逆向物流的研究现状和发展趋势

孙林岩　王　蓓

西安交通大学,西安,710049

摘要:研究了逆向物流的产生背景,介绍了逆向物流概念的狭义和广义内涵,并把它与传

统意义上的正向物流、闭环供应链以及绿色物流等进行了比较。指出了逆向物流在现阶段的显著特征:供给的高度不确定性;恢复运作和处理方式的复杂性;有效实施逆向物流管理的困难性。从不同角度概括了国内外逆向物流实践和理论研究的主要成果,展望了逆向物流的研究和发展方向。

关键词:逆向物流;经济驱动;环境关注;恢复方式中图分类号:X38　　　文章编号:1004—132Ⅹ(2005)10—0928—07

State -of -the -Art in R everse Logistics R esearches

Sun Linyan 　Wang Bei

Xi ’an Jiaotong University ,Xi ’an ,710049

Abstract :This paper started by defining reverse logistics in an extensive perspective.The com 2pariso ns between reverse logistics and several ot her related logistics concept s were outlined.Thereaft 2er ,significant characteristics of reverse logistics such as :supply uncertainties ,recovery complexities and operation obstacles were discussed.The paper summarizes t he worldwide main achievement s on t his subject ,concludes by proposing some p romising issues for f ut ure st udies in t his field.

K ey w ords :reverse logistics ;eco nomical drive ;environmental concern ;recovery option

收稿日期:2004—08—17

基金项目:国家自然科学基金资助重点项目(70433003);国家

863高技术研究发展计划资助项目(2003AA413033)

1　逆向物流产生的背景

1.1　环境法律法规的压力

近年来,人们的环境保护意识日益增强,越来

越多有关环境的法律法规要求生产商对整个产品生命周期负责,对各类电子、包装、汽车等产品的返回采取相应的回收措施[1～3]。1.2　经济利益的驱动

现今绿色形象已被越来越多地认可为重要的市场营销成分,同样采取适当的恢复方式(如再使用或再制造)经常会给公司带来获利的新机遇。随着电子商务的快速发展以及在线零售商和邮寄公司的兴起,公司为由于广泛采用的自由退货带来的大量退货而承担的损失也越来越大。1999年美国逆向物流委员会的调查表明,美国各企业投入逆向物流的成本超过370亿美元(用于收集、运输和处理回收品),这相当于美国总物流成本的4%,GDP 的015%。退货作为逆向物流的一个部分,平均占到销售量的6%[4]。有研究表明,消费者的退货会降低413%的零售商利润,

降低3.8%的生产商利润[3]。于是,通用汽车、西

尔斯、强生、IBM 、3M 等众多知名公司相继引入逆向物流的信息管理系统;施乐、佳能在近十年里开始对复印机实行回收再制造,柯达对一次性相机进行回收处理。

因此,来自环境法律法规的压力和经济利益的驱动,使得一种与传统供应链反向的物流管理,即逆向物流(reverse logistics )成为企业管理者和相关学术领域研究者关注的重要问题。

2　逆向物流的内涵

最早的逆向物流定义由CL M (物流管理协会)在1992年给出:它是一种包含了产品返回、物料替代、物品再利用、废弃处置、再加工处理、维修与再制造等流程的物流活动[5]。

2003年,RevLog (欧洲逆向物流工作组)将逆向物流定义为:计划、实施和控制原材料、中间库存、终产品从制造、分销或使用点到恢复点或适当处置点的过程[5]。

狭义的逆向物流是指对已经废弃的产品进行再制造、再使用或再循环的过程。广义的逆向物流还包括减少资源使用以及有效的退货管理等含

・

829・

义[6]。

高效的逆向物流管理将带来直接效益,如资源投入的减少,库存和分销成本的降低,已恢复产品的附加价值。而且通过有效的恢复处理,还可以间接地给公司带来获利的新机遇,如客户满意度的提高,更紧密的客户关系以及与环境法规的一致性[7]。

3　逆向物流与几个相关概念的区别

3.1　与正向物流比较

图1是由逆向物流和传统正向物流结合在一起的典型的一个再恢复链结构[1]。图中正向物流方向用虚线表示,实物流方向是从原材料到使用者,主要活动包含原料供给、元件制造或组装以及产品分销。逆向物流的方向由实线表示,其方向与正向物流相反,且相关的活动也更复杂,它的处理过程包括收集、检查与分类、再处理与拆解、再分销和废弃处置

。

图1　逆向物流和正向物流的比较

3.2　与闭环供应链比较

图2给出了一个典型的闭环供应链结构,其

中实物以一种封闭的方式流动[8,9]。图中逆向物流的实物流动以实线连接,

正向物流方向用虚线

图2　闭环供应链

连接,可以看到逆向物流中的恢复方式主要有再使用、修理、再制造、再循环以及废弃处置。事实上,正向物流与逆向物流的界限并不明显。它可以理解为经逆向物流恢复的产品又作为正向物流的源头或构成源功能回到正向物流中。闭环供应链管理包含了所有逆向物流的内容,其目标是在低成本提供客户服务的基础上排放和剩余废

物。由于正向物流和逆向物流有很强的联系,所以闭环供应链强调两者协调的重要性。3.3　与绿色物流比较

逆向物流与绿色物流的比较如图3所示。再制造、再循环与再使用是两者共有的内容[4]。两者的不同在于绿色物流强调所有物流活动尤其是正向物流对环境的影响[5]。绿色物流中的环境问题有:不可再生自然资源的消耗;气体排放;交通阻塞和道路利用;噪声污染;有害和非有害废物处置等。可以说,绿色物流是从环境和生态的角度审视供应链,而逆向物流强调恢复方式战略的获利性

。

图3　逆向物流与绿色供应链的比较

3.4　与废物管理的比较

废物管理(waste management )的目的是高

效且经济地收集和处理废物或没有恢复价值的产品,而逆向物流关注的是如何使经过适当恢复可以重获价值的返回实物流再重新进入原来或新的供应链的过程。

3.5　与可持续发展概念的比较

逆向物流与可持续发展(sustainable devel 2op ment )也有所不同,它可视为可持续发展的一部分,可持续发展的意思是在不牺牲后代利益的情况下来满足当前的需要。逆向物流可看作公司层次上通过产品对社会可持续性的执行[5]。

4　逆向物流在现阶段的显著特征

4.1　高度不确定性

逆向物流产生的地点、时间及回收品的质量和数量难以预测,这导致了逆向物流供给的高度不确定性,再加上已恢复或再使用产品市场的高

度不确定性,使得对回收产品的需求更是难以预测,因而供需平衡难以掌握。相反,正向物流的供给根据系统的需要是可以控制的[1]。原材料在适当的时间和地点按一定的数量和质量投入生产是其基本要求,所以正向物流对产品的需求几乎完全由需求方决定,供给和需求容易达到平衡。4.2　运作的复杂性

逆向物流的恢复过程和方式按产品的生命周期、产品特点、所需资源、设备等条件不同而复杂

・

929・

4.3　实施的困难性

逆向物流普遍存在于企业的各项经营活动中,从采购、配送、仓储、生产、营销到财务,需要大量的协调和管理。尽管在一些行业,逆向物流已经成为在激烈竞争中找到竞争优势从而独树一帜的关键因素,但是许多管理者仍然认为逆向物流在成本、资产价值和潜在收益方面没有正向物流那么重要,因此分配给逆向物流的各种资源往往不足。另外,相关领域专业技术和管理人员的匮乏,缺少相应逆向物流网络和强大的信息系统及运营管理系统的支持,都成为有效逆向物流实施的障碍。

5　逆向物流研究的主要内容和成果

5.1　从定性分析角度来看

(1)公司实施逆向物流的原因　公司愿意实施逆向物流的最主要原因是追求利润。这种利益来自生产中原材料或零部件使用的减少,已恢复产品的附加价值,报废处置成本的节约,客户满意度的提高以及绿色形象的建立等[5]。除了追求利润,另一个激励来自各种环境法规的约束。

(2)承担逆向物流的主角　这也是公司考虑是否把逆向物流业务外包给专业服务商以集中力量从事主营业务来取得核心竞争优势的战略决策问题。执行逆向物流的成员可以是正向供应链中的供应商、生产商、零售商,也可以是专业的第三方物流服务商。

(3)关系逆向物流的主要活动　总体来说,关系逆向物流的主要活动包括收集、检测或分类、再加工、废弃处置和再分销,其中再加工处理是将返回产品重新恢复为可再使用产品的实际转换过程[1]。这种转换形式包括再包装、清洗、修理、再制造或再循环。

(4)返回产品面对的恢复方式选择　恢复方式可以分为两类:直接恢复和加工恢复。如果返回产品的状况和新产品一样,则可以经过再包装、再使用、再分销或重销来直接恢复。对于再加工恢复则需要更多复杂的处理过程,比如产品级的修理,模块级的更新,零部件级的再制造,选择性部分级的恢复,物质级的循环以及能量级的焚化[10]。最普遍的恢复方式有:再使用、修理、再制造、再循环和废弃处置。废弃处置方式一般有焚化和填埋两种。图4表示的是一个典型的恢复方式的层级结构[5,6]。如图4所示,面向资源使用减少和便于拆解的产品设计是相对其他恢复方式的最优选择,位于层级图的顶端。这是因为资源使用的减少也是有效逆向物流管理和运作的最终目标。一旦资源减少的方法用尽,公司应当试图使直接恢复最大化,接着再进行加工恢复处理方式,最后对报废处置方式而言,焚化选择又优于填埋方式,因为焚化也是再获能量的一种方法

。

图4　逆向物流的层级结构

(5)对回收或退货产品的分类　包含在逆向物流系统中的产品有各种类型。按照返回的渠道和具体的返回原因以及产品种类,表1总结了6类经常发生的回收或退货产品,并且概括了它们的激励因素、处理方式以及可供参考的案例。5.2　从案例分析角度来看

相关文献关于逆向物流的案例分析通常关注以下决策内容:逆向物流的网络结构、逆向物流参与者的关系、库存管理、产品的生产计划与控制,以及逆向物流中的信息和技术(IT)[25]。

(1)文献[12,24,26～28]分别通过案例分析研究了不同恢复方式下,逆向物流网络的构建和它们的特性。

(2)文献[29]考察了退款方式、回购方式、租赁合同、发送-收回系统、社会责任、收购价格、押金等各种激励手段和策略工具在促进逆向物流各方合作中的运用。

(3)文献[18,30,31]分别用案例讨论了如何高效且经济地处理返回产品的相关库存管理

・

3

9

・问题。

(4)文献[13,32]分别由案例分析了返回或退回产品的生产计划和控制与新产品的生产和分销之间如何协调的问题。

表1　逆向物流的分类

逆向物流分类激励因素恢复方式典型产品参考案例生产中返回:

・原材料剩余・废料、副产品・不合格产品

经济性、

法规约束

再循环、

再使用、

再制造

铁屑、

药品

文献[11,

12]

分销中返回:・安全或质量

问题的回收

・过期、过时库存

调整

・B2B商业返回(未售、错发、损坏)

经济性、

法规约束、

公司责任

再循环、

修理、

重售、

再制造

显示器、

消费品、

工业产品

文献

[13～

15]

分销后返回:・使用过的分销物品

经济性、

法规约束

再使用、

再循环

托盘、

板条箱、

器皿、

包装

文献[16,

17]

消费者B2C商

业返回:

・对不满意新产品的退货经济性重售

服装、

消费品

文献[18,

19]

消费者服务返回:・更新或修理需求

经济性、

公司责任

修理、

更新

机器、

线路板

文献[20,

21]

使用后的返回:・终止使用・终止生命周期

经济性、

法规约束

再制造、

再循环

电器、

沙子、

电池、

地毯

文献[22～

24]

　　(5)文献[19,33～35]探讨了在产品的不同生命周期阶段,即产品研发、生产、销售、使用、回收过程中信息技术对逆向物流的支持功能。

(6)也有一些学者在案例中研究了逆向物流的实践,尤其是第三方逆向物流专业服务商的发展状况和潜力,以及选择评价它们的标准和方法[36,37]。

5.3　从量化分析角度来看

5.3.1　模拟仿真方法在逆向物流中的应用

由于逆向物流系统的复杂性,采用系统模拟仿真可以快速方便地对各种情景下的复杂逆向物流网络进行仿真评价,从而确定最优的逆向物流网络结构。系统仿真还可以进行系统中参数或变量对逆向物流系统结构的影响分析以及网络结构的鲁棒性和敏感性分析。近年来,国外已经开发了一些支持逆向物流网络设计的实用仿真软件。

(1)文献[38]介绍了一种物流系统仿真软件-LOCOMO TIV E Logistic Planning Tool,它是一种基于产品生命周期方法和应用启发式算法,对给定物流网络结构进行仿真分析的专用软件,其目标是使产品尽可能低成本且以环境友好的方式被返回。该软件可用于不同生产计划对逆向物流的环境影响评估和成本估计,以及最优路径选择。该软件的缺点是不适于对物流设施定位作最优设计或仿真,因为设施定位问题最终往往取决于战略管理因素,因而难以被计算机模拟。

(2)文献[37]介绍了一种专用仿真工具软件-DMA(disassembly model analyzer),它可以用作评估复杂产品拆解的经济性且能够为结构复杂的产品作最优拆解计划。该软件已被实际应用到复印机(由超过1000个零部件组成)的最优拆解计划中。

5.3.2　数学建模方法在逆向物流中的应用

文献中有许多优化逆向物流系统的数学模型,从运作的角度看,逆向物流的各种决策问题主要集中在逆向物流网络设计、库存管理以及生产计划和控制。

5.3.2.1　逆向物流网络设计

确定逆向物流网络的层级结构,分散与集中程度,恢复设施的位置、数目和容量是逆向物流网络设计的核心问题。由于回收或返回产品在延迟时间、质量和数量上的高度不确定性,以及迫于回收义务带来的供给压力使得逆向物流的恢复网络构建更加复杂。大多研究者通过建立与传统单级或多级仓库定位模型类似的混合整数线性规划(MIL P)模型来求解。模型以物流总成本最小化为目标函数,满足供需平衡、设施容量、变量或参数为整数或非负等约束,通常需要用启发式算法求解这类复杂网络设计的N P难题。具体模型和求解可参考文献[12,23,24,28,39～43]。其中除了文献[24]建立了一个用于废旧地毯恢复网络设计的连续位置模型外,其他均是把供给和需求视为外部变量建立的M IL P定位模型。

目前逆向物流网络设计一般还只局限于确定型的恢复设施定位模型,而来自供给和需求的不确定性只是由具体情景和参数分析说明,而且模型大都从静态、单一阶段的角度考虑,动态、多阶段的闭环网络设计才刚起步。一些对恢复物流设计的鲁棒和敏感性分析成为研究不确定性的开端,用随机规划方法描述逆向物流网络供给不确定性的研究还鲜有所见。然而由于恢复网络设计的复杂性以及最终战略决策的情景依赖性,虽然随机规划可能会得到更完善的网络设计方案,但

・

1

3

9

・这是否足以补偿由于过多复杂计算带来的时间和成本代价还值得怀疑[44]。

5.3.2.2　库存管理

在逆向物流的库存管理优化模型中,一类是需求确定模型[45～50],另一类是随机需求模型[51,52]。库存管理的目标是控制外部替换零部件的订购和内部回收零部件的恢复进程,以保证一定需要的服务水平条件下,最小化各项固定成本和可变成本之总和[25]。

最早的确定型库存模型由Schrady[45]于1967年提出,模型假定需求、回收率、外部订购和恢复的延迟时间都恒定,考虑订购和恢复的固定成本以及库存成本最小时,定购和恢复的最优批量;Richter[46,47]于1996年在Schrady的模型基础上,给出了一个不同控制策略下的最优控制参数值的表达式,并讨论了回收率对这些参数的影响;Kleber等[48]研究了动态需求和回收量条件下,控制最优生产、再制造、废弃处置的线性成本模型,并用Pont ryagin极值定理求解某一产品恢复系统有几种需求选择的最优库存控制策略; Dobo s[49]把需求和回收量作为时间的连续函数,得出以包括库存、生产、再制造以及废弃处置总成本最小为目标函数的最优生产和库存控制策略;姚卫新[50]考虑了由第三方、零售商、生产商分别负责回收的模式下,假定产品需求是产品价格的线性函数,在满足负责回收方利润最大时,推导出产品零售价、批发价和回收率的最优表达式,该模型为企业选择适合的回收模式提供了理论依据。

Fleischmann等[51]于2002年提出了一个需求和回收服从Poisso n分布的随机库存模型,它在假定回收产品可直接按新产品再售且外部订购延迟时间不为零的情况下,得出最优库存控制策略和最优控制参数值,并与传统的(s,Q)库存模型作了比较,又用数值算例说明了回收流对库存系统的影响;黄祖庆等[52]给出一个需求和退货服从Poisson分布的随机库存优化模型,推导出最优订货量和期望收益的表达式以及求解算法,并分析了退货率、库存成本、缺货损失参数对模型的影响,通过数值算例得出退货率对模型有明显影响的结论。

5.3.2.3　生产计划和控制

由于可直接再使用的回收产品不需要额外的生产过程,需要再循环处理的回收产品将进入新的生产过程而不构成闭环供应链的一部分,因此,回收产品的生产计划和控制主要存在于再制造方式中。该领域建模的主要目的是控制与比较拆解和修理的成本与已恢复零部件价值之间的经济性,从而选择最优的恢复方式并计划回收产品的恢复运作。有学者通过拆解树、图论或Pet ri网等方法研究产品的最优拆解路径,也有一些学者研究如何改进传统原材料计划方法如MRP,以运用于再制造环境中[53～56]。

Johnson等[53]于1995年提出了对一给定的产品结构,确定其最优拆解次序的网络流程算法模型;Guide等[54]为解决再制造方式与传统MRP 的标准化不兼容问题,给出另一种有效控制生产瓶颈的物料需求计划方法DBR(drum-buffer-rope);Lee等[55]讨论了拆解系统的计划和进度问题,研究内容包括:产生所有可行拆解次序的算法,如何处理来自评估已恢复产品价值、产品状态以及拆解运作的不确定性,考虑系统容量和不确定性的拆解模型;谢家平等[56]根据拆解树,运用基于作业的成本分析法,建立了再使用、再循环、废弃处置三种回收产品处理方式的成本效益模型,作了优化回收策略分析。

6　结语

逆向物流管理系统目前还是一个新的研究领域,就国内而言,除了有限的一些关于逆向物流系统结构及再制造技术的综述性分析[57,58],该领域深入性的研究方法和数学模型还鲜见报道。以下指出几个有待进一步研究的方向:①提高和丰富现有的预测技术,以便更有效地控制逆向物流系统的供给在时间、质量和数量方面的不确定性;②开发强有力的适用于逆向物流的信息管理系统;

③建立成熟的与逆向物流系统匹配的已恢复产品市场;④构建动态、多阶段运作的逆向物流网络;

⑤深入研究逆向物流各参与方或合作方的决策结构、激励因素以及对各方的相应影响。

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(编辑　卢湘帆)

作者简介:孙林岩,男,1955年生。西安交通大学管理学院副院长、教授、博士研究生导师。主要研究方向为先进制造模式、供应链管理、企业信息化、生产过程重组等。发表论文180余篇。王　蓓,女,1974年生。西安交通大学管理学院博士研究生。

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439・中国机械工程第16卷第10期2005年5

月下半月

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