政府监控下快递包装逆向物流网络规划

姚连杰

（上海大学，上海 200444）

1 引言

网购和电子商务的迅猛发展给中国人带来便利的生活，同时所带来的环境污染、资源浪费等问题也日益突出。根据国家邮政局统计，2016年我国快递包装塑料袋使用量达147亿个，包装箱达88亿个，快递胶带3.3亿卷。对于快递包装逆向物流网络的构建而言，如何使得回收总成本最低变得尤为关键。

在快递包装逆向物流方面，周永圣等[1]分析了当退役产品的再利用价值极少时，在政府监控下，生产商、零售商、第三方回收三种回收模式的运作。Shi等[2]利用集合责任分担的方法，开发了具有零售商集合、制造商集合和第三方集合三种不同逆向渠道的再制造模型。董夏丹等[3]根据我国快递包装回收现状，提出构建一个完善的快递包装回收体系，并对快递包装逆向物流网络系统进行优化。Rupesh等[4]研究的是一个对纸质包装废弃物进行回收的逆向物流网络，提出了一个混合整数规划模型。Ye等[5]为了解决台湾回收中心的定位问题，研究实施一个新的位置规划和分配模型，以减少回收中心数量，减少运输距离。

通过以上研究我们发现，以往的文献更多的关注回收模式选择以及网络规划设计，本文建立三种政府监控下的快递包装回收网络，并根据不同的回收主体进行相应的网络设计，根据各个模式中的系统总成本，探究最适合的回收模式。

2 模型假设与符号说明

2.1 基本假设

假设1：假设电商、快递点和包装生产商的位置已知，电商和包装生产商距离已知；

假设2：假设处理工厂的处理能力无限制，且本文不考虑中转站的库存能力；

假设3：假设只考虑正向快递配送的包装回收，不考虑其他包装的回收。

2.2 符号说明

N-系统中所有备选中转站的集合，N={1,2,...,n}；

M-系统中所有快递点的集合，M={1,2,...,m}；

K-系统中所有收集车辆的集合，K={1,2,...,k}；

G-系统中所有回收点和备选回收中转站的集合，G=M⋃N；

S-系统中所有备选中转站和处理中心的集合，S={0,1,2,...,s}；

Fr-电商回收下，在备选点建设一个中转站的费用，r∈N；

Fr2-包装生产商回收下，在备选点建设一个中转站的费用，r∈N；

dij-快递网点i到j的距离，i,j∈M；

Er-电商到中转站的距离；

Dr-中转站备选点r到包装生产商的距离；

F-包装生产商到电商的距离；

Def-备注中转站到处理中心的距离：

Co-收集车辆平均单位距离的运输费用；

Cl-运输车辆平均单位距离的运输费用；

Wc-收集车辆容量；

bi-快递点i的快递配送量；

Br-由中转站r所负责快递点的配送量；

τ-快递点快递包装的回收率；

P-包装生产商单位产品的再处理费用；

L-损坏包装的利用率；

Pc-新包装的费用；

b-政府惩罚成本；

t-企业给予第三方的奖励成本；

a-快递包装回收费用。

决策变量：

Yr为0-1变量，如果在备选地点建设中转站时取1，否则取0；

Xir为0-1变量，如果快递点i由中转站r负责收集时取1，否则取0；

Wijk为0-1变量，如果第k辆车经过节点i到节点j时取1，否则取0。

3 快递包装逆向物流网络模型的建立

3.1 包装生产商回收网络模型

问题描述为，有一批快递从电商运往各个中转站，根据快递点来分配中转站，电商配送完快递，车辆原路返回。废旧包装由包装生产商回收。车辆从包装生产商出发，经过每一个中转站回收，最终回到包装生产商，经处理送往电商再次利用。该问题优化的目标是使快递包装物流系统总成本最小。建立目标函数为：

3.2 电商回收网络

问题描述为，有一批快递，从电商运往各个中转站，根据各个快递点来分配中转站，电商每送完一个快递点并对该点包装进行回收，政府对未回收的包装进行惩罚，最终将全部快递点回收的包装运往包装生产商进行处理，处理完的包装运往电商再次利用。建立目标函数为：

约束条件同3.1包装生产商回收网络约束。

3.3 第三方物流回收模式

问题描述为，在已知的一些备选设施中确定需要建设中转站的数量以及位置，并确定从设施点出发的各运输路线。有一批快递，从电商运往各个中转站，根据快递点来分配中转站，分配完车辆原路返回。废旧包装由第三物流回收。第三方物流车辆从电商出发，途径每一个中转站回收，最终到达包装生产商，经处理送往电商再次利用。第三方物流每回收一定的包装，企业给予第三方一定的奖励，未回收的部分会受到政府相应的惩罚。建立目标函数为：

约束条件同3.1包装生产商回收网络约束。

其中目标函数（1）总成本为建设费用、中转站配送费用、回收费用、处理费用、新包装费用、再利用包装节省费用、政府惩罚成本之和。目标函数（10）总成本为建设费用、中转站配送收回费用、运输费用、处理费用、新包装费用、再利用包装节省费用、政府惩罚费用之和。目标函数（11）总成本为建设费用、中转站配送费用、处理费用、给第三方物流的奖励成本、新包装费用、再利用包装节省费用、政府惩罚成本之和。式（2）表示每个回收点只由一个中转站负责回收；式（3）表示每个回收点只有一辆车辆通过；式（4）表示车辆驶入某一节点必从该点驶出；式（5）表示保证配送量不超过车辆的容量；式（6）表示车辆只通过一个中转站。式（7）-式（9）为0-1变量约束。

4 算例分析与比较

假设在某区域要规划一个快递包装逆向物流网络，现存在一个包装生产商、一个电商以及两个中转站、22个快递需求点。假设已知各个设施点的位置，见表1。由MATLAB随机生成22个需求点，各个快递点位置见表2。假设各模型中的参数值如下:a=1,b=5,C0=5，C0=5，C1=5，F=7 000，τ=0.3，L=0.5，P=3，Pc=10。

表1 设施位置

表2 快递点位置

（1）在包装生产商回收网络下，通过运用模拟退火算法和matlab计算，得出最优路径为：

OL-T1-19-21-18-T1-8-10-3-T1-1-12-T1-17-T1-OL-T2-14-6-2-T2-7-20-16-T2-4-11-T2-15-9-T2-22-5-13-T2-OL

包装生产商回收网络下的最优成本为41 578。

（2）同（1）方法可知电商回收网络的最优路径为：

OL-T1-4-19-T1-8-9-1-T1-16-17-T1-10-3-T1-15-18-2-T1-22-5-12-T1-PM-OL-T2-11-13-14-T2-20-6-7-T2-21-T2-PM-OL

电商回收模式下的最优成本为39 391。

（3）同（1）方法可知第三方物流回收网络的最优路径为：

OL-T1-3-10-T1-12-18-1-T1-8-15-T1-19-4-T1-9-17-T1-OL-T2-14-22-5-T2-6-16-13-T2-2-11-20-T2-7-21-T2-OL

第三方物流回收网络下的最优成本为43 835。

对比可知，电商回收网络下的总成本最优。

5 结束语

基于废旧快递包装价值低、难回收等特点，根据回收主体建立了政府监控下的三种回收网络，即包装生产商回收网络、电商回收网络及第三方物流回收网络。电商回收网络相比于其他两种网络，在逆向物流网络成本方面的优势较为明显，能够减少物流总成本，增加整体利润，同时也为企业带来了社会效益，减少了对环境的污染。