基于逆向物流的智能电表回收规划

张耀川

摘要：选择了基于逆向物流管理的智能电表的回收问题作为研究方向。首先研究了选题的意义和背景。然后分析了智能电表使用情况，其中主要包括智能电表的功能、相关法案的出台和调整以及市场预期。最后参考并运用运筹学的0，1规划问题和运输问题建立了一套选址和设计逆向物流网络的模型并在一个模拟的城市中成功应用了这个模型。

关键字：智能电表；逆向物流；网络设计

中图分类号：F25文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.33.017

1选题背景及意义

1.1选题背景

近些年来，随着经济的迅速发展，作为先行产业的电力产业自然取得了高速发展，并且电厂和电网公司的规模也都在扩大。然而，一些問题也是客观存在的。一方面是因为日趋扩大的电网发展规模，这使得老式电网产生剧烈的负荷变动，并由此带来区域负荷不平衡；另一方面，当前的电网构架已然脆弱，急需修补加强。由于智能电网具有如下优点：生活方便、产生效益、推进系统、分配资源、能源发展和节能减排。在“十二五”期间，国家电网投资5000亿元，建成连接大型能源基地与主要负荷中心的“三横三纵”的特高压骨干网架和13回长距离支流输电工程，初步建成核心的世界一流的坚强智能电网。智能电网的飞速扩张必然会直接刺激的智能电表市场，根据国际市场研究公司ReportLinker，2015年中国智能电表安装量超9000万单位，市场规模达182亿元，同比分别增长556%和168%。随着越来越多的智能电表安装，2015年中国的智能电表开始进入库存替换阶段。除了新的需求，替换市场将成为2016-2020年中国智能电表市场增长的一大主要驱动力。ReportLinker的报告预测，2016-2020年中国智能电表安装量将以575%的平均速率增长，市场规模扩大314%。

这巨大的需求量必然导致一系列的配送、安装、维护和回收业务流程问题的出现。当一只智能电表到达使用年限时或者损坏时，就需要进行更换。在这个提倡节能环保的大环境下，巨大数量的智能电表的废弃不可以被忽略，否则将带来大量的污染和资源浪费。而且这种电子仪表废弃物的回收价值很高，而且里面有可再回收使用的金属，如今流行的回收方法是采用机械回收法进行回收。因此这就会包含智能电表回收、再制造、再利用的问题。

1.2选题意义

（1）对实现电力物资配送企业目标、提高企业营销效果、改善企业经营方式及可持续发展具有重要意义。

（2）有利于电力物资配送企业改善服务，树立良好的企业形象；会在一定程度提高技术和管理水平，降低成本，提升运作效率，获得最大利润。

（3）补充有关智能电表逆向物流配送的空白。

2文献回顾

魏本有（2009）先分析了近些年来电网建设的强劲势头，由此引出电网物资配送的革新和发展，并提出了发展及改善物资团队的思路。这篇文章后半部分研究电网物资供给的风险，并且建立了恰当电网物资生产商的违约预警模型。而后根据不同生产商的商业背景和当前状况提出了适合生产商的评价指标体系，然后使用AHP法和模糊评价法来建立生产商预警模型。但是本文旨在设计智能电表的逆向物流回收网络以及相关的建点选址，所以上述文章的供应商评价指标并不是适用本文。李莎（2012）认为由于电力体系的改革以及日益激烈的竞争，导致电网集团逐步有了市场化的趋势。因此作者试图从电网供应链出发来进行电力物流配送的优化研究。此文首先分析了电力供应链的系统，而且对供应链成员节点、节点间关系以及节点作用做了深入剖析。最后提出了对电网物资需求计划制定和仓储与配送提出了基于供应链管理的协作优化方案，而且这其中考虑到了第三方物流的存在，试图通过利用第三方物流的便利、更为优异的管理和低廉的价格来进行优化。这篇文章提出的模型和方法对于接下来的研究有一定的启发意义，但是对于模型的求解方法李莉并没有做更多阐述。

徐燕（2004）列举了逆向物流的定义和逆向物流定义的成长历程，并且同时论证了驱动和阻碍逆向物流管理发展的因素。作者用系统的观点对比了逆向物流和正向物流的区别，然后分析比较后提出逆向物流的不可替代性。随后论述了如何在企业中正确实施逆向物流业务，并以此为基础提出了在企业发展中的一些关于逆向物流管理的建议。米宁（2003）在提出了逆向物流概念和逆向物流产因素后，论述了其处理作业：逆向物流产品的处理作业和逆向回收来的包装材料的在加工作业。然后提出5个逆向物流管理模式，压缩逆向物流周期、逆向物流拆解中心管理、逆向物流入口处理、零逆向物流和再制造加工。随后提出有关商品回收网络的问题，凝练了商品回收网络类型、商品回收网络特征、商品回收网络布局。最后建立了商品的正逆双向物流的回收网络模型。这篇文章在建模方面给本文建模方面提供了很大的启示，并且很具有参考意义。闫岩（2015）研究关于手机的逆向物流模式，并且提出了逆向物流并不仅仅是消费者和生产商的事情，它涉及到整个的手机供应链，而且还涉及到了整个社会的利益。周垂日，梁樑，许传永，查勇（2007）写了一篇关于2001年后的逆向物流研究新进展的文献综述，并论述了逆向物流研究的发展方向。

3逆向物流模型

由于需要选址和网络建设的同时进行，因此本文考虑参考运筹学中的0，1规划问题来进行模型的构建。用0和1来表示是否在这个备选点选址，也用0和1来表示是否选择这条线路进行逆向物流作业。

3.1假设条件

（1）在发达的城市，当电表出现问题时，基本都可以当天报修当天解决。故假设智能电表出现故障后可以立即修复，不存在服务时间问题。

（2）智能电表在中转处理中心处理完并且储存够一定数量时货时才向仓库发货。

（3）只考虑运输费和中转站处理费对选址造成的影响，不考虑诸如库存费用和装卸搬运费用以及其他物流成本，这些费用可以计算在运输费用和中转站处理费中。endprint

（4）确保一个消费者的货物只送到一个中转处理点。

（5）一个中转处理点的货物只送到一个仓库。

3.2模型中所用字母及参数

I={1，…，i}系列消费者点；

J={1，…，j}一系列中转处理站备选点；

K={1，…，k}一系列仓库点；

sk为消费者k对于需要回收的产品的提供数的权重，i∈K；

vi为假设备选点i建立了逆向回收设施，其处理回收产品的能力，i∈I；

eij为从消费者i到中转处理站j的每单位逆向物流产品的运费，i∈I，j∈J；

fi為在中转处理站备选点j建立处理设施的固定成本，i∈I；

pi为在中转处理站备选点j每单位回收产品的处理付费用，i∈I；

gj为中转处理站备选点j运输至仓库k的费用，j∈J；

z为指定常数。

3.3模型建立

xj=1，备选点i设立了中转处理点，i∈I，0，其它

xij=1，消费者i只通过中转处理站备选点j实施逆向物流作业，i∈I，j∈J0，其他

（1）min∑i∈Ifixi+∑k∈K∑i∈I∑j∈J（eij+pi）xjxijsij+∑j∈Jxj

（2）∑i∈Igkij≥skk∈K

（3）∑i∈Igkij≤vixik∈K

（4）gkij≥0i∈I，k∈K

（5）xi∈{0，1}i∈I

（6）xij∈{0，1}i∈I，j∈J

（7）∑j∈Jxj=z

（8）∑j∈Jxij=1

目标函数（1）是为了最小的总投资成本和总运营成本。约束函数（2）是确保从消费者通过处理设施到仓库的所有需要逆向物流的产品都被能被收集。约束函数（3）限定了逆向物流回收的产品的数量不会超过其通过的处理设施的处理能力。约束函数（4）确保了从消费者通过处理设施到仓库的逆向物流回收产品数量的非负性。约束函数（5）确保了中转处理站选址决策的0，1限制。约束函数（6）确保了线路选择的0，1限制。约束函数（7）从一系列备选点中选出指定数量的处理站。约束函数（8）确保一个消费者的货物只送到一个中转处理点

4模型应用

模型应用的备选点的坐标、单位处理费率以及建设所需的固定成本如表1所示。图中小区的坐标以及每个小区提供的回收量如表2所示。图中仓库的坐标如表3所示。

在本案例应用中，由于中转处理点和仓库的关系很容易先行确定，故在确定小区和中转处理备选点的关系之前，先确定中转处理点和仓库的连线关系。

用Office的excel进行规划求解，过程如图1所示。

但仔细观察可以发现，其实中转站c在实际中是没必要建立的，小区2的智能电表回收工作完全可以交给中转站a来处理。当中转处理点建立的数量调整为2个时，结论就是只需要建立a和d两个中转处理站就够了，而且成本会下降很多。如图3所示。

5结论

本文通过一系列的分析和建模求解，得到了以下结论。

（1）预测了智能电表的未来需求，我国当前这种大规模地建设智能电网将给智能电表的发展带来巨大的市场，这将会给智能电表制造商带来了很多商机。而且，智能电表的回收价值高加之其回收数量之大，可见智能电表的回收工作会改变原有粗犷的经营模式并且带来很大的经济效益。

（2）本文建立一种选址和设计逆向物流回收网络的方法，并在一个模拟的城市中成功应用。

（3）本文的模型仍有一些不足之处，例如没有考虑用户的更换电表的需求是动态的或者是成正态分布，这与实际生活有些出入。其次，由于智能电表还没有覆盖到家家户户，因此并不能完全预期几年后的逆向物流回收状况。

参考文献

[1]2016-20年中国智能电表安装量将增5.75%[EB/OL].http：//news.cableabc.com/gc/20160518340614.html，2016-05-18.

[2]魏本有.基于供应链的电网物资供应企业构建与应用研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.

[3]李莉.基于供应链管理的电网物流运作优化研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[4]徐燕.逆向物流管理的研究[D].北京：对外经济贸易大学，2004.

[5]米宁.基于逆向物流管理的产品回收网络规划研究[D].大连：大连海事大学，2003.

[6]闫岩.基于循环经济对手机逆向物流的研究[J].商场现代化，2015，（3）：5456.

[7]周垂日，梁樑，许传永，查勇.逆向物流研究的新进展：文献综述[J].科研管理，2007，（3）：123132.endprint