第一章
再制造集成物流网络及其优化设计概述
第一节 再制造集成物流网络优化设计的背景
随着工业化和城市化进程的加快，一些国家，特别是发展中国家，在保持经济快速增长的同时，也面临着控制环境污染的巨大压力[1]。制造业是造成水污染、空气污染和土壤污染等环境问题较多的行业，也是消耗再生能源较多的行业。面对严峻的污染形势，制造业企业正在寻求更加经济、环保的生产方式，以实现环境和社会的可持续发展[2]。再制造有助于节约大量的自然资源和能源。据统计，与新产品相比，再制造产品的成本仅为新产品的50%，同时在制造过程中节约了60%的能源和70%的材料，减少了80%的碳排放，降低了垃圾填埋场数量，带来了环境和经济的双重效益[3]，再制造被认为是制造业实现节能减排的最佳途径之一[4,5]。
再制造不是简单地翻新处理，而是对回收的产品以及零部件进行拆解、清洗、修复、重新组装并检验等一系列专业化修复，使回收产品的质量恢复到和新产品质量一样的过程[6]。在发达国家，再制造的概念最早于20世纪90年代出于经济考虑而提出，随着再制造的不断发展，再制造已在两个主要行业，即汽车零部件和电子／电气工业部门广泛采用[7]。例如，复印机和一次性相机等电子产品的再制造在日本相当普遍；美国的汽车零部件再制造行业自20世纪90年代以来持续发展[8]。在中国，再制造仍是一个新兴产业。中国再制造产业的发展是在中国政府指导下进行的，采取试点示范的制度，引导再制造企业规模化发展[9]。2008年，国家发改委组织了第一批汽车零部件再制造试点，42家试点公司参与了发动机再制造[10]。2015年，《中国制造2050》提出“坚持绿色发展”，进一步推动再制造在中国的发展[11]。
物流网络是影响供应链整体生产力和盈利能力的重要因素。物流网络可以用来实现从低成本到高响应的各种供应链目标[12]。在传统的物流网络系统中，选址分配问题（location allocation problem，LAP）、库存控制问题（inventory control problem，ICP）和车辆路径问题（vehicle routing problem，VRP）是三个最值得关注的问题。LAP问题是从一组可以开设新设施（工厂、仓库、配送中心、再制造中心等）的位置，选择合适的设施位置和数量，并在分配给该设施的顾客需求满足的情况下，使从该设施到顾客的运输成本最小化。LAP问题中的商品配送模式是设施到顾客的直配模式，即顾客与顾客之间不存在配送路线。ICP问题是在满足顾客需求的前提下，对各种产成品、物品和其他资料的库存进行管理，使其库存水平维持在经济合理的状态，提高物流系统的效率。与LAP的直配模式不同，VRP问题中设施到顾客的配送模式是巡回配送模式，即车辆在配送时，顾客和顾客之间存在配送路线，这种模式比直配模式节约了分销成本，且通过合理的路径规划和调度决策可使顾客在更短的时间内得到服务，提高顾客满意度。近年来，企业管理者为了降低成本和提高服务水平，希望协调物流系统各个环节。因此，LAP问题、ICP问题、VRP问题被集成起来考虑，产生了集成物流网络规划的概念，即CLIRP[13]。选址分配问题属于战略决策，而库存管理问题和车辆路径问题属于战术决策。以往的研究认为战略决策和战术决策应分开研究。随着研究的深入，我们发现选址分配问题、库存管理问题和车辆路径问题三者相互关联。例如，库存成本与车辆路径的选择和配送中心的选择有关。当未考虑库存控制策略时，系统总成本（包括选址分配成本、运输成本和库存成本）可能会增加。选址分配和车辆路径的问题不能以距离最小为唯一衡量标准，而应建立在库存成本和运输成本之和最小的基础上。数量少、周转频率较高的产品可以降低库存成本，但需增加额外的运输成本，且库存控制决策和车辆路径决策都会影响配送中心的选址决策[14,15,16]。因此，只考虑选址，库存和路径决策中的一个问题或其中的两个问题往往得到的是次优解。集成物流网络规划就是为了提高企业的整体效率而出现的，根据这一理论，国内外很多学者对CLIRP问题进行了深入研究。
高效的再制造物流网络对于成功实施再制造也十分重要。再制造物流网络不仅包括逆向物流，即将废旧产品从消费者手中返回到再制造生产商，也包括将再制造产品从再制造生产商配送至消费者处的正向物流。这种既涉及正向物流又涉及逆向物流的物流网络是一种闭环物流网络系统。再制造物流网络设计也应同时考虑选址分配问题、库存控制问题和车辆路径问题，即再制造集成物流网络规划问题。对再制造集成物流网络的设计，则需确定废旧产品从消费者到再制造商以及再制造产品从再制造商到消费者的整个物流网络结构，包括回收中心、再制造工厂等各种设施的数量、位置和库存策略，以及产品在设施之间的运输路线和方式。通常再制造集成物流网络规划有三种方式：
（1）构建独立的再制造物流网络；
（2）考虑传统的分销网络和再制造物流网络的集成设计；
（3）在传统的分销物流网络的基础上增加再制造物流网络。
对于独立的再制造企业一般选择第一种，而对于原设备制造商（original equipment manufacturer，OEM）的再制造企业，基于成本和对原有物流网络影响的考虑，一般选择后两种。若选择后两种再制造选址-库存-路径设计方式，由于增加的再制造物流网络会对原有分销网络产生影响，因此在设计物流网络时还需考虑传统物流网络，即包括产品从生产商到消费者的整个物流网络，包括确定配送中心的类型、位置、数量和库存策略，以及产品从生产商到消费者手中的配送方式和路线。综上所述，再制造集成物流网络规划问题就是一个闭环物流网络的选址-库存-路径问题（CLIRP-CL）。
然而在实践中，很多因素都会影响再制造集成物流网络规划问题。首先，再制造的发展带来的新的商业模式使得再制造网络面临新的挑战，现有的再制造物流网络适应新的商业模式是企业面临的重要问题之一。其次，再制造应选择生产商自己再制造还是外包给第三方再制造公司。生产商自己再制造的条件有：
（1）回收产品的产品寿命周期长；
（2）在满足盈利的情况下，回收产品有市场[17]。
将再制造外包给第三方再制造商虽可避免对劳动力、资产和基础设施的直接所有权，增加财务和运营的灵活性，但存在产品质量降低、沟通和协调的难度增加以及依赖第三方提供产品的缺点[18]。因此，对于企业来说选择合适的再制造方式很重要。再次，是再制造商回收方式的选择。在实践中，回收方式的类型会因企业和行业的不同而不同，也会因产品类型的不同而不同，即企业在回收产品时是所有产品都回收还是只回收非定制产品。例如，在计算机行业中，戴尔公司提供了一种较完整的回收方式，允许顾客返回其购买的所有产品，包括定制产品。而苹果公司只提供非定制产品的回收，不提供定制品（如在iPad上刻字）的回收[19]。最后，随着互联网和电子商务技术的出现，现有的再制造产品销售和回收可通过在线渠道来完成。企业选择是否在原有的再制造物流网络上增加在线渠道对再制造物流网络设计有重大影响。再制造企业为设计高效的再制造物流网络，提高供应链的整体生产力和盈利能力，应考虑这些影响再制造选址-库存-路径设计的重要因素，以实现供应链网络的低成本目标。
目前，关于再制造物流管理的设计问题虽已有研究，但很少同时考虑这三个决策层次。例如，大多数研究的选址模型不考虑库存成本，而运输成本是通过直接运输来估算的。虽然库存决策和车辆运输计划不属于战略层，但战略层的选址决策对库存成本和车辆配送成本有很大影响，在决定设施的地点时，没有考虑相关的库存和车辆运输成本，可能会导致次优解[20]。同时，在再制造物流网络设计时，缺货策略和回收策略对企业回收产品的数量、顾客的满意度、运输成本以及库存成本都会带来影响，是否采纳这些策略均需要合适的理论为实际再制造网络设计提供科学的管理依据。最后，是否引入网上零售对于整个再制造物流网络设计都有影响，但在实际中缺乏相应指导。基于以上实际情况，本书综合考虑影响再制造集成物流网络设计的多种因素，以企业成本最小化为研究目标解决CLIRP-CL问题，为再制造集成物流网络管理提供指导。本书对CLIRP-CL问题的研究主要集中在两大方面：①单一回收模式下考虑再制造产品服务系统、生产、缺货策略的再制造集成物流网络规划研究；②多种回收模式下考虑回收策略和再分销渠道的研究，具体的研究如下：
（1）基于再制造产品服务系统的选址-库存-路径优化设计问题研究。近年来很多企业出于环保压力、政府政策和利润的原因，纷纷采用了再制造物流网络，这使得原有的正向物流引入逆向物流，拓展成了闭环供应链网络。增加逆向物流后，不仅会增加成本，而且会对原有的正向物流产生影响。另外，现有的再制造物流网络也应适应新的商业模式即再制造产品服务系统。因此，设计新的CLIRP网络成为企业十分关注的管理问题。
（2）考虑缺货策略的再制造选址-库存-路径优化设计问题研究。在实践中，由于顾客需求的不确定性，缺货现象时有发生。当缺货现象发生时，满足顾客需求所需的库存成本和运输成本大于缺货成本，企业就需考虑是否采纳缺货策略来降低成本。而采用缺货策略后，对企业再制造的生产成本、运输成本和库存成本都会带来影响，进而影响CLIRP-CL的设计。因此，关于企业是否采用缺货策略以及采用缺货策略后的CLIRP-CL设计问题值得探讨。
（3）考虑不同回收策略的再制造选址-库存-路径优化设计问题研究。在不同行业和不同企业中，其回收策略都不相同。根据回收产品的不同，回收策略可以分为两种：①只回收企业售卖的非定制产品；②回收企业售卖的各种产品，包括定制产品。这两种回收方式影响再制造商品的售卖情况：其一，回收商品经过再制造后可以销售给任何需要的顾客；其二，回收商品经过再制造后只能销售给特定的顾客。另外，顾客对再制造产品的需求不同，也会造成再制造产品的售卖渠道不同。例如，有的顾客只接受自己回收的产品再制造，而有的顾客则接受以旧换新。因此，顾客需求导致的再制造产品售卖渠道的不同，对于再制造选址-库存-路径设计问题的影响也是值得研究的课题。
（4）考虑双渠道的再制造选址-库存-路径优化设计问题研究。近年来，随着计算机和网络的发展，在线零售越来越普及，很多企业纷纷在自己原有的传统零售渠道上引入在线零售渠道，用以增加销售量。这种新的零售形式的加入，使得原有的传统渠道变成了双渠道。引入在线渠道是否可以扩大销售范围、是否比不引入有利可图、双渠道CLIRP-CL如何设计等问题，在电子零售迅速发展的趋势下都是值得探讨的问题。
通过对以上问题的研究，可为再制造企业物流网络设计提供更好的决策支持，从而减少企业成本，提高收益。同时，为企业提供合适的生产策略、缺货策略以及回收策略，可以进一步应对顾客需求，提升服务效率。最后，通过对在线零售渠道的研究，可为企业是否引入新的零售渠道提供建议，使企业更好地应对电子商务模式。