劉秀磊,楊玉香
中國(guó)計(jì)量大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,杭州 310018
隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快,資源緊缺、環(huán)境污染等社會(huì)問(wèn)題日益嚴(yán)重,可持續(xù)發(fā)展理念越來(lái)越被各國(guó)所重視。在這樣的背景下,很多企業(yè)開(kāi)始建立閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),通過(guò)構(gòu)建回收加再制造的生產(chǎn)模式,將市場(chǎng)上的廢舊產(chǎn)品變?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源。閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略決策,直接影響產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售、回收以及運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié),合理的閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不僅可以降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本,還可以減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的碳排放量[1],同時(shí),還能夠使企業(yè)更好地履行其社會(huì)責(zé)任,這對(duì)企業(yè)探索可持續(xù)發(fā)展模式有非常重大的意義[2]。
近年來(lái),針對(duì)可持續(xù)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者不再只關(guān)注經(jīng)濟(jì)因素的影響,而是從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙維度視角研究該問(wèn)題[3]。如Yu等[4]構(gòu)建多目標(biāo)模糊-隨機(jī)優(yōu)化模型,探討經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的均衡問(wèn)題;高舉紅等[5]構(gòu)建了雙目標(biāo)優(yōu)化模型,分析了碳補(bǔ)貼政策對(duì)消費(fèi)者需求偏好以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過(guò)程的影響;孫浩等[6]考慮了環(huán)保約束對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的綜合影響;Imen 等[7]探討了消費(fèi)者的環(huán)保意識(shí)對(duì)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本的影響;唐金環(huán)等[8]研究了在低碳、低成本的決策目標(biāo)下,庫(kù)存策略等運(yùn)營(yíng)決策對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響??梢?jiàn),雙目標(biāo)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究成果已經(jīng)非常豐富,但卻鮮有學(xué)者研究經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)效益三維度下的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題,且在少數(shù)涉及到社會(huì)效益維度的研究中,也主要是用顧客滿意度、服務(wù)水平、工人福利等指標(biāo)來(lái)衡量社會(huì)效益目標(biāo)[9],相較于創(chuàng)造更多的就業(yè)崗位,這些指標(biāo)沒(méi)有更好地體現(xiàn)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。Gao等[10]雖然將提供就業(yè)崗位作為決策目標(biāo)之一,但是社會(huì)效益目標(biāo)的取值完全受另外兩個(gè)決策目標(biāo)支配,并未對(duì)決策過(guò)程產(chǎn)生影響。
相較于傳統(tǒng)的正向供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)又涵蓋了舊產(chǎn)品的回收再制造過(guò)程,其設(shè)計(jì)同樣是兩級(jí)決策。在設(shè)施選址決策層面,已有研究證明相較于新建回收設(shè)施,通過(guò)設(shè)施改造構(gòu)建多功能共享設(shè)施可有效降低總成本和總碳排[11];而在運(yùn)營(yíng)決策層面,Sazvar等[12]證明了有效的網(wǎng)絡(luò)柔性設(shè)計(jì)可以顯著提高網(wǎng)絡(luò)彈性,同時(shí),Yu等[4]也驗(yàn)證了當(dāng)市場(chǎng)需求小幅度增長(zhǎng)時(shí),為滿足剛性的需求約束,新建一個(gè)生產(chǎn)廠是非常不明智的行為。然而在現(xiàn)有文獻(xiàn)中,卻鮮有學(xué)者綜合考慮設(shè)施改造和柔性供應(yīng)策略對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的影響。此外,在設(shè)計(jì)閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)時(shí),還面臨很多不確定性因素的干擾,現(xiàn)有的解決方法主要有魯棒優(yōu)化、模糊規(guī)劃、隨機(jī)規(guī)劃等。如董海等[13]就構(gòu)建了魯棒優(yōu)化模型,用多面體不確定集描述不確定因素;李進(jìn)等[14]則針對(duì)很多參數(shù)缺少精確統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的問(wèn)題,構(gòu)建了多目標(biāo)模糊規(guī)劃模型;Li等[15]針對(duì)設(shè)備故障率等因素的隨機(jī)性,建立了兩階段的隨機(jī)規(guī)劃模型;陳勇等[16]還構(gòu)建了區(qū)間機(jī)會(huì)約束下的易逝品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。在以上研究中,均是采用單一方式對(duì)不確定性因素進(jìn)行描述,然而不同參數(shù)具有不同的特性,只有基于相關(guān)參數(shù)的特性選擇相應(yīng)的處理方式,才能構(gòu)建更為穩(wěn)健的閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。
綜上所述,在閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究領(lǐng)域,仍存在以下三方面值得去深入研究:(1)構(gòu)建可行的社會(huì)效益目標(biāo)函數(shù),探討企業(yè)的社會(huì)責(zé)任對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化影響;(2)同時(shí)將設(shè)施改造和柔性供應(yīng)策略的理念融入模型的構(gòu)建過(guò)程;(3)基于不同不確定參數(shù)的區(qū)別,選用相應(yīng)的處理方法?;诖耍疚膶⒔?jīng)濟(jì)成本最小、碳排放量最低、創(chuàng)造就業(yè)崗位最多作為決策目標(biāo),并且將設(shè)施改造、外包等柔性供應(yīng)策略作為決策變量引入模型,建立了多目標(biāo)的多情景-模糊優(yōu)化模型。然后運(yùn)用模糊規(guī)劃和隨機(jī)規(guī)劃兩種方法處理模型中的不確定參數(shù),即考慮不同情境下回收品質(zhì)量水平的隨機(jī)性,并針對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)成本、回收成本等參數(shù)缺少精確統(tǒng)計(jì)值的問(wèn)題,用三角模糊數(shù)的原理將其轉(zhuǎn)化為清晰形式。關(guān)于模型求解,本文根據(jù)不同的分析角度,分別用線性加權(quán)法和NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行求解。最后,通過(guò)算例驗(yàn)證模型的有效性,并給出相應(yīng)的決策建議。
考慮原有的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)由生產(chǎn)商、分銷商和消費(fèi)者群構(gòu)成,現(xiàn)需要在原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,新建生產(chǎn)廠,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,同時(shí)構(gòu)建舊產(chǎn)品的逆向回收系統(tǒng),形成閉環(huán)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。新建生產(chǎn)商的候選位置已知,而如何構(gòu)建回收系統(tǒng)卻面臨著兩個(gè)方案:一是對(duì)現(xiàn)有分銷商進(jìn)行改造,使其具備分銷能力外,還能夠?qū)εf產(chǎn)品進(jìn)行回收處理;二是建設(shè)新的回收中心。如圖1 所示,在正向物流中,生產(chǎn)商負(fù)責(zé)生產(chǎn)產(chǎn)品,然后經(jīng)由分銷商賣給消費(fèi)者;在逆向物流中,回收中心和部分被改造過(guò)的分銷商負(fù)責(zé)回收舊產(chǎn)品,并對(duì)舊產(chǎn)品進(jìn)行分解處理,然后將可用的零部件運(yùn)送至生產(chǎn)商進(jìn)行再制造。在構(gòu)建模型時(shí),還需要考慮設(shè)施改造、柔性供應(yīng)策略(外包、雇用臨時(shí)工或加班等)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的影響,同時(shí)考慮回收品質(zhì)量水平的不確定性,以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中各類成本參數(shù)的模糊性。
圖1 閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Closed-loop supply chain network
為了方便構(gòu)建模型,需做出以下假設(shè):
(1)商品的運(yùn)輸過(guò)程不存在越級(jí)運(yùn)輸?shù)那闆r,均按照供應(yīng)鏈中所規(guī)劃的路徑進(jìn)行;
(2)生產(chǎn)的再制品和新產(chǎn)品性能和售價(jià)都相同;
(3)經(jīng)回收處理后得到的零配件,符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn);
(4)產(chǎn)品與生產(chǎn)原料的生產(chǎn)比例為1∶1;
(5)各候選制造商的生產(chǎn)力有限,分銷商和回收中心的容量有限,以及回收處置中心處理廢舊產(chǎn)品的能力有限。
經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)為總成本最小,如式(1)所示:
總成本又分為七部分,其中:式(2)為固定成本(CF);式(3)為原材料采購(gòu)成本(CR);式(4)為生產(chǎn)成本(CD);式(5)為存儲(chǔ)分銷成本(CH);式(6)為回收成本(CU);式(7)為柔性策略生產(chǎn)成本(CE);式(8)為運(yùn)輸成本(CT)。
環(huán)境可持續(xù)性的目標(biāo)為最小化總碳排放量,如式(9)所示:
其中,式(10)為設(shè)施建設(shè)過(guò)程中的碳排放量(EF);式(11)為生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量(ED);式(12)為回收過(guò)程中的碳排放量(EU);式(13)為運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放量(ET)。
社會(huì)可持續(xù)性的目標(biāo)是創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì),如式(14)。重新設(shè)計(jì)閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)會(huì)提供更多的就業(yè)崗位,這些工作崗位主要來(lái)源于設(shè)施建設(shè)過(guò)程以及廢舊產(chǎn)品的回收過(guò)程。具體計(jì)算公式如下:
其中,式(17)表示現(xiàn)有生產(chǎn)商的流量平衡約束;式(18)描述現(xiàn)有生廠商的生產(chǎn)能力限制約束;式(19)為新建生廠商的流量平衡約束;式(20)表明若未在j點(diǎn)建廠,則該設(shè)施點(diǎn)不能接收任何物資;式(21)為新建生產(chǎn)商的生產(chǎn)能力約束;式(22)表示分銷商的流量平衡約束;式(23)表示市場(chǎng)需求必須被滿足;式(24)表明消費(fèi)市場(chǎng)的回收量不能超過(guò)銷售量;式(25)、(26)分別是對(duì)被改造的分銷商和新建回收中心的回收處置能力的限制約束;式(27)、(28)為回收的廢舊產(chǎn)品可用于再制造的比例約束;式(29)為柔性供應(yīng)策略的限制約束;式(30)、(31)、(32)為建設(shè)生產(chǎn)商和回收中心,以及改造分銷商的數(shù)量約束;式(33)、(34)為決策變量約束。
模型中包括固定建設(shè)成本、生產(chǎn)成本、回收成本等成本參數(shù)均具有模糊性,為將其轉(zhuǎn)化為清晰形式,首先引入三角模糊數(shù)[17]的概念對(duì)這些模糊參數(shù)進(jìn)行定量化處理。設(shè)a=(al,am,ah) 為任意模糊三角數(shù)(如圖2 所示),其中al,am,ah分別為悲觀下界估計(jì)、最可能的取值估計(jì)以及樂(lè)觀上界估計(jì),滿足al≤am≤ah,式(35)為其隸屬度函數(shù)μa(x)[4]。
圖2 任意三角模糊數(shù)a=(al,am,ah)Fig.2 Arbitrary triangular fuzzy numbers a=(al,am,ah)
為了能夠從社會(huì)總成本的角度來(lái)研究供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題,首先,需要用線性加權(quán)法[18]將模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃形式,并且為了統(tǒng)一量綱,又引入了碳稅率(Tax)和平均人工成本(Cp)兩個(gè)參數(shù),然后對(duì)3個(gè)目標(biāo)分別賦予權(quán)重w1、w2、w3,則社會(huì)總成本SC可以表示為式(45):
minSC=w1ψ1+w2(Taxψ2)-w3(Cpψ3) (45)
上述問(wèn)題的約束條件不變。容易看出,該單目標(biāo)規(guī)劃模型自變量的一階導(dǎo)數(shù)均為常數(shù),所以模型是線性的,因此,可以直接調(diào)用MATLAB2019a 中的intlinprog函數(shù)求解該規(guī)劃問(wèn)題。
此外,在多目標(biāo)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題中,不同的目標(biāo)間相互制約,一個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化可能就會(huì)降低其他目標(biāo)的期望值,所以當(dāng)決策者基于不同偏好去做決策時(shí),往往不好直接比較所得結(jié)果的優(yōu)劣。因此,為了更好地權(quán)衡目標(biāo)間的關(guān)系,就需要找到問(wèn)題的Pareto解,Pareto解集可以更好地呈現(xiàn)出目標(biāo)間的沖突,便于后面進(jìn)行多目標(biāo)的權(quán)衡性分析。NSGA-Ⅱ算法是一種基于遺傳算法求Pareto 解集的進(jìn)化算法,常用于求解多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。相較于傳統(tǒng)的NSGA算法,NSGA-Ⅱ提出了快速非支配排序法,降低了算法的復(fù)雜程度;并提出了擁擠度比較算子,有效保持了群體的多樣性,同時(shí)給出了精英策略,在求Pareto 前沿的過(guò)程中擴(kuò)大了采樣空間[19]。NSGA-Ⅱ算法的主流程步驟如下[20]:
(1)編碼及初始化種群
首先,本文研究的是供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題,為了將備選方案的具體信息映射到基因編碼中,需要采用兩段式實(shí)數(shù)編碼的方式構(gòu)建染色體,兩段碼串分別表示設(shè)施選址以及設(shè)施點(diǎn)間的物料配置。染色體結(jié)構(gòu)X如式(46)所示:
式中的xi表示第i個(gè)設(shè)施選址變量,xj表示第j個(gè)物料運(yùn)輸變量,且取值均為整數(shù)。如對(duì)包含2個(gè)供應(yīng)商、1個(gè)分銷商以及1 個(gè)零售市場(chǎng)的三級(jí)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化,需要對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行選擇并配置設(shè)施點(diǎn)間的物料。假設(shè)X=( 0 1|0 100 50 ),就表示選擇第2個(gè)供應(yīng)商為分銷商供貨100件,且從分銷商運(yùn)送至零售市場(chǎng)50件?;谝陨戏椒ㄟM(jìn)行編碼并初始化種群,種群規(guī)模為200。
(2)非支配排序法
對(duì)本文建立的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題,首先確定成本最小和碳排最小的目標(biāo)分量f1(x)=ψ1,f2(x)=ψ2,并且為了方便計(jì)算,需要將3 個(gè)目標(biāo)統(tǒng)一為求解最小值,所以社會(huì)效益最大的目標(biāo)分量需要取相反數(shù),即f3(x)=-ψ3。若?i∈{1,2,3} ,都滿足fi(xa)≤fi(xb),則可以稱個(gè)體a支配個(gè)體b。如果在整個(gè)種群中,不存在能夠支配a的其他個(gè)體,則稱個(gè)體a為非支配個(gè)體。從初始種群開(kāi)始,逐級(jí)篩選非支配個(gè)體,并根據(jù)級(jí)別給定不同的標(biāo)簽,直至所有個(gè)體都得到一個(gè)等級(jí)標(biāo)簽,等級(jí)越小的個(gè)體越優(yōu)。
(3)擁擠度比較算子
(4)精英保留策略
將迭代后的子種群和父代種群融合為新的種群,然后根據(jù)非支配排序法進(jìn)行分級(jí),按照由低等級(jí)到高等級(jí)的順序,選出部分個(gè)體作為子代,同等級(jí)的個(gè)體則根據(jù)擁擠度大小進(jìn)行篩選,直至選出的個(gè)體數(shù)目達(dá)到規(guī)定的子代種群規(guī)模。
(5)交叉與變異
本文采用的是隨機(jī)單點(diǎn)交叉,對(duì)于兩個(gè)父代個(gè)體,隨機(jī)選擇兩個(gè)子串X1、X2進(jìn)行交叉。首先,隨機(jī)確定一個(gè)交叉點(diǎn),并生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)s,s∈{0,1},當(dāng)s為0時(shí),對(duì)交叉點(diǎn)后面部分進(jìn)行交叉,否則對(duì)前面部分進(jìn)行交叉,交叉概率經(jīng)過(guò)試驗(yàn)設(shè)置為0.75。
在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,設(shè)施點(diǎn)間的供應(yīng)關(guān)系是具有連續(xù)性的,因此,為了防止高變異率使得最優(yōu)解被破壞,將變異概率設(shè)置為0.05。
現(xiàn)以某家電企業(yè)為案例背景進(jìn)行算例分析,并考慮3種設(shè)施選址規(guī)模,分別為算例Ⅰ(1×2×2×3×2)、算例Ⅱ(1×3×3×4×3)、算例Ⅲ(2×4×4×6×4)。關(guān)于參數(shù)賦值,回收的舊產(chǎn)品的質(zhì)量水平是不確定的,因此在進(jìn)行閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí),需要考慮多種情景,表1給出了不同情境下的相關(guān)參數(shù)值。此外,參考高舉紅等[5]及李進(jìn)[21-22]的數(shù)值算例,并結(jié)合同類型企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù),以及不同算例間生產(chǎn)規(guī)模的差異,確定了相關(guān)成本參數(shù)的三角模糊數(shù)值,以及設(shè)施容量和單周期內(nèi)的市場(chǎng)需求量;同時(shí),參考李進(jìn)[21-22]采用ECO-it1.4軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)估算各環(huán)節(jié)碳排放量的方式[22-23],對(duì)所需的各項(xiàng)碳排放系數(shù)進(jìn)行估值;最后,通過(guò)參考同類型企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和工人數(shù)量,估算設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)所提供的崗位數(shù)量。取值如表2所示。
表1 不同情境下的參數(shù)設(shè)定Table 1 Parameters setting in different situations
表2 參數(shù)取值Table 2 Parameters value
為了研究目標(biāo)權(quán)重的變化對(duì)社會(huì)總成本SC的影響,對(duì)目標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了靈敏度分析。首先,賦予經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的權(quán)重w1,w1∈{ }0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8 ,然后基于w1的數(shù)值,賦予社會(huì)效益目標(biāo)的權(quán)重w3,例如,當(dāng)w1=0.3 時(shí),w3∈{ }0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7 ,最后賦予環(huán)境目標(biāo)的權(quán)重w2=1-w1-w3,并將其他參數(shù)經(jīng)處理后代入模型,求解結(jié)果如圖3所示。
如圖3 所示,3 個(gè)算例中的社會(huì)總成本隨權(quán)重變化的波動(dòng)趨勢(shì)是一致的,因此,以算例Ⅱ?yàn)榇?,進(jìn)行具體的權(quán)重靈敏度分析,如圖3 所示,可以看出社會(huì)總成本變化具有以下4 個(gè)特征:(1)在給定經(jīng)濟(jì)成本權(quán)重w1時(shí),隨著社會(huì)效益權(quán)重w3的增大,社會(huì)總成本SC 呈現(xiàn)出先遞減后遞增的趨勢(shì),如圖3(a),當(dāng)w1=0.3 時(shí),隨著w3的增大,社會(huì)總成本SC由134.38先降至132.13后增加至266.68;(2)隨著w1的增加,為了使社會(huì)總成本SC取得最小值,所允許的社會(huì)效益最大權(quán)重w3是逐步降低的,由0.4(w1=0.3)降低到了0.1(w1=0.8),w3如果大于這個(gè)界限值,SC 將會(huì)大幅度增加;(3)如果不考慮碳排放量,即w2=0 時(shí),不管w1、w3取值如何變化,社會(huì)總成本SC 均取得各情景下的最大值,如圖3(b),當(dāng)w1=0.4、w3=0.6 時(shí),社會(huì)總成本取得該情境下的最大值260.15;(4)隨著w1的增加,每個(gè)情景所對(duì)應(yīng)的最大社會(huì)總成本逐步降低,w1>0.6 后,SC 最大取值穩(wěn)定在177.92。算例Ⅰ、算例Ⅲ的求解結(jié)果同樣具有以上4 個(gè)特征,基于上述分析,可以得到以下結(jié)論:
圖3 社會(huì)總成本與權(quán)重設(shè)置的關(guān)系Fig.3 Relation between total social cost and weight setting
(1)對(duì)于3 個(gè)目標(biāo)的權(quán)重,使任何一個(gè)等于0,都會(huì)使得社會(huì)總成本SC 增大,所以在進(jìn)行閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時(shí),系統(tǒng)考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會(huì)效益的影響會(huì)顯著降低社會(huì)總成本。
(2)經(jīng)濟(jì)成本目標(biāo)的權(quán)重不應(yīng)該小于0.6,這是為了降低成本過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn),將每種情景所對(duì)應(yīng)的最大社會(huì)總成本控制在一定范圍;同時(shí),為了獲得最低的社會(huì)總成本,社會(huì)效益目標(biāo)權(quán)重不應(yīng)該大于0.4。
為了研究多目標(biāo)情景優(yōu)化模型的穩(wěn)健性,本文分析了需求擾動(dòng)水平對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響?;诰€性加權(quán)的處理方法,分別設(shè)置w1=0.6,w2=0.2,w3=0.2,然后求出總需求在不同波動(dòng)水平下的優(yōu)化結(jié)果,社會(huì)總成本變化見(jiàn)圖4,選址結(jié)果見(jiàn)表3。如圖4所示,對(duì)于3種不同規(guī)模的算例,均存在一個(gè)市場(chǎng)需求波動(dòng)區(qū)間,使得該區(qū)間內(nèi)社會(huì)總成本SC 的波動(dòng)幅度相對(duì)較小;當(dāng)需求變化超出了該區(qū)間,社會(huì)總成本的波動(dòng)幅度顯著增大,而造成這一現(xiàn)象的主要原因是設(shè)施選址結(jié)果的差異。以算例Ⅰ的選址結(jié)果為例,如表3所示,市場(chǎng)總需求在65 000至70 000 波動(dòng)時(shí),選址結(jié)果是相同的,所以該階段的社會(huì)總成本SC 的波動(dòng)幅度最??;即便當(dāng)市場(chǎng)需求超出了該區(qū)間范圍,如65 000至80 000,新建生產(chǎn)商(J)的選址結(jié)果仍然相對(duì)穩(wěn)定,此時(shí),如圖4(a)所示,雖然社會(huì)總成本的波動(dòng)幅度也會(huì)變大,但主要是源于回收設(shè)施(M、R)選址的變化;只有當(dāng)需求波動(dòng)過(guò)大,如小于60 000時(shí),新建生產(chǎn)商(J)的選址結(jié)果才會(huì)發(fā)生變化。以上分析也同樣適用于其余2個(gè)算例的優(yōu)化結(jié)果,這也證明了在構(gòu)建模型時(shí),考慮不同參數(shù)的不確定性和柔性供應(yīng)策略的影響,可以獲得比較穩(wěn)健的閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化結(jié)果。
圖4 不同市場(chǎng)需求下的社會(huì)總成本Fig.4 Total social cost under different market demands
表3 不同需求下的選址結(jié)果Table 3 Location selection results under different demands
在建設(shè)逆向回收系統(tǒng)時(shí),本文選擇了設(shè)施改造和新建設(shè)施并舉的構(gòu)建模式,為分析該模式的優(yōu)劣性,運(yùn)用線性加權(quán)法處理多目標(biāo)函數(shù),首先設(shè)置w1=0.6,w2=0.2,w3=0.2,然后求出在不同的市場(chǎng)需求下,有無(wú)設(shè)施改造兩種模式下的優(yōu)化結(jié)果,見(jiàn)表4。在無(wú)設(shè)施改造的模式下,不對(duì)分銷商進(jìn)行改造,所以只有新建的回收中心具有回收職能。如表4所示,相較于重新構(gòu)建回收設(shè)施,采取設(shè)施改造和新建設(shè)施并舉的模式,可以顯著降低社會(huì)總成本。
表4 設(shè)施改造前后的社會(huì)總成本對(duì)比Table 4 Comparison of total social costs before and after facility renovation
為了研究柔性供應(yīng)策略對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的影響,基于線性加權(quán)法,分別求出不同的市場(chǎng)需求下,考慮柔性供應(yīng)策略與不考慮柔性供應(yīng)策略兩種情景下的優(yōu)化結(jié)果。如圖5所示,對(duì)于3種不同規(guī)模的算例,考慮外包等柔性供應(yīng)策略的影響,均可以顯著降低社會(huì)總成本?;谒憷虻倪x址結(jié)果,可以判斷社會(huì)總成本的差異主要源于設(shè)施選址的差異,如表5所示。特別是當(dāng)市場(chǎng)需求大于85 000 時(shí),兩種情境下的生廠商(J)選址結(jié)果差別尤為顯著。這也符合現(xiàn)實(shí)情境,當(dāng)市場(chǎng)總需求在某個(gè)區(qū)間內(nèi)小幅度變動(dòng)時(shí),相較于擴(kuò)建生產(chǎn)設(shè)施來(lái)增加產(chǎn)能,采用外包等策略來(lái)彌補(bǔ)產(chǎn)能的不足是更好的應(yīng)對(duì)方法,這也說(shuō)明了在構(gòu)建閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)模型時(shí),考慮柔性供應(yīng)策略的影響是非常必要的。
圖5 采用柔性供應(yīng)策略對(duì)社會(huì)總成本的影響Fig.5 Influence of adopting flexible supply strategy on total social cost
表5 算例Ⅱ采取柔性供應(yīng)策略前后的選址結(jié)果Table 5 Site selection results before and after adopting flexible supply strategy of example Ⅱ
為了進(jìn)一步對(duì)3個(gè)目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡性分析,本文運(yùn)用NSGA-Ⅱ算法求出了3 種閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下的Pareto 解集,結(jié)果如圖6 所示。由圖6 可以看出,3 個(gè)算例所得Pareto解分布的相對(duì)位置相似,說(shuō)明目標(biāo)函數(shù)間的相對(duì)關(guān)系并不受算例規(guī)模的影響。
圖6 Pareto解集前沿分布圖Fig.6 Front distribution diagram of Pareto solution set
為了更直觀地呈現(xiàn)各個(gè)目標(biāo)間的關(guān)系,以算例Ⅱ?yàn)槔治?,將所得Pareto 解進(jìn)行分解處理,結(jié)果如圖7 所示。由圖7所示,碳排放量和經(jīng)濟(jì)成本間存在正相關(guān)關(guān)系;社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)成本同樣呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,并且在某個(gè)界限值后,斜率發(fā)生了變化,這種相關(guān)趨勢(shì)同樣適用于社會(huì)效益與碳排放量。通過(guò)對(duì)以上幾點(diǎn)進(jìn)行剖析,可以得到3個(gè)結(jié)論:(1)經(jīng)濟(jì)成本與碳排放量是同步變化的;(2)社會(huì)效益目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)成本、碳排放量這兩個(gè)目標(biāo)均存在沖突;(3)加大成本投入,可以有效提高社會(huì)效益,但是當(dāng)成本投入超過(guò)某個(gè)點(diǎn),這種效用就會(huì)下降,此時(shí),為了實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益同等幅度的增長(zhǎng),就需要付出更大的經(jīng)濟(jì)與環(huán)保上的代價(jià)。
圖7 3個(gè)目標(biāo)間的關(guān)系圖Fig.7 Diagram of relationship between three objectives
本文針對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題,構(gòu)建了可持續(xù)的多目標(biāo)多情景-模糊優(yōu)化模型,同時(shí)考慮了經(jīng)濟(jì)成本、碳排放量、社會(huì)效益3 個(gè)目標(biāo),并考慮了回收產(chǎn)品質(zhì)量水平的不確定性以及各類成本參數(shù)的模糊性。最后,分別用線性加權(quán)法和NSGA-Ⅱ算法對(duì)多目標(biāo)模型進(jìn)行了求解,所得結(jié)論如下。
(1)在設(shè)計(jì)閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)時(shí),綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及社會(huì)責(zé)任的影響,可以顯著降低社會(huì)總成本,而且為了使得社會(huì)總成本最低,應(yīng)該仍以經(jīng)濟(jì)目標(biāo)為主,然后給予環(huán)境目標(biāo)和社會(huì)效益目標(biāo)足夠的重視。
(2)在運(yùn)營(yíng)決策層面考慮柔性供應(yīng)策略以及參數(shù)的不確定性,可以使構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型更為穩(wěn)健。并且通過(guò)模型對(duì)比,證明了采用設(shè)施改造和柔性供應(yīng)策略的方案均可以顯著降低社會(huì)總成本。
(3)通過(guò)對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡性分析,討論了各個(gè)目標(biāo)間的沖突,發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)成本與碳排放量是同步變化的,兩個(gè)目標(biāo)間存在正向相關(guān)關(guān)系,而社會(huì)效益目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)、環(huán)保目標(biāo)是沖突的,所以為了提升社會(huì)效益,就需要加大另外兩方面的投入。值得注意的是,隨著投入超過(guò)某個(gè)界限值,這種投入的回報(bào)效用就會(huì)降低。
本文是在單周期的背景下進(jìn)行閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究的,在未來(lái),可以考慮在多周期的運(yùn)營(yíng)背景下進(jìn)行研究,并且進(jìn)一步優(yōu)化社會(huì)效益的衡量指標(biāo)體系。
計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用2022年19期