论文研究-碳税下多周期闭环混合系统的补贴策略模型.pdf

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在考虑新产品和再制造品碳排放差异的情况下,建立了制造商回收模式下的多周期混合制造/再制造系统的最优运作及补贴策略模型。假设回收品质量水平服从指数分布,回收成本、回收率和再制造成本是回收品质量水平的负指数函数,建立包含碳税的平均总成本函数,并采用遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)验证模型的信度和效度。结果表明:无补贴情况下,企业可对回收品质量水平为0.28~0.84的产品进行再制造;考虑补贴情况下,政府可对回收品质量水平为0.28~0.42的产品采取补贴机制,达到引导企业回收再制造的目的。该研究为政府制定合理的补贴政策及企业权衡碳排放因素降低总成本提供理论依据。
2382018,54(14) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 可用 ATC=(1)+(2)+(3)+(4)+5)+(6)+(7)+(8)= 厍存 h, (1-7b2c DT h:1-(1-be)DT+ 叫收品 库存 h, [be(1-be)+be(1-y)Jl (3+n-1)(1-beDT+ 原材料O 库存 ID(C+Crv)+ (-1/3D 6+A(e0(+M_-1( O 图库存水平(m=1,n=3) ClaDem +(1-be )De, +(-be F" )DIC,+ 供算可得 C)+(S1+mS2)/T+(o/T (9) 1=1-1-a)DT/n I 2=(1-yladT/m 3算例分析 I=a(1-)+(1-y)mD 3.1粒子群算法倚介及过程 l4=nDT2=(1-a)1 粒子群算法(PSO)是源于鸟群捕食行为的启发式 23.2平均库存持有成本 智能优化算法,通常用于解决多目标优化冋题”。因此 平均库存持有成本Va一制造品平均库存持有成本本文采用粒子群算法求解目标。 H1+再制造品平均库存持有成本H2+回收品库存持 假设N个粒子组成初始粒子群,粒子i经历T次 有成本I2+原材料平均库存持有成本Ⅰl 迭代后,其室间位置x2=(x,x2…,x),速度为V= V=h1n7+42n+n,1+ n)。将X带入适应度函数式(9)求得适 (+n-1) 应度值,i粒子最优适应度值的位置和粒子群不断迭 1-a)DT=1(1-8) 代后的最优位置,分别用P=(12…D)和P6= (-a/ h(1-yia2DT+.,X (Pa,Pm…pn)表示。粒子群的进化方程为: [al-al+ ma(-YT(3+n 42=×+(n1x(p-x)+ (-aIDT (3) (10 233平均总成本 平均碳税成本 1≤i≤n;1 (12) 粒子群算法主要编写步骤:(1)设定粒子规模为 +(1-a)Dl (4) 随机初始化周期T,制造次数n,再制造次数 C为单位碳排放的碳税成本;cm为单位再制造品的碳回收品最佳质量水平q。(2)利川目标函数式(9)计算每 排放:en为单位制造品的碳排放。 个粒子的适应度值,并依此存于P(3)如果x1/ 平均制造成本 ramd≥0.7,根据式(10)~(12)自动更新每个粒子的速度 V5=(1-aDC (5)和位置n(4)将当前适应度值与历史最好的适应度值相 平均准备成本 比较,若优于历史适应度值,则设置当前位置为P1 Vo=(nS,+mS,)/T (6)若Pt大于所有粒子历史最好的适应度值,则设置当 S1为再制造准备成本;S2为制造准备成本。 前位置为×(5)判断是否已为最优适应度值,达到即 平均原材料成本 终止操作,否则转向步骤(2)。 V7-(I-aD (7)3.2遗传算法简介及主要过程 平均订购成本: 遗传算法是一种模拟¨优胜劣汰”进化规则而衍生 V=co/T (8)的用于寻求高质量解的智能算法,被广泛用于供应链优 CO为订购成本。 化管理中。因此采川遗传算法并结合粒子群算法对 将a=e带入总成本凶数,得 比验证模型的解。 王心月,郭健全:碳税下多周期闭环混合系统的补贴策略模型 2018,54(14)239 表!系统最优运作策略 PSO ATC 6220.325.06045793.612 0.325.23545791.27 05 6 7120.42407947438.18120.424.18447436890.003 6220.335.06 4558743220.325.2394558525 0.(105 7120.424.06947296.942 20.424.2164 0.002 遗传算法的主要步骤如下:(1)随机初始化一组规 52000 模为4的种群,并用染色体编码表示个体。(2)适应度评 51 估与选择。利用适应度的数x)=100+me9)计9 算各个个体的适应度值,适应度值可直观反映个体的优 ●.50000 劣。选择:通过评估适应度值,选出适应度大的个体作 49000 为父代提高全局收敛性其中被选择的概率为= 48000 f(n)f(x(3)交义与变异。交义使子代同时继承父 母代的基因保持更高的适应性。变异使某个基因以一 47000 子S只旨怒日男 定概率随机发生突变。交叉和变异不仅产生新个体,而 且提高种群局部搜索能力。4)终止条件。若达到预先 图5适宜企业回收的质量水平下的平均 设定的最大进化代数终止算法,否则转向步骤(2) 总成本波动图=6,=7) 33计算结果 变时,随着δ逐渐増大,ATC逐渐増大。即当再制造 L知h、=2,h1=0.2,An=0.2,Cn=30,C4=20 成本参数增加,再制造成本上升,相应的回收成本降低, Co=1000,en=0.21,en=0.25,S1=1500,S2=150),此时再制造成本增幅大于回收成本降幅,因此平均总成 门-1000,a-0.9,b=0.9,c-0.1,γ=0.6,β-0.5,φ=2,本逐渐增加。制造商的最优再制造策略是适当回收质 λ-1。参数由文献[24整理而得。采用GA和PSO两种量水平较低的收品,安排制造和再制造次数来降低系 算法计算两组不同的θ(回收成本函数参数)和δ(再制统平均总成本。(4)当0保持不变时,随着δ逐渐增大 造成本函数参数)下的最优运作策略(GAP值=(PSO-m和n的比值逐渐减小。即随着再制造成本参数的增 GA)GA),如表1所示。当0-6,0-7时,回收品不同加,再制造成本上升,为了避免系统总成本升高,因此降 质量水平下的总成本波动如图4图5所示,其中图5为低再制造次数 适宜企业叫收的质量水平下的总成本波动图。 由图4可见,系统平均总成本呈现先下降后上升的 240000 趋势,当回收品质量水平为0.42时,平均总成本达到最 小值,与表1中数值相吻合。当q=0.28时,ATC 1900)0 5121778,当q=0.84时,AT(=51297.74。但当叫收 1400U0 品质量水平小于0.28时,平均总成本明显较高,不适宜 企业生产运作,因此对波动不明显的叫收品质量水平 90000 (g=0.28~0.84)进行具体分析,如图5所示 由图5可见,无政府补贴情况下,企业可选择回收 40000 品质量水平为0.28~0.84的产品进行回收,但为了使企 业更乐于回收质量水平较低的回收品来提高回收率,同 图4回收品不同质量水平的平均总成本波动图(=6,0=7)时降低碳排放成本,尽可能减少碳排放量。因此政府可 山表1可见:(1)两种算法都可求出最优解并适用对回收品质量水平为028~0.42的产品进行相应的补 丁该模型,HGAP值最大是005%,即验证了模型的有贴帖同时企业可结合具体的补贴额度和相应的最佳运作 效性和可信性(2)当d保持不变时,随着9逐渐增大,方式合理地进行生产计划,在寻求经济利益的同时兼顾 AT℃C逐渐减小。即当同收成本参数增加,收成本上社会利益。政府补贴情况下(0.28≤y≤0.42),系统的最 升,相应再制造成本降低,此时回收成本增嗝小于再制优运作及补贴额度如表2所示,其中 Margine=AIC 造成本降幅,因此平均总成本逐渐降低:制造商的最优ATCo42。 回收策略是适当回收质量水平较高的回收品,安排制造 山表2可见:(1)随着回收品质量水平的上升,再制 和再制造次数来降低系统平均总成本。(3)当β保持不造与制造次数之比逐渐下降。即当回收品质量水平上 2402018,54(14) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 長2系统最优运作及补贴策略(O.28≤q≤0.42 33(1):166176 ArC Margin Subsidies [3]Abbey J D, Blackburn J D, Guide V D R Optimal pric 0.28225.0925121778377960391960 ing for new and remanufactured products[J]Journal of 0.29225.08651106.553668.3737983 Operations Management, 2015, 36: 130-140 03122507349696452258272368.27 3 028 522)[4] Yang C H. Liu HJi P. et al.Optimal acquisition and reman ufacturing policies for multi-product remanufacturing sys 0.3222506049164091725.12182591 lens[J Journal of Cleaner Production, 2016, 135: 1571-1579 0.33225.06048727.73128955 79.55 0.34225.05348375.12936.94101694 [5] Han S, Ma W, Zhao L, et al. A robust optimisation model 670.352250474809544657.2672726 for hybrid remanufacturing and manufacturing systems 036225.04047879.15440.9700.97 under uncertain return quality and market demand[J] 2402647716.6527847328.47 nternational journal of Production Research 2016:1-17 0.38 4.03847590.48152.30 l92 I Cai x, Lai M, Li X, et al. Optimal acquisition and pro- 0.391 4.019475058067.62 duction policy in a hybrid manufacturing/remanufactur 0.40L 4.05947456.84 ing system with core acquisition at different quality ley 0.41124.694743857 ●10.39 0.42124.07947438.18 0 els[J). European Journal of Operational Research, 2014 233(2):374382 升,回收成本和再制造成本增加,甚至大于制造成本,引[7DasK, Chowdhury A H. Designing a reverse logistics 起再制造次数逐渐降低。因此企业的最优运作策略是 network for optimal collecTion, recovery and quality 尽可能减少再制造次数,增加制造次数来降低总成本 based product-mix planning[j]. International Journal of (2)本例中以10为底数进行补贴,回收品质量水平每降 Production Economics, 2012, 135(1): 209-221 低·个等级,补贴增多10单位,引导企业回收质量水平[1WeiJ, Zhao J Reverse channel decisions lor a Fuzzy 较低的回收品。政府可参考相应的补贴额度,以10的 closed-loop supply chain [J] Applied Mathematical Model 倍数为单位对具体的回收品质量水平进行补贴,提高回 ling,20l3,37(3):1502-1513 收率的同时降低企业成本,实现两者的双赢。(3)制造商 [9 Khan J. What role for network governance in urban low carbon transitions?[]Journal of Cleaner Production, 2013 可根据补贴额度及自身碳排放情况合理规划生产运作 50:133-139 及回收模式,实现利润的最大化。 [10 He Q, Luo W Low-carbon closed-loop logistics net work design based on interval number multi-attribute 结论 decision and queuing theorylJ) Methodology, 2014, 7(3) 本文研究了考虑碳税情况卜的多周期混合制造/再[11 Chang x,xiaH,ZhuH, et al. Production decisions in 制造系统的最优运作策略及针对回收品不同质量水平 hybrid manufacturing- remanufacturing svstem with 的补贴策略。对于回收品不同质量水平,政府给予相应 carbon cap and trade mechanism[J]. International Jour- 的补贴额度,既为企业回收及生产运作策略提供参考, nal of production economics. 2015. 162:160-173 又为加大再制造力度提供可行的方案从而实现经济利121易余胤,梁家密奖惩机制下的再制造环供应链协调 益和社会利益的双赢。通过具体算例,并采用GA和 计算机集成制造系统,2013(4):841-849 PSO两种算法对比验证了模型的信度和效度。企业可131 Aksen D,AmsN, Karaarslan A G.Design and analysis 寻求最小碳排放量和最小成本间的平衡点,同时结合补 of government subsidized collection systems for incentive dependent returns[J]. Internalional Journal of ProducLion 贴额度进行相应的回收及生产运作。未来将进一步研 Economics,2009,119(2):308-327 究不确定需求下的补贴问题。 [14] Mitra S, Webster S Competition in remanufacturing and the effects of government subsidies J Internalional Jour- 参考文献 nal of Production Economics, 2008. 111(2): 287-298 [1] Wu H, Han X, Yang Q, et al. Production and coordination [15] Qiaolun G, Tiegang G Price decisions of new product decisions in a closed-loop supply chain with remanufac based on subsidy-price depending and payment-sharing[J] turing cost disruptions when retailers compete[ J]Jour Physics Procedia, 2012, 24: 1073-1080 of Intelligent Manufacturing, 2015: 1-9 J Korugan A, Dinge K D, Onen T, et al. On the quality [2] Chen L T Dynamic co-opetitive approach of a closed variation impact of returns in remanufacturing[J]. Com- loop system with remanufacturing for deteriorating items puters Industrial Engineering, 2013, 64(4): 929-936 in e-markets[J]Journal of Manufacturing Systems, 2014 (下转270页)

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2019-09-11
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