可循環快遞箱逆向物流網絡選址規劃

徐 娟， 孫文霞

(河北工業大學土木與交通學院，天津 300401)

據統計，直到2018年全年中國快遞行業的業務量已經突破500億[1]，隨著包裹數量的增長，快遞包裝廢棄物污染浪費現象也越來越嚴重。為了緩解一次性快遞包裝的浪費現象，近幾年，陸續有電商推出共享快遞盒、可循環快遞箱等可循環快遞包裝材料，目的都是希望通過使用可循環快遞包裝減少一次性紙箱和塑料袋的使用[2-3]。不過循環包裝到現在還存在投出量少、覆蓋率低等問題，大部分快遞包裹仍使用的是不可循環的紙箱和塑料等污染物[4]。究其原因是快遞包裝產業管理系統不完善，缺乏一個正確的回收模式和回收體系，加上逆向物流的復雜性和高成本，導致許多企業望而卻步。因此，選擇一個適合電商企業的回收模式和解決逆向物流過程中的設施選址規劃問題，能有效降低企業回收成本，對電商企業在全國覆蓋可循環快遞箱具有重大意義。

在回收模式研究上，文獻[5]通過把循環共生經濟理念嵌入到包裝物逆向物流回收模式中，形成了包裝物生產商回收、包裝物使用商回收、行業統一回收和第三方負責回收4種包裝物逆向物流回收模式，對不同模式的優劣勢進行了分析比較，提出物流企業應該選擇適合自身的回收模式等優化策略。文獻[6]總結了中國自營式電商對快遞箱回收現狀,并分析其現存問題，從消費者主觀角度出發，為自營電商回收包裝箱提供新的思路，同時構建了消費者行為框架，從定性和定量兩方面出發，得出影響消費者選擇的因素和決策規律。中外對逆向物流研究較多,大多數偏向電子類產品和報廢汽車等零件回收[7-9]，文獻[10]設計利用量子粒子群算法解決了對物流配送中心的優化選址問題；文獻[11]則基于改進最大覆蓋問題(maximum covering location problem，MCLP)模型解決了生活固廢站選址優化問題，目的都是通過選址的優化減少物流過程中的運營成本，提高物流效率；文獻[12]基于再制造回收過程中的不確定性和多周期性等特點，建立了自營模式下的逆向物流選址模型，利用算法求解得出回收量對選址影響較小、社會負效應目標系數影響較大的結論。

在上述研究基礎上，提出適合電商企業的自營物流回收模式。為了在備選回收點和再制造中心確定最佳設施布置位置，根據可循環快遞箱在正逆向物流網絡中的流通過程，建立以逆向物流過程中總成本最小為目標函數的混合整數規劃模型，利用CPLEX軟件編程求解算例，驗證了模型的有效性。

1 問題描述與模型建立

1.1 問題描述

企業自營物流即企業擁有自己的物流配送系統，包括倉儲中心、物流設備、配送站點和配送人員，基本不需要其他物流公司參與，能夠自給自足的物流模式，譬如京東商城的京東物流。循環箱逆向物流網絡選址問題可以描述為：有著自營物流的企業在已知的消費者區域，投放出一定數量的循環快遞包裝箱，其中除了回收點和再制造點不確定的情況下，其他正逆向物流節點設施位置等情況均已知，需要在幾個備選的回收點和再制造中心找到最佳設施布置位置，即滿足逆向物流總成本最小，同時保證可循環快遞箱全部回收。

逆向物流網絡中涉及的設施節點有物流中心、消費者區域、回收點和再制造中心。物流中心負責對客戶訂單的打包和配送，消費者收到有循環包裝的快遞后由企業專業的快遞員進行包裝回收。回收點用來儲存回收的循環包裝。再制造中心負責把從回收點運輸來的包裝進行完好度檢測和翻新，翻新好的包裝繼續運輸到物流中心循環利用。循環箱的正逆向物流網絡流程如圖1所示。

圖1 循環箱正逆向網絡流程Fig.1 Forward and reverse network flow chart of recyclable box

1.2 模型假設

為方便計算，對模型作出如下假設：

(1)循環快遞箱規定為統一規格，統一價格。

(2)逆向物流過程只針對投出可循環快遞箱的自營物流企業，回收過程工作由企業工作人員進行。

(3)再制造中心具有檢測和翻新功能，經翻新后的包裝箱質量功能與新循環箱相同。

(4)各個網絡間的運輸距離由地理坐標的直線距離表示。

(5)考慮單周期情況下，消費者區域的訂單量和回收量已知。

(6)各個設施的處理能力，固定費用，單位運營費已知。

1.3 符號說明

表1和表2中解釋了模型中的符號和參數含義。

表1 模型集合符號代表意義

表2 模型參數及含義

1.4 建立模型

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

xc,xci,xij,xjk≥0， ?c∈C,i∈I,j∈J,k∈K

(6)

yi,yj∈{0,1}， ?i∈I,j∈J

(7)

目標函數(1)是包括運輸成本、運營成本和設施建設成本在內逆向物流的總成本最小化；約束式(2)是逆向物流過程中的流量平衡約束；約束式(3)～式(5)是對備選回收點、備選再制造中心、物流中心的容量約束；式(6)是變量的非負限制；式(7)是0-1整數變量約束。

2 算例

2.1 算例數據

某擁有自營物流的電商企業于去年開始在T市推出綠色可循環快遞箱，通過調研，該企業在“雙十一”時期投入了部分數量的可循環快遞箱，每個循環箱循環次數可達200次以上。為了日后更多循環箱投入后的統一管理，該企業計劃在各個消費區域布設i個回收點、j個再制造中心用以該期間循環箱的逆向物流工作。經調查，地圖上T市分布在100 km×100 km的矩形區域內，消費區域和各個物流設施均分布在該區域內。由于初期經費限制，回收點設置不得大于5個，再制造中心設置不得超過3個。各個消費區域的訂單中使用循環箱包裝的數量以及其他相關信息已知，其他設施和備選地的相關信息也在表3～表9給出。

表3 消費區域相關信息

表4 消費者區域到備選回收點的單位運費

表5 備選回收點到備選再制造中心的單位運費

表6 備選再制造中心到物流中心的單位運費

表7 備選回收點相關信息

表8 備選再制造中心相關信息

表9 物流中心相關信息

2.2 算例求解

ILOG CPLEX軟件可以把復雜的數學規劃問題表現為數學模型，利用CPLEX可以解線性規劃、二次方程約束規劃和混合整數型規劃等問題，目前被廣泛運用在物流、制造、通信等各個行業。把上述模型利用CPLEX軟件編程求解，其中部分編程內容如圖2所示，代入上述算例數據后,運行得到最優選址分配結果。

圖2 編程部分Fig.2 Sections of program

2.3 選址結果

在備選回收點選擇2、3、5作為回收點，備選再制造中心選址3、5作為再制造中心，流量分配情況在表10～表12中給出，逆向物流總成本為127.07萬元。

表10 消費區到回收點流量分配

表11 回收點到再制造中心流量分配

表12 再制造中心到物流中心流量分配

3 結論

在快遞包裝用量逐漸日漲的當今社會，可循環快遞包裝的使用會逐漸替代其他物流包裝，物流企業對包裝物回收利用是大勢所趨。因此，研究快遞包裝逆向物流過程的選址和流量分配等問題具有重要的理論和現實意義。考慮到物流企業在對包裝循環過程中的回收點、再制造點等設施因素，建立模型，利用CPLEX軟件進行求解，通過算例分析表明該模型對包裝物逆向物流節點選址規劃有一定的借鑒作用。