摘 要

环境问题加剧、社会资源压力增大、产品更新迭代速度快等问题使得逆向物流网络更加复杂与不确定，对逆向物流网络优化也提出了更高的要求。建立一个完备的逆向物流回收再用体系，不但能降低生产制造商的生产成本、提高其信誉度，更节约了自然资源，是循环经济的一种具体表现。

针对这样的问题，本文通过对逆向物流网络构造、逆向物流运行要素的研究，结合多目标优化理论，以逆向物流网络运行的总成本最小化、回收率和再处理加工的生产效益最大化为目标，建立了逆向物流网络多目标优化模型。模型通过调用GRG和SLP算法，运用Lingo、Matlab软件进行求解，并进行数据可视化界面展示，形成一个完备的基于复杂系统的逆向物流网络动态多目标决策系统。最后，通过现实的案例应用和系统测试评估，证明该系统在面对复杂、不确定的逆向物流网络体系时具有较强的适应性和有效性，能够给出相应的网络最优化决策，这也体现了其重要的现实价值。

本文基于回收产品的多样性和不同产品的回收复杂性，结合多目标优化理论，建立数学模型求解并进行可视化界面展示，构建出一个逆向物流网络多目标决策系统，以解决逆向物流中的成本、路线、经济效益等方面的均衡求解问题。

关键词：复杂系统；逆向物流；数学模型；多目标决策

Abstract

The problems such as the intensification of environmental problems, the increasing pressure of social resources and the rapid iterative speed of product renewal make the reverse logistics network more complex and uncertain, and put forward higher requirements for the optimization of reverse logistics network. The establishment of a complete reverse logistics recycling system can not only reduce the production cost of production manufacturers, improve their credibility, but also save natural resources, which is a concrete manifestation of circular economy.

Aiming at this problem, this design establishes the multi-objective optimization model of reverse logistics network through the research of reverse logistics network construction, reverse logistics operation elements, combined with multi-objective optimization theory, with the goal of minimizing the total cost of reverse logistics network operation, the maximization of recovery rate and production benefit of reprocessing processing. By calling GRG and SLP algorithms, the model uses Lingo and Matlab software to solve them, and displays the data visualization interface, and finally forms a complete reverse logistics network dynamic multi-objective decision-making system based on complex system. Finally, through the realistic case application and system test evaluation, it is proved that the system has strong adaptability and effectiveness in the face of complex and uncertain reverse logistics network system, and can give the corresponding network optimization decision, which also embodies its important practical value.

Based on the diversity of recycled products and the complexity of recycling different products, combined with multi-objective optimization theory, in this paper, a mathematical model is established to solve and visualize the interface, and a multi-objective decision system for reverse logistics network is constructed to solve the problem of balanced solution of cost, route and economic benefit in reverse logistics.

Key words：Complex systems； Reverse logistics；Mathematical models；Multi-objective decision making

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的 1

1.2 研究的意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 2

1.4 设计的内容和方法 3

第2章 逆向物流基本概念和理论 4

2.1 逆向物流含义和特点 4

2.1.1 逆向物流的含义 4

2.1.2 逆向物流的特点 4

2.2 逆向物流网络构造 5

2.3 逆向物流网络运行要素 6

2.4 逆向物流网络运行目标 7

第3章 多目标决策模型建立 8

3.1 问题描述 8

3.1.1 问题的基本假设 8

3.1.2 模型需要考虑的主要因素 8

3.2 模型建立 9

3.2.1 参数设置 9

3.2.2 碳排放量的计算 10

3.2.3不确定性变量的处理 10

3.2.4 数学模型 11

第4章 模型求解 14

4.1 算法选择 14

4.2 参数说明及算法应用 16

4.3 模型求解 19

第5章 系统应用与测试评估 24

5.1 案例应用 24

5.2 逆向物流多目标决策系统测试评估 27

第6章 全文总结与研究展望 31

6.1 全文总结 31

6.2 研究展望 31

参考文献 32

致谢 34

第1章 绪论

1.1 研究的目的

目前，我国社会经济和生产力不断发展，人们的物质需求逐渐得到满足，随之而来的问题就是社会环境资源压力的不断增大，因此，研究者对逆向物流网络日益关注；而近年来产品更新换代速度加快、生命周期日益缩短，这使得废旧产品逆向物流网络变得更加复杂与不确定，也对逆向物流提出了更高的要求。国外发达国家对逆向物流领域进行的研究是在最近十几年中发展起来的。国外的部分发达国家已经通过法律措施，强制要求生产制造企业承担其产品完整的生命周期，令其对所生产的产品或包装物品等资源进行回收再处理。我国在逆向物流管理方面的研究则比较晚，这不符合现阶段我国发达的物流体系，并且我国人口基数大，资源有限的情况下人均资源占有量显得很少，因此，研究逆向物流还有很大一部分是为了促进循环经济的发展。

本研究的目的是构建一个逆向物流网络动态多目标决策系统，来对商品进行再处理、价值再恢复，并对废弃物进行资源化回收、再利用，以支持逆向物流领域的发展，这也是循环经济的一种具体表现，是循环经济的关键环节。通过建立完备的逆向物流回收再用体系，能够降低生产制造商的生产成本，满足消费者需求提高企业信誉度的同时，更节约了自然资源，实现环境友好和发展的可持续。

1.2 研究的意义

随着社会环境资源压力的不断增大，逆向物流网络的多目标决策显得愈加关键。目前对商品进行再处理、价值再恢复的这个过程要充分利用现有研究，并在此基础上加以创新，方能更好地解决资源回收、再利用的问题。

我国在逆向物流网络管理优化方面的研究起步较晚，现有研究对多目标的优化决策还没有得到很好的解决，而本研究正是针对逆向物流网络中的多目标决策问题，基于复杂系统，通过多目标函数优化来解决逆向物流网络中的决策问题，削除了以往单一目标优化研究的缺陷，对增强企业竞争力、提高我国的经济效益和环境效益、实现可持续发展具有重要意义。

做好逆向物流网络管理的优化与决策，能够不断完善企业的质量管理体系，减小经营的不确定性，降低企业的经营成本，减少原材料消耗，实现资源的回收再利用，提高资源的利用率。同时，企业基于逆向物流的退换货，消除了顾客的忧虑，从而提高了自身的信誉度，扩大了企业的竞争优势。这些也都顺应了保护环境的社会要求，是循环经济的体现。本研究能够帮助生产制造企业做好逆向物流网络的优化与决策，因此，本研究具有重要的现实意义。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

20世纪90年代以来，国外发达国家就已经开始对逆向物流及其网络设计进行了深入地探索与研究。国外的部分发达国家通过法律措施强制要求制造厂商对所生产产品的整个生命周期负责，要求这些生产厂商回收处理生产的产品和包装物品，与此同时，国外很多学者也对逆向物流领域进行了研究。其中一些研究从逆向物流的重要性、逆向物流网络管理、生产行业逆向物流和未来发展趋势等方面对逆向物流进行了比较全面的研究，另一些研究则对逆向物流的数量模型、回收网络、逆向物流的发展价值等方面进行了深入探索。在政府政策和学者研究的推动下，国外发达国家的一些大型企业也开始了对逆向物流的实践，例如Microsoft、IBM和General Electric Company等知名企业纷纷投资建立逆向物流回收体系，以维持资源的再回收利用和经济的可持续发展。到21世纪初，国外对逆向物流的研究已经基本完善，研究领域也开始细化，由一个统一的回收再利用体系拓展到生产制造业的各个方面；对逆向物流的研究也由基本管理、价值体系的探索转移到了由第三方物流企业承担的逆向物流网络处理模型，开始了对逆向物流网络运行的库存优化、成本最小化等方面的研究。目前，国外对逆向物流领域的研究和实践已经得到了较好的反馈，部分物流企业加入了逆向物流的研究，甚至开发了专门的逆向物流管理软件为客户提供服务；而一些研究者基于之前的研究，已经开始了对客户逆向行为的研究，以及对逆向物流和供应链关系的探索。

但是，国外现有的很多决策模型目前还具有很强的理论性，模型中存在的严格约束导致了理论和实际脱节；同时，现实中的废旧产品回收处理技术跟不上理论模型的发展，导致这些决策模型在实际中的应用面临重重困难，逆向物流信息系统的建设也不断滞后。而且国外大多数研究文献对逆向物流的研究只局限于对静态单一产品的研究，一个动态的、不确定性的逆向物流网络多目标决策系统的研究则涉及较少。

1.3.2 国内研究现状

国内对逆向物流研究的起步则晚于国外，直到21世纪初才开始出现对这方面的论文和研究。目前，国内对逆向物流的研究主要集中在逆向物流网络设计、逆向物流网络中的库存管理与控制研究、逆向物流决策技术的有效性研究、逆向物流信息系统研究等方面，针对的一般是具体的逆向网络类型或者根据某一具体产品建立具体的网络模型，这体现出其逆向物流网络单一、局限、确定的特性，而考虑逆向物流活动中不确定性、动态性以及实现逆向物流网络运行目标的多样性的研究则相对较少。

在实际生活中，消费者因为各种因素而产生的废旧商品或者退换商品的回收时间、数量、位置等种种客观条件是不可预知的。因此，在这样一个复杂的逆向物流系统中，解决其中的不确定性，适应现实问题的动态不可预知性，建立一个多目标决策系统，对整个生产制造过程的可持续化发展将具有十分重要的战略意义，也是循环经济的一种体现。

1.4 设计的内容和方法

本设计基于回收产品的多样性和不同产品的回收复杂性，针对消费者产生的废旧产品或退换产品，研究其回收模式下的逆向物流网络设优化设计。通过逆向物流网络构造、运行要素的研究，结合多目标优化理论，以逆向物流网络运行的总成本最小化、总回收率和再处理加工的生产效益最大化为目标，建立逆向物流网络多目标优化模型。接下来，运用多目标优化算法，使用Lingo、Matlab等软件实现模型的求解以及逆向物流网络决策可视化界面展示。然后，通过案例应用来体现逆向物流网络决策系统的价值所在，以便为决策者的管理决策提供一定参考。最后，通过一般条件和特殊条件下对系统输入数据求解，并与预期结果分析对比，来证明该系统的适应性和有效性。

本设计通过结合数学模型、求解算法和可视化界面，最终形成一个完备的基于复杂系统的逆向物流网络动态多目标决策系统，从而解决逆向物流中的成本、路线、经济效益等方面的均衡求解问题。

第2章 逆向物流基本概念和理论

2.1 逆向物流含义和特点

2.1.1 逆向物流的含义

“逆向物流是指设计、操作、控制和保持原材料、零部件、成品、在处理或库存处理的有效性和经济高效流动的过程，以及从最终客户到最初供应商的相关资本和信息, 以获取废旧产品或废物处置的剩余价值^[3]。”逆向物流过程由供应商和客户推动，物流费用由供应商与外包物流公司合作处理。这个过程需要供应商和物流公司之间强大的资源规划系统来支持其运行。

逆向物流是由经济利益、市场竞争、环境和资源保护以及相关法律法规的驱动下产生的。当今社会下，我国人口众多，资源总量虽大，人均资源占有量却随着社会生产力发展显得越来越少，社会的环保意识随之增强，社会各界也对可持续发展和资源回收再利用更加重视，生产制造商则面临巨大的市场竞争而不得不对逆向物流的发展加以重视，逆向物流领域也在现阶段严峻的资源形势下表现出了巨大的经济效益和环境效益，其相关研究也会不断完善和进步。

2.1.2 逆向物流的特点

逆向物流和正向物流同具有物流的职能，即物资的流动，整个流动过程中伴随着资金流、信息流、价值流等，但是二者的流动方向相反，所流动物资的产品价值、流动渠道、周期也大不相同。相较于正向物流来说，逆向物流具有以下特点：①小批量：逆向物流通常是小批量的废旧产品或退换产品；②分散性：逆向物流的物资由消费者产生，但其产生的时间、地点、数量、类型等属性是不确定的、不可预知的；③价值低：逆向物流的物资通常是消费者使用过得废旧产品，价值偏低，或者是消费者需要退换的产品，价值有所损失；④周期长：逆向物流网络的起点是消费者，此时产生的废旧品或退换品数量少，种类多，要通过不断地汇集形成一个集中处理中心才能产生较大的流动规模。废旧物品从消费者手中产生再到收集整理是一个缓慢复杂的过程，这体现出了逆向物流周期长的特点；⑤复杂多变性：回收的废旧产品或退换的产品有着不同的种类和不同的状况，导致了回收的多变性，同时，这些物资需要分类处理回收，其库存管理和运送管理就显得复杂，难以统一，其实现技术和成本也变得难以控制，整个过程也显得复杂多变。

2.2 逆向物流网络构造

在逆向物流网络的起点，也就是废旧产品及退换产品的产生点，废旧品和退换品的产生时间、数量、地点和状态是不确定、不可预测的，因此对逆向物流网络的合理布局规划会是一大难点。此外，逆向物流网络的终点，即生产制造商（供应商），它们对于回收来的物资（包括回收的原材料、零部件、产品等）数量的不确定性可能会对企业的原材料供货即库存管理造成一定的不确定性，最终对企业资源规划产生一定不可控影响。因此，逆向物流网络的构造要比正向物流的布局规划更加复杂，本部分将对逆向物流网络构造进行契合设计的简要分析。

逆向物流由于与正向物流同具有物流职能，物资流向相反，因此，逆向物流也具有正向物流的成员，如生产制造商（再处理中心）、顾客（废旧产品和退换产品由顾客递送至初始回收点），此外，还要明确逆向物流网络各个部分的功能（如收集、分类、集中回收、运输等），具体的逆向物流网络构造如图2.1所示：

图2.1 逆向物流网络构造图

逆向物流网络构造的各个部分说明和功能如下：

（1）消费点：这是逆向物流网络的起点，也是废旧产品和退换产品的产生点，是逆向物流物资的来源。消费者（顾客）作为废旧品和退换品的来源，要不断提高环保意识和资源有限意识，并支持其回收，同时还要消费再造品，促进逆向物流管理系统价值的实现。

（2）回收点：回收点包括初始回收点和集中回收点。初始回收点负责将不确定数量的、类型杂乱繁多的来自消费点的废旧产品和退换产品进行分类回收。初始回收点需要考虑建造和运作成本，为了节省开支，参与正向物流中的一些经销商、零售商和生产制造商也同时承担了初始回收点的工作和任务。集中回收点是将大批量的、已经进行分类的来自初始回收点的废旧品和退换品进行转运，最终运向逆向物流网络的终点（回收再处理点）。集中回收点还兼顾了库存管理的功能，在初始回收点运来的物资未达到单位运输量或者超过其总运输量的情况下，需要对未达到或超出的部分进行存储，待达到下一次运输量要求后再进行运输，这样可以大批量地运送物资，并且可以节省运输成本。

（3）回收再处理中心：回收处理来自集中回收点的废旧产品或退换产品，并对其进行再生产、再制造或者进行退换工作。这是整个逆向物流网络的终点，即最终的生产制造商，负责将回收的物资进行物料循环处理，使之能物尽其用，并进行后续再制造工序，最终返回消费者手中，实现整个逆向物流决策系统的价值。回收再处理点主要由生产制造商组成，因为回收物料的再制造需要生产制造方面的专业知识；回收处理点也包括一些再处理中心，它们只负责对废旧产品进行加工分类处理，形成可再生产加工的物料，并最终提供给生产制造商供其再生产。

（4）废弃物处置点：回收处理中心对废旧产品进行处理后，有用的物料加以再生产实现其价值，而在技术上不能实现其再利用的无价值物料则归为废弃物，交由废弃物处置点进行焚烧处理或者填埋处理，这一过程由具有该资质的专业处理商来完成，达到环境友好的效果。

2.3 逆向物流网络运行要素

逆向物流网络中的流动物资的质量、类型和数量具有高度的不确定性，各个节点之间的距离、容纳力和处理能力也都不尽相同，在逆向物流网络的运行过程中，需要确定回收点、再处理点的最佳选址以及建造数量，还有废旧产品运输路线问题，最终构成一种决策优化问题。逆向物流网络运行要素的确定将有利于其网络设计，并在一段时间内影响着整个逆向物流系统的高效益运作。具体的逆向物流网络运行要素如下：

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