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工学硕士学位论文电子废弃物回收逆向物流网络设计问题研究刘宝哈尔滨工业大学2006年6月 国内图书分类号：U116.5国际图书分类号：656工学硕士学位论文电子废弃物回收逆向物流网络设计问题研究硕士研究生：刘宝导师：安实教授申请学位：工学硕士学科、专业：交通运输规划与管理所在单位：深圳研究生院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学 ClassifiedIndex:U116.5U.D.C:656DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONTHEDESIGNOFRECYCLINGNETWORKOFELECTRONICWASTECandidate:LiuBaoSupervisor:Prof.AnShiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:TransportationplanningandmanagementAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofOralExamination:June,2006University:HarbinInstituteofTechnology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要电子产品的不断更新换代产生了大量的电子废弃物，这些废弃物中含有大量的有害有毒物质，如处理不当将会对环境造成极大危害，同时，这些电子废弃物又有较高的回收利用价值，因此电子废弃物的回收再利用问题已经引起了世界各国的广泛关注，尤其在网络设计方面进行了相关理论研究和实际应用。然而由于回收过程的复杂性和不确定性，给网络设计问题的研究带来了较多的困难，定量分析还很缺乏。本文在分析各类回收网络特点和优缺点的基础上，结合目前我国的电子废弃物回收网络的现状，提出了一种将正向物流网络与逆向回收网络集成的方法，建立了一种集成物流网络框架，并对网络中各种设施的功能进行了详细说明。另外，本文给出了构建逆向回收物流网络的一般原则。在建立的电子废弃物回收网络框架的基础上，考虑到电子废弃物回收过程的不确定性，将随机规划理论应用到建模中，提出了以网络建设和运营费用最小为目标函数的3阶段混合整数线性规划（MILP）模型，并给出模型中各参数的标定方法。根据模型特点，采用Lingo8.0软件编程求解。考虑到电子废弃物回收网络建设规模与回收量之间的关系以及土地利用规划的要求，本文分别对低回收量和高回收量两种情况进行了分析，分别得到两种情况下回收网络的建设规模。其中，低回收量的计算结果作为回收网络建设初期建设规模的参考，高回收量的计算结果作为回收网络远期建设所需预留土地的参考。关键词集成回收网络；电子废弃物；不确定性；随机规划；混合整数线性规划--I 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeemergenceofnewtypeofelectronicproduct,itbringsalotofelectronicwastes.Therearelotsofdeleteriousmaterialsinthesewastes,theymustbedisposedwell,andotherwise,theywilldogreatharmtoenvironment.Meanwhile,thereishighrecyclableandreusablevalueinthesewastes.Sotherecyclingproblemofelectronicwastehasbroughttheattentionofeverycountryintheworld.Especiallyinthefieldofdesignofrecyclingnetwork,someresearchershavestudiedinboththetheoreticalandpracticalfield.However,becauseofthecomplexityanduncertaintyoftheproblem,itisdifficulttosolve,especiallythequantitativeanalysisislittle.Onthebasisofanalyzingandcomparingthedifferenttypeofrecyclingnetwork,consideringthepresentconditionofelectronicwasterecycling,atypeofintegratedlogisticsnetworkwhichconsidersthecoordinationofforwardandreverselogisticsisputforward,andthefunctionofeverycomponentofthenetworkisexplained.Atlast,theprinciplesforthebuildingofrecyclinglogisticsnetworkareexplainedinthepaper.Onthebasisoftheframeworkbuildingabove,consideringtheuncertaintyprobleminthecourseofrecycling,thestochasticprogrammingisappliedinthemodeling,andtheMILPmodelwhoseobjectivefunctionisthelowestcostofthenetworkisbuilt.Andthecalibratingmethodofeveryparametersofthemodelisalsoexplainedinthepaper.Accordingtothecharacteristicofthemodel,thesoftwareofLingo8.0isappliedtosolvethemodel.Consideringtherelationshipbetweenthescopeofelectronicwasterecyclingnetworkandrecyclingquantities,andtherequestoflanduseplan,theinstanceofbothhighandlowrecyclingquantityarecalculated,andtheresultoflowrecyclingquantitiesisthoughtofasthescopefortheearlyconstruction,theresultofhighrecyclingquantitiesisthoughtasthereferenceforthelandofthenetworkconstructioninthefuture.Keywordsintegratedrecyclingnetwork;electronicwaste;uncertainty;stochasticprogramming;mixedintegratedlinearprogramming--II 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要...............................................................................................................................IAbstract.......................................................................................................................II第1章绪论................................................................................................................11.1研究的目的和意义...........................................................................................11.2国内外研究现状综述.......................................................................................21.2.1国外研究现状............................................................................................21.2.2国内研究现状............................................................................................41.2.3国内外研究现状分析................................................................................61.3本文主要研究的内容.......................................................................................61.4研究方法及技术路线.......................................................................................7第2章逆向物流概述................................................................................................82.1逆向物流的定义...............................................................................................82.2逆向物流的驱动因素.......................................................................................92.2.1环保立法..................................................................................................102.2.2经济利益..................................................................................................102.2.3商业考虑..................................................................................................122.3逆向物流的特征.............................................................................................122.4逆向物流的分类.............................................................................................122.4.1按形成的原因分类..................................................................................122.4.2按回收物品的特征分类..........................................................................132.5本章小结.........................................................................................................14第3章电子废弃物回收逆向物流网络框架设计..................................................153.1回收网络类型分析.........................................................................................153.1.1沿传统的正向物流网络逆向流动的网络..............................................153.1.2独立的回收物流网络..............................................................................163.1.3正向和逆向相结合的集成物流网络......................................................173.2不同网络类型的对比分析.............................................................................173.3正向与逆向集成物流网络的构建.................................................................183.3.1正向与逆向集成物流网络的组成..........................................................18-III- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.3.2正向与逆向集成物流网络的阶段划分..................................................203.4构建回收物流网络的原则.............................................................................203.5本章小结.........................................................................................................21第4章电子废弃物回收逆向物流网络模型的构建..............................................224.1电子废弃物回收过程中的不确定性因素.....................................................224.2考虑不确定性因素的逆向物流网络模型.....................................................224.2.1建模过程..................................................................................................224.2.2MILP模型的构建.....................................................................................224.3参数标定.........................................................................................................284.4模型算法的实现.............................................................................................294.4.1模型计算过程..........................................................................................294.5本章小结.........................................................................................................30第5章案例分析......................................................................................................325.1模型的现实分析.............................................................................................325.2网络参数的确定及运算.................................................................................325.2.1低回收量的情况......................................................................................325.2.2高回收量的情况......................................................................................385.2.3计算结果总结..........................................................................................435.3本章小结.........................................................................................................43结论............................................................................................................................45参考文献....................................................................................................................46附录............................................................................................................................49攻读学位期间发表的学术论文................................................................................54致谢............................................................................................................................56-IV- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1研究的目的和意义随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，电子产品的使用越来越广泛，而电子产品不断地快速更新，特别是消费者越来越追求商品的个性化、时尚化和现代化，这更增加了电子产品的消耗量，导致了产品的生命周期日益缩短，随之产生大量的末端(EOL，EndofLife)产品。据报道，世界上每小时就有4000吨的电子垃圾被丢掉。据国家统计局统计，从2003年起，中国每年将至少有500万台电视机、400万台冰箱、600万台洗衣机要报废。同时，近年来中国电脑、手机的消费量激增，目前约有500万台电脑、上千万部手机已进入淘汰期。绿色和平组织甚至称：如果不出什么意外的话，中国应该是世界上最理想的垃圾场。废旧的电子产品中的大部分电子元器件含有如砷、铅和阻热化学物等有毒材料，特别是阴极射线管(CRT-显示器、显象管等)电路板、电池、水银开关等产品，含有大量的铅、汞和铬等有毒元素。这些大量的废旧电子电器产品(WEEE，WasteElectricalandElectronicEquipment)，一旦处理不当，将造成资源的严重浪费和极度的环境污染。这些电子产品废弃物蕴藏着巨大的回收利用价值。一方面，有一部分产品可以恢复价值，重新利用。一些电子产品淘汰并非因为不能继续使用，可能是消费者对生活质量的要求提高，或希望使用功能更强的产品，而不再使用这类产品，所以这类产品可以继续使用。还有一类是部分部件出现损坏，而其它部分功能仍然完好，经过更换或修理仍然可以继续使用。另一方面，报废的电子产品中也蕴藏着较高的价值，废旧电子产品中含有多种贵重金属，经过对电子[1]产品的分拆和提炼处理，可以回收金、银、铜、阳极泥等。电子废弃物的回收再利用问题已经引进了世界各国的广泛关注。欧盟在2003年7月初正式颁布处理废弃电子产品指导法令，明确要求所有成员国必须在2004年8月13日以前，将此指导法令纳入其正式法律条文中。日本政府为电子产品的回收立法，该法案在1998年颁布，并在2001年4月1日生效。美国的一些州正在探讨电子产品回收立法的可能性。我国在2005年6月2日由6部委联合起草的《电子信息产品污染防治管理办法》，环保总局、信产部等5部委已经签字完毕，正由国家发改委进行最后的协调。另外我国的《废旧家用--1 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文电器回收处理管理条例》也将于2006年出台。目前我国的电子废弃物回收物流网络存在着较突出的问题。我国的家电回收相当分散，其中以个体从业人员走街穿巷回收为主，还包括废旧物资回收和旧货经营企业直接回收、生产厂家通过以旧换新回收、环保部门从生活垃圾中回收等。比如，目前许多城市的废旧物资市场都被大批外来人员回收队伍占领，处于一种分散经营的状态，不具规模，也没有形成回收网络，资源回收的分类处理与再制造、再利用脱节，因而资源回收率低，回收成本高，且容易造成环境污染。这与发达国家废旧家电回收利用中的“规模化回收、科学化分[2]类、专业化处理、无害化利用”的思路相去甚远。由以上可知，WEEE的回收处理已经成为困扰我国经济社会发展的一大难题。面对大量涌现的废旧电子电器产品和目前我国废旧电子电器的回收处理现状，有必要进行电子废弃物的回收逆向物流网络的研究。合理高效的回收物流网络能够完成对电子废弃物的收集、存储、运输和处理等工作，能够达到彻底改变分散回收的状况，减少回收过程中的资金消耗，减少电子废弃物对环境所产生的污染，发展循环经济，实现资源的可持续发展等目的。然而，建设高效顺畅的回收物流网络，需要花费大量的人力、物力及财力，若所建立的网络不能完成对回收的电子废弃物的高效处理，将会造成资金和资源上的严重浪费，同时也会产生较大的环境污染。那么采用合理的回收物流网络形式，并在其基础上确定网络中各种设施的位置及规模，将是一项十分有意义的研究工作。1.2国内外研究现状综述近年来，国内外在物品回收逆向物流网络设计方面进行了一些研究，主要包括对再使用回收逆向物流网络的研究，如可回收再利用的产品包装等；对再制造回收逆向物流网络的研究，如飞机和汽车的某些部件及各种电子产品等；对再循环回收逆向物流网络的研究，如废旧金属、纸、玻璃、塑料等。1.2.1国外研究现状1.2.1.1再使用回收逆向物流网络的研究Kroon和Vrijens于1995年对可循环使用的运输包装的回收及运输问题进行了探讨，确切地说是对可折叠的塑料容器回收及运输问题。该研究主要关注的是在此系统中的物流服务提供商的作用，物流服务提供商除了要确定满足系统正常运行的容器的数量和恰当的费用外，主要问题是确定在什么地方储存空的容器。不确定性的问题在这里也通过--2 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文一定的假设进行了体现。作者建立了一个混合整数线性规划模型（MILP，MixedIntegratedLinearProgramming），该模型与典型的不考虑规模的设施定[3]位模型比较相似。1.2.1.2再制造回收逆向物流网络的研究在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：从确定设施规模角度出发；从设施定位的角度出发；从设施定位和规模及回收产品数量的角度等。设施规模角度：Berger和Debaillie于1997年提出了一种概念性的模型，将已经存在的生产、销售网络扩展成为带有拆卸处理中心的回收旧物品的网络，并以电脑生产商为例进行了说明。在其所提出的模型中，假定所有已存在网络中的各种设施的位置、数量和规模是固定的，而拆卸中心的规模是需要确[4]定的。作者提出了一种多层规模限制的MILP模型对该问题进行了说明。设施定位角度：Jayaraman等人于1999年针对耐用消费品的逆向物流网络的设计提出了MILP模型，该模型应用于荷兰的一家复印机生产公司，研究主要关注的是某种复印机的重新生产地点的设置。在考虑了管理上的约束条件[5]后，该模型优化了该选择过程，使得总的管理费用最低。设施定位和规模及回收产品数量角度：Krikket等人于1999年对美国的一家电子设备重新生产公司进行了分析。在其分析中，通过考虑投资、运输、处理和储存费用的前提下，确定重新生产设施的位置和数量以及所要回收的产品数量。作者通过建立多种产品规模限制下的MILP模型来解决不同供应和需求[6]假定的优化问题。1.2.1.3再循环回收逆向物流网络的研究在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：针对建筑废物中的沙子回收问题角度；针对废旧地毯和钢铁生产废料的回收问题角度；从纯数学的角度等。废弃沙子的回收：Barros于1998年针对荷兰的建筑废物中沙子的回收网络设计问题进行了探讨，提出了沙子回收的双层定位模型，该模型可表达成混合整数线性规划问题，并且应用启发式算法对该问题进行了优化，最后作者对[7]该网络在荷兰建筑废物中的沙子回收中的应用结果进行了总结。OvidiuListes在Barros的研究成果的基础上，于2005年对该问题进行了更加深入的研究，指出不确定性问题是产品回收网络中的一个重要特性，特别是对于物流结构的策略设计过程中要考虑到不确定性信息的因素，在其研究中，提出了一个基于随机规划的方法，应用该方法使得以前提出的定位模型扩展到了充分考虑不确定性因素的模型。作者将该方法应用到荷兰的建筑废物中的沙子回收再利用问题上，研究结果表明，该方法对于逆向物流中有关不确定性因素的决策制定有较--3 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[8]大的贡献。废旧地毯的回收：Ammons等人于1997年对美国的废旧地毯回收问题进行了研究，作者假定在配送地点已知，并且对每个回收点的回收废旧地毯的数量已知的情况下，通过其建立的MILP模型确定了回收地点和处理工厂地点的优[9]化规模和位置，在模型中唯一的约束是各种设施的处理能力限制。Realff等人在Ammons所建立模型的基础上，于1999年指出回收物品的流量是影响网络[10]布局的主要因素。对于废旧地毯的回收问题，Louwers等人于1999年针对欧洲废旧地毯回收问题也进行了探讨，其研究目的为在考虑投资、处理和运输费用的前提下，确定回收中心恰当的位置和规模。作者提出了一种连续定位模型，应用对单位废旧地毯流量采用固定花费的线性近似的方法，并假定所有花[11]费与流量相关。最后，应用标准软件对该非线性模型进行了计算和优化。钢铁生产废料的回收：Spengler等人于1997年针对德国钢铁工业中生产钢的过程中所产生的工业废料的回收问题进行了探讨，作者指出在假定最大的设施规模以及物品的运输花费是与路程成线性关系的前提下，提出了修正的带有[12]精确线性花费函数的多层库存定位模型。从纯数学角度：Marint和Pelegrin于1998年从纯数学的角度对配送和产品回收问题进行了分析，建立了MILP设施定位模型，并将拉格朗日分解算法应[13]用到启发式算法的求解中。1.2.2国内研究现状国内关于回收物品逆向物流网络的设计方面的研究还刚刚起步，相应的研究成果较少。1.2.2.1综述性研究在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：对逆向物流的基础内容的阐述；从成本分析的角度对回收处理逆向物流链的成本进行的定性分析；从电子废弃物的回收网络分析出发等。基础内容的研究：张殿业等人于2004年对逆向物流的概念和重要性进行了阐述，分析了逆向物流系统的功能、逆向物流网络类型与结构，并对逆向物[14]流网络的设计问题进行了讨论。成本分析角度：谢家平等人于2003年在分析产品回收处理逆向物流链的基础上，运用基于作业的成本分析法，全面论述了零部件重用、材料再生、安全处置等产品废弃处理策略的成本与效益，建立了产品回收处理的财务分析模[15]型。--4 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文回收网络设计角度：徐剑等人于2005年指出废旧电子产品的现行回收网络过于简单，不利于产品的回收处理和价值恢复。作者从讨论废旧电子产品的污染和回收价值谈起，就电子产品回收的现状提出了一个以制造企业为中心、[1]全社会广泛参与的回收网络模型。魏杰等人于2005年在对目前我国电子废弃物回收现状分析的基础上，设计建立了电子废物回收的经济循环型模型和逆[16]向物流模型，并指出了电子废物回收管理过程中应注意的问题。1.2.2.2具体模型的研究在这方面，一些学者从以下角度进行了研究，包括：从电子废弃物的不同回收率和操作条件出发；站在第三方逆向物流企业的角度出发；借助于拆卸树，针对废弃物回收的成本的研究；回收网络布局和网络设计角度；从集中退货中心管理角度出发等。从电子废弃物的不同回收率和操作条件出发：Li-HsingShih于2001年针对台湾当局提出的“家用废旧电器和电脑回收法案”以及回收率的增长和服务领域扩张的趋势，应用混合整数规划模型的方法对逆向物流网络的结构进行了优化设计，其提出的模型以最小花费为目标，包括运输费用、管理费用、新设施建设的固定费用、最终的处理费用和填埋费用，以及销售回收材料的收入。研[17]究对考虑各种回收率和操作条件下的各种假设状况给出了计算结果。站在第三方逆向物流企业的角度出发：胡敬锋等人于2005年分析了可直接利用物品逆向物流的网络模型，站在第三方逆向物流企业的角度建立了基于成本最优的混合整数规划模型。在此基础上，利用启发式算法分析了模型的求[18]解方法，并对算例进行了求解。借助于拆卸树，针对废弃物回收的成本角度：谢家平等人于2004年在分析产品回收处理逆向物流链的基础上，借助于拆卸树考虑产品分拆程度，以度量产品的拆卸成本；运用基于作业的成本分析法，全面论述了零部件再用、材料再生、安全处置等产品废弃处理策略的成本与效益，建立了产品回收策略优[19]选的0-1型目标规划模型，并以PC机的回收处理为例，进行了实际应用。回收网络布局和网络设计角度：马祖军等人于2004年在阐述再制造物流系统功能的基础上，对再制造物流网络布局进行了分析，提出了一种在传统生产分销物流网络基础上进行再制造物流网络优化设计的混合整数线性规划模型，目的是使各种再制造物流设施的投资和运营成本以及设施间的运输成本之[20]和最小。张华歆于2004年提出四种比较典型的逆向物流网络结构，建立了一种逆向物流网络设计的多目标线性规划模型，把回收逆向物流描述为收集、运输、修复(或处理)和填埋4个过程，把目标函数表述为经济费用、最终填埋[21]回收废品数量和环保费用3个部分，最后通过一个算例进行了说明。--5 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文从集中退货中心管理角度：周根贵等人于2005年指出在逆向物流中，集中退货中心管理是企业逆向物流系统高品质运作的基础和前提。作者构建了一个逆向物流网络中的选址模型，旨在研究从备选地址中选择建立配送中心或回收中心最佳策略，然后应用遗传算法讨论了该模型的具体解法。最后针对模拟算例，通过对比遗传算法和部分枚举法的效率及结果，说明遗传算法对求解这[22]类问题是一种有效的方法。1.2.3国内外研究现状分析从国外研究成果来看，其研究主要是针对某个具体的物品和在特定的环境条件下进行回收逆向物流网络的构建和设计，主要研究了回收逆向物流网络中各种设施的位置、规模和数量问题，所建立的模型多数为MILP模型，所采用的算法一般为启发式算法。从国内的研究成果来看，其研究目前主要还停留在基础理论的介绍和说明上，有些学者从管理层面上提出了回收逆向物流网络设计应该注意的问题，并给出了解决问题的一些建议。另外，虽然有部分学者对回收逆向物流网络的设计进行了尝试，但所取得的研究成果与国外相比有较大的差距，实际应用的案例还很少。由以上分析可知，一方面，针对目前我国的逆向物流的发展状况，由于资金和技术等方面的原因，建立独立的逆向物流网络存在一定的困难，那么利用已有的生产、配送物流网络建立相应的回收逆向物流网络是一条可行的方法。另一方面，国内外的研究对逆向物流网络中的不确定性因素涉及得较少，对于这种不确定性问题的处理方法往往是通过对单个或多个参数的敏感性分析进行。然而这种方法存在计算结果偏差较大，人为因素干扰较大等缺点。后期的研究表明，可以通过随机规划的方法解决。1.3本文主要研究的内容（1）电子废弃物回收逆向物流网络框架的构建通过对各种回收逆向物流网络的对比分析，并考虑到我国目前的实际状况，构建了电子废弃物回收网络与原电子产品正向生产分销网络相结合的回收逆向物流网络，并对网络中各种设施的功能做了详细的说明。（2）电子废弃物回收逆向物流网络模型的构建在所建立的集成回收网络框架的基础上，考虑到回收过程中的不确定性，将随机规划理论应用到建模--6 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文中，提出了以网络建设和运营费用最小为目标函数的3阶段MILP模型，并给出各参数的标定方法。（3）模型求解根据所建立的模型特点，应用规划模型求解软件Lingo8.0对本文所提出的模型进行编程求解。（4）案例分析考虑到电子废弃物回收网络建设规模与回收量之间的关系和土地利用规划的要求，本文分别对高回收量和低回收量两种情况进行了分析，分别得到两种情况下回收网络的建设规模。1.4研究方法及技术路线具体的技术路线如图1-1。电子废弃物回收逆向物流网络框架的建立逆向电子废不同类集成回物流弃物回型回收对比收网络网络收网络网络对选择的构建描述描述比分析电子废弃物回收逆向物流网络模型的建立不确建参算模型假定性立数法设条件问题模标设的提出描述型定计案例分析图1-1论文技术路线图Fig.1-1Flowchartofthethesis--7 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章逆向物流概述2.1逆向物流的定义事实上，物品的回收利用并不是新鲜事物，很早以前企业就有回收容器、瓶子、托盘的做法。而逆向物流的概念也可以追溯到很久以前，类似于逆向通道（ReverseChannels）和逆流（ReverseFlow）之类术语在上个世纪70年代的[23]有关文献中就已经出现。[24]然而逆向物流这一专业术语最早由Stock在1992年给美国物流管理协会（CLM,theCouncilofLogisticsManagement）的一份研究报告中提出：“逆向物流是指在产品的循环利用、废品的处理、有毒原料的管理中的物流；广义的逆向物流包括所有在节省原料、循环利用、调换物品、原料再次利用和处理中的所有相关物流活动。”Giuntini和Andel（1995）将逆向物流简单地概括为：组织对来源于客户手[25]中的物资的管理。欧洲逆向物流管理协会Revlog（1998）认为，逆向物流是概括性的词。从广义上来说，逆向物流代表了与产品和材料重新使用相关的所有活动。对于这些活动的管理可以称为产品回收管理。产品回收管理着眼于在产品或材料消耗之后仍进行适当管理。这些活动从某种程度上来说，与企业内部由于产品加工而导致的次品回收有几分相似。逆向物流是为了保证可持续的（环保的）产品回收而产生的所有物流活动，包括对已用品、部件和材料进行收集、拆卸和加[26]工。美国逆向物流执行委员会(TheReverseLogisticsExecutiveCouncil)主任Rage博士和TibbenLemke博士，于1999年出版了第一本逆向物流著作《GoingBackwards:ReverseLogisticsTrendsandPractices》。他们对逆向物流的定义是：为重新获取产品的价值或使其得到正确处置，产品从其消费地到来源地的移动过程。他们认为，逆向物流的配送系统是由人、过程、计算机软件和硬件以及承运商组成的集合。它们相互作用，共同实现物品从终结地到来源地的流动[27]。非营利专业组织逆向物流执行协会（RLEC，TheReverseLogistics[28]ExecutiveCouncil）认为：逆向物流是商品从典型的销售终端向其它节点的--8 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文流向过程，其目的在于补救商品的缺陷，恢复商品价值，或者对其实施正确处置。其内容应该涵盖：①出于损坏、季节性、再储存、残次品、召回或者过渡库存等原因而处理的回流商品；②再循环利用的包装原料和容器；③修复、改造和重新磨光的产品；④处理废弃装备；⑤处理危险物料；⑥恢复价值。美国物流管理协会在其公布的《供应链全景—物流词条术语2003年9月升级版》中，对逆向物流进行了重新的解释：由于修理和信誉问题，对售出及发送到用户手中的产品和资源的回流运动实施专业化的物流管理。上述各定义虽然表述有所不同，但关于逆向物流的内涵是基本相同的。从流动对象看，逆向物流是产品、产品运输容器、包装材料及相关信息，从它们的最终目的地沿供应链渠道的“逆向”流动过程；从流动的目的看，逆向物流是为了重新获得废弃产品或有缺陷产品的使用价值，或者对最终废弃物进行正确处置；从物流活动构成看，为实现逆向物流的目的，逆向物流应该包括对产品或包装物的回收、重用、翻新、改制、再生循环和垃圾填埋等形式。逆向物流不等同于回收物流，它比回收物流要广，它涵盖了回收物流和废弃物流，加上它对环境所起到的保护作用，所以还涉及到绿色物流的概念。这三个物流的概念与逆向物流的概念密切相关。下面分别阐述3种物流的概念：[29]回收物流：一种说法为不合格物品的返修，退货以及周转使用的包装容器从需方返回到供应方所形成的物品实体流动。[29]废弃物流：一种说法为将经济活动中失去原有使用价值的物品，根据实际需要进行收集、分类、加工、包装、搬动，并分送到专门处理场所时所形成的物品实体流动。废弃物流的作用是无视对象物的价值或对象物没有再利用价值，仅从环境保护出发，将其焚化、化学处理或运到特定地点堆放、掩埋。[30]绿色物流：一种说法为在物流过程中抑制物流对环境造成危害的同时，实现对物流环境的净化，使物流资源得到最充分利用。如改进汽车设计以减少汽车运行对环境的危害；实现绿色包装采用可降解或易回收的包装箱材料建立多频度少量配送以及JIT配送等。绿色物流要求从环境的角度对物流体系进行改进，形成一个环境共生型的物流系统，它强调了全局和长远的利益，强调全方位对环境的关注，体现了企业的绿色形象，是一种全新的物流形态。2.2逆向物流的驱动因素逆向物流源点的发散性、形式的多样性、途径的复杂性以及数量、质量的不确定性导致了逆向物流的复杂性，但一般而言其驱动因素可归为三类。--9 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.2.1环保立法随着人类环保意识的逐渐增强，逆向物流逐渐受到政府、企业和科研机构的共同重视。随着物质消费的快速增长，垃圾处理能力日渐不足，在众多工业化国家中，废品控制已经成为一个众人瞩目的焦点问题。另外，由于全球资源短缺的趋势日益加剧，对使用过的产品及材料的再生恢复逐渐成为企业满足消费市场的关键。一些国家或者在环境保护法规中强调生产企业在产品整个生命周期内的责任，或者开始运用税收政策控制容易造成环境污染的产品数量，以促使企业以“循环使用”理念取代“一次使用”的观念。德国是首先引入产品生命周期责任的国家之一。此后，很多国家通过了更为具体的有关旧产品回收的法规：在美国，议会在过去的几年中引入了超过2000个固体废品的处理法案，如2000年马萨诸塞州通过了一项禁止阴极射线管（CRTs）掩埋的法案。在日本，2001年国会通过了一项法案，要求零售商和制造商负担部分电器的回收和循环利用的成本。在欧洲，为了减少垃圾掩埋法的废品处理方式，欧盟制定了包装和包装废品的指导性意见，并在欧盟成员中形成法律。意见中规定了减少、再利用和回收包装材料的方法，并根据供应链环节中不同成员的地位和相应的年营业额，提出了企业每年进行垃圾回收和产品再生的数量要求。2.2.2经济利益面对着日渐强大的消费者群体，在以服务营销为主导思想的全球化企业的经营战略中，许多公司将逆向物流看成是提升竞争力的重要法宝。（1）降低成本。全球知名品牌EsteeLaunder（雅诗兰黛）因为退货、过量生产、报废和损坏的商品达1.9亿美元，约占销售额的4.75%。为了降低退货处理成本，它投资130万美元购买用于逆向物流的扫描系统、商业智能工具和数据库。经过几年的运转，系统对超过保质期产品的识别精度大大提高，产品销毁率将可以降到15%以下，它将可以重返分销渠道的产品在销售季节结束前[25]重新投放市场，每年节约了数百万美元。对于生产企业而言，返回产品所占的比重很大，返回率相当高，若仍采用传统的做法—抛弃、掩埋，将引发社会资源的枯竭和自然环境的恶化，对于许多商家而言，更是丧失了大好的“节流”机会，虽想尽办法降低成本，仍高居--10 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[26]不下。表2-1给出了部分产品的返回率。表2-1部分产品返回率Table2-1Callbackrateofsomeproducts产品返回率杂志（MagazinePublishing）50%书籍出版商（BookPublishers）20~30%书籍发行商（BookDistributors）10~20%贺卡（GreetingCards）20~30%零售目录（CatalogRetailers）18~35%电子分销商（ElectricDistributors）10~12%电脑制造业（ComputerManufactures）10~20%光驱（CD-ROMS）18~25%打印机（Printers）4~8%邮购的计算机业（MailOrderComputerManufactures）2~5%超级市场（MassMerchandisers）4~15%汽车部件（AutoIndustry-Part）4~6%消费型电子产品（ConsumerElectronics）4~5%家用日化品（HouseholdChemicals）2~3%（2）可成为利润中心。当沃尔沃预测到瑞典将会立法，规定汽车生产商对汽车零部件回收和处理获得了巨大的收益；金属、塑料可以当作废品出售，而一些部件可以重新进入装配线，这些都成为沃尔沃的利润来源。同样尝到逆[28]向物流收益的公司还包括佳能、施乐、柯达等。（3）有效的逆向物流管理也是增强供应链合作伙伴关系的重要黏合剂。在通用汽车公司简化了其回收汽车零部件的流程后，新的回收体系受到销售商的极大欢迎，因为新的体系更为简便，成本也更加低廉。销售商可以将回收部件送到通用汽车统一的处理地点，而采用通用统一的产品标志，部件回收的不确定性也大大降低。（4）另外逆向物流在增强企业与客户之间的沟通，提高顾客满意度方面也起着重要的作用。1982年9月，当公司销量最高的产品—泰勒诺，被指证与美国芝加哥地区的7起死亡报道有关时，泰勒诺的市场占有率下跌了80%。公司广泛运用逆向物流系统，从零售商和消费者手中买回有问题的产品，并运回处理中心；同时，全力提升产品品质，以高于产品必备的品质慢慢地赢回了顾客的信赖和产品形象。如今，泰勒诺仍是销量最高的止痛剂品牌，拥有30%的市场份额。--11 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.2.3商业考虑现代物流活动对环境的影响已经威胁到人们的日常生活。21世纪，人类面临人口膨胀、环境恶化、资源短缺三大危机。一方面，消费者呼唤“绿色”产品，迫使生产商建立逆向物流管理；另一方面，管理者也会主动关注产品的逆向流动，以减少企业对环境的负面影响。因此，逆向物流也被视为企业可持续性发展的重要内容。2.3逆向物流的特征逆向物流与正向物流在构成和职能方面有共同点，都具有包装、装卸、运[31~32]输、储存、加工过程。但是，逆向物流又具备它自身的特征。（1）分散性废旧物资流可能产生于生产领域、流通领域或生活消费领域，涉及任何领域、任何部门、任何个人，在社会的每个角落都在日夜不停地发生。正是这种多元性使其具有分散性。（2）逆向物流的混杂性回收的产品在进入逆向物流系统时往往难以划分为产品，因为不同种类、不同状况的废旧物资常常是混杂在一起的。当回收产品经过检查、分类后，逆向物流的混杂性逐渐衰退。（3）不确定性由于逆向物流产生的随机性，使得企业很难确定产品的回收时间、地点及数量。但是，逆向物流的终点是可以确定的。（4）形成和流动缓慢在形成初期，回收物质数量有限，种类多，只有在不断汇集的情况下才能形成较大的流动规模。废旧物资的产生也往往不能立即满足人们的某些需要，它需要经过加工、改制等环节，甚至只能作为原料回收使用，这一系列过程的时间是较长的。同时，废旧物资的收集和整理也是一个较复杂的过程。（5）处理费用高由于回收品的参差不齐，所需的各项处理费用较高，不易取得规模效益，另外还需多项人工费用和管理费用等。2.4逆向物流的分类2.4.1按形成的原因分类按照逆向物流形成的原因可以将逆向物流分成投诉退货、终端使用退回、--12 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[25]商业退回、维修退回、生产报废与副品，以及包装等6大类别。（1）投诉退货此类逆向物流可能是由于运输差错、质量等问题形成的，它一般在产品出售短期内发生。电子消费品如手机、家用电器等通常会由于这种原因进入回流渠道。（2）终端退回这主要是经过完全使用后需处理的产品，通常发生在产品出售之后较长时间。终端退回可以是出自经济的考虑，最大限度地进行资产恢复，例如地毯循环，轮胎修复等这些可以再生产、再循环的产品，也可能是受制于法规条例的限制，对诸如超过产品生命期的一些白色和黑色家电等产品仍具有法律责任。（3）商业退回指未使用商品退回还款，例如零售商的积压库存，包括时装、化妆品等，这些商品通过再使用、再生产、再循环或者处理，尽可能进行价值的回收。（4）维修退回指有缺陷或损坏产品在销售出去后，根据售后服务承诺条款的要求，退回制造商，它通常发生在产品生命周期的中期。典型的例子包括有缺陷的家用电器、零部件和手机等。（5）生产报废和副品生产过程的废品和副品，一般来说是出于经济和法规条例的原因，发生的周期较短，而且并不涉及其他组织。通过再循环、再生产，生产过程中的废品和副品可以重新进入制造环节，得到再利用。生产报废和副品在药品行业和钢铁业中普遍存在。（6）包装逆向物流的对象主要是托盘、包装袋、条板箱、器皿，它考虑经济的原因，将可以重复使用的包装材料和产品载体通过检验和清洗、修复等流程进行循环利用，降低制造商的制造费用。2.4.2按回收物品的特征分类[25]按回收物流的特征可分为以下几类：（1）低价值产品的物料例如金属边角料或者副品，原材料回收等。这种逆向物流的显著特征是它的回收市场和再使用市场通常是分离的，也就是说，这种物料回收并不一定进入原来的生产环节，而是可以作为另外一种产品的原材料投入到另一个供应链环节中。从整个逆向物流过程来看，它是一个开环的结构。（2）高价值产品的零部件例如电子电路板、手机等。出于降低成本和获取利润等经济因素的考虑，这些价值增加空间较大的物品回收通常由制造商发--13 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文起。此类逆向物流与传统的正向物流结合的最为紧密，它可以利用原有的物流网络进行物品回收，并通过再加工过程，还将进入原来的产品制造环节，在严格意义上，这才是真正的逆向物流。（3）可以直接再利用的产品最明显的例子便是包装材料的回收，包括玻璃瓶、塑料包装、托盘等，它们通过检测和清洗处理环节便可以被重新利用。此类逆向物流由于包装材料的专用性属于闭环结构。2.5本章小结本章对逆向物流的定义、驱动因素、特征及分类进行了总结和说明。逆向物流的定义有多种，然而其内涵是基本一致的，具体的可以从流动对象、流动的目的、物流活动构成等方面进行阐述；逆向物流与回收物流，绿色物流之间存在着一定的区别；逆向物流的产生受到环保立法、经济利益和商业需求等方面因素的驱动；逆向物流具有分散性、混杂性、不确定性、形成和流动缓慢和处理费用高等特征；逆向物流按照形成原因和回收物流的特征可分成9类。--14 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第3章电子废弃物回收逆向物流网络框架设计3.1回收网络类型分析目前所存在的回收网络可以分成3种类型，分别为沿传统的正向物流网络逆向流动的网络、独立的回收物流网络和正向与逆向相结合的集成物流网络。3.1.1沿传统的正向物流网络逆向流动的网络此种网络具有投资少，初期准备工作简单，逆向物流的设施、运输线路相对正向物流系统没有变化，下游企业把回流物品直接递送给上一级供应商等优点；另外该种网络具有系统反应时间长、系统信息失真、运营代价高昂、输入端复杂等缺点。以电子废弃物的回收网络为例，其基本框架如图3-1所示。供应商制造商分销商消费者可利用材料材料提取不可利用材料直接废弃正向物流逆向物流图3-1沿传统的正向物流网络逆向流动的网络Fig.3-1Networkreversingalongtheforwardnetwork根据此种网络的优缺点，要求使用这种回收物流系统行业的产品或厂商具[33]有如下特点之一：（1）回流物品比例较小，企业对逆向物流没有专业化和战略考虑。（2）回收商品寿命较短，可生物降解。对于此类商品，价值消耗太快，当回流物品返回时，已经没有利用价值，进行再利用没有必要，又由于可以--15 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文生物降解，因此不会对环境产生太大的影响。（3）垂直一体化企业。垂直一体化的企业其分销渠道属于内部结构。建立逆向系统的成本低廉，而且能够根据业务量较迅速地做出反应。一般来说，小型厂家、保鲜食品行业等比较适合采用简单逆向物流系统。对于本文所关心的电子废弃物的回收处理问题，此种网络是不合适的。3.1.2独立的回收物流网络独立构建的回收物流网络具有初期投资大，建设时间长等缺点，但此种网络也具有系统反应时间短，工作效率高，系统信息真实可靠，输入端简单等优点。以电子废弃物的回收为例，独立构建的回收物流网络的各个组成部分是独立存在的，其中输入端是单独建立的回收中心，所有的废弃电子产品均要经回收中心回收，并统一运送到仓库存储。另外，此种类型的物流网络可以避免与其相应的正向物流活动产生冲突，提高系统运行效率。其基本的网络结构如图[33]3-2所示。电子废弃物集中回收储存分类加工处理循环利用及处理材料利用仓库处理工厂回收零件利用仓库处理工厂中心废品处理仓库处理工厂图3-2独立的回收物流网络Fig.3-2Independentrecyclingnetwork此种回收物流网络适用于企业规模较大，有独立建立专业化网络的实力，回收物品寿命较长，在一定时期内能够维持其价值的物品。从此种回收物流网络的优缺点及适用条件来看，在资金及各种条件允许的情况下，电子废弃物的--16 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文回收处理过程可以选择此种网络形式。3.1.3正向和逆向相结合的集成物流网络这种回收逆向物流网络是在原有正向物流的基础上，利用正向物流中的仓储、运输及分销渠道，将废弃物的回收过程集成到原有的物流网络中，这种网络具有初期资金投入适中、资源利用合理、系统运行效率较高等优点，但在确定网络中各组成部分的位置、规模等问题时存在较大的困难。这种回收逆向物流网络是本文要重点讨论的形式。以电子废弃物的回收网络为例，目前我国存[15]在的一种网络形式如图3-3所示。从目前我国的这种集成网络来看，虽然已经考虑了在回收过程中一些设施的共享，但从整体来说：第一，没有考虑环境污染问题，电子废弃物如不进行合理的处理，将会产生十分严重的环境污染；第二，由第三方回收企业进行回收，不能保证资源的循环利用，如图中所示仅考虑可循环材料的回收而忽略可循环零部件的回收再利用，将会对整体效益产生较大的影响。供制分消应造销费商商商者外部利可循环材料回收第三方回收企业用未经处理废弃图3-3回收逆向集成物流网络Fig.3-3Presentintegratedrecyclingnetwork3.2不同网络类型的对比分析从以上对3种回收逆向物流网络的分析来看，3种网络各有利弊，企业可以根据本身的实际情况进行选择。下面本文对3种网络的不同特点和适用情况--17 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文进行一下比较分析。如表3-1所示。表3-1不同类型回收网络对比分析Table3-1Contrastanalysisofdifferentrecyclingnetwork网络类型优点缺点适用条件沿传统的正向物流网成本低、风险小、业务冲突，系统反应小型企业络逆向流动的网络节点专业化时间长、运营费用高商品寿命短信息真实大型企业独立的回收物流网络成本高、业务冲突专业化服务商品寿命长成本较低、分散风大中型企业正向和逆向相结合的管理困难险、专业服务、管理层顺畅集成物流网络内部信息流失技术进步产品对时间要求不高根据3种网络的不同特点和适用条件，可知在我国对电子废弃物的回收再利用过程采用正向与逆向相结合的集成物流网络是比较合适的。3.3正向与逆向集成物流网络的构建3.3.1正向与逆向集成物流网络的组成鉴于目前我国的资金和技术等方面的原因和目前正向与逆向物流集成网络存在的问题，并考虑到正向物流中的各种组成部分与逆向物流中的各组成部分之间的相互协调，本文构建了如图3-4所示的网络框架。本文所构建的网络的主要组成部分包括：正向物流中的供应商、制造商、仓库、分销商、消费者和二手市场；逆向回收物流中的回收中心、分类仓库、处理工厂、材料市场和最终处理地点。由于正向部分的组成与传统正向物流相重叠，故本文仅对网络中的逆向组成部分的功能进行详细的说明。（1）回收中心回收中心在该网络中是逆向物流的起点，可以建立单独的回收中心，也可以选择零售商作为回收的代理商。其功能为根据电子废弃物的外观、使用性能等方面特性，以一定的价格进行回收，回收过程中对各种电子废弃物进行简单的分类处理。（2）分类仓库仓库是介于回收中心和处理工厂之间起缓冲作用的设施，也是与正向物流共用的设施，其作用不仅包括传统仓库的存储功能，在该网络中还起到对电子废弃物进行分类的作用。此过程中根据所回收的各种--18 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文电子废弃物的使用年限、所处状况等方面进行分类，然后进行分类储存，以备集中运送到处理工厂。（3）处理工厂处理工厂是该网络中最重要的环节，其功能为采用提取、拆分等处理手段对回收的电子废弃物进行处理，可分离出可重新利用零件、可修理或加工零件、可回收利用材料和不可回收利用材料，对于不同的分离物采取不同的处理方式。二供分消手应制造商销费市商商者场加工装配消费者可重新利用零件处回可修理或加工零件收理仓工库中可回收利用材料心材料市场厂不可回收利用材料最终处理正向物流逆向物流图3-4正向与逆向回收物流集成网络Fig.3-4Integratedrecyclingnetwork（4）材料市场在该网络中除了为供应商提供原材料之外，还要接收回收过程中提取出来的相应材料，使其重新回到该网络中。（5）最终处理设施经过处理工厂处理之后产生了许多有害的和无利用价值的废物，采取填埋、焚烧等方式对这些废物进行最终处理，达到减少这些废物对环境的污染的目的。--19 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.3.2正向与逆向集成物流网络的阶段划分本文所构建的物流网络是多阶段的网络，具体可以分成以下几个阶段：第1阶段：由回收中心将回收废弃物品运送到各仓库并进行处理的过程。在这个过程中涉及到运输费用、分类仓库的扩建费用和分类仓库的管理运营费用。由于由各回收中心到各分类仓库的距离和回收量的不确定性，导致了此阶段网络在选择不同的扩建仓库时的扩建成本是不同的。由此，在此阶段网络中要解决的问题是在满足运输费用、分类仓库扩建费用和分类仓库运营管理费用最小的目标条件下，确定各分类仓库的扩建与否。第2阶段：由各分类仓库将分类处理的废弃物品运送到各处理工厂并进行处理的过程。在此过程中涉及到运输费用、处理工厂的建设费用和处理工厂的管理运营费用。与第1阶段网络相似，同样由于处理工厂位置的不同，导致了第2阶段网络选择不同位置的处理工厂的建设成本也是不同的。要解决的关键问题是在满足第2阶段网络的费用最低的前提下，确定各处理工厂的位置。第3阶段：由各处理工厂运送到材料市场，或产品制造商，或最终的废物处理点的过程。在此过程中涉及到运输费用、最终废物处理点的建设费用和最终废物处理点的管理运营费用。由于经处理工厂处理的废弃电子产品的处理结果的不确定，导致处理后物品流量和流向的不确定性，从而导致了第3阶段网络建设成本的不同。这个过程要处理的关键问题是在满足第3阶段网络费用最低的前提下确定最终废物处理点的位置。由于材料销售市场和产品制造商的的位置的确定性，在本文中将不对其进行单独研究。本文所构建的电子废弃物回收物流网络框架充分考虑到了电子废弃物在回收过程中的各个环节，能够保证回收过程的高效率运行。同时在处理过程中对各种对环境有害的物质通过最终处理设施进行处理，减少了该回收过程对环境的污染，在产生显著的经济效益的同时，也产生了显著的社会效益。3.4构建回收物流网络的原则电子废弃物的回收处理问题是一个很复杂的系统工程，需要考虑诸多实际环境和问题，需要政府部门的政策引导和支持，更需要科学有效的构建方法。本文提出了电子废弃物的回收逆向物流网络的构建原则：（1）需要企业内部的技术条件和企业外部的政策环境来支撑。企业的内部技术条件包括先进的电子电器回收工艺技术、回收工艺装备和回收过程管理；--20 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文企业的外部支撑环境包括顺畅的回收渠道、优惠的回收政策、消费者和政府部门的支持。（2）构建时应充分考虑逆向回收网络的特性，包括系统的高度复杂性、系统目标的复杂多样性、系统具有天生的供需失衡本性和系统具有“从多到少”[33]的特性。（3）构建时要以实际情况为准，要定性和定量分析相结合地进行。因为无论采用何种类型的网络，都需要花费大量的资金和精力，一旦发生网络运行不畅，效率不高的情况，将会给企业带来大量的资源浪费和负担。（4）构建时尽可能地考虑经济效益与社会效益的协调。（5）构建时要采用科学合理的建模方法，选择合理的模型和参数，选用相对精确的算法。3.5本章小结本章在分析了3种回收网络的不同特点及其区别和适用条件的基础上，提出了一种正向与逆向集成的回收物流网络，对网络中各种设施的功能进行了论述，并对所建立的网络进行了阶段划分，最后给出了构建回收网络的一般原则。--21 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第4章电子废弃物回收逆向物流网络模型的构建4.1电子废弃物回收过程中的不确定性因素不确定性问题是一种复杂的系统问题，由于在问题的处理过程中存在着众多的不确定性，给问题的解决带来了较大的困难。目前处理不确定性问题的方法主要有随机期望值规划、随机机会约束规划、随机相关机会规划、模糊期望值规划、模糊机会约束规划等。在电子废弃物回收处理过程中，存在着很多的不确定性因素：（1）各种回收电子废弃物的品质和材料组成是不确定的；（2）由回收中心到各个分类仓库的运输废弃物的数量是不确定的，即是随机的；（3）经处理工厂处理过的电子废弃物的流量和流向是不确定的。4.2考虑不确定性因素的逆向物流网络模型4.2.1建模过程考虑到电子废弃物回收逆向物流网络中存在的不确定性，本文建立了以网络建设费用和环保治理费用最低为目标函数的MILP模型，建模过程如图4-1所示。4.2.2MILP模型的构建4.2.2.1模型假设（1）不考虑回收处理过程中的材料损耗；（2）假定各回收点的废旧电子产品的回收量为随机变量；（3）网络建设及运营过程中的相关费用是已知的；（4）各种回收物品的回收量不能超过各种设施的处理能力；（5）仓库的存储周期为一个月，对于不同存储时间，存储费用取不同的值；--22 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（6）材料市场和制造商均在处理工厂的选址范围内，不考虑其建设费用和运输费用。网络框架不确定环境模型假定模型组成目标函数：费用最低约束条件固定费用流量平衡约束运输费用设施处理能力约束管理运营费用设施数量限制约束环保治理费用决策变量非负约束材料销售收入0、1整数变量约束图4-1建模过程框图Fig.4-1Processofmodeling4.2.2.2模型构建本文所构建的网络模型是以考虑网络的建设、运营费用和环保处理费用为目标函数的模型。网络所涉及的费用包括固定设施建设费、各设施间的物品运输费、仓储费用、各个设施的管理运营费用和环保处理费用。为了处理网络形成过程中出现的不确定性问题，本文采用将整个网络进行分阶段处理，并将随机规划的理论引入其中，具体划分的模型在下文中详细论述。(1)第1阶段网络模型设各回收中心的供应量为定义在概率空间（Ω，Λ，pr）上的随机向量ξ=(,ξξξ?)，ω∈Ω为随机分布条件，对每一个ω，ξ()ω是ξ的实现值，12m--23 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文此为随机规划中的确定性供应，不确定性需求问题。⎧mnmn⎧⎫⎪⎪⎪∑∑∑CTt××+NijtDij∑∑∑⎡⎣()CCGt×+NijtCSGtt()××Nijttime⎤⎦⎪⎪⎪ijt==11ijt==11MinE:⎨⎬⎪n⎪⎪⎪+×∑Ssbbj⎪⎪⎪⎩⎭j=1⎪st..⎪mnm⎪⎪∑∑∑Nijt=∑∑ξωit()⎪ijt==11it=1⎪m⎪⎪∑∑Nijt=ξωit()=1,2im?i=1t⎨m⎪⎪Ρ(r)∑∑Nijt≥MINSj×sbj≥δj=1,2?nit=1⎪m⎪⎪Ρ(r)∑∑Nijt≤MAXSsj×bj≥εj=1,2?n⎪i=1t⎪N≥0i=1,2??,,m,j=1,2nijt⎪s=0,1j=1,2?n⎪bj⎪⎪∑sbj≤h1j⎪⎪⎩（4-1）式中i——回收点的下标；j——分类仓库的下标；t——几种主要电子废弃物的下标；m——回收中心的个数；n——分类仓库的个数；E——期望值算子；N——回收物品从回收点运送到分类仓库tij的数量(KG)；ijtW——回收物品t经过仓库j的总量（KG）；jtS——仓库的扩建费用（元）；bCT——回收物品t的单位运费（元/km）；tCCG——回收物品t在分类仓库的单位分类处理费（元/kg）；tCSGtt()——回收物品t在分类仓库的单位存储费费（元/天⋅kg）；--24 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文⎧c≤30t1CSGtt()=⎨⎩ct>302D——回收点i与分类仓库j之间的距离（km）；ijMINS——分类仓库j的最小应保证的仓储量；jMAXS——分类仓库j的最大仓储能力；jpr——概率标志；δ——置信度，设其为0.95；ε——置信度，设其为0.95；h——最多可扩建的分类仓库的数量。1在第一阶段模型中体现了费用最小的目标函数、流量平衡约束、处理能力限制约束、决策变量非负约束和0，1整数变量约束。(2)第2阶段网络模型⎧⎧⎫nmnmm⎪MinE:⎨⎬∑∑∑CTtj××+NktjDk∑∑∑CDGtj×+×Nkt∑Dbbdk⎪⎩⎭jkt==11jkt==11k=1⎪st..⎪nmn⎪⎪∑∑∑NQjkt=∑∑jt⎪jkt==11jt=1⎪n⎪∑∑NQjkt=jt=1k,2?m⎪jt=1⎪n⎨Ρr(∑NMjkt≥INDdk×bk)≥=1,2δk?m⎪j=1⎪n⎪Ρr(∑N≤MAXD×d)≥ε=1,2k?mjktkbk⎪j=1⎪⎪N≥0=12j,,??n,k=1,2,mjkt⎪d=0,1k=1,2?m⎪bk⎪∑dbk≤h2⎪k⎪⎩（4-2）在第1阶段网络实现之后，分类仓库的位置及数量已经确定，设第j个分--25 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文类仓库所存储的量为Q。在第2阶段网络中，要处理的问题是在确定性分类仓j库供应量的情况下，确定处理中心的位置及数量，见模型4-2。式中k——处理工厂的下标；m——处理工厂的个数；n——分类仓库的个数；D——处理工厂的新建费用（元）；bN——回收物品从分类仓库tj运送到处理工厂的数量k(KG)；jktCDG——回收物品在处理工厂的单位管理运营费（元t/kg）；tD——仓库j与处理工厂之间的距离（kkm）；jkMIND——处理工厂的最小应保证的处理量；kkMAXD——处理工厂的最大处理能力；kkpr——概率标志；δ——置信度，设其为0.95；ε——置信度，设其为0.95；h——最多可新建的处理工厂的数量。2在此阶段网络中，同样采用随机期望值模型对模型中出现的不确定性需求问题进行处理。（3）第3阶段网络模型第3阶段网络与第2阶段网络的模型的处理方式是基本相同的，同样是确定性的供应处理量和不确定性的最终处理点。不同之处在于，第2阶段网络经求解计算后，要确定所产生废物的量和提取的回收材料的量，这要根据实际数据进行求解。设第2阶段网络求解后第个处理工厂有kα%的废弃物产生和提k取了β%的材料，并设第k个处理工厂的供应回收量为θ。具体模型如下：kkmmqq⎧⎫⎪⎪∑∑∑CTg××+WkpgDkp∑∑∑CFGt×Wkpg⎪⎪kpg==11kpg==11Min:E⎨⎬⎪⎪qq⎛⎞mm⎪⎪+×+×∑Ffbbp∑⎜⎟Cg∑∑Wkpg−∑∑Qckll×⎩⎭pg==11⎝⎠kp=1k=1l--26 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文⎧st..⎪Qp=θα×%×⎪kgkkg⎪Qp=θβ×%×klkkl⎪mmq⎪⎪∑∑∑WQkpg=∑∑kgkpg==11kg=1⎪⎪m⎪∑∑WQkpg=kgk=1,2?m⎪kg=1⎨m⎪Ρr(∑WMkpg≥INDfp×bp)≥δ=1,2p?q⎪k=1⎪m⎪Ρr(∑Wkpg≤MAXDp×fbp)≥ε=1,2p?q⎪k=1⎪W≥0=12k,,??m,p=1,2,qkpg⎪⎪f=0,1p=1,2?qbp⎪⎪∑fhbp≤3⎩p（4-3）式中p——最终处理设施的下标；l——可回收利用材料的下标；g——不可回收利用材料的下标；m——处理工厂的个数；q——最终处理工厂的个数；Q——不可回收利用材料的重量（KG）；gQ——可回收利用材料的重量（KG）；lW——由处理工厂运送到最终处理点kp的材料g的重量(KG)；kpgF——最终处理设施的新建费用（元）；bCT——不可回收利用材料的单位运费（元g/kgkm）；gCFG——回收物品t在最终处理点的单位管理运营费（元/kg）；tC——不可回收利用材料的单位处理费（元g/kg）；gC——可回收利用材料l的单位销售价格（元/kg）；lD——处理工厂与最终处理点kp之间的距离（km）；kp--27 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文MIND——最终处理设施p的最小应保证的处理量；pMAXD——最终处理设施p的最大处理能力；ppr——概率标志；δ——置信度，设其为0.95；ε——置信度，设其为0.95；h——最多可新建的最终处理设施的数量。3在第3阶段网络中，与第2阶段网络的不同之处在于，在该层中考虑了环保治理费用和材料销售收入这两项内容，体现了环境保护的内容。4.3参数标定本文所建立的模型中需要标定的参数包括：回收中心的数量、分类仓库的扩建与否情况、分类仓库的扩建费用、处理工厂的新建与否情况、处理工厂的新建费用、最终处理设施的新建与否情况、最终处理设施的新建费用、各设施间的运输距离及运输费用问题、各设施的管理运营费用问题和环保治理费用问题。下面本文对以上参数的标定过程逐一进行说明。（1）回收中心的数量根据不同地区的经济发展规模和可能产生的废弃物的数量来确定；（2）分类仓库的扩建与否情况根据回收中心实际的回收量和分类仓库的处理能力确定；（3）分类仓库的扩建费用根据仓库的扩建规模确定；（4）处理工厂的新建与否情况根据从分类仓库运送出的电子废弃物的实际数量和处理工厂本身的处理能力确定；（5）处理工厂的新建费用根据其规模确定；（6）最终处理设施的新建与否情况根据在处理工厂处理后剩余的废弃物的数量和其本身的处理能力确定；（7）最终处理设施的新建费用根据其规模确定；（8）各设施间的运输距离及运输费用问题各设施间的运输距离可根据实际的运送情况进行标定，运输费用问题要根据运输距离和运输量确定；（9）各设施的管理运营费用根据某地实际的经济发展状况以及在回收过程中所涉及到的电子废弃物的数量来确定，需要说明的一点是由于分类仓库要完成存储和分类处理两项工作，其仓储的费用应同时考虑时间和废弃物的数量--28 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文来计算；（10）环保治理费用根据在回收过程中产生的有毒有害物质和废弃物质的数量和有害程度进行标定。4.4模型算法的实现4.4.1模型计算过程根据本论文所描述的问题和建立的模型，本论文采用规划模型计算软件Lingo8.0对前面中所建立的模型进行编程计算。在计算过程中，本文对求解过程中所出现的随机性概率问题进行了假设处理，总体的计算过程如下，具体的Lingo程序见附录。第一阶段网络模型产生各回收中心的回收量ξ()ωi模型的Lingo程序编制模型中参数的定义模型求解新建仓库的位置、数量接收的回收量最小的花费图4-2第一阶段网络模型计算过程Fig.4-2Computecourseofthefirststagemodel（1）第一阶段网络首先本论文采用Excel中的随机数发生器产生一系列满足一定分布的随机数据，然后应用Lingo8.0软件对本论文提出的模型进行编程处理，并对模型计算中出现的各参数进行定义，最后应用Lingo8.0软件对所建立的模型进行求解。该阶段网络模型的求解过程框图如图4-2所示。（2）第2阶段网络该阶段网络模型中不存在随机变量，是典型的供应量--29 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文确定条件下，确定需求点位置的整数规划问题。此问题可以直接应用Lingo8.0编程实现求解。其求解过程框图如图4-3所示。第二阶段网络模型处理工厂的位各仓库的模型的模型中置、数量供应回收Lingo程参数的模型量求解接收的回收量Qj序编制定义最小的花费图4-3第2阶段网络模型计算过程Fig.4-3Computecourseofthesecondstagemodel（3）第3阶段网络该阶段网络模型的求解与第2阶段网络模型求解较相似，模型中不存在随机变量，并且为整数规划问题，可以用Lingo8.0编程实现求解。其求解过程框图如图4-4所示。第三阶段网络模型各处理工厂的最终处理供应回收量θk模型的模型中可回收利用材模型设施的位Lingo程参数的料的比例βk求解置、数量序编制定义不可回收利用最小花费材料的比例αk图4-4第3阶段网络模型计算过程Fig.4-4Computecourseofthethirdstagemodel4.5本章小结本章通过分析电子废弃物的回收过程中存在的不确定性因素，在第3章所提出的集成回收网络的基础上，将随机规划理论应用到模型构建中，建立了考--30 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文虑随机因素的3阶段MILP模型，并根据回收过程的实际情况，给出了各阶段模型中各参数的标定方法，最后根据所建立模型的特点，给出了模型算法的实现过程和相关程序。--31 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第5章案例分析5.1模型的现实分析在电子废弃物回收网络建成后会出现以下情况：在回收网络建成初期其回收量较小，所需要的设施相应较少，但随着时间的推移和电子废弃物产生量的逐年增加，网络的回收量也会逐渐增长，所需要的设施数量和规模也要相应增加。如果在建设初期考虑较高的回收量，必然会形成设施和资金的浪费，如果按照较低的回收量进行建设，又不能满足回收量逐年增长的需要。这样就出现了回收量的大小与设施数量和处理能力之间的矛盾。因此，建议网络的建设应分期进行。另外，考虑到土地利用规划的要求，本文在对所建模型进行求解时以低回收量的计算结果作为网络建设初期的规模参考；以高回收量的计算结果作为回收网络远期建设预留土地的参考。5.2网络参数的确定及运算网络中各参数应根据实际情况确定，其中低回收量可以根据实际调查和类比分析等方法获得，高回收量可以根据电子废弃物的发展趋势和参考相关研究成果进行预测获得。本文对各参数进行了假设。5.2.1低回收量的情况5.2.1.1第一阶段网络参数确定及运算假设有5个回收中心，10个备选仓库。回收的物品有4种，分别为电视、冰箱、洗衣机和空调，每个回收中心的各种物品的回收量如表5-1，4种回收物的回收量均服从正态分布N（500，10），N（800，10），N（1000，10）和N（600，10）。--32 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表5-1各回收中心的回收量Table5-1Reclaimedquantityofeveryreclaimedcenter(kg)回收物回收中心电视冰箱洗衣机空调14978039996092487818998602350281710136104513802996608551279310085974种回收物品的单位运费、在仓库的单位存储费和仓库的管理运营费如表5-2，单位分别为（元/kg⋅km），（元/天⋅kg）和（元/kg）：表5-2回收物的单位运费，单位存储费和仓库的管理运营费Table5-2Unitcostoftransportation,storageofwasteandoperationcostofdepot回收物费用电视冰箱洗衣机空调单位运费0.51.00.80.6仓库的单位存储费0.05/0.080.1/0.120.08/0.10.06/0.08仓库的分类处理费11.51.21.1说明：仓库的单位存储费，当存储时间大于30天时取/左边的数据，小于30天时取/右边的数据表5-3回收中心与仓库的距离Table5-3Distancebetweenreclaimcenteranddepot(km)回收点仓库12345111272812142142922191432323101923411262127125121319121762612161321713262817108162617262391123161116102013102927--33 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文仓库的最大及最小保证仓储量分别为1000kg和10000kg，仓库的扩建费用为50000元，存储时间为28天，回收中心与仓库之间的距离如表5-3。将以上数据输入到Lingo程序中，经3761次迭代运算，运算结果为sb1=1，sb2=0，sb3=0，sb4=0，sb5=0，sb6=1，sb7=0，sb8=0，sb9=0，sb10=0，最小费用为28.07万元。由各回收点运往各备选仓库的运输量见表5-4。表5-4各回收点运往各备选仓库的运输量Table5-4Quantitytransportingfromreclaimcentertodepot(kg)运输量运输量N(1,1,2)803N(3,1,3)1013N(1,1,3)999N(3,1,4)610N(1,6,1)497N(4,1,2)802N(1,6,4)609N(4,1,3)996N(2,6,1)487N(4,1,4)548N(2,6,2)818N(4,6,1)513N(2,6,3)998N(5,1,1)512N(2,6,4)602N(5,1,2)793N(3,1,1)502N(5,1,3)1008N(3,1,2)817N(5,1,4)597说明：表中未列出的其它运输量均为0由计算结果可知，在低回收量条件下所需扩建的仓库为1，6号仓库。5.2.1.2第2阶段网络参数及运算由第一阶段网络所确定的新建仓库数量为2个，各仓库的各种回收物的仓储量如表5-5所示：表5-5各仓库的各种回收物的仓储量Table5-5Storagequantitiesofdifferentwasteineverydepot(kg)回收物仓库电视冰箱洗衣机空调11014321540161755614978189981271假设有10个备选处理工厂，其管理运营费如表5-6所示：--34 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表5-6处理工厂的管理运营费Table5-6Operationcostofdisposeplant(元/kg)回收物费用电视冰箱洗衣机空调管理运营费32.52.22.1处理工厂的最大及最小应保证处理能力分别为10000kg和1000kg，其新建费用为15万元。仓库与各处理工厂之间的距离如表5-7。表5-7仓库与处理工厂之间的距离Table5-7Distancebetweendepotanddisposeplant(km)处理工厂仓库12345678910115152812201123251127613281112191612292725将以上数据代入Lingo程序中，经320次迭代运算，运算结果为db1=0，db2=0，db3=1，db4=0，db5=0，db6=0，db7=0，db8=0，db9=1，db10=0，最小费用为45.7269万元，由1，6号仓库运往各处理工厂的物品量如表5-8。表5-8各仓库运往各处理工厂的运输量Table5-8Quantitytransportingfromdepottodisposeplant(kg)运输量运输量N(1,9,1)1014N(6,3,1)1497N(1,9,2)3215N(6,3,2)818N(1,9,3)4016N(6,3,3)998N(1,9,4)1755N(6,3,4)1271说明：表中未列出的其它运输量均为0由计算结果可知，所需新建的处理工厂为3，9号工厂。5.2.1.3第3阶段网络参数及运算由第2阶段网络计算可知，3，9号处理工厂所接收的回收物品的重量分--35 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文别为4584kg和10000kg。假设回收物品经处理工厂处理后产生4种废弃物品，分别为树脂、聚亚安酯、矿物油和荧光物质，同时产生4种可回收材料，分别为铁、铝、铜和塑料。4种废弃物的单位运费、在最终处理点的管理运营费、单位处理费（环保治理费）、各种费品所占比例如表5-9所示。表5-9各种废弃材料的相关费用及分离比例Table5-9Relativecostfordiscardwasteandtheirproportion废弃物品树脂聚亚安酯矿物油荧光物质单位运费0.81.01.51.6管理运营费3.52.02.82.2处理费1.62.53.01.8比例0.150.250.350.25说明：表中单位运费单位为（元/kg⋅km），管理运营费和处理费的单位为（元/kg）假设经3，9号处理工厂处理后所产生的废品率和回收率为0.30、0.35和0.70、0.65。4种回收材料的单价和所占的比例如表5-10所示。表5-10各种回收材料的单价及回收比例Table5-10Unitpriceofrecyclingmaterialsandrecyclingproportion回收材料铁铝铜塑料单价（元/kg）0.519.74915比例0.250.150.150.45假设有10个备选的最终处理点，其固定建设费用为10万元，其最大与最小应处理的废品量分别为5000kg和800kg。3，9号处理工厂与最终处理点的距离如表5-11所示。表5-11处理工厂与最终处理点之间的距离Table5-11Distancebetweendisposeplantandfinaldiscardplant(km)处理最终处理点工厂1234567891032520152220122320251692013131324141791914--36 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文将以上数据代入Lingo程序中，经94次迭代运算，运算结果为：fb1=0，fb2=0，fb3=0，fb4=0，fb5=0，fb6=0，fb7=0，fb8=1，fb9=0，fb10=0，最小费用为3.3598万元。由3，9号处理工厂运往各备选处理点的运输量见表5-12。表5-12处理工厂运往各备选处理点的运输量Table5-12Quantitytransportingfromdisposeplanttofinaldiscardplant(kg)运输量运输量W(3,8,1)206W(9,8,1)525W(3,8,2)344W(9,8,2)875W(3,8,3)481W(9,8,3)1225W(3,8,4)344W(9,8,4)8753，9号处理工厂所回收的各种材料的量见表5-13。表5-13处理工厂所回收的各种材料的量Table5-13Recyclingmaterialquantityofdisposeplant(kg)回收材料量回收材料量Q(3,1)802Q(9,1)1625Q(3,2)481Q(9,2)975Q(3,3)481Q(9,3)975Q(3,4)1444Q(9,4)29253，9号处理工厂所产生的废弃物的量见表5-14。表5-14处理工厂所产生的废弃物的量Table5-14Wastematerialquantityofdisposeplant(kg)废弃物量废弃物量Q(3,1)206Q(9,1)525Q(3,2)344Q(9,2)875Q(3,3)481Q(9,3)1225Q(3,4)344Q(9,4)875由以上运算结果，所需新建的最终处理点为8号。--37 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5.2.1.4低回收量下的计算结果总结由以上3阶段网络的运算可知，在低回收量的情况下，该回收网络由5个回收中心，2个分类仓库，2个处理工厂和1个最终处理点构成，网络总的花费为3阶段网络花费之和，为77.16万元。5.2.2高回收量的情况5.2.2.1第一阶段网络参数确定及运算假设有5个回收中心，10个备选仓库。回收的物品有4种，分别为电视、冰箱、洗衣机和空调，每个回收中心的各种物品的回收量如表5-15，4种回收物的回收量均服从正态分布N（2000，10），N（3000，10），N（3500，10）和N（2500，10）。表5-15各回收中心的回收量Table5-15Reclaimedquantitiesofeveryreclaimedcenter(kg)回收物回收中心电视冰箱洗衣机空调11998299435052504219982988351425233200830153501249341975300534912490519903005351124994种回收物品的单位运费、在仓库的单位存储费和仓库的管理运营费如表5-2。仓库的最大及最小保证仓储量分别为1000kg和10000kg，仓库的扩建费用为50000元，存储时间为34天，回收中心与仓库之间的距离如表5-3。将以上数据输入到Lingo程序中，经11975次迭代运算，运算结果为sb1=1，sb2=0，sb3=1，sb4=1，sb5=1，sb6=0，sb7=1，sb8=1，sb9=0，sb10=0，最小费用为99.68万元。由各回收点运往各备选仓库的运输量如表5-16。--38 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表5-16各回收点运往各备选仓库的运输量Table5-16Quantitytransportingfromreclaimcentertodepot(kg)运输量运输量N(1,1,1)36N(3,7,1)1005N(1,1,2)2994N(3,7,2)1000N(1,1,3)3505N(3,7,3)1753N(1,1,4)2504N(3,7,4)1248N(1,4,1)1902N(4,1,1)961N(2,3,1)975N(4,5,1)1014N(2,3,2)2988N(4,5,2)3005N(2,3,3)3514N(4,5,3)3491N(2,3,4)2523N(4,5,4)2490N(2,4,1)1023N(5,4,1)1005N(3,4,1)1003N(5,8,1)985N(3,4,2)2015N(5,8,2)3005N(3,4,3)1748N(5,8,3)3511N(3,4,4)1245N(5,8,4)2499说明：表中未列出的其它运输量均为0由计算结果可知，在高回收量条件下所需扩建的仓库为1、3、4、5、7和8号仓库。5.2.2.2第2阶段网络参数及运算由第一阶段网络所确定的新建仓库数量为6个，各仓库的各种回收物的仓储量如表5-17所示。表5-17各仓库的各种回收物的仓储量Table5-17Storagequantitiesofdifferentwasteineverydepot(kg)回收物仓库电视冰箱洗衣机空调199729943505250439752988351425234499320151748124551014300534912490710051000175312488985300535112499--39 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文假设有10个备选处理工厂，其管理运营费如表5-6。处理工厂的最大及最小应保证处理能力分别为10000kg和1000kg，其新建费用为15万元。仓库与各处理工厂之间的距离如表5-18。表5-18仓库与处理工厂之间的距离Table5-18Distancebetweendepotanddisposeplant(km)处理工厂仓库12345678910120202316181020152721324191613271729112112411141325151128132225516182625201121252223728162718292123251415828242228261223222413将以上数据代入Lingo程序中，经29959次迭代运算，运算结果为db1=1，db2=0，db3=0，db4=1，db5=0，db6=1，db7=0，db8=1，db9=1，db10=1，最小费用为155.14万元。由1、3、4、5、7和8号仓库运往各处理工厂的物品量如表5-19。表5-19各仓库运往各处理工厂的运输量Table5-19Quantitytransportingfromdepottodisposeplant(kg)运输量运输量N(1,4,1)997N(5,1,2)1013N(1,4,3)3505N(5,1,4)1980N(1,4,4)2504N(5,6,2)3005N(3,6,2)2994N(5,6,3)3491N(3,4,1)975N(5,6,4)510N(3,4,4)2019N(7,9,1)1005N(3,8,2)2988N(7,9,2)1000N(3,8,3)3514N(7,9,3)1753N(4,8,4)504N(7,9,4)1248N(4,1,1)1999N(8,10,1)985N(4,1,2)2015N(8,10,2)3005N(4,1,3)1748N(8,10,3)3511N(4,1,4)1245N(8,10,4)2499N(4,8,1)2994说明：表中未列出的其它运输量均为0--40 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文由计算结果可知，所需新建的处理工厂为1、4、6、8、9和10号工厂。5.2.2.3第3阶段网络参数及运算由第2阶段网络计算可知，1、4、6、8、9和10号处理工厂所接收的回收物品的重量分别为10000kg、10000kg、10000kg、10000kg、5009kg、和10000kg。假设回收物品经处理工厂处理后产生4种废弃物品，分别为树脂、聚亚安酯、矿物油和荧光物质，同时产生4种可回收材料，分别为铁、铝、铜和塑料。4种废弃物的单位运费、在最终处理点的管理运营费、单位处理费（环保治理费）、各种费品所占比例如表5-9所示。假设经1、4、6、8、9和10号处理工厂处理后所产生的废品率和回收率为0.30、0.35、0.25、0.20、0.31、0.28和0.70、0.65、0.75、0.80、0.69、0.72。四种回收材料的单价和所占的比例如表5-10所示。假设有10个备选的最终处理点，其固定建设费用为10万元，其最大与最小应处理的废品量分别为5000kg和800kg。1、4、6、8、9和10号处理工厂与最终处理点的距离如表5-20所示。表5-20处理工厂与最终处理点之间的距离Table5-20Distancebetweendisposeplantandfinaldiscardplant(km)处理最终处理点工厂123456789101121417131612202014124111412131420112017136111021242218202415248202221132123162021209181519201416121821131025182216121224172218将以上数据代入Lingo程序中，经101436次迭代运算，运行8秒，运算结果为：fb1=0，fb2=1，fb3=0，fb4=1，fb5=0，fb6=1，fb7=1，fb8=0，fb9=0，fb10=0，最小费用为2.52万元。由1、4、6、8、9和10号处理工厂运往各备选处理点的运输量见表5-21。--41 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表5-21处理工厂运往各备选处理点的运输量Table5-21Quantitytransportingfromdisposeplanttofinaldiscardplant(kg)运输量运输量W(1,4,1)450W(6,2,4)625W(1,4,2)350W(8,4,1)300W(1,6,2)400W(8,4,2)500W(1,6,3)1050W(8,4,3)700W(1,6,4)750W(8,4,4)500W(4,4,1)53W(9,7,1)233W(4,7,1)472W(9,7,2)388W(4,7,2)875W(9,7,3)543W(4,7,3)1225W(9,7,4)388W(4,7,4)875W(10,6,1)420W(6,2,1)375W(10,6,2)700W(6,2,2)625W(10,6,3)980W(6,2,3)875W(10,6,4)7001、4、6、8、9和10号处理工厂所回收的各种材料的量如表5-22。表5-22处理工厂所回收的各种材料的量Table5-22Recyclingmaterialquantityofdisposeplant(kg)回收材料量回收材料量Q(1,1)1750Q(8,1)2000Q(1,2)1050Q(8,2)1200Q(1,3)1050Q(8,3)1200Q(1,4)3050Q(8,4)3600Q(4,1)1625Q(9,1)864Q(4,2)975Q(9,2)518Q(4,3)975Q(9,3)518Q(4,4)2925Q(9,4)1555Q(6,1)1875Q(10,1)1800Q(6,2)1125Q(10,2)1080Q(6,3)1125Q(10,3)1080Q(6,4)3375Q(10,4)32401、4、6、8、9和10号处理工厂所产生的废弃物的量如表5-23。--42 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表5-23处理工厂所产生的废弃物的量Table5-23Wastematerialquantityofdisposeplant(kg)废弃物量废弃物量Q(1,1)450Q(8,1)300Q(1,2)750Q(8,2)500Q(1,3)1050Q(8,3)700Q(1,4)750Q(8,4)500Q(4,1)525Q(9,1)233Q(4,2)875Q(9,2)388Q(4,3)1225Q(9,3)420Q(4,4)875Q(9,4)388Q(6,1)375Q(10,1)420Q(6,2)625Q(10,2)700Q(6,3)875Q(10,3)980Q(6,4)625Q(10,4)700由以上运算结果可知，所需新建的最终处理点为2、4、6和7号。5.2.2.4高回收量下的计算结果总结由以上3阶段网络的运算可知，在高回收量的情况下，该回收网络由5个回收中心，6个分类仓库，6个处理工厂和4个最终处理点构成，网络总的花费为3阶段网络花费之和，为257.34万元。5.2.3计算结果总结通过以上对低回收量和高回收量两种情况下回收网络规模的计算可知，在该假设区域内，网络建设初期的建设规模为：回收中心为5个、分类仓库2个、处理工厂2个和最终处理工厂1个；回收网络远期建设预留用地参考网络规模为：回收中心为5个、分类仓库6个、处理工厂6个和最终处理工厂4个。这样能够保证：一方面避免建设初期投入过大所造成的资源浪费，保证了未来电子废弃物回收的需要，另一方面也为土地利用规划提供了参考。5.3本章小结本章以案例分析的形式对本文所提出的网络框架及模型进行了分析，考虑--43 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文到电子废弃物回收网络建设规模与回收量之间的关系以及土地利用规划的要求，本文提出了分期建设的构想，且分别给出了低回收量和高回收量两种情况下，该回收网络的建设规模和花费，并以低回收量的计算结果作为网络建设初期的建设规模参考，以高回收量计算的结果作为回收网络远期建设预留土地的参考。--44 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论电子废弃物的回收再利用是新兴的研究领域，我国在这方面的研究比较落后。另外，就我国回收物流的发展现状来看，由于资金和技术等方面的原因，建立独立的逆向回收物流网络存在一定的困难。因此，本文对电子废弃物回收网络的设计问题进行了较为深入的探讨。论文在分析不同类型回收网络特点的基础上，针对目前我国集成回收网络存在的问题和缺点，构建了一种正向与逆向物流集成的回收物流网络，并将其应用到电子废弃物的回收中。在所建立的集成回收网络框架中，考虑到回收过程的不确定性，将随机规划理论用于建模分析，提出了以网络建设和运营费用最小为目标函数的3阶段MILP模型，并给出了各参数的标定方法。最后，本文应用Lingo8.0软件对模型进行了计算，得到了模型的最优解。在研究过程中，本文得到以下结论和创新点：（1）在网络框架的构建过程中，集成了正向物流网络和逆向物流网络，两者共享运输网络和分销网络；（2）在建模过程中，充分考虑了电子废弃物回收过程中的不确定性因素，将随机规划理论应用到整数规划模型中，构建了3阶段MILP模型；（3）在模型求解过程中，应用Lingo软件编程对论文提出的模型进行了求解。考虑到电子废弃物回收网络建设规模与回收量之间的关系以及土地利用规划的要求，本文提出了分期建设的构想，且分别给出了低回收量和高回收量两种情况下，该回收网络的建设规模和花费。并以低回收量的计算结果作为网络建设初期的建设规模参考，以高回收量计算的结果作为回收网络远期建设预留土地的参考。由于电子废弃物的回收再利用问题在中国处于探索阶段，需要一个不断创新、不断发展的过程，也需要政府部门和相关企业进行不断的尝试和实践。下一步的研究将从以下方面展开：本文所构建的网络和模型没有考虑运输过程中的运输路径问题，仅假定其运输路径是确定的，然而在实际运输过程中，对于不同的时间和道路条件，运输所选择的路径可能是不同的，对于这种条件下的网络构建问题需要进一步的研究；另外电子废弃物回收网络的建设存在着一定的风险，对于构建风险问题的研究也是一个可行的研究方向。--45 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文参考文献1徐剑,张云里,金玉然.废旧电子产品回收网络研究.物流科技.2005,(28):56~592张敏,李艳.论青岛废旧家电回收物流网络的建设.物流技术.2005,(5):19~223KroonL,VrijensG.ReturnableContainers:anExampleofReverseLogistics.InternationalJournalofPhysicalDistribution&LogisticsManagement.1995,25(2):56~684BergerT,DebaillieB.LocationofDisassemblyCentresforRe-usetoExtendanExistingDistributionNetwork.UnpublishedMastersthesis,UniversityofLeuven,Belgium(inDutch),19975KrikkeHR,vanHartenA,SchuurPC.BusinessCaseOce:ReverseLogisticNetworkRe-designforCopiers.ORSpektrum1999,21(3):381~4096JayaramanV,GuideJrVDR,SrivastavaR.AClosed-loopLogisticsModelforRemanufacturing.JournaloftheOperationalResearchSociety.1999,50(5):497~5087BarrosAI,DekkerR,ScholtenV.ATwo-levelNetworkforRecyclingSand:aCaseStudy.EuropeanJournalofOperationalResearch.1998,110(2):199~2148OvidiuListes,RommertDekker.AStochasticAapproachtoaCaseStudyforProductRecoveryNetworkDesign.EuropeanJournalofOperationalResearch.2005,160(1):268~2879AmmonsJC,Real.MJ,NewtonD.ReverseProductionSystemDesignandOperationforCarpetRecycling.WorkingPaper,GeorgiaInstituteofTechnology,Atlanta,Georgia,1997.10Real.MJ,AmmonsJC,NewtonD.CarpetRecycling:DeterminingtheReverseProductionSystemDesign.TheJournalofPolymer-PlasticsTechnologyandEngineering.1999,38(3):547~6711LouwersD,KipBJ,PetersE,SourenF,FlapperSDP.AFacilityLocationAllocationModelforRe-usingCarpetMaterials.ComputersandIndustrialEngineering.1999,36(4):1~1512SpenglerT,PuÈchertH,PenkuhnT,RentzO.EnvironmentalIntegratedProductionandRecyclingManagement.EuropeanJournalofOperationalResearch.1997,97(2):308~32613MarinA,PelegrinB.TheReturnPlantLocationProblem:ModelingandResolution.EuropeanJournalofOperationalResearch.1998,104(2):375~39214马祖军,代颖,张殿业.逆向物流网络结构与设计.理论探讨.2004,(4):12~1415谢家平,陈荣秋.产品回收处理逆向物流的成本—效益分析模型.中国流通经济.2003,--46 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文(1):25~2816魏洁,李军,魏航.电子废物回收逆向物流模型研究.物流技术.2005,(1):28~3017Li-HsingShih.ReverseLogisticsSystemPlanningforRecyclingElectricalAppliancesandComputersinTaiwan.Resources,ConservationandRecycling.2001,32(1):55~7218胡敬锋,邓坤.可直接再利用物品回收模型的构建.商场现代化·专题调查.2005,(1):58~5919谢家平,陈荣秋.绿色产品回收策略的优化模型及应用.系统工程理论方法应用.2004,13(1):69~7420马祖军,张殿业,代颖.再制造逆向物流网络优化设计模型研究.交通运输工程与信息学报.2004,2(2):53~5821张华歆.逆向物流的网络结构和设计.上海海事大学学报.2004,25(4):41~4622周根贵,曹振宇.遗传算法在逆向物流网络选址问题中的应用研究.中国管理科学.2005,13(1):42~4723MarisaP.deBritoandRommertDekker,ReverseLogistics—aFramework.EconometricInstituteReportEI.2002,3824Stock,J.R.ReverseLogistics.CouncilofLogisticsManagement,OakBrook,Illinois.199225郑晓娣,季建华.逆向物流的概念和分类研究.技术经济与管理研究.2004,(1):96~9726Dr.DaleS.Rogers,Dr.RonaldS.Tibben-Lembke,GoingBackwards:ReverseLogisticsTrendsandPractices.ReverseLogisticsExecutiveCouncil.1998,(2):50~5227ReverseLogisticsExecutiveCouncil.http://www.rlec.org/,2004,10,3128米宁.基于逆向物流管理的产品回收网络规划研究.大连海事大学硕士学位论文.2003:729徐金玲.绿色物流的发展现状及我国的对策分析.水路运输文摘.2005,(8):50~5230Bloemhof-Ruwaard,J.M.,M.Fleischmann,andJ.A.E.E.vanNunen.ReviewingDistributionIssuesinReverseLogistics.NewTrendsinDistributionLogistics.1999:23~4431刘忠敏,回宝祥,李宝忠.逆向物流研究.科技管理研究.2004,(2):147~15132黄芳,李宗平.可再用运输包装容器的逆向物流网络优化设计.物流技术.2005,(4):44~4633朱道立,崔益明,陈姝妮.逆向物流系统和技术.复旦学报（自然科学版）.2003,42(5):673~67934达庆利,黄祖庆,张钦.逆向物流系统结构研究的现状及展望.中国管理科学.2004,12(1):131~138--47 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文35MortizFleischmann,HansRonaldKrikke,RommertDekker,SimmeDouweP.Flapper.ACharacterizationofLogisticsNetworksforProductRecovery.Omega.2000,28(6):653~66636VaidyanathanJayaraman,RaymondA.Patterson,ErikRolland.TheDesignofReverseDistributionNetworks:ModelsandSolutionProcedures.EuropeanJournalofOperationalResearch.2003,150(1):128~14937AnnaNagurney,FuminoriToyasaki.ReverseSupplyChainManagementandElectronicWasteRecycling:aMultitieredNetworkEquilibriumFrameworkforE-cycling.TransportationResearchPartE.2005,41(1):1~2838BerndE.Hirsch,ThorstenKuhlmann,JensSchumacher.LogisticsSimulationofRecyclingNetworks.ComputersinIndustry.1998,36(1):31~3839赵宜,尹传忠,蒲云.回收物流设施多层选址模型及其算法.西南交通大学学报.2005,40(4):530~53440MoritzFleischmann,RommertDekker.QuantitativeModelsforReverseLogistics:AReview.EuropeanJournalofOperationalResearch.1997,103(1):1~1741戴菁.逆向物流网络设计与库存控制模型述评.商业经济与管理.2004,(11):22~2442王科.从电子产品回收立法看逆向物流.中国物流与采购.2005,(14):12~15--48 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文附录1第1阶段网络程序设计（1）程序中符号说明在该Lingo程序中，Re-thing代表回收物品，Re-collector代表回收中心，re-depot代表仓库，time为回收物品在仓库的存储时间，e表示回收中心的回收量，s为0，1变量。（2）具体程序第1阶段网络模型程序如下：！第1阶段网络模型；TitleRecyclingnetworkdesignproblem1；！定义集及其属性：Rething为回收物，Recollector为回收中心，redepot为仓库；Sets：Rething/1..t/：ct，ccg，csg；Recollector/1..m/；link1(recollector，rething)：E；redepot/1..n/：Sb，mins，maxs，s；link2(recollector，redepot)：d；link3(recollector，redepot，rething)：n；endsets！数据定义;Data：ct=ct1ct2ct3…ctt；ccg=ccg1ccg2ccg3…ccgt；csg=csg1csg2csg3…csgt；E=E11E12E13…E21…Emt；mins=mins1mins2…minsn；maxs=maxs1maxs2…maxsn；D=D11D12…D21D22…Dmn；time=t；--49 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Sb=Sb1Sb2…Sbn；enddata！目标函数：总费用最小；min=@sum(link3(i，j，t)：d(i，j)*n(i，j，t)*ct(t))+@sum(link3(i，j，t)：ccg(t)*n(i，j，t)+csg(t)*n(i，j，t)*time)+@sum(redepot(j)：Sb*s(j))；！流量平衡约束；@for(link1(i，t)：@sum(redepot(j)：n(i，j，t))=e(i，t)；)；@sum(link3(i，j，t)：n(i，j，t))=@sum(link1(i，t)：e(i，t))；！仓库处理能力约束；@for(redepot(j)：@sum(link1(i，t)：n(i，j，t))>=mins(j)*s(j))；@for(redepot(j)：@sum(link1(i，t)：n(i，j，t))<=maxs(j)*s(j))；！0，1整数变量约束；@for(redepot(j)：@bin(s(j)))；@sum(redepot(j)：s(j))<=h1；END2第2阶段网络程序设计（1）程序中符号说明在该Lingo程序中，Re-thing代表回收物品，re-depot代表仓库，replant代表处理工厂，Q表示仓库的存储量，p为0，1变量。（2）具体程序第2阶段网络模型程序如下：！第2阶段网络模型；TitleRecyclingnetworkdesignproblem2；！定义集及其属性：Rething为回收物，redepot为仓库，replant为处理工厂；Sets：Rething/1..t/：ct，cdg；redepot/1..m/；replant/1..n/：db，mind，maxd，p；link1(redepot，rething)：Q；link2(redepot，replant)：D；--50 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文link3(redepot，replant，rething)：n；endsets！数据定义；Data：ct=ct1ct2ct3…ctt；cdg=cdg1cdg2…cdgt；Q=Q11Q12…Q1t…Q21…Qmt;mind=mind1mind2…mindn；maxd=maxd1maxd2…maxdn；D=D11D12…D21D22…Dmn；db=db1db2…dbn；enddata！目标函数：总费用最小；min=@sum(link3(i，j，t)：d(i，j)*n(i，j，t)*ct(t))+@sum(link3(i，j，t)：cdg(t)*n(i，j，t))+@sum(replant(j)：db*p(j))；！流量平衡约束；@for(link1(i，t)：@sum(replant(j)：n(i，j，t))=Q(i，t)；)；@sum(link3(i，j，t)：n(i，j，t))=@sum(link1(i，t)：Q(i，t))；！仓库处理能力约束；@for(replant(j)：@sum(link1(i，t)：n(i，j，t))>=mind(j)*p(j))；@for(replant(j)：@sum(link1(i，t)：n(i，j，t))<=maxd(j)*p(j))；！0，1整数变量约束；@for(replant(j)：@bin(p(j)))；@sum(replant(j)：p(j))<=3；END3第3阶段网络程序设计（1）程序中符号说明在该Lingo程序中，waste为经处理工厂后的废弃物，rematerial为回收有用材料，replant为处理工厂，finaltreatment为最终处理工厂，f为0，1变量。（2）具体程序第3阶段网络模型程序如下：--51 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文！第3阶段网络模型；TitleRecyclingnetworkdesignproblem3；！定义集及其属性：Sets:waste/1..g/：ct，cfg，cg，pg；rematerial/1..l/：cl，pl；replant/1..m/：r，a，b；finaltreatment/1..q/：fb，minf，maxf，f；link1(replant，rematerial)：Ql；link2(replant，finaltreatment)：d；link3(replant，finaltreatment，waste)：w；link4(replant，waste)：Qg；endsets！数据定义；Data：ct=ct1ct2…ctg；cfg=cfg1cfg2…cfgg；r=r1r2…rm；a=a1a2…am；b=b1b2…bm；pg=pg1pg2…pgg；cg=cg1cg2…cgg；pl=pl1pl2…pll；cl=cl1cl2…cll；minf=minf1minf2…minfq；maxf=maxf1maxf2…maxfq；d=d11d12…d21…dmq；fb=fb1fb2…fbq；enddata！定义Ql和Qg；@for(link1(i，m)：Ql(i，m)=r(i)*b(i)*pl(m))；@for(link4(i，t)：Qg(i，t)=r(i)*a(i)*pg(t))；！目标函数：总费用最小；--52 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文min=@sum(link3(i，j，t)：d(i，j)*w(i，j，t)*ct(t))+@sum(link3(i，j，t)：cfg(t)*w(i，j，t))+@sum(finaltreatment(j)：fb*f(j))+@sum(link3(i，j，t)：cg(t)*w(i，j，t))-@sum(link1(i，m)：Ql(i，m)*cl(m))；！流量平衡约束；@for(link4(i，t)：@sum(finaltreatment(j)：w(i，j，t))=Qg(i，t)；)；@sum(link3(i，j，t)：w(i，j，t))=@sum(link4(i，t)：Qg(i，t))；！最终处理工厂处理能力约束；@for(finaltreatment(j)：@sum(link4(i，t)：w(i，j，t))>=minf(j)*f(j))；@for(finaltreatment(j)：@sum(link4(i，t)：w(i，j，t))<=maxf(j)*f(j))；！0，1整数变量约束；@for(finaltreatment(j)：@bin(f(j)))；@sum(finaltreatment(j)：f(j))<=h3；END--53 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文攻读学位期间发表的学术论文1安实,刘宝,赵晓.电子废物回收物流网络研究.全国现代物流学术研讨会论文集《现代物流》,昆明,2006,82安实,刘宝.电子废弃物回收物流网络模型研究.中国流通经济.已投--54 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《电子废弃物回收逆向物流网络设计问题研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字日期：年月日哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书《电子废弃物回收逆向物流网络设计问题研究》系本人在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨工业大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨工业大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨工业大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日--55 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文致谢首先感谢我的导师安实教授，安老师严谨的治学态度，广博精深的知识体系，宽厚大度、平易近人的作风，尤其是对学生的耐心指导和关心给予了我极大的帮助。导师学而不厌，诲人不倦的治学精神，以及乐于奉献的高尚品德使我终生难忘。导师的言传身教，不仅传授了我知识，也教会了我许多做人的道理，更激励我在今后的工作和学习中更加努力进取。此外，我要特别感谢王健师兄和谢秉磊师兄，在论文的研究和写作过程中得到了两位师兄的指导和帮助，论文的顺利完成与两位师兄的帮助是分不开的。同时，我要感谢崔建勋、杜先睿、朱权、丁正飞等师弟在学习、生活和工作上给予我的帮助和支持，感谢管理学科的周佳欣等四位同学给予我的帮助。我还要感谢我的父母，姐姐、姐夫和女友赵晓，他们在物质上和精神上给予了我无私的帮助，使我的学业得以完成。最后，谨向在百忙中抽出时间审阅论文和参加答辩的各位老师表示我由衷的感谢。向所有曾经帮助过我的老师、同学和朋友致以我最诚挚的谢意！--56
