逆向物流网络结构设计的研究现状及展望

吴梦婷

（上海海事大学，上海 201306）

逆向物流网络结构设计的研究现状及展望

吴梦婷

（上海海事大学，上海 201306）

由于环境保护及企业效益等多方面因素，逆向物流已成为重要的研究领域。综述了近十年来国内外学者在逆向物流网络结构设计方面的研究现状，重点讨论了逆向物流网络结构的设计原则、选址定位以及研究方法，并总结了逆向物流网络结构设计的研究成果，提出了未来可能的研究方向。

逆向物流；网络设计；设计原则；选址定位；研究方法

1 研究内容的界定

本文所研究的内容是逆向物流网络结构设计的研究现状及展望，它隶属于逆向物流的范畴，并从属于逆向物流系统研究领域，考虑到逆向物流系统具有高度复杂性、多样性，使得系统的运作更依赖于物流网络，因而在逆向物流中首要任务是优化设计逆向物流网络，具体的界定示意图如图1所示。

图1 研究内容的界定

2 逆向物流的产生背景、定义及驱动因素

2.1 产生背景及定义

随着越来越多的国家出现环境问题、资源减少问题以及垃圾填埋场容量不断消耗等问题，社会对环保的关注度日益提高，政府也制定了有关回收废旧产品的政策。与此同时，随着经济快速发展，产品生命周期不断减短，产品更新换代不断加速，不可避免地带来了更多退换货的问题。直至上世纪90年代末，逆向物流开始逐渐受到国内外物流学者和企业管理者的重视。

关于逆向物流（Reverse Logistics）的定义，最早在1992年Stock在给美国物流管理协会（Council of Logistics Management）的一份报告中，首次提出：逆向物流是一种包含了产品回收、物料替代、物品再利用、废弃处理、再处理、维修与再制造等流程的物流活动。欧洲逆向物流集团RevLog将逆向物流定义为：“将原材料、半成品、产成品从制造商、经销商或消费者流向回收地点或适当处理地点的规划、实施和控制过程”。我国学者朱道立等提出逆向物流不仅仅指再制造产品、再利用装运容器、回收包装材料，还包括由于质量问题、季节性库存、过量库存、产品召回等活动导致的回流物品的处置。

2.2 驱动因素

在过去的十年中，越来越多的公司例如戴尔、通用、柯达和施乐等都对该领域投入了很多关注，主要涉及产品的回收、修理、再利用、再制造以及再处理等，取得了不错的成效。近几年，多方面的因素都积极推动着逆向物流的迅速发展，即使那些曾经被认为是环境领头企业也开始意识到仅仅采取过去的措施已经不在那么有效了。本文将从企业的角度出发，分析逆向物流发展的驱动因素，主要由以下三个方面组成：

（1）环境因素。经济的高速发展不可避免地给环境造成了一定的破坏和影响，逆向物流对于促进环境保护发挥着重要的角色与作用。据国际回收局统计，欧洲纸业联盟在发展纸业逆向物流后，近几年生产所需的资源量与最初的生产系统相比减少了近65%，水污染和空气污染程度分别降低35%和74%。不难发现，逆向物流大力推动了低碳经济的发展，促进了环境效益的提高。

（2）立法。基于对环境效益的考虑，许多国家采取了强制立法的方法明确企业对所生产产品的整个生命周期包括回收处理的责任。美国、欧盟、日本等相继制定了有关固体废弃物处理问题的法律法规，我国相继通过了《关于实施城市生活垃圾处理收费制度促进垃圾处理产业化的通知》等规定，法律法规的出台有效减轻了环境及资源短缺带来的压力。

（3）经济因素。如今，逆向物流经济价值逐步得到显现，已成为企业强化竞争优势、增加客户价值、提高供应链整体绩效的重要手段。对企业而言，其经济效益主要包括直接效益和间接效益两个部分。一方面，企业可以挖掘废旧产品中的残留价值，提高成本竞争优势，带来直接的经济效益。另一方面，逆向物流可以为企业带来“绿色环保”的形象，从而提高企业客户的满意度及未来的销售量，实现生产成本的节约及形象的双重提升。

3 逆向物流网络设计及优化的研究内容和方法

3.1 研究内容

3.1.1 设计原则。逆向物流网络设计通常有两种方式：独立设计逆向物流网络；在现有正向物流网络的基础上进行逆向物流网络设计，实现逆向物流与正向物流（forward logistics）网络的集成。本文以此为基础，通过总结国内外研究文献，根据回收产品的利用方式将网络设计主要分为三类：

（1）可再生类回收产品。可再生产品的逆向物流网络如图2所示。

图2 可再生产品的逆向物流网络设计

Zeballos在正向物流系统的基础上，设计了逆向物流网络，主要在分配中心（废品回收点）与生产工厂之间，增加了一个回收中心，并提出将回收产品分为三种质量等级后送往工厂进行分类加工。

Schweiger等针对纸品业再生逆向物流进行了网络设计及优化，设计了一个单向的逆向物流系统包括废纸品回收点、分拣预处理中心以及处理中心。此外，还考虑了再生过程副产品的处理。Patia等以印度某个城市的纸品业为例开展了实证研究。

Ferri等针对固体废弃物提出了逆向物流网络。何波等在实现逆向物流总成本最小化的同时，将环境效益作为目标函数之一进行考虑。

Kilic等针对电子废弃物构建逆向物流网络，除传统的逆向回收加工，还涉及加工产品的二次销售。Subulan等和Sasikumar等则以铅酸蓄电池为研究对象。其中，Sasikumar提出将回收的电池进行拆解，使用过的硫酸用于其他副产品的生产如化学产品、肥料生产等，剩余的塑料及铅合金用于新的电池的生产。

Demirel针对废旧汽车回收展开研究，Vahdani等则为钢铁厂商构建了闭环物流网络，均涉及了二次加工和二次销售，实现了资源的多次利用，体现了环境效益。

Galvez等提出了有关废气回收的逆向物流网络，不仅涉及回收加工，还提出利用沼气工厂，将废弃物发热转化为电能，节约成本的同时还创造了新能源。

综上可见，对于可再生产品来说，逆向物流可以实现物料资源的循环再利用，如从废旧汽车电池中再生金属、纸品再生等。产品回收后一般有两个处理方式，如果可以再次利用则会进入回收中心及工厂进行再生产加工，如果不可再利用则直接进入垃圾处理中心处理。

（2）可再制造类回收产品。可再制造产品的逆向物流网络如图3所示。

图3 可再制造产品的逆向物流网络设计

针对再制造回收产品逆向物流网络的设计，一部分学者构建的是包含产品销售以及回收的闭环物流网络。如Choudhary等从成本和环保的角度构建了闭环物流网络。Pishvaee等提出了包含多能力水平的生产、配送、收集/检验、回收及废物处理节点的多目标多阶段正/逆向物流网络设计。Amin等构建了包含产品供应、回收的闭环物流。

还有部分学者仅针对产品的回收再制造构建独立的逆向物流网络。如Alshamsi等提出寿命结束的产品就近回收，分流至检测中心或垃圾处理中心，检测中心的产品经检测后再利用成为新的产品，并再次销售。Suyabatmaz等帮助第三方物流商构建了一个逆向物流网络，其中检测中心由第三方物流提供。

此外有一些文献针对特定的产品设计逆向物流网络进行了研究，主要集中在报废车辆及家电产品。Mahmoudzadeh等及Schultmann等均以报废车辆为研究对象。其中，Schultmann等以德国废弃车辆为例设计了再制造逆向物流闭环网络，回收车辆如果完全报废则直接处理，剩下的经由外包公司进行重新维修、清理，运回制造公司重新生产制造。

大型家电方面，Lee针对电脑产品展开研究，除废弃材料，其余回收至原始设备制造商加以利用，该网络将传统的仓库和回收中心合并为混合处理中心。Alumur等构建的系统需要在回收的数量上达到一定规模后才送至检测/分解中心，实现规模效益。

综上所述，再制造利用方式主要指保持产品的原有特性，通过拆卸、维修、加工等操作使回收的产品成为新的产品，如电子产品的再制造、汽车的再制造等。正向网络由供应商生产工厂、配送中心、客户组成，逆向物流中，回收的产品从客户回收至配送中心，进入回收处理中心分类，可用部分进入生产工厂加工。

（3）其他。以上两种产品的研究目前出现的比较多，除此以外还有其他类别的逆向物流网络，例如修复类产品，直接再利用类产品以及混合逆向物流网络。鉴于篇幅问题，进行简要介绍。

对于修复类回收产品，目前国内外学者对修理类产品的逆向物流网络的研究较少。Du等以成本及服务水平之间的权衡为前提，设计了客户-配送中心-工厂-客户的闭环网络。Soleimani等设计了针对简单修理类产品和再生类产品的逆向物流网络。修理类产品主要将已坏产品恢复到可工作状态，但质量可能有所下降。其中只需进行简单修理的产品直接在配送中心修理，复杂修复则在修复中心操作。此外，针对直接再利用类回收产品，Ramezani以及Govindan等均以正向物流为基础，充分发挥分拨中心、处理站的作用。经过简单的拆卸、检修、替换等工序后，一部分作为新产品运输至市场，另一部分则作为废弃产品被运输至废弃物处理中心。可见，可直接再利用的产品一般不经任何修理工序（也许要经过清洗和花费比较低的维护费用），如果出现无法再利用的情况则直接由垃圾处理中心处理。基于回收产品拆卸后的零件各有不同的利用方式，目前出现了混合类逆向物流。Roghanian设计了一个多商品流闭环物流网络，既可用于再生产品，亦可用于直接再利用产品。废品回收加工后，可再生物品进入回收站再循环生产，可直接再利用产品加工后作为新产品销售。Subulan等研究了轮胎回收利用，戢守峰等针对直接再出售及加工再利用两类产品提出了连接客户、集中回收中心和生产商三级逆向物流网络。

3.1.2 选址定位。在一个物流网络的构建过程中，最关键的就是确定各个节点的位置、容量及节点间的运输量，这就形成了选址定位问题。目前，针对逆向物流网络选址定位的研究主要涉及了四种不同类型，分别为单目标、确定型；多目标、确定型；单目标、随机型；多目标、随机型。

（1）单目标、确定型。单目标、确定型即指只考虑一个决策目标，且参数如需求量等均为确定的，这种类型也是目前被研究最多的，通常采用混合整数规划模型，通过一些算法进行求解。

Wang以及Kannan等以成本最小化目标建立了混合整数线性规划，运用遗传算法求解，确立了最佳方案。Mutha等则采用GAMS，CPLEX Solver软件直接求解出网络最优节点及节点间运输量。Lee[7]通过两阶段启发式算法及禁忌搜索算法求得逆向网络最优解。Suyabatmaz等比较了遗传算法、PSM问题特定性模型求解的效果，并发现遗传算法求解下的成本更优，PSM法下节点上限对模型结果的影响较大。Keyvanshokooh等建立了一种多层次、多阶段、多商品流、有产量限制的正向/逆向物流的混合整数线性规划模型，其最大的贡献在于根据回收产品的质量标准来确立回收价格，并根据回收价格来确定可能的回收率。

（2）多目标、确定型。多目标、确定型是指多个决策目标，且参数如需求量等均为确定的。许多学者在考虑到成本最小化的同时，考虑到了逆向物流网络的环境效益以及客户满意度等指标，建立了多目标规划。

Evans等建立了以成本最小、延误时间最少为目标的双目标混合整数规划，通过分散搜索法、对偶单纯形法、约束法得到一组帕累托解从而得到最优网络。Amin等建立了收益最大、故障率最小、外部供应商权重最大的多目标整数规划，通过模糊集合论对供应商进行定量选择，运用折衷规划求解模型。Kannana以及Choudhary等均以最小化总逆向物流成本以及环境变化（如二氧化碳的排放量）为目标函数，建立混合整数线性规划。其中，Choudhary等运用森林数据结构算法求得了三种不同政策（碳排放限额、缴纳碳税以及在超过碳排放限额部分可购买碳排放许可）下的最优网络，发现第一种政策下碳排放最小，第三种政策下成本最小。

（3）单目标、随机型。单目标、随机型是指一个决策目标，但考虑回收量等参数的不确定性，建立随机整数规划，对此采取的算法也各有不同。

Zeballos等构建了总收益最大的混合整数规划模型，采用了基于场景的两阶段随机优化模型组合了随机参数即产品流的数量和质量。Demirel等构建了成本-收益最小的混合整数规划模型，解决了选址—分配问题，其中长期平均报废车辆数具有不确定性，通过系统方法合并各类影响因素的数据求得。Niknejad考虑到了回收量的不确定性，构建了成本最小的模糊混合整数规划，运用两阶段模糊优化算法求解了网络最优节点，最后通过敏感性分析证明了该算法的有效性。邱健伟等以模糊参数描述回收量，采用模糊约束清晰化的方法将模糊规划模型转换为混合整数规划求解。

（4）多目标、随机型。多目标、随机型是指多个决策目标，同时考虑到了个别参数的不确定性，这也增加了模型构建及求解的难度，因此此类文献也较少。

Listes设计的模型中包含了基于需求量、回收量等参数的临界值的一系列可供选择的情况，通过基于拉格朗日整数松弛算法的分解法进行求解，该解法克服了因随机性带来的问题规模的扩大，结果表示节点容量对结果有很大影响。Ramezani等针对不确定环境下的网络设计提出了一种随机多目标模型，并以最大化利润、客户响应能力以及产品品质作为目标。Vahdani等考虑到回收量的不确定性，构建了固定成本、运营成本以及因未服务到的区域带来的惩罚成本最小的双目标模糊混合整数规划，结合了鲁棒优化及排队论建立了混合算法对模型进行求解，解决了选址—分配问题。Subulan等以铅酸蓄电池为研究对象，以最小化逆向物流总成本、最大化回收覆盖率以及最大化生产柔性为目标建立了模糊目标规划，通过软件ILOG OPL Studio version 6.3进行求解得出最优选址方案和运输方案。

表1 逆向物流网络设计及优化研究文献

3.2 研究方法

逆向物流的研究内容主要可以分为两个方向，一部分研究逆向物流网络结构设计，另一部分着重探讨逆向物流活动，例如供应链中的库存管理、配送管理和产品规划管理等活动。不同类型的回收产品具有不同的特征，对应的网络结构设计会有不同的求解算法，网络结构的最优设计及优化也会有很大的不同。本文对有关研究文献进行总结，见表1。

综合国内外文献，大部分都通过建立优化模型，定量确立优化设计。文献中的模型重点都集中于逆向网络的构成元素如回收点、处理站等数量确定和选址定位，所建立的模型通常是多级的混合整数线性规划模型，目标函数大多数是逆向物流网络或综合物流网络的总成本最低，有的还会涉及环境效益最大化，约束条件则一般包括物流运输的平衡约束、生产处理能力约束、库存容量约束、设备数量约束以及决策变量的整数且非负约束。

4 结论

综合国内外大量研究文献，逆向物流的研究主要有两个方向—逆向物流网络设计及优化以及逆向物流活动，本文着重针对逆向物流网络设计及优化方面进行了国内外研究综述。通过研究整理发现，当前国内外对逆向物流网络设计及优化方面的研究已取得了一定的成果，而且大多数都集中于定量研究分析，较少部分为定性分析。

在研究内容方面，大多数逆向物流网络的设计主要分为两种，即独立设计逆向物流网络以及在原有正向物流网络的基础上的闭环物流。研究重点基本集中在网络的设计原则和选址定位，如逆向物流网络的组成、功能、数量确定及选址定位。在研究方法方面，由于逆向物流大多针对再生、再制造等回收产品，因此建立的模型大多数集中于混合整数规划，可能涉及确定型模型或随机型模型，但大部分都集中于单目标确定型的类型，而且鲜有考虑到环境效益最优化。与此同时，针对如何整合正向物流与逆向物流网络的研究也比较少。因此，本文认为逆向物流网络设计及优化还有很多方面值得深入研究：

（1）随着社会对环境问题的日益关注，在建立相关模型过程中，除了考虑到企业的经济效益最优化，还应该结合整个社会的环境效益进行深入研究，构建绿色逆向物流网络；

（2）在实际过程中企业供应链中都会存在很多不确定因素，但是大部分文献都是将网络简化，将相关参数作为已知量代入（例如产品的回收量等）。因此，为了设计更具实践性的逆向物流网络，应该将参数作为不确定因素进行研究，从而设计更为科学合理的网络；

（3）大部分文献在确定相关节点的位置选择以及数量确定时，大多以定量分析为主，但是一个节点的选择往往要涉及多个方面，因此应该综合考虑其他定性指标，如环境保护原则、未来发展规划以及企业可操作性原则等；

（4）大部分企业的正向物流供应链都发展的比较成熟，但是很多文献都是仅仅设计了单向的逆向物流网络，因此如何更好地将逆向物流网络与已存在的较为完善的正向物流网络相结合，对企业有着非常重要的意义；

（5）建立相关节点的固定成本投入普遍较高，在实际操作中，设计一个动态的逆向物流网络对成本的控制、资源的节约等都有重要帮助，因此其将成为新的研究趋势和方向。

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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

上海海事大学研究生创新基金项目（2015ycx028）

吴梦婷（1992-），女，江苏人，硕士，研究方向：航运物流。