废旧机电类产品再制造系统生产计划综合优化研究

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随着经济持续快速发展,人们消费水平提高,产品更新换代加快,产生了大量废旧机电类产品。再制造商对这些废旧机电类产品的回收和再制造,不仅可以带来环保效应,同时也能产生巨大的经济效益。近年来,再制造工程作为实现可持续发展的有效途径,在国内外蓬勃发展起来。而再制造系统中存在的诸多不确定性以及拆卸、再制造和重新装配三个子系统的紧密关联性使得传统的生产计划工具难以被直接应用。因而,研究再制造各子系统生产计划实现整个系统的有效协调对提高再制造企业资源利用率、实现企业生产活动的有效管理,推进再制造生产实践,具有重要的理论和应用价值;同时,在碳排放权已经成为企业的一种重要资源和生产要素的现实背景下,研究碳排放政策对再制造决策的影响也具有重要的学术价值和实践意义。  本文综合运用闭环供应链管理理论、概率论、运筹学、分布式鲁棒优化方法,以废旧机电类产品再制造为主线,首先针对生产计划的两个主要参数即生产计划提前期和批量生产计划展开研究,以实现废旧机电类产品在时间上和数量上的有效衔接,然后基于此,深入研究废旧机电类产品再制造系统主生产计划。具体研究内容如下:  首先,基于研究思路和框架,分别从废旧机电类产品再制造系统生产计划提前期、批量生产计划、生产运作层面碳排放相关研究和再制造生产计划研究方法4个方面对国内外研究现状进行了综述;针对废旧机电类产品再制造系统的运作流程、一般特征展开了分析,并总结归纳了再制造系统中存在的各种不确定性以及降低这些不确定性对再制造系统影响的方法,以期为后续研究提供理论依据;  然后,针对由采购件和再制件组成的再制品的生产计划提前期问题进行研究,以实现再制造各子系统在时间上的有效衔接。在只知道零部件再制造时间有限分布信息(即一阶矩、二阶矩)条件下,针对考虑和不考虑再制造率两种情形,以最小化库存持有成本和缺货成本为目标分别建立min-max优化模型,在具有相同一阶矩、二阶矩的分布集合中寻找使得最坏分布下的目标函数值最小的最优再制造生产计划提前期,对企业制定再制造计划、采购计划等具有现实的指导意义;  接着,针对废旧机电类产品再制造系统三个子系统之间的衔接关系,从整体的角度研究各环节批量生产计划优化问题,以实现数量上的协调。首先根据再制造实际,考虑对应其拆卸后不同质量状况的差异再制造成本,设定再制造/拆卸比率构建能反映质量成本的拆卸和再制造总成本模型;然后考虑新零部件采购提前期,利用两阶段利润函数的思想,权衡拆卸成本、再制造成本、采购成本以及库存成本等整个再制造生产过程的成本因素,构建以利润最大化为目标的优化模型,研究需求和再制造率不确定下拆卸、再制造以及重新装配整个再制造系统的综合协调问题;  最后,以独立再制造商为对象,在生产计划提前期和各子系统批量生产计划的基础上,研究废旧机电类产品再制造系统主生产计划优化问题。首先分析无碳排放约束下再制造主生产计划优化问题;然后拓展研究3种不同碳排放政策(即碳限额、碳税和碳权交易)对再制造商生产决策的影响;在只知需求分布有限信息条件下,分别构建max-min模型和REVD模型求解最优再制造数,并根据求解结果分析碳排放政策制定方如何根据碳排放政策对再制造商的影响制定合理、有效的碳排放政策,以推动再制造业的发展;  本论文的创新之处主要体现在以下几个方面:  (1)从整体优化的角度,研究废旧机电类产品再制造系统生产计划提前期综合优化问题和各子系统批量生产计划的协调问题,以实现废旧机电类产品从拆卸子系统、再加工子系统到重新装配子系统在时间上和数量上的有效衔接,从而提高再制造企业的生产效率;  (2)造成制定再制造系统生产计划与调度方案难度的根源在于回收产品质量的不确定性,现有研究大多假设再制造成本相同,不同于现有研究,本文根据再制造成本与拆卸后零部件质量状况成反比的实际情况,设定两者存在一定的函数关系,继而分析进入再加工子系统的临界再制造成本,在此情形下的研究使理论更加符合实际情形,具有现实的指导意义;  (3)研究无碳排放约束和三种不同碳排放政策下废旧机电类产品再制造系统主生产计划,比较不同碳排放政策对再制造决策的影响,为再制造商制定生产决策提供参考,并为碳排放政策制定方制定合理的碳排放政策及设定合适的约束程度或奖惩力度提供理论指导,在研究问题和模型构建上均具有明显创新;  (4)以往文献对于随机变量的处理大多采用概率模拟的方法,假设其服从某一具体分布然后进行模型求解,但实际分布很难得到,当假设的分布与实际不吻合时,将造成极大的误差。本文采用分布式鲁棒优化方法,在只知道随机变量(如:需求、再制造时间等)一阶矩、二阶矩的情况下,在所有可能分布集合中寻求使得最坏分布下的结果最优的决策值,得到的结果具有较好鲁棒性。  
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