环境政策视角下基于系统动力学的农机分级回收再制造研究*

刘 宇，罗伟祎

（湖南人文科技学院，湖南 娄底 417000）

0 引言

当前，协调人、资源与环境三者间的关系是我国社会发展过程中必须重视的工作[1]。随着社会的发展，人们个性化的消费需求日益凸显，导致产品使用周期缩短，产品更新换代速度不断加快。大量的废旧产品若得不到及时回收处理，不仅会降低社会资源可利用率，而且残留的有害物质也会对环境造成二次污染[2]。在国家政策号召下，企业纷纷履行主体生产责任，提供日益高效的售后服务，主动承担废旧产品回收责任，树立企业自身的绿色形象[3]。值得注意的是，在环境保护日益中心化的整体趋势下，再制造行业的政策优势不断凸显。相较于传统制造行业，再制造行业没有炼钢、铸造等一系列会对环境产生严重污染的生产环节，具有较好的环境效益[4]。

回顾相关文献，国内外学者对再制造行业的研究主要集中在以下两个方面：1）分级回收机制的作用。杨爱峰等针对不同质量产品的回收问题进行研究，发现最佳排序策略并未对再制造数量以及回收数量产生显著影响[5]。Guo J等通过构建制造—再制造混合生产模型，发现回收质量越低的产品，其再制造成本相应地越高，但考虑到总成本支出，企业更愿意选用较低质量的产品进行回收[6]。黄帝等研究产品质量差异两阶段回收再制造优化决策问题，发现回收质量级数存在有效生产前沿面，不在生产前沿的任何质量等级都无法进行再制造[7]。2）环境政策指数的影响。伊长生等认为环保政策指数对回收数量有约束作用，进而会影响回收收益与再制造数量[8]。董海等认为环境政策指数对回收比例能够产生直接影响，并通过调整产品质量和服务水平，提升四级闭环供应链中各级成员的总利润[9]。

综上所述，学者们多从分级回收机制或环境政策等单一视角开展再制造领域的研究，鲜有学者从分级回收机制与环境政策相结合的复合视角进行研究。鉴于此，本研究从环境政策视角出发，基于系统动力学理论构建分级回收再制造模型，通过环境政策指数对分级回收质量等级进行约束，分析在不同环境政策指数下，各回收质量等级对农机回收再制造企业的产能与收益变化的影响。

1 概念分析

1.1 农机再制造流程分析

农业机械再制造逆向供应链主要涉及制造商、销售商、再制造商以及售后服务中心等各主体，具体包括以下几个流程：1）回收，根据目测对废旧品进行回收；2）拆解，对零部件进行拆解，并依据可再制造、可利用、绿色处置等类别进行初步分类；3）清洗，清洗零部件表面的油渍、污垢、铁锈等；4）检测，判断零部件是否可用于再制造；5）再制造，采用相应的再制造技术对零部件进行修复，以恢复其原有的性能；6）装配，根据要求将合格的零部件装配成再制造品；7）测试与包装，对整机的性能指标进行测试，再重新喷漆，并标明再制造品标志。

1.2 分级回收机制分析

回收是再制造活动的起点，通过拆解检测废旧品，将其初步划分为可用于再制造和不可用于再制造两类，只有标识为可用于再制造的废旧品才能进入后续再制造流程。通常，由于废旧品质量参差不齐，所以再制造过程中所消耗的时间、成本及工艺要求也不尽相同，进而降低企业再制造效率，个别处理不当的环节还将导致再制造过程中产生二次污染。鉴于此，企业可通过分级回收策略，将废旧品运至专业检测场所，按照检测评估报告制定回收价格，以质量等级及配套价格完成废旧品回收。从再制造效率来看，虽然单位回收时间会增加，但再制造所需时间将大幅下降，有利于提高产能利用效率；从再制造成本来看，整体回收成本虽然会增加，但再制造过程中的相关成本及后期的处置成本将大幅降低，从而给企业带来更高的收益增长率[10]。

2 研究模型构建

2.1 边界确定与基本假设

本研究旨在分析不同环境政策指数下，各回收质量等级对农机回收再制造企业的产能与收益变化的影响，将环境政策指数分别设置为0.2、0.5、0.8，以反映宽松、适中、严厉三种不同的环境政策；分级回收机制设置为1、2、3，以反映统一、二级、三级三种不同的回收机制。并依据相关参考文献[11-12]，假设企业优先进行再制造，当再制造要求的废旧品不匹配或产量无法满足市场需求时，需要采购或制造一定的新件加以补充。本研究相关假设条件如下：1）废旧品数量逐年增加；2）废旧品经回收检测后全部用于再制造，不考虑处置成本；3）再制造和新件制造不影响产能；4）关键零部件更换成本计入再制造成本；5）不考虑各阶段产生的运输成本和库存成本。

2.2 因果关系图与存量流量图

本研究中系统行为主要是根据环境政策指数、分级数、再制造率及再制造商总收益四个反馈回路的相互作用构建的。同时，系统内包含一个重要的延迟：建设投产周期。其中，环境政策指数变化会影响回收数量；分级数会影响回收质量、回收成本、检测成本以及再制造成本；再制造率会影响新件制造数量、再制造品收益；再制造品收益会通过再制造商总收益，影响下个阶段的回收投资和扩大产能的投入，因果关系图如图1所示。

图1 环境政策指数下分级回收农机再制造因果关系图

本研究因果关系图中主要反馈回路整理如下。

正反馈环：1）环境政策指数—回收数量—再制造品收益—再制造商总收益—回收投资—回收质量—回收数量；2）分级数—回收质量—再制造率—再制造品收益—再制造商总收益；3）分级数—再制造成本—再制造品收益—再制造商总收益；4）回收投资—回收质量—回收数量/再制造率/再制造成本—再制造商总收益—回收投资；5）扩大产能的投入—再制造产能—再制造商总收益—扩大产能的投入；6）扩大产能的投入—再制造产能—再制造商总收益—回收投资—扩大产能的投入。

负反馈环：1）分级数—回收成本/检测成本—再制造品收益—再制造商总收益；2）回收投资—回收质量—回收成本—再制造商总收益—回收投资；3）扩大产能的投入—再制造产能—产能利用率—扩大产能的投入；4）再制造率—新件制造数量—再制造商总收益—回收投资—回收质量—再制造率。在此基础上设计存量流量图，如图2所示。

图2 环境政策指数下分级回收农机再制造存量流量图

2.3 主要变量及方程式

本研究的存量流量图主要包括5 个决策变量、4个状态变量及若干其他变量。其中，决策变量包括环境政策指数、分级数、回收质量上限、回收质量下限以及再制造率；状态变量包括再制造商收益、再制造产能、回收投入以及周期；其他变量由速率变量与辅助变量组成，比如速率变量为再制造收益的增加、新件收益的增加、产能的增加等，辅助变量为潜在可供回收数量、期望收益、产能利用率等。本研究采用Vensim Ple软件进行模拟仿真，常量依据相关参考文献进行设置[13]，部分方程式整理如下。

1）决策变量部分方程式：

回收质量上限=MIN（0.6+回收投入敏感系数*回收投入，1）

回收质量下限=MIN（0.1*分级数+单位检测成本/检测影响因子，回收质量上限）

再制造率=回收质量下限+（分级数-1）/分级数*（回收质量上限-回收质量下限）

2）状态变量部分方程式：

再制造商收益=INTEG（再制造收益的增加+新件收益的增加-年回收投入增加-扩大产能的投入）

3）其他变量部分方程式：

再制造收益的增加=（再造品售价* 再制造率-单位检测成本）*MIN（回收数量，再制造产能）- 单位 产能维护成本* 再制造产能- 回收成本- 再制造成本

期望收益= 期初收益*（1+ 预计年增长率* 周期*TIME STEP）

潜在可供回收数量=期初数量*（1+0.05*周期）*环境政策指数

3 模拟仿真与结果分析

3.1 农机再制造收益增加变化

由图3 可知，在宽松的环境政策下，仿真前期（2021—2040 年）统一回收和三级回收的再制造收益增加量并未出现明显增长，而二级回收的再制造收益增加量则呈现增幅较大的增长趋势。仿真后期（2041—2070 年）统一回收的再制造收益增加量出现小幅下滑，而二、三级回收的再制造收益增加量均呈现稳定的增长趋势，且二级回收具有比三级回收更大的增幅。之所以如此，主要是因为在宽松的环境政策下，农机设备使用周期较长，农业生产者对农机设备更新换代的需求并不迫切，导致质量较高的废旧品出现供小于求的情况，市场上不同质量等级的农机设备回收价格差异显著。虽然统一回收的回收成本相对较低，但由于高昂的再制造成本投入，在产能相对稳定的情况下，给企业带来的收益增长并不明显。相较之下，二级回收虽然增加了回收成本，主要是得益于再制造成本投入的大幅降低，反而能够带给企业稳定的收益增长；而三级回收带来的回收成本大幅增加，将导致企业收益增长速度放缓。鉴于此，在宽松的环境政策下，二级回收将为企业带来最高的收益增长。

图3 再制造收益增加变化比较图（环境政策指数为0.2）

由图4 可知，在适中的环境政策下，仿真前期（2021—2040年）统一回收的再制造收益增加量持续下滑，呈现负增长趋势，将导致企业的总收益不断减少，而二、三级回收的再制造收益增加量则呈现增幅较大的增长趋势。仿真后期（2041—2070年）统一回收的再制造收益增加量呈现大幅下滑后又缓慢提升的变化趋势，且其再制造收益增加量无法恢复到期初水平，而二、三级回收的再制造收益增加量则继续呈现增幅较大的增长趋势，且其再制造收益增加量均超过宽松环境保护力度下的期末水平。之所以如此，主要是因为在适中的环境政策下，农机设备使用周期变短，农业生产者对农机设备更新换代的需求日益凸显，使得质量较高的废旧品供求基本匹配，市场上不同质量等级的农机设备回收价格差异逐渐减小。统一回收的成本优势不再突出，且受制于高昂的再制造成本投入，在产能相对稳定的情况下，反而降低了企业的总收益。相较之下，二、三级回收虽然在一定程度上增加了回收成本，得益于再制造成本投入的大幅降低，企业收益获得了大幅提升。鉴于此时市场上不同质量等级的农机设备回收价格差异依然明显，相较于三级回收，二级回收依然将为企业带来最高的收益增长。

图4 再制造收益增加变化比较图（环境政策指数为0.5）

由图5 可知，在严厉的环境政策下，仿真前期（2021—2040 年）统一回收的再制造收益增加量呈现逐渐下滑的趋势，而二、三级回收则呈现出完全一致的增长趋势。仿真后期（2041—2070 年）统一回收的再制造收益增加量呈现缓慢上涨的趋势，且在期末基本恢复到期初水平，而三级回收的再制造收益增加量首次超过二级回收的再制造收益增加量，且其再制造收益增加量均大幅超过适中环境保护力度下的期末水平。之所以如此，主要是因为在严厉的环境政策下，农机设备使用周期进一步缩短，农业生产者对农机设备更新换代的需求旺盛，使得质量较高的废旧品出现供大于求的情况，市场上不同质量等级的农机设备回收价格差异进一步减小。统一回收的成本优势消失，且受制于高昂的再制造成本投入，在产能相对稳定的情况下，持续降低企业的总收益。相较之下，二、三级回收在回收成本轻微增加的情况下，却大幅降低了再制造成本投入，企业收益获得了显著提升。鉴于此时市场上中高质量的农机设备回收价格差异进一步减小，相较于二级回收，三级回收将为企业带来最高的收益增长。

图5 再制造收益增加变化比较图（环境政策指数为0.8）

3.2 农机再制造产能变化

由图6 可知，在宽松的环境政策下，仿真前期（2021—2040 年）三种回收机制的再制造产能均未发生明显变化，维持在期初水平。仿真后期（2041—2070 年）三级回收的再制造产能继续维持在期初水平，而统一、二级回收的再制造产能则呈现出稳定的增长趋势；相较于统一回收，二级回收在期末将为企业带来最高的再制造产能增长。

图6 再制造产能变化比较图（环境政策指数为0.2）

由图7、图8 可知，在适中、严厉的环境政策下，统一回收的再制造产能均未发生明显变化，始终维持在期初水平；而二级、三级回收的再制造产能则呈现出先稳定后增长的变化趋势，且二级回收的再制造产能增长速度始终高于三级回收。值得注意的是，环境政策指数的变化会直接影响潜在可供回收数量的变化。在宽松的环境政策下，由于农机设备使用周期较长，质量较高的废旧品供小于求，从而使得三级回收的再制造产能无法实现有效增长；随着时间的推移，农机设备受限于使用寿命，市场中质量一般的废旧品数量极大丰富，从而使得统一、二级回收的再制造产能获得较大提高。在环境政策不断升级的情况下，由于农机设备使用周期逐渐缩短，在不断提升市场中废旧品整体质量的同时，也缩短了市场中质量较高的废旧品数量极大丰富所需要的时间，导致统一回收受到潜在可供回收数量的限制，无法获得再制造产能的有效增长；二级、三级回收则得益于潜在可供回收数量的大幅增加，将为企业带来再制造产能的高速增长。

图7 再制造产能变化比较图（环境政策指数为0.5）

图8 再制造产能变化比较图（环境政策指数为0.8）

4 总结

本研究从环境政策视角出发，基于系统动力学理论构建分级回收再制造模型，通过环境政策指数对分级回收质量等级进行约束，分析在不同环境政策指数下，各回收质量等级对农机回收再制造企业的产能与收益变化的影响。研究结果表明，分级回收能够减小农机设备回收质量的差异，并对企业的再制造产能及收益变化产生显著影响。同时，环境政策指数通过直接影响潜在可供回收数量，对实施不同分级回收策略的企业收益及产能变化产生显著影响。从收益最大化视角出发，在宽松、适中的环境政策下，企业应该实施二级回收机制；而在严厉的环境政策下，企业应该实施三级回收机制。从产能最大化视角出发，不管在哪种环境政策下，企业均应该实施二级回收机制。