黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络选址优化

陈刘芬，王 强，崔梦茹，晏 绘，吴亚鑫，郎钰婷

（黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050）

1 引言

随着我国交通运输产业和汽车制造产业的飞速发展，轮胎的需求数量逐步增长，废轮胎的数量也随之加速增加。在国家商务部2019年《中国再生资源回收行业发展报告》中指出，2018 年，我国汽车轮胎生产总量为8.16 亿条，废弃轮胎约3.4 亿条，重量和约1 300t以上，废旧轮胎的年回收总量为512万t，翻新的轮胎数量为27万t，重新利用的轮胎数量为480万t[1]。当前我国针对轮胎逆向回收物流网络选址的研究寥寥可数。研究废旧轮胎逆向物流网络体系建设[2]，可以在一定程度上缓解我国橡胶类资源缺乏的问题，推动汽车轮胎业绿色、环保、经济。近年来，黑龙江省政府鼓励建全废旧轮胎逆向回收物流网络，针对黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络当前发展状况，确定开设初始收集点的数量和位置、回收制造企业等设施的位置以及相应的产品流向，促成废旧轮胎生产、加工、回收再利用的一系列流程，使黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系最优化、总成本最低化。

2 废旧轮胎逆向物流发展现状

随着世界经济发展，全球资源和能源日益紧张，废旧轮胎回收再利用已成为国际橡胶工业的重要组成部分。在美国和欧盟等国家，废旧轮胎逆向物流的发展颇受关注。轮胎的循环再利用不仅能节省大量资源、减少环境污染，还可以发挥出较大的经济价值。全世界轮胎的回收利用比例从15%左右升高至90%左右。其中，废旧轮胎翻新的数量达到9 000万条，体现出的经济效益达到每年60亿美元；废旧轮胎加工再利用产出的材料例如胶粉等，年生产量可达350 万t，体现出的经济效益可达15 亿美元以上。在我国，轮胎年生产量可达4 亿条，占世界轮胎总产量的25%，每年都会有2 亿条左右的废旧轮胎产出，重量达300 万t。我国橡胶类资源缺乏，但对橡胶类资源的需求量居世界榜首，用来生产轮胎的橡胶数量占总需求量的一半以上。若将废旧轮胎回收再利用，橡胶资源现状能够得到很大的改观，节约大量能源。我国现阶段废旧轮胎再利用向产业化发展道路迈进，据资料显示，当前我国专门做翻新轮胎的企业有400 多家，其中翻新轮胎、再生胶体现出的经济价值在110 亿元左右。但我国当前的废旧轮胎逆向物流网络体系不健全,缺少从产出、收购到加工的健全制度，现有的废旧轮胎逆向物流网络不能满足当前废旧轮胎回收再利用的需要，建立满足我国发展需要的、健全的废旧轮胎逆向物流体系刻不容缓。

3 构建黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系

受地理位置和气候条件的影响，黑龙江省横跨面积较大，废旧轮胎分布较散，应建立区域性回收体系，各区域相互沟通联系，形成完善的一体化废旧轮胎逆向物流网络体系。本文构建的黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系如图1所示[3]。

图1 废旧轮胎逆向物流网络体系

黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系由回收节点、回收中心、集运处理中心、再制造企业、分销市场五部分组成。回收节点的增设保证废旧轮胎最大程度得到回收，提高废旧轮胎的回收率；回收中心将各区域回收节点回收的废旧轮胎集中，进行简单分类和库存；集运处理中心对回收的各类废旧轮胎进行简单处理，再将各种类型的废旧轮胎运送到不同的再制造企业；再制造企业对回收的废旧轮胎进行加工处理再生产；各种再制造产品投入分销市场进行交易，产生一定的经济效益。

在建设完善的一体化废旧轮胎逆向物流网络体系后，还需加大废旧轮胎逆向物流网络体系信息化和人才化的投入。通过建设完善的信息系统，实现黑龙江省各区域间废旧轮胎逆向物流信息的快速共享，促进与其他各省市间关于废旧轮胎逆向物流的交流，及时掌握国际废旧轮胎逆向物流信息，加快与国际废旧轮胎逆向物流接轨步伐[4]；对轮胎从生产到再循环的信息追踪及相关各项数据的收集整理，对数据进行系统分析，构建数学模型，确定废旧轮胎逆向物流网络选址。

4 黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络选址优化数学模型

4.1 模型有关假设

本文是在理想状态下构建数学模型，模型假设如下[5]：

（1）废旧轮胎的初始回收节点能稳定、持续的工作。

（2）所选定和建设的回收节点、回收中心、集运处理中心、再制造企业的位置都为地图中已知位置。

（3）废旧轮胎逆向物流网络体系中各设施及各设施间的工作都为理想模式，即废旧轮胎完全利用无任何损失。

（4）废旧轮胎逆向物流网络体系建成后能长期有效的运转工作，投入使用后，以年度为周期计算废旧轮胎逆向物流网络体系的成本投入。

（5）再制造企业所制造的产品均能投入市场中。

4.2 数学模型

ai表示第i个回收节点,A为所有回收节点的集合；bj表示第j个回收中心，B为所有回收中心的集合；ck表示第k个集运处理中心,C为所有集运处理中心的集合；dm表示第m个再制造企业,D为所有再制造企业的集合；en表示第n个分销市场,E为所有分销市场的集合。

若选定ai回收节点，为1，否则为0；若选定bj回收中心，为1，否则为0；若选定ck集运处理中心，为1，否则为0；若选定dm再制造企业，为1，否则为0；若选定en分销市场，为1，否则为0[6]。

F、f、G表示费用，表示第i个回收节点的年投资成本，表示第j个回收中心的年投资成本，表示第k个集运处理中心的年投资成本，表示第m个再制造企业的年投资成本，表示第n个分销市场的年投资成本；表示第i个回收节点到第j个回收中心的单位运输成本，表示第j个回收中心到第k个集运处理中心的单位运输成本,表示第k个集运处理中心到第m个再制造企业的单位运输成本，表示第m个再制造企业到第n个分销市场的单位运输成本；表示第i个回收节点的年运营成本，表示第j个回收中心的年运营成本，表示第k个集运处理中心的年运营成本，表示第m个再制造企业的年运营成本，表示第n个分销市场的年运营成本。

构建目标函数见式（1）[7-8]：

4.3 约束条件

为保证构建的体系能够实际得到运用，构建的数学模型应满足一定的约束条件。各设施点回收或接收的废旧轮胎全部运出至下一个设施点，各设施点回收或接受的废旧轮胎全部能处理或库存。约束条件见式（2）——式（17）[9]。

式（2）表示回收节点的运出量等于回收量；式（3）表示回收中心的回收量等于运出量；式（4）表示集运处理中心的接收量等于输出量；式（5）表示再制造企业的接收量等于输出量（即得到充分再利用）；式（6）表示各回收节点的回收量小于等于最大库存量；式（7）表示各回收中心的回收量小于等于最大库存量；式（8）表示各集运处理中心的回收量小于等于最大处理量；式（9）表示各再制造企业的回收量小于等于最大处理量；式（10）表示各分销市场的接受量于等于最大库存量；式（11）-式（15）表示各设施点选中则发生运输，否则不发生。

4.4 确定合理选址

根据市场调查得知逆向物流网络的回收节点一般设在规模较大的汽车维修厂、轮胎经销商、交通中转站以及专业运输车队等地，租赁他们的场地作为初始回收节点。由于受场地规模、所能容纳的最大库存量、租赁成本等因素的影响，回收节点所回收的废旧轮胎在满足运输条件下应尽快运送到回收中心，再送往集运处理中心进行系列处理工作，经过处理后分别送往不同的再制造企业，最后将生产的再制造产品投放到市场。本文模型以废旧轮胎逆向物流网络的总成本最小化为目标，运用LINGO[10]软件求解，求得黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系模型的最优解，得出所要构建逆向物流网络体系的回收节点、回收中心、集运处理中心、再制造企业、分销市场的数量、位置以及废旧轮胎和再制造产品的流向及流量，最终构建满足需求的废旧轮胎逆向物流网络体系。

5 算例分析

5.1 算例

已知黑龙江省某地区有5 个废旧轮胎逆向物流网络回收节点，5个备选回收中心，3个备选集运处理中心，4个再制造企业，2个分销市场。该地区拟在5个备选回收中心中选择3个，3个备选集运处理中心中选择2个，并结合其他各设施点建设废旧轮胎逆向物流网络体系。若该逆向物流网络体系工作15 年，探讨如何建设废旧轮胎逆向物流网络体系，使得该废旧轮胎逆向物流网络的总成本最小。相关数据见表1-表10。

表1 各回收节点每年废旧轮胎回收量

表2 回收节点到回收中心的单位运输成本(元/t)

表3 回收中心到集运处理中心的单位运输成本

表4 集运处理中心到再制造企业的单位运输成本

表5 再制造企业到分销市场的单位运输成本(元/t)

表6 各回收节点的投资成本、运营成本、最大库存量

表7 各回收中心的投资成本、运营成本、最大库存量

表8 各集运处理中心的投资成本、运营成本、最大处理量

表9 各再制造企业的投资成本、运营成本、最大处理量

表10 各分销市场的投资成本、运营成本、最大库存量

5.2 求解结果

运用CPLEX 软件编码并求解可得，该市废旧轮胎逆向物流网络最小总成本为138 969 000 元，选择回收中心B1、B2、B4，集运处理中心C1、C2。

A1运送5 500t给B1、运送3 500t给B2，A2运送13 500t给B1，A3运送16 500t给B4，A4运送12 000t给B2，A5运送1 000t 给B1、运送13 000t 给B2；B1运送20 000t 给C1，B2运送25 000t 给C2，B4运送17 000t 给C1、运送3 000t 给C2；C1运送17 000t 给D1、运送16 000t 给D2、运送4 000t 给D3，C2运送4 000t 给D3、运送24 000t 给D4；D1运送13 000t 给E1、运送4 000t给E2，D2运送16 000t给E2，D3运送8 000t给E2，D4运送24 000t给E1。

6 结语

本文针对黑龙江省废旧轮胎分布特点及逆向物流的发展状况构建黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系，利用数学模型计算得出新建的逆向物流网络体系各设施节点的数量及相应位置、各设施节点间废旧轮胎的回收及运输量，建立黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系,最终形成一个回收、再加工、循环利用的发展格局，促进黑龙江省废旧轮胎逆向物流的发展。本文研究为理想模式，实际运用需进一步对具体区域进行详细调查研究，充分了解黑龙江省周边省市已有或拟规划建设的逆向物流网络设施的情况及其对黑龙江省废旧轮胎逆向物流网络体系建设的影响，在当地政府的政策扶持下，构建满足当地需求且有效运行的废旧轮胎逆向物流网络。