廢鋼鐵逆向供應鏈物流網絡優化研究

陳潔 王蕾 夏緒輝 王耀

[提要] 優化的物流網絡是控制廢鋼鐵逆向供應物流成本的關鍵。針對自產廢鋼鐵在企業內部逆向物流網絡優化問題，通過建立線性規劃模型，求解廢鋼鐵產生點、收集點及回收點之間最佳運輸分配量，使整個物流網絡總運輸成本最低；討論影響運輸成本的因素并建立運輸成本函數，分析固定成本對整個運輸成本的影響。

關鍵詞：廢鋼鐵；逆向供應鏈；物流網絡設計；線性規劃

中圖分類號：F252 文獻標識碼：A

一、引言

鋼鐵工業是國民經濟的重要基礎工業。在當前我國鋼鐵企業向降本增效和綠色化發展方式轉變的關鍵階段，形成由鋼鐵工業中實施廢棄物資源化處理與綜合利用的相關企業或企業部門構成的鋼鐵工業逆向供應鏈網絡，是鋼鐵工業實現可持續發展的關鍵。廢鋼鐵回收再利用是鋼鐵工業逆向供應鏈服務的重要環節，是實現退役含鋼產品再利用和經濟可持續發展的重要途徑。我國鋼材大部分回收周期長，導致廢鋼鐵的蓄積量低；同時，廢鋼鐵的回收與加工處于極度分散的狀態，沒有形成系統的規模較大的廢鋼鐵綜合回收處理企業，造成廢鋼回收效率不高。廢鋼鐵逆向物流網絡作為影響整個廢鋼鐵回收利用效率的關鍵因素之一，受到廢鋼鐵回收企業及鋼鐵企業重視。

二、鋼鐵企業內部逆向供應鏈物流網絡優化模型

廢鋼鐵逆向物流，是廢鋼鐵從用戶到收集處理中心再到生產企業的一個反向的物流活動。廢鋼鐵逆向供應鏈是針對鋼鐵工業生產流程中產生的廢棄物進行回收、檢測及分類，直到最終處置或者再利用所涉及的企業或企業部門構成的網絡。廢鋼鐵循環利用方式可歸納為直接再利用、再制造、作為冶金生產原料再循環、其他處理等4類。鋼鐵企業內部廢鋼鐵逆向供應鏈是廢鋼鐵回收利用的典型應用模式和影響鋼鐵企業逆向物流成本的關鍵。為了優化鋼鐵企業同廠區內以及各廠區之間的廢鋼鐵逆向物流運輸量分配，以降低廢鋼鐵的運輸成本，建立包括廢鋼鐵產生點、需求點、收集中心三大網點的企業內部廢鋼鐵逆向物流網絡模型。

（一）模型假設。（1）企業內回收能力及收集中心的處理能力不小于自產廢鋼鐵量；（2）從廢鋼鐵產生點到收集中心的運輸車輛數與從收集中心到廢鋼鐵需求點的運輸車輛數相同；（3）各路線單位運輸成本相同。

（二）LP模型構建。設變量f為廢鋼鐵運輸固定成本，鋼鐵企業內廢鋼鐵逆向物流最佳的運輸路線及最低運輸成本可以表示為：

式中，m=k+r1，n=m+r2，k表示廢鋼鐵的產生點數量，r1表示收集中心的數量，r2表示廢鋼鐵需求點的數量，cij表示從廢鋼鐵產生點i到收集中心j的單位運輸成本，gij表示從收集中心i到需求點j的單位運輸成本，xij表示從產生點到廢鋼鐵收集中心j或者從廢鋼鐵收集中心i到需求點j的運輸量。

約束條件（2）表示，從產生點i運往收集中心j的廢鋼鐵量應等于產生點i的廢鋼鐵總產量Qi；

約束條件（3）表示，從收集中心j到需求點的廢鋼鐵量應等于從廢鋼鐵產生點到收集中心j的廢鋼鐵量；

約束條件（4）表示，運輸到各需求點j的廢鋼鐵量不應該超過需求點j的加工能力Qj。

三、案例分析

（一）鋼鐵企業原有逆向物流網絡分析。A公司目前廢鋼鐵逆向物流情況為：一廠、二廠產生的鋼渣由公司院內的一渣場進行收集處理，然后由回收單位1回收；二廠產生的鋼渣由運輸部直接回收，廢棄渣被運往北湖回收處；三廠、四廠可以自己先對產生的鋼渣進行簡單的處理，然后運往公司院外的三渣場處理，最后由回收單位2回收；三廠和四廠的部分爐下渣先運往渣場處理，得到的渣鋼運往回收公司，而廢棄渣則運往北湖。A公司現有廢鋼回收中存在的問題有：（1）各廠對廢鋼處理方式不同，造成廢鋼損失；（2）鋼渣從產生點到回收需求點的運輸路程長；（3）大塊鋼渣經過多家單位轉換可能變小，會產生利益沖突；（4）三渣場和北湖回收點在院外，造成鋼渣外帶流失。

在僅考慮院內廢鋼鐵逆向物流的情況下，可構建由產生點（4個煉鋼廠Q1，Q2，Q3，Q4），收集中心（2個渣場Q5，Q6），需求點（2個回收單位和1個回收公司Q7，Q8，Q9）構成的廢鋼鐵逆向物流網絡如圖1所示。（圖1）

（二）企業內廢鋼鐵運輸費用分析。根據廢鋼鐵企業內部逆向物流運輸成本函數，選取成本影響最大的因素：固定成本f以及由運輸距離（dij）、運輸耗能量（eij）、運輸量（xij）和其他運營成本組成的可變成本（vij），則運輸材料k從地點i到地點j的運輸成本Tijk為：Tijk=TC（f，dij，eij，xij，vij）。廢鋼鐵單位運輸費用可以用能源成本與運營成本表示為：cij=（e+o）dij（i=1，2，3，4，j=5，6），gij=（e+o）dij（i=5，6，j=7，8，9）。

（三）數據收集。廢鋼鐵產生點到收集處理中心的距離及收集中心到回收中心的距離為d1，5=1.50；d1，6=0.89；d2，5=1.49；d2，6=1.38；d3，5=1.58；d3，6=1.15；d4，5=1.63；d4，6=1.01；d5，7=1.34；d5，8=1.28；d5，9=0.69；d6，7=1.75；d6，8=1.11；d6，9=1.23，運營費用0.06元/t·km，燃料費用0.09元/t，固定費用98萬元。廢鋼鐵產生點的產量和回收點的廢鋼鐵需求量如表1所示。（表1）

（四）模型的規劃求解和結果分析

1、模型的規劃求解。將表1數據代入公式（1）的LP模型，其中k=4，m=6，n=9，所得結果如表2和表3所示。（表2、表3）

2、結果分析。由模型求解結果可知，在企業廢鋼鐵產生點與需求點的廢鋼鐵數量一定的情況下，主要在于廢鋼鐵產生點、收集處理點與需求點之間的運輸量的分配。本例中，4個煉鋼廠分別只向一個渣場運送產生的廢鋼鐵，而經過渣場處理后的廢鋼鐵也是有選擇性地將廢鋼鐵運往各需求點，目的就在于使總費用最少。同時，運輸費用和運輸的噸公里數是呈線性相關的，固定成本對斜率沒有任何影響，但對最優運輸方式選擇有很大影響，所以在選擇運送車輛與收集中心時要仔細分析，以減少不必要的固定資產投資。

主要參考文獻：

[1]王蕾，夏緒輝，熊穎清等.鋼鐵工業逆向供應鏈服務過程模型[J].工程科學學報，2015（6）.

[2]Yanni Xuan，Qiang Yue.Forecast of steel demand and the availability of depreciated steel scrap in China[J].Resources，Conservation and Recycling，2016（109）.

[3]夏緒輝，劉飛，高全杰等.逆向供應鏈的內涵及體系結構[J].中國機械工程，2004（1）.