碳交易环境下企业再制造集成物流网络优化设计

      再制造是一个资源潜力巨大、经济效益显著、环保作用突出、符合可持续发展的绿色工程和新兴产业，也是实现制造产业可持续发展的重要技术途径。再制造作为废旧产品高科技维修的产业化活动，完善的物流网络是实现资源循环流动的重要基础和关键，对其进行科学的规划、设计及管理将从根本上保障再制造产业的运行效率[1][2]。

      在世界气候环境不断恶化的大背景下，各国对环境保护与可持续发展越来越重视，碳排放约束也逐渐苛刻。我国提出到2020年，单位国内生产总值的二氧化碳排放降低50%左右的低碳经济战略目标。自2009年我国首家碳排放交易所挂牌成立以来，部分地方性碳排放交易试点平台已初步建立，碳税的开征也已进行了前期研究工作，我国碳政策体系正逐步得到完善。

      碳排放交易市场的兴起，让更多企业面临着碳减排的挑战，也对再制造企业的原有发展模式提出了低碳目标的全新挑战。因此，探讨碳交易政策对再制造企业物流网络构建的影响，以及如何在再制造物流网络规划设计中考虑碳排放的优化目标，从综合效益的视角权衡经济效益和环境效益之间的悖反关系是本文研究的主要问题。

      二、文献综述

      随着低碳经济改革的深入，再制造物流网络的构建在模式、决策目标等方面的低碳趋势越来越明显。较早的研究中，如Jayaraman[3](P497)建立了一个确定仓储容量和位置的MILP模型，确定了网络结构中最优的机构设置数量和设置地点，但大都以经济效益为单一目标，较少考虑环境效益。随后，顾巧论、陈秋双[4](P618)建立了一个在传统生产分销物流网络基础上扩建回收拆卸中心的再制造系统集成物流网络的选址-分配模型；马祖军[5](P74)对再制造物流布局进行了分析，提出了单产品、单周期、有能力限制的再制造物流网络独立设计的稳健优化模型，但二者未在模型中明确增加环境目标约束。

      近年来，随着再制造物流网络和低碳经济的研究进展，学者们开始将二者结合，并试图在模型中进行正逆向物流的整合，但出发的角度也不尽相同。Cachon[6]最早从供应链运作和物流的角度研究了低碳经济，探讨了供应链网络中不同的选址对碳排放量大小的影响，并给出了减少碳排放量的最优选址决策，但论文却没有把碳减排目标和经济目标统一起来。Paksoy[7]的再制造多目标线性规划模型考虑了正向物流中的成本和排放目标，但在逆向物流阶段只考虑了成本问题。F.Wang[8](P262)提出了绿色供应链多目标优化模型，主要关注供应链设计阶段的环境投资决策问题。Y.C.Wang[9]以碳排放为约束，构建了制造/再制造闭环供应链的多目标混合线性规划模型，并分别分析了独立模型和整合模型的成本和环境效率的差异，最终得到整合网络更符合低碳经济要求的结论。

      综观现有再制造物流网络的研究，碳排放量约束被逐渐引入了再制造物流模型，主要有以下几种方式[10](P721)：(1)通过碳税、碳交易将碳排放量转化为成本；(2)通过碳限额进行碳排放量总量约束；(3)将碳排放量、成本等目标结合，进行多目标优化。以上研究聚焦于不同的碳约束条件对企业物流网络优化结果的影响，而本文在整合正逆向物流[11](P779)，对再制造物流网络进行设计的基础上，对比不同碳约束条件，分析不同碳排放约束环境下再制造物流网络的碳排放量和总成本的变化及原因，进一步深化和扩展了前人的研究成果。

      

      图1 再制造集成物流网络拓扑模型

      三、问题描述

      (一)再制造集成物流网络结构

      再制造集成物流网络中，生命周期末端的废旧产品首先从消费者区域回收到回收中心；然后，回收中心将废旧产品统一收集后运送到拆解中心，其中也可以根据经济性原则将消费区域的废旧产品直接运送到拆解中心；随后，拆解中心对废旧产品进行拆解检测，根据产品功能损坏程度的不同，其生命周期的循环方式也将不同：可再使用(Reuse)或维修(Repair)后再使用的零部件或模块将被运送到再制造中心作为新产品的零部件直接装配使用，需进行再制造加工或技术改造的零部件和模块则被运送到再制造中心进行再制造(Remanufacturing)，受技术经济条件限制或未达到质量要求的废旧产品和零部件则需运送到指定地点进行原材料循环(Material Recycling)或环保处理(Disposal)。再制造逆向物流完成后，产品将继而进入正向物流——再制造中心的再制造产品将被运输到分销中心，最终通过分销中心送达至新顾客手中。再制造集成物流网络拓扑模型如图1所示。

      (二)碳交易市场环境对再制造物流网络结构的影响

      在碳交易市场环境下，企业再制造网络的设计与优化不再仅考虑原有的采购成本、设施设置成本、运作成本、运输成本，碳交易市场中的收支也将成为企业成本的重要组成部分，直接影响再制造物流网络的节点设置、运输路线选择等，从而进一步影响企业的碳排放量。碳交易中，每个自愿参与碳交易的企业将拥有一定量的碳配额。在全球碳交易体系中，企业获得碳配额的方式主要是通过：免费分配、固定价格购买、拍卖三种方式。而在刚刚起步的中国碳交易市场中，碳交易体系还在试运行中，制度还有待完善，目前中国企业碳配额的获得方式也主要是通过免费碳配额发放。当企业碳排放量低于碳配额时，企业可以出售剩余碳排放权用于获取收益，而当企业碳排放量高于碳配额时，企业则需购买超出部分的碳排放权。此市场机制将有效调节二氧化碳为代表的温室气体排放，即把二氧化碳排放权作为一种商品，从而形成了二氧化碳排放权的交易。