绿色物流网络系统建模与效率边界分析

      文章编号：1003-207(2012)03-0138-07

      1 引言

      经济的迅速发展使得环境问题日益突出，各国政府都开始重视协调经济发展和环境保护之间平衡的问题。许多国家和地区都已经进行立法促进资源的回收利用和有效保护环境，如欧盟于2003年正式实施的《废旧电子电器设备指令》(WEEE指令)，要求企业回收处理其生产的产品。我国也将于2011年施行的《废弃电器电子产品回收处理管理条例》。一些企业通过评价和减少其产品和服务给环境带来的负面影响获得良好的绿色形象同时也获得了经济效益。如IBM公司利用物流网络对废旧电脑进行回收、翻新和再利用，提高了企业竞争力。通常在经济活动和环境质量之间存在着权衡关系，即在一定的技术水平下，不可能既提高经济水平又改善了环境质量。对于处于微观层次的企业来说，也就是在成本(利润)和生产经营活动对环境的影响之间存在权衡关系。如果我们能够找到成本(利润)和环境质量间的权衡关系，使得企业不可能在不增加成本的前提下，降低环境影响或改善环境质量，那么这种关系就构成了企业的效率边界。绿色物流正是基于对环境和经济的考虑提出来的一种新理念。绿色物流是指企业在满足资源节约、安全生产和环境保护等法律法规要求的前提下，建立高效和经济的物流和供应链管理系统为客户提供充分的服务，并承担起伴随产品寿命周期全过程的必要社会责任。绿色物流强调的是物流管理活动与环境和资源约束的界面友好以及资源的充分利用。不仅企业需要实施绿色物流，由政府相关部门主导的公共物流网络如城市固体废弃物、废弃电器电子产品回收网络等也需要实施绿色物流网络战略。

      当前国外学者已经将环境问题和生产运营结合起来，研究可持续的供应链和物流[1]。Lee等[2]学者研究了不确定环境下的可持续发展物流网络设计问题。但他们只考虑了最小化物流总成本。Wu和Pagell[3]提出了在进行可持续供应链管理决策的时，要平衡短期的利润目标和长期的环境目标，他们通过案例研究给出了相关的建议[3]。由于关于绿色物流的研究还刚刚起步，很多这方面的研究仍是以概念和案例讨论为主[4-6]，缺乏定量分析和有效的管理工具。本文的创新在于通过多目标优化方法来建模和分析成本和环境之间的关系，并通过多目标进化算法获得的Pareto前沿构成企业的绿色物流效率边界。多目标优化方法能够平衡多个相互冲突的目标之间的关系，是进行绿色物流网络设计的有效方法，但已有的研究都是采用加权法求解[7-9]。这样无法获得Pareto前沿来构成效率边界，也就无法进行进一步的分析。本文的方法能够获得绿色物流的效率边界，并将其作为分析的依据，可以帮助企业进行有效的绿色物流网络设计，也有助于政府部门制定合理的补贴政策来补贴企业的回收成本或者推广新的回收技术，同时也有利于政府部门制定合理回收率来规范一些企业的回收行为。

      2 绿色物流网络系统

      物流的活动范围涵盖产品的全生命周期。产品在从原料获取到使用消费、直至报废的整个生命周期，都会对环境产生影响。如运输过程中车辆排放的、；对旧产品回收后进行翻新、循环产生的有害物质；流通加工中的能量消耗等等。绿色物流既包括对从原材料的获取、产品生产、包装、运输、分销、直至送达最终用户手中的前向物流过程的绿色化，也包括对退货品和废物回收逆向物流过程的生态管理与规划；因此，其活动范围包括了产品从产生到报废处置的整个生命周期[12]。对一个物流系统投入一定的资源后如土地、能源和各种物料后，经过系统的运作，将转化成各种产品和物流服务，如图1所示。当设计一个绿色物流网络系统时，需要决策的有各类设施的产品的生产量或需求量；各类设施之间的产品运输量。这里的产品是一个广义的概念。实施绿色物流要求在物流的各个环节包括运输、储藏、包装、装卸、流通加工和废弃物处理等物流活动中，采用环保技术，提高资源利用率，最大的降低物流活动对环境的影响。

      

      3 物流成本—环境质量的权衡

      3.1效率边界分析

      在一定的技术条件下，要降低物流系统对环境的不良影响或改善环境质量会增加物流成本；因此物流成本和环境质量之间存在一种权衡关系。图2表示环境质量和物流成本之间的权衡关系即效率边界，其中的B点代表高成本、高环境质量的一种物流系统结构，C点代表低成本、低环境质量的一种物流系统结构。现有研究和实践大多致力于最小化物流成本或最大化利润，企业认为对于环境的改善需要企业在这方面进行大量的投资，这会增加他们的物流成本。实际上，当企业同时考虑优化物流成本和环境质量时，获得物流成本和环境质量之间的效率边界，可以在效率边界上找到一个处于高成本、高环境质量和低成本、低环境质量之间的平衡解，如A点。这样的点仅仅以增加少量的成本就可以获得较大的环境改善，也就是说对物流网络系统增加少量的投资可以较大的降低对环境的负面影响，从而在经济利益和环境保护之间找到双赢的解决方案。IBM的实践就是最好的例证。当获得效率边界后，可以对没有处在效率边界上的现有物流网络系统进行调整，使其处于效率边界。如D点处于效率边界下面，是一个无效率的点，当D点向上平行移动时，可以在不改变成本的情况下提高环境质量。当D点向右平行移动时，可以在不改变环境质量的情况下，降低物流成本。这些点的移动只有通过对整个物流网络系统进行设计或再设计得到的，也就是通过本文的模型和算法的计算得到的可行点，而不是任意移动的。通过技术创新(绿色物流技术)和制度创新(管理技术)，可以将效率边界外推到新的边界，从而能够在物流成本一定的情况下，改善环境质量；或者在环境质量一定的情况下，降低了物流成本；或者在改善环境质量的同时，降低了物流成本。