固体废弃物逆向物流网络优化仿真研究

针对逆向物流网络存在的高复杂性与不确定性，运用计算机仿真构建了一个四级的固体废弃物逆向物流网络系统，运用该仿真模型研究了废弃物处置中心的选址问题，并运用实际算例验证了模型的有效性。 [关键词]固体废弃物；逆向物流网络；仿真；选址定位 1引言 随着科学技术的快速进步和全球经济的快速发展，消费品生命周期日渐缩短，更新换代的速度也随之加快。而由高经济增长和产品快速更新换代导致的废弃物污染也引起了各国政府和学者重视。20世纪90年代以来，循环经济(Circular Economy)思想受到了政府和社会的认可。一种与环境和谐，充分运用“资源－产品－再生资源”反馈式模式的减量化循环经济发展模式逐步受到各国政府重视与运用[1]。而我国在2004年的中央经济工作会议上提出了大力发展循环经济的决议，把发展循环经济、建立循环型社会看作是实施可持续发展战略的重要途径和实现方式。 作为循环经济的重要理论支撑，逆向物流理论的研究和完善也在欧美学者的带动下逐步兴起。国际权威组织美国后勤管理协会，在其公布的《供应链全景-物流词条术语2003年9月升级版》中，对逆向物流给出如下解释：“由于修理和信誉问题，对售出及发送到顾客手中的产品和资源的回流运动实施专业化的物流管理。”在《中国国家标准?物流术语》则将逆向物流分解为两大类：“回收物流（Returned Logistics)：不合格物品的返修、退货以及周转使用的包装容器从需方返回到供方所形成的物品实体流动。废弃物物流（Waste Material Logistics)：将经济活动中失去原有使用价值的物品，根据实际需要进行收集、分类、加工、包装、搬运、储存，并分送到专门处理场所时所形成的物品实体流动。” 在国内外有关逆向物流的研究中，逆向物流网络的设计、混合库存管理策略，以及生产计划与调度，再制造产品定价策略问题等等都是逆向物流研究的热门领域[2-4]，而其中逆向物流网络是产品回收循环的载体。在逆向物流中，无论采用什么样的回收分类方法，都必须基于一个优良的逆向物流网络，因此对逆向物流网络结构的研究非常有意义。目前对于逆向物流网络结构的研究早期以定性分析居多，近几年在定性分析的基础上，一些学者通过运用简化、假设的手段,用建立数理模型的方法定量研究分析了在特定情形下回收系统网络结构的优化设计,其研究重点主要集中在逆向物流网络层级的构建，成员的确定以及成员选址定位上[5]。大多学者运用的数理模型通常是多级的混合整数线性规划(MILP)模型。其目标函数主要考虑模型运行周期中平均成本最小，模型的约束条件一般为库存容量、设备数量、运输能力以及生产处理能力等约束条件。 通过简化和假设，以数理模型来进行定量分析的研究方法在研究具有不确定性、高复杂性的对象情况下往往受到很大制约。随着计算机技术的不断发展，计算机仿真的研究方法逐步受到一些学者的重视[6]。仿真技术对于一些不确定性因素影响下的复杂性系统的研究非常有效。逆向物流网络系统具有高度的系统复杂性与“从多到少”的特性[5]，因此非常适合运用仿真技术来进行研究。本文主要运用仿真模型来研究逆向物流系统中，固体废弃物逆向物流网络的建立与结构优化。 2模型建立 假设在一个区域内有很多固体废弃物产生点存在,根据固体废弃物产生点的区域范围在其附近设置废弃物回收站，废弃物通过回收站的收集统一送至固体废弃物处置中心进行处理。处置中心负责对废弃物进行检测、分拆。能够利用的部分进行回收,不能够利用的部分送至废弃物焚烧、填埋点集中处理。 在建立模型之前,给出以下的假设和说明：（1）固体废弃物类型可设，产生的数量与时间不确定，服从随机分布；（2）废弃物产生(收购)成本可设定,根据废弃物到回收站的距离远近设置不同的回收成本；（3）废弃物回收按照“产生点－回收站－处置中心－回收(销毁)”的设定流程运作；（4）考虑到废弃物处置过程的特殊性，各个备选地址已知；（5）废弃物的运输费用与距离成线性关系；（6）废弃物回收站和处置中心有处置能力限制；（7）废弃物处置成本约束包括收购成本、运输成本、检测成本、处置(分拆)成本、销毁成本。模型建立的目标为：逆向物流系统运行周期内满足选定区域内固体废弃物处置平均成本最小。按照模型建立目标，我们建立以下模型运作流程如图1所示。 3仿真平台与模型运作规则 3.1物流系统建模仿真平台 Flexsim作为一款专门面向离散事件系统仿真的软件，特别适合用于生产制造、仓储配送、交通运输等物流系统领域。它以VisualC++.Net为编译平台，是一个面向对象的、图形化的、集成建模仿真与数据处理功能的优秀的物流系统仿真平台。由于其支持在软件平台上运用C++程序语言进行再开发，因此本文基于该软件平台进行计算机仿真建模。（ .2仿真模型运作规则 由于仿真模型是通过运用计算机程序语言建立的一种虚拟现实的模型。在模型建立的过程中需要运用一定的规则去对其约束和引导，以期能够实现我们需要的结果。在本文所建立的模型中，我们运用以下规则对其进行约束，如图2所示。 图1固体废弃物回收网络运作流程 图2仿真模型运作规则 4模型算例 以某城市作为目标区域，研究某种固体废弃物的回收处理逆向物流网络系统构建。假设该城市某废弃物处置企业准备在几个备选区域中选择建立废弃物处置中心，建立废弃物处置中心的数量根据实际需求测算之后确定。模型依据如下情景假设建立：(1)废弃物产生来源为城市周边的工业企业；(2)由于废弃物收集需要考虑环境影响，故各备选地点确定；(3)废弃物产生的数量与产生时间服从随机分布；(4)废弃物产生点按回收点距离的不同分为近中远三类；(5)废弃物回收点按照工业企业集聚区域划分设置五个；(6)废弃物回收点只送至距离该点最近的两家处置中心；(7)废弃物处置中心按照选定地点设置，最大容量为三家；(8)废弃物（单位）运输成本、回收成本、销毁成本固定已知；(9)废弃物检测、处置成本、废弃物处置中心构建成本各点不同。模型数值假设（按比例无量纲折算）如下：废弃物产生点根据其离开废弃物回收点的距离不同，运输成本按近中远计算可以折算成1，2，3。废弃物回收点的单位物品回收成本为5。根据情景假设，各废弃物回收点至处置中心的运输成本数值假设见表1。 表1废弃物回收点成本假设 废弃物处置中心成本可以分为：检测成本、单位处置成本（资源、时间）与运输成本，各个废弃物处置中心备选方案的成本数值假设见表2。 表2废弃物处置中心成本假设 依据模型情景假设与数值假设，建立固体废弃物逆向回收网络模型如图3所示。 图3废弃物逆向回收网络仿真模型 由于固体废弃物产生点所产生的废弃物数量在单位运行周期内是随机的，因此需要将模型多次运行。在模型运行200次以后，根据运行结果发现，在模型假设前提下，模型在运行一段时间后，各个固体废弃物回收点逐步稳定于将废弃物送入备选处置中心A与C进行处理(如图4所示)，B由于在距离和处置成本上不占优势而被淘汰。由于处置中心C周边废弃物回收点较多，因此在运行一段时间后，便达到其处置能力的80％，因此回收点Q4有选择的将废弃物运送至处置点A进行处理（如图5所示）。经过长时间的运作后发现，在A点和C点建立两家处置中心将满足整个区域内固体废弃物的处置要求。 图4固体废弃物进入处置中心A和C 图5废弃物从回收点Q4进入处置中心A 5结论 由于逆向物流网络系统受到高度的复杂性与不确定性影响，运用数理模型通过简化和假设的方法对逆向物流网络进行研究，很难满足实际逆向物流系统的构建需求。而运用仿真的方法则可以根据实际情况，建立模型运行规则，考虑一些数理模型难以分析的随机因素影响，从而获取对于实际逆向物流系统构建有指导意义的结论。 本文以逆向物流网络系统的定性研究为基础，构建了“废弃物生成－回收－处置－回收(销毁)”的四级逆向物流网络仿真模型，通过实际案例验证了模型的有效性。进一步的研究将在模型运行规则上继续深化，考虑各个层级之间的多阶段交互，以期获取更有说服力的结论。 参考文献略

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