废旧产品再制造系统低碳运营管理决策优化

第一篇 理论基础篇
　　第1章 废旧产品再制造系统概述
　　相对于一般制造系统，废旧产品再制造系统的显著特征在于存在诸多不确定因素。本章先阐述废旧产品再制造的概念、内涵和特征，然后从再制品的源头到再制品的终端需求，分析废旧产品再制造系统中存在的不确定性，以及其对废旧产品再制造系统运营管理决策的影响，并提出降低负面影响的措施，进而为后续对不确定性的处理提供依据。
　　1.1 再制造概述
　　1.1.1 再制造的概念
　　20世纪80年代以来，由于再制造具有环保性和经济性等特点，越来越受到学术界和企业界的广泛关注。相对于一般制造而言，迄今为止，再制造还没有一个统一的定义。
　　美国再制造研究先驱Lund和Mundial（1984）*早对再制造（Remanufacturing）进行了定义，他们认为“再制造是指将废旧产品进行恢复与处理的过程，*终使其达到可用和经济的状态，它包括对废旧产品的拆卸、清洗、维修、重新装配及调试等全过程”；Guide等（1997）将再制造定义为一个能使废旧产品恢复到与原产品功能和寿命完全一样状态的过程；德国再制造工程中心将再制造定义为，以废旧产品为毛坯，采用特殊的工艺和专门的技术对拆解后的零部件进行一次全新的制造，且通过该过程制造出来的产品无论在质量上还是性能上都不低于原新品（Steinhilper，1998）；Kerr和Ryan（2001）认为再制造是指将废旧产品加工处理成与原产品同质的再循环过程。2009年，英国标准“Design for Manufacture，Assembly，Disassembly and End-of-Life Processing（MADE）. Part 2：Terms and Definitions”对再制造的定义如下：通过加工处理将使用过的废旧产品至少恢复到原产品性能，并确保其性能不亚于新产品的过程（Return a used product to at least its original performance with a warranty that is equivalent or better than that of the newly manufactured product）。
　　我国再制造研究先驱徐滨士等（2000）将再制造工程简称为再制造，并指出，产品生命周期理论是再制造研究的理论基础，其研究对象为废旧产品的报废或恢复处理等环节，研究内容则为研发新的再制造技术以修复废旧产品性能，目的是保障废旧产品生命周期终端的高性能及低投入使用。2007 年，徐滨士（2007）进一步给出了再制造的详细定义，即“再制造是指以产品全生命周期理论为指导思想，以恢复废旧产品性能为*终目标，以节能环保、优质、高效为行动准则，以先进高新技术和产业化、规模化生产为手段，对回收回来的废旧产品进行性能修复和价值恢复所采取的一系列技术措施或工程活动过程的总称”。
　　由以上定义可以看出，“和新品一样”是再制造定义中的关键措辞。若站在生产厂商的角度来看，再制造的定义*先表明了再制造商生产运营的根本目的，其次提出了对再制品的要求及再制造商对履行这种要求的能力。再制造毛坯可能存在诸多缺陷，但再制造商必须再制造出符合“和新品一样”的标准的再制品；若从顾客（客户）的角度来看，“和新品一样”则代表了顾客（客户）对再制品的期望，即无论是在性能上还是在外观上，再制品必须达到或优于同类新品的规格。
　　1.1.2 再制造的内涵
　　再制造的本质是一种修复，它包含物理和化学过程，但与维修和再循环存在着很大区别。与维修的差异体现在各自的目的上，如维修通常发生在产品使用阶段，它的目的是保持企业正常运转而采取的相关措施，而再制造是指将回收回来的废旧产品进行拆卸，并对拆卸得到的零部件进行分类检测，运用高新技术对具有剩余价值的零部件进行修复和升级，使得到的再制品无论是在质量上还是在性能上都能达到甚至超出原产品的质量和性能。再制造与再循环的不同主要体现在工艺过程上，再循环是指在对回收产品进行拆解、粉碎、分离乃至燃烧等操作后，只回收利用部分材料与能量的过程，在这个过程中，原产品的形状和性能不但被破坏，而且*次制造时的产品的附加值已不复存在，在此过程中需要消耗大量的新能量，并会产生大量的废水、废气等环境污染物（徐滨士等，2000），而废旧机电类产品的再制造工艺流程类似于但又有别于大修，相较于大修，两者在效果上存在较大区别，再制造效果主要体现在以下四个方面（朱胜和姚巨坤，2009）：①具备规模化、批量化及专业化等生产过程；②需要先进的再制造技术和现代生产管理手段，如表面工程技术、寿命评估技术等；③包括对原产品的技术升级；④得到的再制品性能达到甚至超过新品。
　　由此，通过以上分析，可将再制造内涵总结如下：①再制造是在统筹考虑产品全生命周期和充分利用回收产品零部件的基础上，运用相关技术得到不亚于新品性能的再制品，在这个过程中可以实现减少环境污染的功能；②对落后的被淘汰产品实施再制造，不仅可以提升其产品性能，还可以延长其生命周期；③对废旧产品零部件实施再制造，可以扩大它的应用范围。然而，并非所有的废旧产品都适合进行再制造，Lund（1996）认为只有满足以下六个条件的废旧产品才适合进行再制造：①具备持久、耐用等特性，即在产品生命周期内，无论是在正常使用还是在维修状况下，都具有良好的耐用、耐磨性及抗环境分解能力，同时不额外消耗资源，可以持续满足顾客（用户）的需求；②产品功能的非完整性，即回收产品只是丧失部分功能，且仅为表面损伤，而内部材质功能保持完好；③具备可替换的和能实施标准化批量生产等功能的产品；④具备较高剩余价值，即使得再制造的经济效益得到保证；⑤为保证再制造的可行性，需具备成熟稳定的制造技术；⑥为保证再制造的终端消费，顾客（用户）对再制品具有一定的认同性。此外，Lund（1996）还分析了进行再制造可能存在的风险：①顾客对再制品的认可度不高将直接影响再制品的销量；②高质量废旧产品的匮乏及较高的价格会严重限制再制造的规模；③基于竞争或技术保护，OEM极有可能从技术或法律层面（如加快产品更新换代的速度或提高新旧产品间零部件的不兼容性）提高再制造商进入门槛。
　　1.1.3 再制造的特征
　　由于自身的特殊性，不同于一般制造系统的生产方式，再制造具有以下七项主要特征（陈翔宇和梁工谦，2006）。
　　（1）制造对象不同。再制造通常主要以回收产品、废旧零部件或毛坯为对象，通过采取各种不同技术与措施对这些废旧产品进行修复。
　　（2）产品流程不同。一般来说，再制造由“拆卸、再加工和重新装配”等“三大工序”组成，或如图1-1所示，由包括产品完全拆卸和分解、分解后的零部件清洗、零部件详细检测和分类、零部件修复和更换、产品再装配、*终测试六道分解工序组成。
　　图1-1 再制造六工序示意图
　　（3）物流管理不同。再制造的对象为回收回来的废旧产品，从这个角度来说，再制造物流过程属于逆向物流过程。由于在再制造过程中，有时也需要从外部采购新的零部件，从而也包含了正向物流，又因为再制造过程的随机性，其物流管理相比一般制造过程更具复杂性。
　　（4）生产技术不同。相对于一般制造系统，再制造对象通常是那些在尺寸、性能等方面存在不同程度损耗的废旧零部件，因此需要借助于“加法技术”“恢复技术”“强度技术”“表层防护技术”等一系列区别于一般制造技术的再制造技术，才能将这些废旧零部件恢复到正常的技术标准。
　　（5）质量控制不同。再制品和零部件的特殊性、废旧产品的多生命周期性及再制造过程中较大的随机性等，使得在再制造过程中，并不能仅仅依赖于传统的质量控制和质量改进方法。
　　（6）生产组织不同。不同于一般制造系统，再制造过程具有高度不确定性且存在苛刻的约束条件等不同于一般制造系统的复杂性，导致传统的生产组织方法不能保障再制造正常的生产节奏和准时性。
　　（7）生产控制不同。再制造过程既包括正向物流，也包括逆向物流，这一特殊性使得再制造过程具有时变性和离散性等特点，从而导致整个再制造系统的生产控制更为复杂。

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目录
第一篇 理论基础篇
第1章 废旧产品再制造系统概述 3
1.1 再制造概述 3
1.2 废旧产品再制造系统一般流程及其再制造子系统分析 7
1.3 影响废旧产品再制造系统运营管理决策的不确定因素 9
1.4 降低不确定因素对废旧产品再制造系统运营管理决策影响的方法 11
第二篇 一般环境下废旧产品再制造系统运营管理决策优化
第2章 废旧产品再制造系统生产计划提前期决策优化 15
2.1 问题描述及参数定义 15
2.2 不考虑再制造率情形下再制造系统生产计划提前期优化 18
2.3 考虑再制造率情形下再制造系统生产计划提前期优化 28
第3章 废旧产品再制造系统生产批量决策优化 39
3.1 问题描述及参数定义 39
3.2 考虑拆卸后零部件质量状况的拆卸和再制造总成本模型 43
3.3 考虑采购提前期的再制造系统综合优化模型 45
3.4 算例分析 48
第4章 废旧产品再制造系统主生产计划优化 54
4.1 问题描述及参数定义 54
4.2 优化模型构建 56
4.3 优化模型求解 57
第三篇 低碳环境下废旧产品再制造系统运营管理决策优化
第5章 考虑碳排放的废旧产品再制造系统动力学模型及影响分析 71
5.1 问题描述 71
5.2 因果关系图 74
5.3 系统动力学模型构建 76
5.4 系统动力学模型仿真及分析 78
第6章 碳排放政策影响下废旧产品再制造系统低碳运营管理决策优化 84
6.1 碳排放政策影响下废旧产品再制造系统回收决策优化 84
6.2 碳排放政策影响下废旧产品再制造系统再制造决策优化 108
第7章 碳排放政策和基金补贴政策下废旧产品再制造系统运营管理决策 127
7.1 问题描述 127
7.2 基金补贴政策下废旧产品再制造系统运营管理决策优化 129
7.3 碳税政策与基金补贴政策下废旧产品再制造系统运营管理决策优化 139
第8章 低碳环境下废旧产品再制造系统减排策略 152
8.1 不同碳排放政策下废旧产品再制造系统成本与碳排放 152
8.2 碳排放政策和基金补贴政策下废旧产品再制造系统成本与碳排放 156
8.3 废旧产品再制造系统减排策略 171
第四篇 专利授权下废旧产品再制造系统低碳运营管理决策优化
第9章 不考虑碳排放约束的再制造系统运营管理决策优化 179
9.1 问题描述及参数定义 179
9.2 需求确定情形下无碳排放约束的再制造系统运营管理决策优化 182
9.3 需求不确定情形下无碳排放约束的再制造系统运营管理决策优化 187
第10章 需求确定条件下考虑碳排放政策影响的低碳运营管理决策优化 196
10.1 问题描述与参数定义 196
10.2 碳税政策下再制造系统运营管理决策优化 197
10.3 碳限额与交易政策下再制造系统运营管理决策优化 200
10.4 数值算例分析 212
第11章 需求不确定条件下考虑碳排放政策约束的再制造系统运营管理决策优化 217
11.1 碳税政策下再制造系统运营管理决策优化 217
11.2 碳限额与交易政策下再制造系统运营管理决策优化 224
11.3 数值算例分析 230
第12章 专利授权下废旧产品再制造系统中主要参数对运营管理决策的影响 232
12.1 新品和再制品需求方差对运营决策的影响 232
12.2 再制造率对运营决策的影响 238
12.3 消费者购买意愿对运营决策的影响 245
参考文献 252