化求解方法將雙目標問題轉化為單目標問題，該方法在綜合考慮各目標條件下，尋求一個合適的優化方案，使各個目標盡可能保持最優.

首先，分別計算網絡成本與物流績效的模糊隸屬度.其模糊隸屬度計算方法如下：

(14)

(15)

3算例

3.1算例描述

本文構建一個再制造物流網絡，包括5個服務點、4個備選回收中心、4個備選再制造中心和5個銷售區域，并考慮3個運作周期，其中M1、M2為中國(上海)自由貿易試驗區內再制造中心，M3、M4為中國境內一般再制造中心，C2和R2分別為中國境內服務點(銷售區)和回收中心，且再制造中心最大設置數量為3.相關數據見表1～表6.

表1 網絡設施間的運輸距離

表2 產品回收量與銷售區需求量

表3 網絡設施固定成本、處理能力及對回收產品處理價格

表4 網絡設施間進出口關系

注：1表示沒有產生進出口關系；2表示只產生進口關系；3表示只產生出口關系；4表示既產生出口關系也產生進口關系

表5 網絡設施所在地的物流績效指數

表6 產品市場價格、運輸價格及關稅稅率

3.2算例分析

表7 再制造物流網絡設施選址方案

由表7可知，無論是否考慮物流績效指數(LPI)，M1、M2(中國(上海)自由貿易試驗區)和M3(中國境內再制造中心)都會被選中.通過分析網絡中各設施間的運量可以發現：①只考慮目標函數1的時候，M1、M2作為自貿區內再制造中心，享有稅收優勢，促使大部分回收的產品都進入自貿區內進行維修與再制造，特別是來源國外的產品；②只考慮目標函數2的時候，M1和M3各方面能力要優于其他備選地址，并且M1在海關、關稅、檢驗等方面一系列的便利措施有效加快了貨物的通關速度，提高了物流效率.因此，綜合考慮雙目標的時候，無論產品來源國內還是國外，回收后的產品更傾向于運到自貿區內的再制造中心維修與再制造.

為了進一步研究回收產品來源比例變動對模型求解的影響，將來自中國境內回收產品的比例范圍在15%～50%內，由圖2可以發現，隨著回收量中中國國內占比逐漸增大，成本在20%～25%左右最大，隨后呈平穩減小趨勢；LPI在20%～30%之間波動較大.通過對回收比例變化研究發現，只有在20%～25%范圍內，中國境內再制造中心會全部選中，且無論中國國內回收量占比如何變化，中國(上海)自由貿易試驗區內再制造中心都會被選中，由此可見，企業會優先選擇在自貿區內建立再制造中心，享受通關、關稅等便利措施.

圖2 回收量(中國)的靈敏度分析Fig.2 Sensitivity analysis of recovery (China)

圖3 不同樂觀值的設施選址方案Fig.3 Infrastructure location about different optimistic values

4結束語

隨著中國各大自貿區紛紛落成，本文針對大型貴重產品/設備需求量和回收量的不確定性，綜合考慮自貿區在進口關稅、物流績效等方面對再制造中心選址影響的基礎上，通過模糊參數的引入來反映產品回收比例，以網絡運營成本和物流績效指數(LPI)為目標建立基于多周期的雙目標規劃模型.通過模型求解分析可以發現，無論是否考慮LPI，位于自貿區內的再制造中心都會被選擇；通過對回收量中國境內回收與國外回收比例變化分析發現，只有在回收量為20%～25%范圍內，中國境內再制造中心都被選擇；另外，隨著時間的推移，當企業決策者對于模糊參數的樂觀值發生變化時，會對決策結果有較大的影響.所得結果為企業建設再制造中心提供決策參考.

站在企業的角度，同時考慮自貿區的再制造中心選址問題是目前再制造行業亟待解決的問題，本文雖然取得了一定成果，但亦具有較大的研究擴展空間.首先，本文在樂觀值的選擇上并沒有以經驗數據和實際調查為準則來確定；其次，沒有考慮各地需求量比例變化對再制造網絡設施選址的影響；因此，在未來的研究中，可以從以上幾方面進行深入的研究.

[1] 徐濱士. 中國再制造工程及其進展[J]. 中國表面工程， 2010， 23(2): 1-6．

[2] 王圣池， 楊 斌， 許波桅， 等. 考慮自貿區內設施配套的再制造物流網絡優化[J]. 科技管理研究， 2015， 35(10): 216-221．

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[4]ALUMURSA，NICKELS，SALDANHADAGAMAF，etal.Multi-periodreverselogisticsnetworkdesign[J].EuropeanJournalofOperationalResearch， 2012， 220(1): 67-78．

[5]AHMEDA，ALID.Areverselogisticsnetworkdesign[J].JournalofManufacturingSystems， 2015， 37(3): 589-598．

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[8]GOZDEK，GUILLAUMEM，MUJDEEG，etal.Remanufacturingnetworkdesignmodeling:acaseofdieselparticulatefilter[J].Elsevier， 2013， 11: 163-168．

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[11] 孫 浩. 制造/再制造集成物流網絡設施選址模型及算法[J]. 工業工程與管理， 2009， 14(3): 70-77．

[12] 謝季堅， 劉承平. 模糊數學方法及其應用[M]. 武漢：華中科技大學出版社， 2006．

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[14] 公緒霞， 齊二石， 劉 亮. 基于模糊優化理論的裝配線平衡多目標優化[J]. 機械設計與制造， 2013 (7): 247-250．

Remanufacturing logistics network facility location model considering FTZ

WANG Chunyang， YANG Bin， ZHU Xiaolin

(Logistics Research Center， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306)

In view of the uncertainty of product demand and recovery in the different period of large valuable products/equipment, the relevant factors such as import tariff, customs performance are considered based on China (Shanghai) Pilot Free Trade Zone (CSPFTZ) . An optimized model was built with to the minimize operating cost and the highest Logistics Performance Index (LPI) as objective functions study the location of remanufacturing center regarding the remanufacturing logistics network facilities in FTZ policy and the fuzzy product quantity. The conclusions showed that, with the passage of time and the optimistic coefficient changes of the decision makers, the enterprise would still set up remanufacturing center in FTZ, and no matter how China’s domestic product recycling changes, the location will not change. Meanwhile, the construction remanufacturing center in FTA will not only reduce costs, but also improve logistics performance level, which providing decision support for enterprises.

free trade zone (FTZ); remanufacture; logistics performance index; facility location; fuzzy variables

2016-04-03.

國家自然科學基金項目(71171129)；交通運輸部科技項目(2015328810160)；上海市科委科研計劃項目(14DZ2280200, 14511107402)；高等學校博士學科點專項科研基金(20133121110005)；上海市科委科技創新行動計劃項目(14170501500)；上海市科委自然科學基金項目(15ZR1420200);教育部人文社會科學研究青年基金項目(15YJC630145;15YJC630059).

1000-1190(2016)06-0836-07

F252

A

*E-mail: 375057001@qq.com.