產(chǎn)品回收再生動態(tài)行為分析

周三元，胡貴彥

（北京物資學(xué)院物流學(xué)院，北京市 101149）

產(chǎn)品回收再生動態(tài)行為分析

周三元，胡貴彥

（北京物資學(xué)院物流學(xué)院，北京市 101149）

隨著科技進(jìn)步以及對環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，產(chǎn)品生命周期不斷縮短，廢舊產(chǎn)品回收面臨越來越大的壓力。企業(yè)在從事產(chǎn)品回收活動的過程中不僅要考慮立法要求，還要從企業(yè)實(shí)際出發(fā)，綜合考慮再生對企業(yè)原材料采購、制造庫存、產(chǎn)品銷售及企業(yè)形象、利潤等所產(chǎn)生的直接或間接影響。文章建立產(chǎn)品回收再生閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，通過因果回路圖、存量流量圖對產(chǎn)品回收再生動態(tài)行為進(jìn)行分析，并借助系統(tǒng)動力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)工具Vensim軟件對產(chǎn)品回收再生動態(tài)市場行為，特別是回收再生利用與產(chǎn)品市場份額、銷售率之間的相互關(guān)系進(jìn)行數(shù)值分析。研究結(jié)果表明，再生有利于企業(yè)市場份額、銷售率的提高。

產(chǎn)品回收；再生；系統(tǒng)動力學(xué)（SD）；Vensim軟件

一、引言

近年來，產(chǎn)品回收問題引起了廣泛關(guān)注。產(chǎn)品回收研究涉及諸多領(lǐng)域，如產(chǎn)品回收渠道、回收活動網(wǎng)絡(luò)、回收設(shè)施布局、回收活動利潤、回收能力規(guī)劃等。產(chǎn)品回收研究要考慮多種因素，如產(chǎn)品回收時(shí)間、地點(diǎn)和回收數(shù)量，物流需求預(yù)測，設(shè)施成本，運(yùn)輸成本，回收處理技術(shù)，企業(yè)核心競爭力，企業(yè)當(dāng)前或長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)利潤，產(chǎn)品回收成本等。此外，還要考慮具體外部因素的影響，如環(huán)保意識、義務(wù)和立法規(guī)定的處罰等。

本文研究產(chǎn)品回收再生是從閉環(huán)供應(yīng)鏈角度出發(fā)，首先對單一產(chǎn)品的物流活動進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上通過產(chǎn)品回收再生系統(tǒng)模型的因果回路圖、存量流量圖對回收再生動態(tài)行為進(jìn)行分析，最后利用模擬仿真工具Vensim軟件（一種系統(tǒng)動力學(xué)建模與模擬軟件）對回收再生的市場效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值分析。

二、產(chǎn)品回收再生閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在圖1所示的閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，正向物流活動包括向供應(yīng)商采購原材料、產(chǎn)品生產(chǎn)制造、配送/分銷到最終用戶；產(chǎn)品回收逆向物流活動包括廢舊產(chǎn)品回收/收集、檢測/分類、處理（直接再利用、回收、維修、再制造、再生）、重新分配。回收物流活動涉及產(chǎn)品、部件、物料，它們有可能從不同的節(jié)點(diǎn)重新進(jìn)入正向供應(yīng)鏈。

文中的閉環(huán)供應(yīng)鏈只考慮單一產(chǎn)品（如打印機(jī)、手機(jī)等），參與正向物流活動的主體包括生產(chǎn)商和分銷商。回收物流只考慮再生利用，產(chǎn)品回收活動涉及回收、檢測及拆卸、再生等活動，再生所產(chǎn)生的物料與新原材料一樣。具體來說，制造商產(chǎn)品經(jīng)由分銷商（配送、分銷/零售）賣給用戶，用戶手中的產(chǎn)品在生命周期結(jié)束后最終變成廢舊產(chǎn)品。廢舊產(chǎn)品或者廢棄處置，或者回收再利用；回收再利用的產(chǎn)品經(jīng)檢查后要么廢棄處置，要么進(jìn)行再生處置并轉(zhuǎn)換成對制造有用的原材料。閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中的廢舊產(chǎn)品最后以兩種不同的方式參與物流活動：其一，像新的原材料一樣用于制造新產(chǎn)品；其二，通過“綠色形象”來影響產(chǎn)品銷售。圖1中的原材料供應(yīng)商、市場需求及環(huán)保立法等形成系統(tǒng)的外部環(huán)境。

由于閉環(huán)供應(yīng)鏈中回收行為的動態(tài)性、復(fù)雜性和多變性以及影響因素的交互性和反饋性等特征，在系統(tǒng)建模與仿真分析過程中，應(yīng)采用能夠捕捉流動瞬時(shí)信息的工具和方法。根椐上述產(chǎn)品回收閉環(huán)供應(yīng)鏈的特點(diǎn)，本文應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)理論及相關(guān)模擬仿真工具Vensim軟件對再生動態(tài)行為進(jìn)行分析。

三、產(chǎn)品回收再生動態(tài)行為模型

系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics，SD）是一種為動態(tài)管理問題建模的仿真技術(shù)，著重于理解物質(zhì)流動、信息流動、管理政策如何實(shí)現(xiàn)互動，而這些組件之間關(guān)系的總體在系統(tǒng)動力學(xué)中被定義為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)的行為模式與特性，但沒有顯示變量之間的關(guān)系，而因果回路圖可以勾畫任何領(lǐng)域的反饋結(jié)構(gòu)，顯示變量之間的因果鏈。

1.產(chǎn)品回收再生系統(tǒng)因果回路圖[2]

因果回路圖充分反映了系統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)，因果回路圖可以迅速表達(dá)關(guān)于系統(tǒng)動態(tài)形成原因的假說，引出并表達(dá)個體或團(tuán)體的心智模型。因果回路圖中包括負(fù)反饋（趨向均衡）和正反饋（強(qiáng)化）回路。在負(fù)反饋回路系統(tǒng)中，擾動后系統(tǒng)尋求平衡、均衡和停滯，追求將系統(tǒng)狀態(tài)帶到目標(biāo)或設(shè)想狀態(tài)。而正反饋回路系統(tǒng)的初始擾動會導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)一步激烈變動，同時(shí)表明系統(tǒng)將從一種不穩(wěn)定狀態(tài)尋求一種新的平衡態(tài)。從圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖出發(fā)，結(jié)合產(chǎn)品回收再生系統(tǒng)特點(diǎn)，從三個方面對回收再生系統(tǒng)因果關(guān)系進(jìn)行分析，即對制造子系統(tǒng)因果關(guān)系、分銷子系統(tǒng)因果關(guān)系、產(chǎn)品回收子系統(tǒng)因果關(guān)系進(jìn)行分析。

（1）制造子系統(tǒng)因果回路（圖2）

在制造子系統(tǒng)中，原材料由外部供應(yīng)商提供。產(chǎn)品制造的快慢由生產(chǎn)率決定，生產(chǎn)率由預(yù)期分銷訂貨率減去物料再生率和庫存調(diào)節(jié)（目標(biāo)庫存減去實(shí)際庫存）共同決定，同時(shí)還受企業(yè)自身生產(chǎn)能力與外部原材料的制約。目標(biāo)庫存根椐預(yù)期分銷訂貨率和庫存持續(xù)時(shí)間的乘積確定，庫存調(diào)節(jié)取決于目標(biāo)庫存和實(shí)際的制造商成品庫存。分銷商訂單未滿足部分形成積壓訂單。

（2）分銷子系統(tǒng)因果回路（圖3）

在分銷（配送、分銷和零售商簡化為一體）子系統(tǒng)中，產(chǎn)品市場份額由產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、價(jià)格、市場形象（如綠色）、市場推廣、消費(fèi)能力等多種內(nèi)外因素決定。隨著市場需求的增加，一方面要求分銷商目標(biāo)庫存量增大，分銷商訂貨率增大；另一方面未能滿足的需求部分使需求積壓量進(jìn)一步增加，同時(shí)促進(jìn)銷售率不斷提升。

庫存調(diào)節(jié)=MAX（（分銷商目標(biāo)庫存-分銷商庫存），0）

（3）回收再生子系統(tǒng)因果回路（圖4）

售后產(chǎn)品在有效生命周期結(jié)束后變成廢舊產(chǎn)品，銷售后產(chǎn)品生命周期的時(shí)間分布取決于具體產(chǎn)品的特性、用戶偏好、技術(shù)進(jìn)步等多種因素。廢舊產(chǎn)品或者棄置處理（本文中按不可控廢棄處理，如填埋、焚燒），或者進(jìn)行回收再利用，重新進(jìn)入正向物流渠道。產(chǎn)品回收從收集/檢測開始，回收率高低受回收能力的約束，它決定了回收的快慢以及回收產(chǎn)品數(shù)量的多少。回收舊產(chǎn)品經(jīng)檢測、篩選后，其中有一部分沒有利用價(jià)值的直接廢棄處置（本文中按不可重復(fù)使用處理），對其余的進(jìn)行再利用（本文中按再生處理）。再生處理后所產(chǎn)生的物料可以像新原材料一樣重新用于生產(chǎn)制造新產(chǎn)品。再生利用率的高低在一定程度上反映了企業(yè)的“綠色形象”，并對產(chǎn)品市場份額、銷售率產(chǎn)生積極影響，同時(shí)再生物料可對原材料起補(bǔ)充作用。

2.產(chǎn)品回收再生系統(tǒng)存量流量圖

因果回路圖強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)，而存量流量圖強(qiáng)調(diào)了其背后的物理結(jié)構(gòu)。存量流量圖通過追蹤物質(zhì)流、信息流，能更加直觀地刻畫系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，明確系統(tǒng)動態(tài)行為的反饋形式和控制規(guī)律。

（1）回收再生系統(tǒng)存量流量圖[3]

存量流量圖由狀態(tài)變量（Level）、速率（Rate）、流（Flow）、延遲、輔助變量（Auxiliary）和常量構(gòu)建而成。

狀態(tài)變量反映物質(zhì)、能量、信息對時(shí)間的積累，是描述系統(tǒng)積累效應(yīng)的變量（用矩形描述），是系統(tǒng)內(nèi)部流的堆積量（如庫存）。

延遲可分為物質(zhì)延遲和信息延遲，延遲存在于產(chǎn)品回收再生的整個過程中，如廢舊產(chǎn)品作為銷售率的物質(zhì)延遲。在系統(tǒng)動力學(xué)模型中，信息延遲輸出的結(jié)果是一種典型平滑積存變量，它是通過指數(shù)平滑技術(shù)進(jìn)行預(yù)測的結(jié)果，圖中用雙跨線箭頭表示信息或物質(zhì)的時(shí)間延遲。

輔助變量和常數(shù)是輔助決策過程的中間量。

在系統(tǒng)動力學(xué)模型中，有兩種獨(dú)立的流，即物質(zhì)流和信息流，用實(shí)線箭頭表示，物質(zhì)流表示系統(tǒng)中流動著的物質(zhì)，信息流是連接狀態(tài)變量和速率變量的信息通道。產(chǎn)品回收再生系統(tǒng)的存量流量圖[4]如圖5所示。

（2）存量流量圖數(shù)學(xué)方程式

存量流量圖是一個數(shù)學(xué)模型的圖形表示，嵌入的數(shù)學(xué)方程可分為兩大類：一類是系統(tǒng)內(nèi)積累方程，通過對流率進(jìn)行時(shí)間積分來確定，另一類是速率方程，作為積累的時(shí)間函數(shù)。

模型中相關(guān)數(shù)學(xué)方程式如下：

四、產(chǎn)品回收再生動態(tài)行為模擬分析

產(chǎn)品回收再生系統(tǒng)模型模擬開始時(shí)，所有積累變量的初始值設(shè)置為零。假設(shè)市場需求遵循標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，市場需求=RANDOM NORMAL（1，1000，100，100，2）。通常情況下市場份額為10%，再生利用率積聚形成“綠色形象”并對產(chǎn)品市場占有率產(chǎn)生積極影響，假設(shè)波動幅度為±3%。這意味著，如果企業(yè)的產(chǎn)品完全回收再生，有可能使企業(yè)產(chǎn)品市場份額提高到13%；相反如果產(chǎn)品回收再生利用率低，有可能使企業(yè)產(chǎn)品市場占有率份額下降到7%，市場份額=0.1+系數(shù)（再生利用率），具體系數(shù)見圖6。

假設(shè)外部原材料供應(yīng)能滿足各種情形下的生產(chǎn)需求，因此文中用一個非常大的數(shù)據(jù)1e+008表示。模擬仿真的其他參數(shù)包括：常數(shù)D1=12，常數(shù)DI=12，回收保存期=2，回收系數(shù)=0.36，回收延遲=48，檢測時(shí)間=1，交貨時(shí)間=1，庫存持續(xù)時(shí)間=12，生產(chǎn)調(diào)整時(shí)間=2，生產(chǎn)能力=10，生產(chǎn)時(shí)間=2，誤差=0.2，需求持續(xù)時(shí)間=1.2，運(yùn)輸時(shí)間=1，再生能力=0.36，再生時(shí)間=1.2，再生延遲=48。

將仿真時(shí)間長度設(shè)置為INITIAL TIME=0，F(xiàn)INAL TIME=300周。

隨著時(shí)間的推移以及廢舊產(chǎn)品回收再生數(shù)量的增加，積淀的“綠色形象”對產(chǎn)品市場產(chǎn)生正面積極影響，市場份額會不斷增大，銷售率也會呈現(xiàn)出一種不斷上升的趨勢，這是一種合情合理的市場行為，模擬仿真結(jié)果（圖7、圖8）驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

五、總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及對環(huán)境保護(hù)關(guān)注程度的日益提高，產(chǎn)品生命周期不斷縮短。對廢舊產(chǎn)品的回收面臨越來越大的壓力，企業(yè)在從事產(chǎn)品回收活動的過程中，不僅要考慮立法要求，還要考慮企業(yè)的實(shí)際情況，因?yàn)樵偕鷮ζ髽I(yè)原材料采購、制造庫存、產(chǎn)品銷售以及企業(yè)形象、利潤等都會產(chǎn)生直接或間接的影響。本文借助系統(tǒng)動力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)工具Vensim對產(chǎn)品回收再生動態(tài)市場行為進(jìn)行模擬仿真數(shù)值分析，對回收再生與產(chǎn)品市場份額、銷售率變化之間的關(guān)系進(jìn)行分析。結(jié)果表明，再生有利于企業(yè)市場份額、銷售率的提高。

此外，該模型還可以對企業(yè)庫存的各種（如成本、存儲量等）變化情形進(jìn)行系統(tǒng)分析，對供應(yīng)鏈系統(tǒng)運(yùn)作效率進(jìn)行分析，為企業(yè)進(jìn)行有效的管理決策、為閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

[1]Patroklos Georgiadis，Efstraios Athanasiou.The Impact of Two-product Joint Lifecycles on Capacity Planning of Remanufacturing Networks[J].European Journal of Operational Research，2010，202：420-433.

[2]、[3]鐘永光，等.系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2010：38-39、57-59、88-89.

[4]D.Vlachosetal.A System DynamicsModelfor Dynamic Capacity Planning of Remanufacturing in Closedloop Supply Chains[J].Computer&Operation Research，2007，34：267-294.

The Dynamic Behavior Analysis of Return Product Recycling

ZHOU San-yuan and HU Gui-yan
(Beijing WuZi University，Beijing101149，China)

With the scientific and technological progress and the increasing attention on environmental protection,the life cycle of product is getting shorter;and product return is facing greater pressure.While engaged in product return,the enterprises should not only consider the requirement of legislation,but also consider the direct and indirect effect of product return on raw material purchasing,manufacturing,storage,selling,enterprise's image and profit.The authors propose a closed-loop supply chain system structure model for product return recycling.Based on this，the dynamic behavior of product recycling is analyzed in detail through causal loop diagram，stocks and flow diagram.Finally，the numerical analysis focus on the relationship between recycling and product market shares and sales rates was studied.It shows that return product recycling will be benefit for the increase of market share and sales rate.

Product return；recycling；system dynamics(SD)；Vensim

F252.24

A

1007－8266（2011）01－0031－05

周三元（1965-），男，江西省豐城市人，北京物資學(xué)院物流學(xué)院副教授，博士后，主要研究方向?yàn)榛厥瘴锪?；胡貴彥（1969-），男，湖北省棗陽市人，北京物資學(xué)院物流學(xué)院教師，日本國京都工藝?yán)w維大學(xué)工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)槲锪飨到y(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。>

陳靜