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长期以来,传统的线性经济系统由于行为主体的缺失导致了经济活动“大量开采、大量生产、大量消费、大量废弃”的现象,自然资源被大量地消耗、生态环境遭到极大破坏。随着资源短缺、环境污染等问题日趋尖锐,保护自然资源和生态环境已经成为世界各国的普遍共识。循环经济作为一种物质闭环、资源循环利用的经济系统,为传统经济增长模式向可持续发展经济模式的转变提供了理想的范式,已经成为人类未来促进经济发展、推动社会进步的必由之路。
在发展循环经济的“4R”战略中,再制造作为一种能将废旧产品恢复到如新品一样性能的工业过程,既是一种节约资源的先进制造又是一种保护环境的绿色制造,已成为发展循环经济的最有效手段。然而,再制造的顺利实施不仅需要以相应的工程技术为基础,还必须要以完善的再制造物流系统作为支撑。从某种意义而言,再制造物流系统是实施再制造的生命线。
由于目前对再制造物流系统的研究主要集中在网络设计、库存控制等宏观层面,而对再制造生产过程的物流研究还十分有限,为此本文试图把再制造物流的研究从宏观层面推向操作层面,通过对再制造物流系统的每个子系统进行深入研究,探讨对每个子系统实现最优管理和控制的方法,从而为再制造企业顺利实施再制造提供必要的理论和技术支撑。本文主要研究内容如下:
(1)综合运用产品市场寿命周期理论、可靠性理论建立了废旧产品回收与新品销售(需求)之间数量、时间的分布关系以及再制造产品需求与新品销售之间数量、时间的分布关系,并以新品销售为桥梁,建立起废旧产品回收与再制造产品需求之间的分布关系。由于废旧产品回收(毛坯供应)与再制造产品需求之间的供需关系构成了再制造生产物流系统的输入、输出限制,因此该问题的研究是后续研究的重要基础。
(2)毛坯拆解数量与拆解时间具有不确定性,毛坯供应与再制造产品需求之间供需关系的不确定是其产生的根源,而拆解作业时间的不确定又加剧了这种不确定性。在分析了毛坯供应与再制造产品需求之间供需关系、拆解作业时间对拆解决策影响的基础上,针对不同的供需关系探讨了求解毛坯最优拆解决策的方法。尤其针对毛坯供应充足的情况,建立了毛坯拆解的混合整数规划模型,并设计了基于松弛思想的启发式算法。算例分析表明,给出的模型和算法可以有效地求解毛坯拆解决策问题,并基于算例分析了拆解作业时间对毛坯拆解决策影响的量化规律。
(3)由于毛坯的质量具有显著的不确定性,其拆解得到的零部件的质量也就具有不确定性,这种不确定性是导致零部件再加工路线与再加工时间不确定的主要原因。由于零部件的再加工时间将对下游再装配物流产生直接影响,为此建立了再加工物流的开环排队网络模型,设计了近似分析算法以求解零部件的平均再加工时间；并以零部件质量的标定方法分析为基础,探讨了零部件质量对其再加工时间影响的量化规律。
(4)新零部件的采购数量与采购时间同样具有不确定性,毛坯供应与再制造产品需求之间供需关系不确定是其产生的根源,而零部件可利用率、再加工时间的不确定又加剧了这种不确定性。以毛坯供应与再制造产品需求之间供需关系、零部件可利用率、再加工时间对新零部件采购决策的影响分析为基础,针对不同的供需关系探讨了求解新零部件最优采购决策的方法。重点针对毛坯供应受限的情况,建立了新零部件采购的随机最优控制模型,并通过将随机最优控制问题转化为马尔科夫决策过程问题给出了相应的最优控制算法。