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基于多资源化途径的报废汽车逆向物流网络构建研究
基于多资源化途径的报废汽车逆向物流网络构建研究
摘要:
结合我国报废汽车第三方运作主体回收利用的实际,基于报废汽车较一般废旧物资结构复杂、产品流向多元化的特点,考虑再利用、再制造、再循环等多种资源化途径,构建由消费区域、回收站点、拆解中心、原材料企业、二手市场、再制造工厂和填埋点组成的多级逆向物流网络结构,并以利润最大化为目标函数,建立混合整数规划模型,确定回收站点和拆解中心的位置、数量以及各节点间物流量的分配。
最后,以成都市报废汽车逆向物流网络构建为例验证模型的有效性。
Abstract:
BasedonthefactthatthethirdpartyrecycledtheELV(End-of-lifevehicle)inChinaandthreeresourceutilizationwaysforELVswhichisthereuse,remanufacturingandrecycling,theELVreverselogisticsnetworkstructurewasconstructed.Thelogisticsnetworkwasmadeupofconsumerarea,recyclingsites,dismantlercenters,rawmaterialenterprises,second-handmarkets,remanufacturingplantsandlandfills.Basedonthestructureofthenetwork,toachievethemaximumofprofit,amixedintegerlinearprogrammingmodelwasproposed.Accordingtothemodel,thelocation,numberofrecoverysitesanddismantlercentersaswellasthedistributionoftrafficamonglogisticsnodesweresolved.Finally,asthebackgroundoftheELVrecyclinginChengdu,thevalidityofthemodelwasproved.
关键词:
报废汽车;逆向物流;网络构建;多资源化途径
Keywords:
end-of-lifevehicles;reverselogistics;networkbuilding;multipleresourceutilizationways
中图分类号:
X799.3文献标识码:
A文章编号:
1006-4311(2016)13-0097-04
0引言
随着环境污染、资源短缺等社会问题的日益严重,国家法规制度的不断强化以及经济利益的驱动,报废汽车回收利用正成为挖掘城市矿产、推动循环经济发展的重要内容。
我国报废汽车主要通过第三方运作主体回收,回收率低,回收需求与回收能力之间的矛盾日益突出。
构建科学、合理的报废汽车逆向物流网络成为缓解供需矛盾的关键[1-3]。
目前关于报废汽车逆向物流网络构建的研究主要基于构建主体与资源化产品的处理方式展开。
从构建主体来看,多以生产商责任延伸制为导向,汽车制造商为主体构建逆向物流网络。
例如,ErayDemirel[4]以土耳其首都安卡拉为例,以汽车制造商为主导,建立混合整数规划模型,确定物流网络节点的位置、数量,实现逆向物流活动的优化。
张雅蕊等[5]以汽车制造商为主导,以总成本最小化和回收率最大化为目标构建模糊环境下多目标规划逆向物流网络模型,以确定回收站点和再制造点的位置及节点间物流量。
SevalEne等[6]以利润最大化为目标,构建报废汽车逆向物流网络,包括再使用、再循环和废弃处理等多种物流活动。
从资源化产品的处理方式来看,再制造逆向物流网络构建问题是当前学者研究的主流。
例如,徐友良等[7]构建了以成本最小化为目标函数的报废汽车再制造逆向物流网络选址规划模型,得到回收中心、拆解中心和再制造中心的位置。
徐斌祥[8]以汽车发动机再制造为研究对象,建立选址与库存集成优化的非线性整数规划模型,并运用遗传算法求解,实现成本最小化。
现有关于报废汽车逆向物流网络构建的研究较少结合我国实际,并未能反映报废汽车与废旧家电等其他废旧物资的不同之处,未考虑报废汽车自身的物理结构特点构建物流网络。
事实上,报废汽车与一般废旧物资相比,具有体积、重量更大,经济效益更高、社会价值更显著的特征。
报废汽车一般由不同材料的成千上万个零件组成,内部结构较一般废旧物资更为复杂,在现代拆解工艺技术下,主要有再利用、再制造和再循环三种资源化途径实现报废汽车价值的充分挖掘,这是一般废旧物资无法比拟的。
因此,本文结合我国第三方运作主体回收处理报废汽车回收利用实际,考虑再利用、再制造和再循环等多种资源化途径,构建基于收益最大化的报废汽车逆向物流网络,并以成都市报废汽车逆向物流网络构建作为案例分析。
1报废汽车逆向物流网络设计模型构建
1.1问题描述及假设
报废汽车具有结构复杂、组成部件多、拆解难度大、资源化处理方法与资源化产品流向多样的特点。
我国目前主要采用第三方运作主体开展报废汽车回收处理业务。
由第三方运作主体设置回收站点展开回收,并集中送至自行设置的拆解中心,拆解后各类资源化产品根据其特征流向终端节点。
物流网络具体结构如图1所示。
该网络由消费区域、回收站、拆解中心、原材料企业、二手市场、再制造工厂和填埋点组成。
报废汽车拆解后所得产品流向如下:
①玻璃等具有回收利用价值的原材料被销往原材料企业; ②轮胎等可销售或经修复后可销售的零部件销往二手市场;
③起动机、转向器等可再制造件部销往至再制造工厂;
④废纸、棉、纤维等废弃物统一运输到填埋点处理。
结合目前我国第三方报废汽车回收拆解企业主要开展车辆回收、拆解与资源化产品销售的实际,本文构建报废汽车逆向物流网络以解决回收站点与拆解中心选址问题、设置数量问题以及物流网络各节点间流量分配问题等。
根据问题的描述,做出如下假设:
①只考虑与第三方运作主体相关的回收站及拆解中心的选择,其余节点不做考虑;②消费区域产生的报废汽车数量已知,且回收的报废汽车具有同一性;③无需消费者将报废汽车从消费区域送至回收站,均由第三方运营商上门回收;④建设回收站固定成本及回收每辆报废汽车的运营成本与其容量相关;⑤建设拆解中心固定成本及拆解每辆汽车的运营成本与其容量相关;⑥拆解中心能够实施报废汽车的拆解、破碎并根据零部件及材料的价值进行分类;⑦报废汽车在运输拆解过程中无损耗;⑧原材料厂、填埋厂、二手市场和再制造厂收纳从拆解中心运来的零部件或材料容量无限;⑨销售给原材料厂、二手市场和再制造厂的零部件或材料价格不变,不随市场变动;⑩单位运输成本一定,不随运量和运距的变化而变化;{11}逆向物流网络的供需保持平衡;{12}不考虑政府补贴和税费;{13}只建立逆向物流网络单周期静态模型,不考虑多周期拓展;{14}消费区域产生的报废汽车必须经过回收站回收才能到达拆解中心,不考虑越级配送。
1.2模型参数及决策变量
1.2.1符号说明
i∈{1,2,…,I}代表某消费区域;j∈{1,2,…,J}代表某回收站的备选地址;k∈{1,2,…,K}代表某拆解中心的候选地址;r∈{1,2,…,R}代表某原材料企业;l∈{1,2,…,L}代表某填埋点;m∈{1,2,…,M}代表某二手市场;n∈{1,2,…,N}代表某再制造工厂。
1.2.2参数设置
Qi:
消费区域产生的报废汽车数量(辆);Fcj:
建立回收站j的固定成本(元/个);fcj:
回收站j回收每辆报废汽车的运营成本(元/辆);mj:
回收站j的最小回收能力(辆);Mj:
回收站j的最大回收能力(辆);Fck:
建立拆解中心k的固定成本(元/个);fck:
拆解中心k拆解每辆报废汽车的运营成本(元/辆);mk:
拆解中心k的最小处理能力(辆);Mk:
拆解中心k的最大处理能力(辆);W:
每辆报废汽车的平均重量(kg/辆);Bl:
每辆报废汽车中拆解的废弃物占总重的百分比;Bm:
每辆报废汽车中可销往二手市场再售的部件占总重的百分比;Bn:
每辆报废汽车中可再制造部件占总重的百分比;Br:
每辆报废汽车中具有回收利用价值的材料占总重的百分比;P:
每辆报废汽车的收购价格(元/kg);Cij:
每辆报废汽车从消费区域i运输到回收站j的单位运输成本(元/kg?
km);Cjk:
每辆报废汽车从回收站j运输到拆解中心k的单位运输成本(元/kg?
km);Ckl:
从拆解中心k运输到填埋点l的单位运输成本(元/kg?
km);Ckm:
从拆解中心k运输到二手市场m的单位运输成本(元/kg?
km);Ckn:
从拆解中心k运输到再制造厂n的单位运输成本(元/kg?
km);Ckr:
从拆解中心k运输到原材料厂r的单位运输成本(元/kg?
km);dij:
消费区域i到回收站j的距离(km);djk:
回收站j到拆解中心k的距离(km);dkl:
拆解中心k到填埋点l的距离(km);dkm:
拆解中心k到二手市场m的距离(km);dkn:
拆解中心k到再制造厂n的距离(km);d:
拆解中心k到原材料厂r的距离(km);Pn:
可再制造部件销往再制造工厂的售价(元/kg);Pr:
可售材料销往原材料厂的售价(元/kg);Pm:
可售部件在二手市场的售价(元/kg)。
1.2.3决策变量
Xj:
0-1变量,表示是否在节点j设置回收站,是取值为1,否取值为0;Yk:
0-1变量,表示是否在节点k设置拆解中心,是取值为1,否取值为0;Uj:
回收站j回收报废汽车的能力(辆);Uk:
拆解中心k拆解报废汽车的能力(辆);Xij:
回收站j回收的报废汽车来自于消费区域的数量(辆);Xjk:
从回收站j流向拆解中心k的报废汽车数量(辆);Wkl:
拆解中心k运往填埋点l的废弃物重量(kg);Wkm:
拆解中心k运往二手市场m的可销售零部件重量(kg);Wkn:
拆解中心k运往再制造厂n的可再制造部件重量(kg);Wkr:
拆解中心k运往原材料厂r的可利用的原材料重量(kg)。
1.3模型构建
考虑报废汽车逆向物流的经济效益,建立以整个网络总利润最大化为目标的函数。
总收入包括可销售原材料的销售收入、部件在二手市场的销售收入和可再制造部件的销售收入。
整个网络的成本包括建立回收站和拆解中心的固定成本、回收站回收报废汽车的成本、回收站和拆解中心的单位运营成本以及各个节点间的运输成本。
因此,本文利润最大化为目标函数,构建基于第三方运作主体的报废汽车逆向物流网络混合整数线性规划模型。
报废汽车逆向物流网络的总利润最大化表示为:
式中,Qi,fj,fk,Fj,Mk均为正整数,其余参数均为正数。
此外,上述模型中式(4)表示回收站和拆解中心的固定建设成本之和;式(5)表示回收站和拆解中心的运营成本之和;式(6)表示各节点间的运输成本之和;式(7)表示报废汽车回收成本;式(8)表示报废汽车逆向物流网络的总利润函数;式(9)保证消费区域产生的报废汽车数量与回收站回收的数量相等;式(10)、式(11)与式(12)保证回收站的回收量在其回收能力范围内;式(13)保证回收站的回收量与拆解中心的拆解量相等;式(14)、式(15)与式(16)保证拆解中心的拆解量在其拆解能力范围内;式(17)保证废弃物均运往垃圾填埋场;式(18)保证可再售的零部件均运往二手市场;式(19)保证可再制造的零部件均运往再制造厂;式(20)保证有回收价值的材料均运往原材料厂。
2案例分析
2.1数据收集
本文以成都市XY公司(成都市唯一具有合法资质的集报废汽车回收、拆解和销售于一体的经营主体)作为实证研究对象。
通过对成都XY公司实地调研获得相关数据,
①按照消费区域几何中心与回收站的距离计算.
每辆报废汽车的平均重量为1500kg/辆;每辆报废汽车的收购价格为0.8元/kg;报废汽车从消费区域i运输到回收站j的单位运输成本为0.00035元/kg?
km;从回收站j运输到拆解中心k的单位成本为0.0003元/kg?
km;从拆解中心k运输到填埋点l的单位运输成本为0.0008元/kg?
km;从拆解中心k运输到二手市场m的单位成本为0.002元/kg?
km;从拆解中心k运输到再制造厂n的单位成本为0.002元/kg?
km;从拆解中心k运输到原材料厂r的单位成本为0.001元/kg?
km;单位重量可再制造部件在再制造厂的平均售价为4元/kg;单位重量可售材料在原材料厂的平均售价为5元/kg;单位重量可售部件在二手市场的平均售价为8元/kg。
2.2方案设计
上述所构建的数学模型为混合整数规划模型,运用LINGO求解得到逆向物流网络最优构建方案,确定回收站和拆解中心的位置以及各物流节点间流量、流向。
通过求解得到逆向物流网络构建的总利润为:
22343300元。
6个回收站均被选中,消费区域到回收中心之间的流量分布如表10所示;拆解中心1和拆解中心3被选中,回收站运往拆解中心的报废汽车的流量分布,如表11所示;3个拆解中心运往原材料厂、填埋场、二手市场和再制造厂的流量分配,如表12所示。
3结束语
报废汽车资源化利用,回收活动是基础,离不开逆向物流网络的支撑。
本文根据报废汽车的物理特点,从我国回收利用产业实际出发,以收益最大化为导向,构建了第三方运作主体主导下,融合再制造、再利用、再循环等多种资源化处理方法的报废汽车逆向物流网络模型。
并结合成都实际运用上述模型求解得到成都市报废汽车回收站点和拆解中心的位置、数量和各节点间流量的分配,构建起基于多资源化途径的成都市报废汽车逆向物流网络。
本文基于利润最大化所构建的混合整数线性规划模型,考虑报废汽车产品结构复杂的特点,描述了报废汽车资源化产品流向多元化以及回收-拆解-利用多阶段的实际,这符合当前我国报废汽车回收利用产业发展的实际。
且通过研究表明根据报废汽车各材料部件的构成比例,最终资源化产品主要流向二手市场与再制造工厂,这与当前再利用和再制造作为报废汽车回收利用最主要资源化方法的现实也相吻合。
后续的研究可从以下方面展开:
①考虑政府补贴、消费者环保意识对报废汽车逆向物流网络构建的影响,构建基于行为影响视角下的报废汽车逆向物流网络。
②考虑报废汽车的回收处理中经济效益与环境效益等多重目标,研究报废汽车逆向物流网络多目标规划问题。
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- 基于 资源 途径 报废 汽车 逆向 物流 网络 构建 研究