逆向物流体系及其模型应用研究.pdf

1、第 24卷2005年第 12期12月机 械 科 学 与 技 术M ECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGYVo.l 24DecemberNo.122005收稿日期:20040802作者简介:刘文杰(1975-),男(汉),河南,博士研究生E-mai:l l w j751231 刘文杰文章编号:1003-8728(2005)12-1455-05逆向物流体系及其模型应用研究刘文杰,郭彩芬,王宁生(南京航空航天大学 CI M S工程研究中心,南京?210016)摘?要:作为解决全球资源短缺和环境污染两大问题的有效手段,逆向物流系统在企业得以广泛实施。然而与之发展不相适应的是,

2、有关逆向物流的理论研究严重滞后,无法对其实施进行规范与指导。有鉴于此,本文提出了一种具有概念层、使能层以及支撑层三层结构的逆向物流体系架构。概念层详细论述了逆向物流的内涵、组成要素、分类、主要特征以及研究内容;使能层分析了逆向物流的使能技术;支撑层讨论了实现逆向物流的底层设施。最后,以汽车发动机回收再利用为例,构建了基于 Internet的逆向物流运作模型,阐明了本文体系架构的合理性与可行性。关?键?词:逆向物流;体系架构;再制造;回收产品中图分类号:F252?文献标识码:AResearch on Reverse LogisticsArchitecture and ItsApplication

3、M odelLiuW enjie,Guo Caifen,W ang Ningsheng(CI MS Engineering Research Center,Nanjing University ofAeronautics and Astronautics,Nanjing 210016)Abstract:As an effectivem eans for solving the proble m sof global resource shortage and environment po-llution,reverse logistics has been appliedw idely in

4、enterprises.Unfortunately,theoretical studies in thisfield lag behind its engineering application.In order to solve this problem,a three-layer architecturewhich is composed of a conceptual layer,an enabling layer and a support layer isput for ward.In the con-ceptual layer,the connotation,elements,cl

5、assification,basic characteristics and research contents of re-verse logistics are addressed in detai.l The enabling layer analyzes enabling techniques.The support layerdiscusses the base facilities of the reverse logistics.F inally,taking autom ibile engine recycling and util-ization for example,an

6、 interne-t based reverse logisticsoperationmodel is proposed in order to illustrate thefeasibility and rationality of the architecture.Key words:reverse logistics;architecture;remanufacturing;returned product?传统生产模式下产品历经设计制造消费废弃这4个阶段,形成了一种从摇篮到坟墓的开环系统。此模式的弊端在于产生数目惊人的废旧产品。据统计,造成全球环境污染 70%以上的固体废弃物来自制造业

7、 1,1996年全球有 2400万辆汽车废弃,2004年仅美国废弃的计算机就会高达 3.5亿台2。而且随着产品更新换代频率的加快,此数目还会激增。产品废弃一方面严重污染环境,另一方面造成巨大的资源浪费,从而导致资源短缺,引起企业生产成本上升和利润下滑。逆向物流研究作为解决上述问题的有效手段,其经济和社会价值日益显现。逆向物流 RL(reverse logistics)是:计划、执行和控制原材料、在制品库存、成品以及相关信息从消费地到起源地高效、经济流动的过程 2。其目的是通过对回收产品进行不同层次的再利用,充分获取其残余价值,同时减少产品废弃对环境的污染,节约资源,实现经济和社会的可持续发展。

8、因此,自上世纪 90年代以来,国际学术界和企业管理者对其十分重视,许多知名的跨国公司例如 HP、IBM、大众、奔驰等纷纷建立逆向物流系统。我国在该领域的研究虽然起步较晚,但其受到高度重视,其核心环节再制造已被列入?十五?先进制造技术发展前瞻和国家自然科学基金机械学科优先发展领域。文献 3提出了逆向物流外部环境框架模型,分析了影响其发展的输入因素、输出因素、控制因素与竞争因素;文献 4则主要介绍了逆向物流决策框架模型,从战略层、战术层和运作层 3个层面指出了实施逆向物流的决策因素;文献 5论述了逆向物流电子商务框架模型,并依据逆向物流活动集成程度、控制水平以及附加值的大小对其分成 3种不同的模型

9、进行讨论。上述文献提出的体系属于理?机 械 科 学 与 技 术?第 24卷念形式的框架模型,从中无法获知逆向物流的研究范畴以及研究所需的使能技术与底层设施,因此不能对逆向物流的具体实施进行规范与指导。图 1?逆向物流体系架构有鉴于此,本文 提出了一种如图 1所示的逆向物流 体系 架构 RLA(re-verselogisticsarchitec-ture)。该体系的主要特点是从逆向物流的概念、使能技术以及外部支撑环境 3个层面 对其 进行 彻底 分析,并以汽车发动机回收再利用为例,构建了一种基于 Internet的逆向物流运作模型,阐明了体系架构的合理性与可行性。1?体系构成逆向物流体系架构 R

10、LA 主要包括概念层、使能层和支撑层 3个部分。3者之间的关系为:概念层是整个体系架构的核心,其清晰界定了逆向物流的研究范畴,进而决定了实施逆向物流所需采用的使能技术和支撑设施;使能层主要研究促使逆向物流顺利实施的手段与技术,它的发展直接影响了概念层所研究问题的实现速度与程度;支撑层作为体系架构的底层基础设施,是体系运行的物质与信息载体,使能层必须借助该层才能推动概念层研究的发展。1.1?RL概念层自 1986年 Murphy首次提出逆向物流以来,其概念所涵盖的范围不断演变和扩展,但它的基本内涵是:鉴于经济利益和社会效益的考虑,通过对产品进行回收和再加工处理来捕获价值,以便节约资源,保护环境,

11、实现经济与社会的可持续发展。此处的捕获价值是指通过再加工来获取保留在产品中的剩余价值(包括人力、原材料和能源的价值),其是研究逆向物流的主要目的。从内涵的表述可知,逆向物流活动的参与者除了传统物流的供应商、制造商、经销商和消费者外,还应增加回收商和再制造商。概念层指出了逆向物流的研究领域,其具体研究可以概括为组成要素、分类、主要特征以及研究内容这 4个部分。1.1.1?RL组成要素逆向物流 RL的组成要素主要包括回收、检测与处理决策、再加工以及重新配送这 4个环节。(1)回收。指的是利用建立的回收网络从消费者、经销商或零售商处收集并运回产品的过程。由于回收产品具有来源分散且批量小的特点,导致产

12、品回收成本占逆向物流总成本的比重很大。因此如何高效、低成本地进行产品回收是逆向物流重要的研究内容之一。(2)检测与处理决策。回收产品的个体状况(指使用年限和损坏程度等)各不相同,因此必须通过专用仪器的检测分析,才能决定对其的再加工处理方式以及相应的加工路线与加工工序。通常情况下,再处理决策可分为产品再使用、部件再制造、原材料再循环和废弃 64种方式。(3)再加工。主要对环节(2)中属于前两种处理方式的产品进行加工处理。其中,再使用仅需对产品进行简单修理或重新包装;再制造则需要采用先进的加工设备和再制造技术对零部件进行加工,从而获得与新部件同样的质量和使用性能。(4)重新配送。再加工的产品同样需

13、要通过配送网络重新运抵经销商或零售商。目前常见的配送方式分为利用正向物流配送网络和单独建立再配送网络两种。1.1.2?RL分类根据逆向物流的驱动因素、再加工方式、再加工承担者以及回收产品种类的不同,我们对逆向物流进行分类,如图2所示。图 2?逆向物流分类现实生活中,逆向物流通常以上述分类的混合形式出现,例如德国实施汽车回收再利用的原因是,政府颁布的 循环经济法 中规定,原始制造商 OEM(original equipmentmanufacturer)必需承担产品回收和再制造的责任 7。1.1.3?RL主要特征逆向物流具有与正向物流相似的构成和职能,都具有供应、加工、配送、储存等功能,但其本身具

14、有以下特征:(1)输入的多元性。正向物流的原材料供应主要由供应商实现,而作为逆向物流原料来源的回收产品主要来自以下 3方:制造商,主要是生产过程中产生的次品和废品;经销商,主要包括过量存货、过季存货以及有质量缺陷的产品;消费者,主要指终端使用返回产品 EOU(end of use)、报废产品 EOL(end of life)。(2)输入的不确定性。产品回收最大的特点就是回收产品信息(包括数量、返回时间以及产品所在位置)具有不确定性。上述不确定性直接影响了下游检测和再加工环节的计划安排,因此需采取必要的措施降低输入的不确定性。(3)再加工的随机性。再加工决策需要根据回收产品的检验结果而定。由于产

15、品损坏程度不同,从而导致产品的可再利用比率、加工路线顺序以及加工所需时间具有很强的随机性,这样对制定主生产计划和采购计划以及车间调度提出了更高的要求。上述特征的存在,造成了逆向物流研究异常复杂。但正是因为复杂,才有必要对其进行深入研究。1.1.4?RL研究内容1456第 12期?刘文杰等:逆向物流体系及其模型应用研究逆向物流的研究内容十分丰富,依据重要性程度将其划分为战略级、战术级和运作级 3个层次:(1)战略级问题。战略级问题主要涉及产品回收网络设计、逆向物流绩效评估和逆向供应链协调机制 3部分内容。产品回收网络设计。作为逆向物流原料来源的回收产品具有分布散、批量小的特点,而企业建立回收网络

16、所需资源(例如人员、资金、厂房和相关设备等)有限,因此为了高效、低成本地回收产品,需要对回收网络进行优化设计,选择合适的回收站点,并合理分配人员、设备等资源。网络设计主要研究集中式或分布式回收中心选择策略和回收中心选址决策两项内容。逆向物流绩效评估。逆向物流包括回收、检测与处理决策、再加工和重新配送等环节,为了提高运作效率,必需设计合理的指标体系,以便对各环节的作业效果进行评估,从而找出差距与漏洞,促进逆向物流的发展。绩效评估研究应侧重以下 3点:一是建立合理的绩效评估指标体系;二是寻求有效的绩效评估技术与方法;第三点,也是最重要一点,针对评估结果,进行绩效优化方法研究。逆向供应链协调机制。与

17、正向供应链相比,逆向物流参与者更多,形成逆向供应链关系更为复杂,因此如何对链内收益进行有效分配与协调对逆向供应链的稳定性甚至存在性意义重大,所以必须加强逆向供应链协调机制的研究。(2)战术级问题。战术级问题主要由再加工环境下的生产计划与库存控制和车辆路由优化问题 VRP(vehiclerouting proble m)两个部分组成。生产计划与库存控制。传统生产中原材料采购量根据主生产计划确定,由供应商保证其供应。而由 1.1.3节的特征(2)和(3)可知,回收产品在返回数量、返回时间以及可再利用比率 3方面具有随机性,即逆向物流系统的原材料供应具有不确定性,因此传统生产中采用的生产计划与库存控

18、制策略无法应用到实施逆向物流的企业,所以有必要对其进行研究,以便企业制定合理的生产计划,并有效降低库存成本。车辆路由优化。逆向物流中车辆路由问题的显著特点是,回收产品的供应方和再加工产品的需求方经常相同。针对这种情况,可以考虑采用回收和配送并举车辆路由 VRPSDP(vehicle routing problem with si multaneous deliv-ery and pick-up)和返程回收车辆路由 VRPB(vehicle routingproblem with backhauls)两种方式。VRPSDP的是回收与配送在同一地点同时进行,其优点是可以减少回收车辆和人员投入,降低

19、回收运输费用,缺点是计算车辆承载时需同时考虑配送量和回收量,算法复杂。而 VRPB是利用车辆回程进行产品回收,其优缺点与VRPSDP正好相反。究竟采取何种车辆路由方式,应根据实际情况选择。(3)运作级问题。运作级问题主要包括再制造环境下的车间优化调度和产品拆卸序列优化两个问题。车间优化调度。由 1.1.3节的特征(3)可知,回收产品的再加工具有随机性,其加工线路和加工时间不确定,造成车间生产调度的异常复杂,因此需要加强再制造环境下的车间调度优化算法研究,通过合理安排人员和加工顺序,从而保证逆向物流再加工环节的顺利实施。产品拆卸序列优化。主要研究在保证拆卸成本最小化的前提下如何实现产品的分解,其

20、关心的是如何平衡拆卸效率与拆卸成本的问题。国内关于此方面的研究已经开展多年,可以参见文献 8,9。上述问题是逆向物流研究的关键问题,其直接关系到逆向物流实施效果,因此迫切需要加以解决。1.2?RL使能层作为推动逆向物流发展的技术与手段,使能层可以归结为信息服务技术、集成管理系统和先进管理模式这 3个方面。1.2.1?信息服务技术逆向物流活动的参与者数目多、地域广,且其数据格式各不相同,因此实现参与各方的信息交互与共享十分必要。同时由 1.1.3节的特征(2)和(3)可知,在回收环节和再加工环节具有很强的不确定性,从而造成回收计划和生产计划制定复杂,所以必须采用一定的信息技术来降低上述不确定性。

21、逆向物流采用的信息服务技术主要包括信息采集与处理技术和数据库技术:(1)信息采集与处理技术。主要利用条码技术和终端销售系统 POS(point of sale)来收集回收产品信息,并 EDI或 XML技术实现异构数据交换与传输,从而做到将正确的数据、在正确的时间、以正确的形式、传送给正确的人,并帮助决策者做出正确的决策。(2)数据库技术。根据企业实际情况,选择合适数据库,实现数据的存储和有效管理,保持数据的一致性和安全性。逆向物流运作中采用上述技术,实现以下功能:(1)把好逆向物流的入门关。利用条码技术采集回收产品信息,并与数据库中的回收标准进行匹配,这样可以将不符合退货条件(例如对回收产品有

22、使用时限限制或型号限制等)的产品拒之门外,从源头降低进入系统的回收产品数量,消除不必要的运输成本、存储成本和检测成本。(2)降低输入的不确定性。作为逆向物流系统的输入,回收产品信息对于逆向物流管理者安排后续环节的配送车辆路由和制定再制造的生产计划和库存控制策略至关重要。通过数据交换可以快速、准确地收集回收产品信息,从而降低其不确定性。(3)实现信息共享。逆向物流环节众多,由于信息的?牛鞭?效应,下游企业所获的信息将出现严重失真。为此,逆向物流的参与者之间必须建立战略合作伙伴关系,利用数据库技术,实现信息的共享,从而有效削弱?牛鞭?效应。1.2.2?集成管理系统现代企业中,企业资源计划 ERP(

23、enterprise resourceplanning)、客户关系管理 CR M(customer relationship man-age ment)和供应链管理 SCM(supply chainmanagement)这 3者密不可分。例如一个客户信息在 ERP内部可以表现为1457?机 械 科 学 与 技 术?第 24卷订单;在 CRM 内部则表现为潜在需求或者一种后期服务资料;而到了 SCM 系统中,这些信息将用来预测产品原料的采购计划。为使企业的生产经营连贯有序,增强其对市场的响应能力和市场竞争力,必须将上述 3者有机集成。集成的基本思想是:以企业资源计划 ERP 为集成核心,通过对供

24、销两个方向的扩展,系统延伸到供应链管理SCM 领域,并在扩展的同时建立客户关系管理 CRM。通过集成,ERP、CRM 和 SCM 的功能得到充分融合,其中 ERP系统负责处理企业内部的经营活动,保证内部生产井然有序;CRM 系统进行客户开发与关系维护,通过不断改善与客户关系有关的业务流程,从而缩短销售周期,降低销售成本,同时扩大销售量,增加企业盈利;SCM 系统则针对成员不同的生产经营情况进行协调管理。1.2.3?先进管理模式先进的管理模式主要包括业务流程重组 BPR(businessprocess reengineering)、准时制生产 JIT(just in ti me)、全面质量管理

25、TQC(totalquality control)以及约束理论 TOC(the-ory of constraints)4个部分:(1)业务流程重组 BPR。是重新设计和安排企业的整个生产、服务和经营过程,使之合理化。(2)准时制生产 JIT。研究如何实现在正确的时间将正确数量的物料运送到正确地点,目标是实现零库存。(3)全面质量管理 TQC。是指全员参与的全过程(包括研究、设计、生产和服务)的质量管理过程。(4)约束理论 TOC。核心思想是分析制约生产的瓶颈工序或工作中心,用一种系统的方法,达到快速的、平稳的生产物流。同样是由于 1.1.3节的特征(2)和(3),导致逆向物流的生产经营过程十分

26、复杂,因此企业运作需要以业务流程重组 BPR为核心思想,合理调整企业经营结构与经营过程,以适应外部环境。在此基础上,充分体现 TQC、JI T 和TOC的同步协调,通过结合 TQC 以保证质量和客户满意度;结合 JI T 以消除一切无效劳动与浪费、降低库存和缩短交货期;结合 TOC来定义供需链上的瓶颈环节、消除制约因素来扩大企业供需链的有效产出。1.3?RL支撑层任何系统的实施都需要以一定的物质设施与支撑技术作为保障。逆向物流的底层设施主要由先进再制造技术、通信网络以及运输系统这 3部分组成。图 3?先进再制造技术1.3.1?先进再制造技术先进再制造技术是制造技术在 21世纪重要的发展方向,是

27、统筹考虑产品全寿命周期管理的重要组成环节。它利用原有零部件为?毛坯?,并采用再制造成形技术使零部件恢复尺寸、形状和性能,形成再制造的产品,且再制造产品在价格、可靠性和寿命方面等同甚至优于新产品。目前可以利用的再制造技术如图 3所示。逆向物流以再制造技术作为支撑,可以达到对环境污染最小,资源利用率最高,而投入费用最小的经营效果。可见再制造技术是保证实施逆向物流获利的重要支撑技术,因此需要加强全新再制造技术与设备的研究力度。1.3.2?通信网路通信网络是逆向物流参与者之间信息(包括回收产品信息、产品检测结果、库存量以及再制造生产计划等)交互的物质载体,它的畅通与安全直接关系到体系的平稳运行。通过建

28、立企业局域网 Intranet,实现企业内部的信息交互;通过建立 Intranet与 Internet的链接,实现企业间的信息互连,从而实现整个逆向物流体系的信息集成,便于参与方根据情况调整各自的经营策略。目前利用网络窃取企业经济信息事件时有发生,因此保证数据安全传输非常重要。笔者在此方面进行了初步研究,建立了基于 IPK I的信任框架体系,在参与者之间建立虚拟专用网 VPN(virtual private net work),并采用加密技术保证信息安全,具体情况可参见文献 10。1.3.3?运输系统运输系统的主要功能是利用公路运输、铁路运输、航空运输和物料处理系统实现原材料、零部件和产品在逆

29、向物流参与者之间的位置转移。按照转移发生位置的不同,企业逆向物流系统可分为企业外部的产品运输系统和企业内部的物料转移系统。其中外部系统主要实现产品回收和再加工产品配送,可以采用自建运输系统和第三方物流商外包两种形式,而内部运输系统宜采用自建形式。利用外包形式可以减少不必要的车辆、人员和设备投资,从而降低运输成本;采用自建形式,便于对物流进行有效控制。通过合理选择企业的内、外部运输系统,能有效削减库存,同时减少从产品回收、再制造到交货的时间,加速逆向物流的处理。2?体系应用示例本文体系架构的优点是将逆向物流研究从概念、使能技术以及支撑环境这 3个层面进行划分,从而明确了研究的层次关系。同时,通过

30、各层的阐述,获知了逆向物流的研究领域以及促进研究加速发展的各项使能技术与底层设施。具备上述优点,可以从理论高度对逆向物流的具体实施进行系统指导。国内逆向物流的典型应用是汽车发动机的回收再制造。所谓的发动机回收再制造是,再制造厂通过建立的回收网络从消费者处回收废旧发动机,并采用一定的方式运送到回收中心进行分解检测。考虑到再制造的经济性,仅对价值较高的 6大基础件(缸体、缸盖、曲轴、连杆、齿轮室和飞轮壳)进行再制造,对于低价易损附件(例如轴瓦、活塞、活塞环等)则全部废弃。根据检测结果,对符合再制造标准的基础件进行再制造处理,不符合标准的则废弃。利用再制造的基础件,并补充全部易损件,组装成再制造发动

31、1458第 12期?刘文杰等:逆向物流体系及其模型应用研究机。由于该项业务刚刚起步,迫切需要依据一定的体系架构对其进行分析与指导,从而保证再制造的顺利实施。以本文体系架构为基础,分析可知开展发动机再制造需要注意以下 3个概念层问题:一是针对废旧发动机供应分散问题,如何有效获得回收产品信息;二是采用何种方式实现废旧发动机的回收与再制造发动机的重新配送,是再制造厂自己承担回收工作还是采用物流外包形式;三是如何安排再制造生产,是单独采用再制造方式,还是采用制造与再制造共存方式。图 4?基于 Inter net的逆向物流网络模型?针对上述分析,我们构建了一种基于 Internet的逆向物流运作模型,如

32、图 4所示。模型主要由供应商、制造商(包括制造部、再制造部和与集中式配送中心这 3个部分)、经销商、消费者、回收中心以及运作控制信息系统 6个部分组成,其中运作控制信息系统在模型中处于核心地位,负责主生产计划、采购计划、回收计划以及配送计划的制定,对逆向物流的顺利进行起到沟通协调作用。该模型具有以下特点:(1)利用 Internet收集回收产品信息。建立产品回收网站,利用 Internet收集回收产品信息(包括时间、地点、数量、产品的使用环境和使用状况等),并传送给运作控制信息系统。由于获取信息及时准确,这样就有效降低了系统输入的多变性,便于安排回收计划和产品分解计划。(2)第三方物流商进行产

33、品回收与配送。产品回收与配送环节由第三方物流商实现,可以利用其在物流领域的专业优势,降低运输成本,提高配送效率,同时企业亦可减少在物流基础设施(例如车辆、人员等)的投资,从而有效降低逆向物流成本。(3)制造和再制造共存的混合生产方式。采用这种生产方式的原因在于,一是可以提高制造商的人力、技术、设备和厂房等资源的利用率,降低企业生产成本。二是可以充分利用制造商对自己产品结构和材料性能熟悉的优势,便于开展再加工处理,从而加速逆向物流的处理。三是可以实现新产品与再制造产品的替代,减少缺货。当对再制造品的需求高于其产量时,可以用新产品件替代再制造产品。当然,在一定的条件下,亦可用再制造产品代替新产品。通过相互替代,减少了缺货的发生,提高了客户服务水平,树立了良好的企业形象。3?结束语(1)RL概念层主要研究了 RL 的组成要素、分类、主要特征以及研究内容。作为构造和实施逆向物流 RL的理论基础,随