产品回收再生动态行为分析

周三元，胡贵彦

（北京物资学院物流学院，北京市 101149）

产品回收再生动态行为分析

周三元，胡贵彦

（北京物资学院物流学院，北京市 101149）

随着科技进步以及对环境保护的日益关注，产品生命周期不断缩短，废旧产品回收面临越来越大的压力。企业在从事产品回收活动的过程中不仅要考虑立法要求，还要从企业实际出发，综合考虑再生对企业原材料采购、制造库存、产品销售及企业形象、利润等所产生的直接或间接影响。文章建立产品回收再生闭环供应链系统结构模型，通过因果回路图、存量流量图对产品回收再生动态行为进行分析，并借助系统动力学仿真实验工具Vensim软件对产品回收再生动态市场行为，特别是回收再生利用与产品市场份额、销售率之间的相互关系进行数值分析。研究结果表明，再生有利于企业市场份额、销售率的提高。

产品回收；再生；系统动力学（SD）；Vensim软件

一、引言

近年来，产品回收问题引起了广泛关注。产品回收研究涉及诸多领域，如产品回收渠道、回收活动网络、回收设施布局、回收活动利润、回收能力规划等。产品回收研究要考虑多种因素，如产品回收时间、地点和回收数量，物流需求预测，设施成本，运输成本，回收处理技术，企业核心竞争力，企业当前或长远经济利润，产品回收成本等。此外，还要考虑具体外部因素的影响，如环保意识、义务和立法规定的处罚等。

本文研究产品回收再生是从闭环供应链角度出发，首先对单一产品的物流活动进行分析，并在此基础上通过产品回收再生系统模型的因果回路图、存量流量图对回收再生动态行为进行分析，最后利用模拟仿真工具Vensim软件（一种系统动力学建模与模拟软件）对回收再生的市场效应进行数值分析。

二、产品回收再生闭环系统结构

在图1所示的闭环供应链系统中，正向物流活动包括向供应商采购原材料、产品生产制造、配送/分销到最终用户；产品回收逆向物流活动包括废旧产品回收/收集、检测/分类、处理（直接再利用、回收、维修、再制造、再生）、重新分配。回收物流活动涉及产品、部件、物料，它们有可能从不同的节点重新进入正向供应链。

文中的闭环供应链只考虑单一产品（如打印机、手机等），参与正向物流活动的主体包括生产商和分销商。回收物流只考虑再生利用，产品回收活动涉及回收、检测及拆卸、再生等活动，再生所产生的物料与新原材料一样。具体来说，制造商产品经由分销商（配送、分销/零售）卖给用户，用户手中的产品在生命周期结束后最终变成废旧产品。废旧产品或者废弃处置，或者回收再利用；回收再利用的产品经检查后要么废弃处置，要么进行再生处置并转换成对制造有用的原材料。闭环供应链系统中的废旧产品最后以两种不同的方式参与物流活动：其一，像新的原材料一样用于制造新产品；其二，通过“绿色形象”来影响产品销售。图1中的原材料供应商、市场需求及环保立法等形成系统的外部环境。

由于闭环供应链中回收行为的动态性、复杂性和多变性以及影响因素的交互性和反馈性等特征，在系统建模与仿真分析过程中，应采用能够捕捉流动瞬时信息的工具和方法。根椐上述产品回收闭环供应链的特点，本文应用系统动力学理论及相关模拟仿真工具Vensim软件对再生动态行为进行分析。

三、产品回收再生动态行为模型

系统动力学（System Dynamics，SD）是一种为动态管理问题建模的仿真技术，着重于理解物质流动、信息流动、管理政策如何实现互动，而这些组件之间关系的总体在系统动力学中被定义为系统结构，系统结构决定了系统的行为模式与特性，但没有显示变量之间的关系，而因果回路图可以勾画任何领域的反馈结构，显示变量之间的因果链。

1.产品回收再生系统因果回路图[2]

因果回路图充分反映了系统的反馈结构，因果回路图可以迅速表达关于系统动态形成原因的假说，引出并表达个体或团体的心智模型。因果回路图中包括负反馈（趋向均衡）和正反馈（强化）回路。在负反馈回路系统中，扰动后系统寻求平衡、均衡和停滞，追求将系统状态带到目标或设想状态。而正反馈回路系统的初始扰动会导致系统进一步激烈变动，同时表明系统将从一种不稳定状态寻求一种新的平衡态。从图1所示的系统结构图出发，结合产品回收再生系统特点，从三个方面对回收再生系统因果关系进行分析，即对制造子系统因果关系、分销子系统因果关系、产品回收子系统因果关系进行分析。

（1）制造子系统因果回路（图2）

在制造子系统中，原材料由外部供应商提供。产品制造的快慢由生产率决定，生产率由预期分销订货率减去物料再生率和库存调节（目标库存减去实际库存）共同决定，同时还受企业自身生产能力与外部原材料的制约。目标库存根椐预期分销订货率和库存持续时间的乘积确定，库存调节取决于目标库存和实际的制造商成品库存。分销商订单未满足部分形成积压订单。

（2）分销子系统因果回路（图3）

在分销（配送、分销和零售商简化为一体）子系统中，产品市场份额由产品的质量、性能、价格、市场形象（如绿色）、市场推广、消费能力等多种内外因素决定。随着市场需求的增加，一方面要求分销商目标库存量增大，分销商订货率增大；另一方面未能满足的需求部分使需求积压量进一步增加，同时促进销售率不断提升。

库存调节=MAX（（分销商目标库存-分销商库存），0）

（3）回收再生子系统因果回路（图4）

售后产品在有效生命周期结束后变成废旧产品，销售后产品生命周期的时间分布取决于具体产品的特性、用户偏好、技术进步等多种因素。废旧产品或者弃置处理（本文中按不可控废弃处理，如填埋、焚烧），或者进行回收再利用，重新进入正向物流渠道。产品回收从收集/检测开始，回收率高低受回收能力的约束，它决定了回收的快慢以及回收产品数量的多少。回收旧产品经检测、筛选后，其中有一部分没有利用价值的直接废弃处置（本文中按不可重复使用处理），对其余的进行再利用（本文中按再生处理）。再生处理后所产生的物料可以像新原材料一样重新用于生产制造新产品。再生利用率的高低在一定程度上反映了企业的“绿色形象”，并对产品市场份额、销售率产生积极影响，同时再生物料可对原材料起补充作用。

2.产品回收再生系统存量流量图

因果回路图强调了系统的反馈结构，而存量流量图强调了其背后的物理结构。存量流量图通过追踪物质流、信息流，能更加直观地刻画系统之间的逻辑关系，明确系统动态行为的反馈形式和控制规律。

（1）回收再生系统存量流量图[3]

存量流量图由状态变量（Level）、速率（Rate）、流（Flow）、延迟、辅助变量（Auxiliary）和常量构建而成。

状态变量反映物质、能量、信息对时间的积累，是描述系统积累效应的变量（用矩形描述），是系统内部流的堆积量（如库存）。

延迟可分为物质延迟和信息延迟，延迟存在于产品回收再生的整个过程中，如废旧产品作为销售率的物质延迟。在系统动力学模型中，信息延迟输出的结果是一种典型平滑积存变量，它是通过指数平滑技术进行预测的结果，图中用双跨线箭头表示信息或物质的时间延迟。

辅助变量和常数是辅助决策过程的中间量。

在系统动力学模型中，有两种独立的流，即物质流和信息流，用实线箭头表示，物质流表示系统中流动着的物质，信息流是连接状态变量和速率变量的信息通道。产品回收再生系统的存量流量图[4]如图5所示。

（2）存量流量图数学方程式

存量流量图是一个数学模型的图形表示，嵌入的数学方程可分为两大类：一类是系统内积累方程，通过对流率进行时间积分来确定，另一类是速率方程，作为积累的时间函数。

模型中相关数学方程式如下：

四、产品回收再生动态行为模拟分析

产品回收再生系统模型模拟开始时，所有积累变量的初始值设置为零。假设市场需求遵循标准正态分布，市场需求=RANDOM NORMAL（1，1000，100，100，2）。通常情况下市场份额为10%，再生利用率积聚形成“绿色形象”并对产品市场占有率产生积极影响，假设波动幅度为±3%。这意味着，如果企业的产品完全回收再生，有可能使企业产品市场份额提高到13%；相反如果产品回收再生利用率低，有可能使企业产品市场占有率份额下降到7%，市场份额=0.1+系数（再生利用率），具体系数见图6。

假设外部原材料供应能满足各种情形下的生产需求，因此文中用一个非常大的数据1e+008表示。模拟仿真的其他参数包括：常数D1=12，常数DI=12，回收保存期=2，回收系数=0.36，回收延迟=48，检测时间=1，交货时间=1，库存持续时间=12，生产调整时间=2，生产能力=10，生产时间=2，误差=0.2，需求持续时间=1.2，运输时间=1，再生能力=0.36，再生时间=1.2，再生延迟=48。

将仿真时间长度设置为INITIAL TIME=0，FINAL TIME=300周。

随着时间的推移以及废旧产品回收再生数量的增加，积淀的“绿色形象”对产品市场产生正面积极影响，市场份额会不断增大，销售率也会呈现出一种不断上升的趋势，这是一种合情合理的市场行为，模拟仿真结果（图7、图8）验证了这一点。

五、总结

随着科学技术的不断进步以及对环境保护关注程度的日益提高，产品生命周期不断缩短。对废旧产品的回收面临越来越大的压力，企业在从事产品回收活动的过程中，不仅要考虑立法要求，还要考虑企业的实际情况，因为再生对企业原材料采购、制造库存、产品销售以及企业形象、利润等都会产生直接或间接的影响。本文借助系统动力学仿真实验工具Vensim对产品回收再生动态市场行为进行模拟仿真数值分析，对回收再生与产品市场份额、销售率变化之间的关系进行分析。结果表明，再生有利于企业市场份额、销售率的提高。

此外，该模型还可以对企业库存的各种（如成本、存储量等）变化情形进行系统分析，对供应链系统运作效率进行分析，为企业进行有效的管理决策、为闭环供应链系统设计提供科学的理论依据。

[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]钟永光，等.系统动力学[M].北京：科学出版社，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，江西省丰城市人，北京物资学院物流学院副教授，博士后，主要研究方向为回收物流；胡贵彦（1969-），男，湖北省枣阳市人，北京物资学院物流学院教师，日本国京都工艺纤维大学工学博士，主要研究方向为物流系统的设计及优化。>

陈静