低碳视角下集成式纺织服装闭环供应链运作决策
2024-04-29郭传好刘镇宇
郭传好 刘镇宇
关键词：纺织服装; 闭环供应链; 低碳; 集成式; 运作决策; 双目标规划
中图分类号：C935；F272；U11 文章标识码：A 文章编号：2096-7934（2024）01-0054-18
一、引言
我国是世界纺织品最大生产与消费国，据相关数据统计，每年纺织原料消耗占世界消耗总量的一半，约1.5万亿人民币的服装零售内销市场，生产近800亿米面料，近300亿件服装，出口近2000亿美元的服装。一方面是日益繁荣的巨大服装消费市场，另一方面却是纺织原材料价格上涨，纤维资源匮乏，服装供应链上各类原料浪费和高能源消耗。同时，居民家庭淘汰的各类衣服的数量也与日俱增，如我国现每年产出的废旧服装约 2600万吨等，其中可通过回收二次循环并再利用的高达95%， 但其现有综合利用率却不足10%， 多数以焚烧或填埋等粗放方式处理［1-2］，这与当前国家所倡导的“双碳”生态发展战略是相违背的。废旧服装蕴藏着巨大的经济价值，是城市再生资源的重要来源之一。而我国废旧纺织服装的回收再利用尚处于零散的状态，存在回收无序、加工处理水平低、高碳排放以及综合利用率低等诸多亟需解决的重要问题［3-4］。因此，研究探讨废旧纺织服装的回收运作模式，设计构建融合服装回收的闭环供应链网络以及讨论分析供应链的低碳减排策略具有重要的理论背景和实际应用价值。
关于纺织服装供应链的研究多数集中于关于供应链内部协调机制及供应链网络设计等领域。Bala［5］研究设计了一个针对孟加拉国服装供应链的系统动力学模型，基于库存调整和需求驱动，提供在合适的时间和地点的最优决策值， 用数值实验验证了模型的可行性。针对服装正向供应链，在不确定性折扣的前提，Setiawan［6］针对供应商选择、订单分配和运输计划进行了研究，建立了多目标混合整数规划模型，其中以成本和延迟产品最小化和总采购价值最大化为目标，并通过数值实验验证了模型的可行性。Li［7］研究了服装供应链设计中产品参与和渠道识别对定制产品消费者购买决策的影响，通过实证的方法发现渠道识别对消费者的感知价值具有积极影响，从而会影响消费者的决策，同时消费者的感知风险和购物渠道参与对他们的感知价值和渠道选择具有负面影响。为研究纺织企业跨境供应链网络设计，综合考虑了选址、供应商选择以及定产运输等决策点，茅茂［8］构建了以利润最大化为目标的混合整数非线性规划模型，通过设计相应的Benders算法求解，并通过数值实验验证该模型的可行性，相关研究结果表明在区域积累的原产地规则下，企业能够更加自由地进行选址及生产采购决策，从而更有利于实现全球供应链的资源最优配置。此外， Cao［9］设计了一个由制造商、零售商和回收中心构成的服装闭环供应链，通过构建三种不同的斯塔克尔伯格模型来求解最佳回收策略，研究结果表明消费者对回收价格的敏感性将影响供应链成员的最佳决策，回收中心的增加并不总是有利于供应链成员的利润。以零售商和制造商进行废旧品回收再利用的闭环供应链为研究对象，秦晓彤［10］利用消费者效用选择模型，构建了线上线下双渠道销售决策模型，研究结果发现仅采取线下销售渠道时选择零售商回收为占优策略，仅采取线上销售渠道或双渠道时制造商回收为占优策略。黄春香［11］研究了由一个回收商和两个制造商组成的闭环供应链网络，针对成员最优策略与利润分配问题，通过非合作—合作两型博弈方法得到任意竞争局势下闭环供应链的最优回收率、回收价格以及利润分配策略，并通过数值实验验证了该方法的可行性，研究结果表明在押金返还于回收商时，产品回收率会上升，价格会降低，促进回收再制造的结果会更显著。
“双碳”，即2030年前努力实现碳达峰，2060年前努力实现碳中和，是我国为应对全球生态环境问题做出的重大战略决策和部署，旨在通过经济产业结构和发展模式的优化升级，控制和降低温室气体的排放量，进而实现社会绿色发展。实施“双碳”战略是破解资源环境约束，实现高质量可持续发展的必由之路， 其实质是通过整体优化和局部优化来降低供应链各节点企业的环境影响，如碳排放、产品回收等，构建生态供应链循环经济。其中，碳配额交易机制在我国实现减排目标的过程中起着不可或缺的作用，是优化全社会总减排水平的有效途径［12］。刁心薇［13］研究了在碳税和碳交易并行的碳政策下，由单一制造商和零售商组成的二级供应链在生产具有竞争或替代关系的不同产品时的最优定价与减排政策。Choi［14］提出了一个在碳税条件下，两阶段最优供应商选择方案，即先过滤劣供应商，再使用多阶段随机动态规划从非劣供应商中选择最佳供应商，同时探讨了不同形式碳税带来的影响。蒋晓芬［15］通过对比碳限额交易下外包减排和自主减排模式的对比，得到了投资差异因子和减排策略的关系，并且发现供应链总利润和减排收益分享比例呈倒U形变动关系。张李浩［16］通过研究一个碳排放依赖性制造商和一个供应商组成的两级供应链，发现政府应当通过制定适当的碳配额，激励企业投资碳减排技术，进而降低碳排放总量并提高经济效益。基于一个由单制造商和单零售商构成的两级供应链，路正南［17］利用数值模拟实验的方法得出碳配额只与供应链总利润有关系，并且碳交易价格的增加可使得供应链最优总利润呈现先减小后增加的趋势。Su et al.［18］研究了政府补贴消费者和制造商两种情况下绿色供应链的最优定价决策，发现当政府对制造商进行补贴时，制造商领导下的碳排放水平和零售价格与补贴系数呈反比，零售商领导下的碳排放水平和零售价格都与补贴系数呈正比。
综上文献分析可见，当前关于服装供应链相关问题的研究成果较丰富，但多数成果集中于供应链的最优定价、设施选址、最佳配送路径以及补贴策略等，少有成果综合考虑到废旧纺织服装的统一回收运作模式，服装闭环供应链的网络结构，碳配额机制对供应链整体收益及碳排放量的决策影响等。基于以上问题的分析，本文将基于碳配额机制，设计构建一个三级纺织服装供应链网络，其中零售商集成废旧服装的统一回收，制造商集成废旧服装的整体分类及可循环类服装的加工处理，以供应链整体收益最大化和成本最小化为目标，建立一个双目标的线性混合整数规划决策模型，并对模型的求解给出了具体的分析说明。最后通过数值实验验证了模型的有效性和决策方案的合理可行性，同时对废旧服装回收数量和碳配额对供应链整体收益，成本及碳排放量的影响做了全面的分析探讨。相关研究成果对指导纺织服装产业构建闭环可持续运营供应链网络，制定合理的碳配额机制具有一定的借鉴意义。
二、纺织服装闭环供应链网络模型
针对上述拟研究的问题， 本文设计构建了由纺织服装原材料供应商、制造商及零售商所组成的闭环供应链网络， 如图1中所示， 其中供应商负责全新服装面料的生产以及对回收的废旧服装进行拆解进而通过相应技术再生产可利用面料， 拆解所剩其他废料则统一运至第
三方集中处理中心进行统一处理。新面料和再生面料运往制造商处进行成衣加工制作， 此处制造商不仅生产全新的服装产品， 同时还负责对回收回来的废旧纺织服装进行分拣分类， 其中可再次循环利用的部分服装进行消毒翻新， 并运往二级市场进行销售， 其他类别的服装则统一运输至供应商处进行统一处理。市场中废旧服装的回收由零售商负责收集汇总， 相对于由其他回收企业运营的分散回收模式， 该回收模式一定程度上有利于降低纺织服装回收流程初始阶段的运营成本， 进而可提高供应链整体的利润［24-26］。因此， 零售商既对成衣进行销售， 又负责对市场中的废旧服装进行集中回收并运往制造商处。相对于传统的闭环供应链网络，供应链网络中制造商集成了传统回收处理中心所具有的功能如图1所示， 可有效缩短供应链的长度， 对相关业务的集成化运作， 从长期运营的角度可潜在降低供应链整体的运营成本。
利用制造商已有的服装清洗、消毒等成衣加工处理流程， 如图1所示，供应链网络中的制造商集成了传统服装回收中心回收废旧服装的功能， 即对回收的服装进行统一分类优化， 如图2所示，将废旧服装统一分为Ⅰ高级回收、Ⅱ次级回收和Ⅲ三级回收三类， 同时也负责对Ⅰ高级回收类服装进行清洗、消毒等初等加工处理， 使其快速再次进入流通市场。而其他两类服装则分别运送至供应商和处理中心进行相关进一步加工和处理。
图1 纺织服装闭环供应链网络结构
图2 废旧纺织服装回收分类模式
为了研究分析碳配额交易机制对供应链网络运行策略的影响， 以及制造商集成模式下的供应链整体运行策略， 本文将以图1所示供应链网络的整体收益和成本为目标建立相关决策问题优化模型。鉴于供应链网络结构特点以及决策问题建模的需要，模型中所涉及的参数及其含义如表1所示， 其中S表示供应商集合， P是制造集合， F和D分别是一级市场和二级市场所对应的零售经销商集合，O表示原材料种类集合， G表示产品种类集合。
表1 模型参数符号及其定义
决策问题的决策变量包括：xi，i∈S，P，F，D， 表示成员企业i是否运营或开设， xi为1时表示其运营或开设， 否则为不运营或不开设。qijk， i，j∈S，P，F，D，k∈O，G表示从节点企业i运往节点企业j处的产品或原材料k的数量； qso，qpg， s∈S，o∈O，p∈P，g∈G， 分别表示供应商处生产原材料的数量和在制造商处生产产品的数量； sfg，sdg， f∈F，d∈D，g∈G， 分别表示一级和二级零售商销售产品的数量； rnqpg，disqsg，incqsg， p∈P，s∈S，g∈G分别表示翻新、拆解和焚烧的废旧服装产品数量； cepbuy，cepsale分别表示从碳交易市场购买和销售的碳排放量。
同时， 为了决策问题建模的方便和部分优化决策问题模型， 对供应链网络如图1所示给出如下假设条件：
Ⅰ.各个市场的需求均可被所属零售商满足;
Ⅱ.各节点成员企业位置是已知的;
Ⅲ.产品在各点企业处无库存;
Ⅳ.处理中心废旧服装焚烧处理由供应链之外的第三方企业完成，成本由供应商承担。
三、模型建立与求解
（一）模型建立
1.供应链中碳排放量
由于纺织服装的初级原材料加工过程中和废旧服装的深加工处理过程中， 均会产生大量对生态环境有危害的物质和碳排放， 加之传统的服装分散的回收模式， 造成了服装行业回收成本高、利润低、污染高等一系列现实难点问题。基于此， 本文考虑供应链网络中的碳排放成本。
首先是运输过程中的碳排放量， 其与运输距离及运输的产品数量有关， 因此供应链中运输过程总的碳排放量定义如下。
其中第一项表示从供应商至制造商的运输碳排放量， 第二项和第三项分别是指从制造商至一级零售商和二级零售商的运输碳排放量， 第四项是过季产品从一级零售商运往二级零售商过程中的碳排放量， 第五项和第六项是一级和二级零售商运送废旧服装至制造商过程中的运输碳排放量， 最后一项是制造商运输Ⅱ类废旧服装至供应商处的运输碳排放量。基于假设条件4和本文所研究的供应链网络主体是由供应商，制造商和零售商所组成的三级供应链网络。因此，供应商至处理中心过程中的运输碳排放量由处理中心承担，不计算在当前供应链运输总碳排放量中。
其次是生产过程中的碳排放量。碳排放量与生产产品的数量有关， 包括原材料和产品的生产， 其对应的碳排放量计算表达式如下。
上式第一项表示供应商生产原材料时产生的碳排放量， 第二项表示制造商生产产品而产生的碳排放量。
由于废旧衣服在回收处理过程中也会有碳排放的产生，即翻新和拆解两个过程， 而废旧服装的焚烧处理过程由供应链之外的第三方企业完成， 其所产生的碳排放量不纳入本文供应链总碳排放量度量中， 所以回收过程中所产生的碳排放量如下。
其中， 第一项表示制造商翻新废旧服装产生的碳排放量， 第二项则表示供应商拆解深加工处理废旧服装而产生的碳排放量。
至此， 可得供应链网络总的碳排放量如下。
SCTCE=SCTRCE+SCPRCE+SCRCE
2.供应链成本
供应链成本（如图1所示）主要包括各节点企业的运营固定成本，服装运输成本、采购及生产成本，废旧服装回收过程处理成本， 包括翻新、拆解以及处理成本， 以及碳排放成本。
首先，供应链中节点企业的运营固定成本， 以其是否运营来度量， 总成本表达式如下。
第一、二项是供应商和制造商的运营成本， 第三和四项是零售商的运营成本。
其次，是网络中的运输成本。不同节点企业间的运输成本由运输距离、单位产品单位距离运输成本、运输数量三者共同决定， 则运输总成本定义如下。
上式中的第一项是供应商至制造商的运输成本， 第二项与第三项分别是制造商运往零售商（一级）和二级的运输成本， 第四项是从零售商（一级）到零售商（二级）的运输成本， 第五项与第六项分别表示从零售商（一、二级）运往制造商的运输成本， 第七项是从制造商至供应商处的运输成本。
此外， 供应链的正向生产成本只发生在供应商和制造商处， 即供应商生产制造商所需的原材料， 制造商生产制造产品， 供应链的整体生产成本如下。
第一项表示供应商的生产成本， 第二项表示制造商的生产成本。
在逆向供应链中， 当零售商（一级和二级）把过季产品和废旧产品一并运回至制造商处， 制造商首先会对这些产品进行分类分级处理， 如图2所示， 其中服装的翻新处理由制造商完成， 拆解深加工和焚烧处理分别由供应商和第三方处理中心完成， 第三方处理中心的处理成本由供应商承担，依据实际处理数量而定，总成本表达式如下。
式中第一项表示翻新处理成本， 第二项表示拆解处理成本， 第三项表示焚烧处理所支付成本。
最后， 由于碳配额机制对供应链整体碳排放的影响和约束，图1所示供应链网络碳排放总量如果超出所限定的额度， 此时供应链的总成本还应该包括因碳排放超标而购买部分碳配额的购买成本， 其中cepbuy=SCTCE-Ccap
SCEPC=pc×cepbuy
至此， 可得供应链总成本如下。
SCTC=SCFC+SCTRC+SCPRC+SCRC+SCEPC
3.供应链收益
图1所示供应链收入主要由三部分组成： 供应商销售原材料所得收入、制造商和零售商销售服装产品所得收入以及零售商将废旧衣出售给制造商所得收入， 其具体收益公式如下
上式中第一项表示供应商销售原材料所得收入， 第二项和第三项表示制造商销售产品所得收入， 第四和五项则表示零售商销售产品所得收入， 第六项和第七项表示零售商将废旧产转售给制造商所得收入， 第八项是制造商将回收的废旧服装转售给供应商所得收入。第九项则是指在碳配额机制下， 如果当前周期内碳配额度未使用完， 即cepsale=Ccap-SCTCE≥0， 那么供应链管理者则可将其余量拿至碳交易市场进行出售， 此时所得收入视为供应链整体收入的来源之一， 此方法可在一定程度上驱动相关企业降碳减排经营。值得注意的是cepsale和cepbuy二者只能出现其一。为了表述的方便， 引入变量y且定义如下。
则碳配额机制下碳排放对应的碳成本和收入的表达式分别为
4.约束条件
约束条件是为了求解决策模型并实现供应链最优决策目标而必须具备的一些限制条件， 首先是各节点成员企业之间的产品流量约束， 具体如下。
上述所列约束条件中，式（1）表示供应商s生产的原材料数量要大于或等于其运往制造商p的原材料数量之和;式（2）表示制造商p采购的原材料数量要大于或等于制造商p所消耗的原材料数量; 式（3）表示制造商p生产的产品数量要大于或等于从其发出的产品数量， 即要满足零售商的订单需求; 式（4）表示零售商f收到的产品数量要大于或等于其市场需求量和当前周期内过季产品数量之和; 式（5）是零售商d从零售商f和制造商p处收到的产品数量要大于或等于零售商d处产品的需求数量; 式（6）表示制造商p运往零售商d的新服装数量要其处清洗、消毒翻新的服装数量一致; 式（7）是从零售商f，d处回收的旧衣服数量等于制造商p处翻新的服装数量与运给供应商s的产品数量之和; 式（8）表示供应商s收到的废旧衣服总量等于其处拆解深加工处理的服装数量与运至处理中心焚烧处理的数量之和; 式（9）表示零售商回收的废旧衣服均运至制造商处; 最后，式（10）-式（11）分别表示零售商f，d负责回收市场中废旧服装的数量。
其次， 如图1所示供应链中各个节点成员企业由于其规模、生产能力等实际限制， 对应的库存能力也不尽相同， 约束如下。
其中， （12）和（13）式分别表示每个供应商对不同服装原材料和产品的库存能力限制， （14）表示不同制造商对不同服装产品的仓储能力限制约束， （15）和（16）式则表示零售商的服装产品仓储能力限制。
同时， 废旧服装在制造商处进行分类处理， 清洗、消毒等翻新处理，在供应商和处理中心分别深加工处理和焚烧处理各占比例约束如下。
在模型的研究中， 考虑到部分新服装产品可能因滞销而过季， 即在产品满足一定市场需求量前提下存在一定比例的过季服装产品， 相关约束条件如下所示。
再次，是碳排放约束。由于文中考虑的是碳配额机制对供应链网络中碳排放量的整体影响， 同时因为供应链的碳排放量要么超标，要么满足碳配额约束，二者只能出现其一， 其中Α是一个较大已知常数。
依据前文关于变量y的定义， 易知表达式（23）和（24）只能成立一个。
最后是关于决策变量的约束， 除 xi， i∈S，P，F，D，y是0-1变量外， 其余决策变量都要求非负， 此处不再一一罗列。
至此， 构建了如图1所示供应链网络， 在碳配额约束机制下， 考虑供应链整体成本最小和收益最大时的运营决策模型如下。
基于上文中关于目标函数和约束函数的定义，易知模型（MOD）是一个线性混合整数双目标规划问题， 本文根据郭传好等学者的研究中约束方法思想进行求解［20］，下面给出关于该方法的简要说明。
（二）模型求解
约束法是多目标规划问题的有效求解方法之一［19-20］， 郭传好（2017）［20］初步探讨了一个改进的约束方法， 并成功应用于有效求解一个乳制品供应链的决策优化模型。本文将利用该方法的思想， 同时结合本文决策问题的实际需求， 对模型中不同参数的选取给出更进一步的说明。
众所知周， 供应链管理的目的是为了提高供应链的整体收益和竞争力， 进而提高成员企业的利益和竞争力， 因为成员企业不希望因加入供应链而出现利润损失或竞争力下降。为了实现上述目标， 供应链运营管理者在实际做决策时， 需在一定的风险前提下， 或有限成本控制条件下， 最大化供应链整体的收益， 即偏向于保守型决策， 此时模型转化为下面形式
定理1和定理2保证了模型（MOD）和模型（MOD-1）之间解的存在性和某种等价关系， 同时模型（MOD-1）的最优解一定是模型（MOD）的可行解［20］， 此处不再赘述。
值得说明的是，模型（MOD-1）约束中的参数COSTω是供应链成本目标SCTC的一个上界， 理论上该上界值越小越好， 此时对应的目标成本约靠近理论上最小成本， 但是由于成本和收益是一对矛盾的目标， 因此成本目标不可能无限制接近其理论最小值。为了尽可能好的优化成本目标， 此时参数COSTω的选取将非常重要， 其影响着供应链成本目标的优化程度。由于COSTω是供应链成本目标的近似估计， 基于模型（MOD）的特点易知， COSTω的最小值和最大值可以通过求解下面两个模型得到， 即
模型（I）中仅考虑了收益目标， 没有优化成本， 此时得到的收益是最大的， 因此此时所对应的成本应该是最大成本， 记为COSTmax。模型（II）中仅有成本目标， 没有收益目标约束， 此时得到的成本目标应是最小成本， 记为COSTmin。所以， 实际中参数COSTω的取值应介于COSTmin和COSTmax之间， 即
其中， λ∈［0，1］， 可通过调整参数λ的大小来控制目标成本的实际取值范围。
同时注意到， 在模型（MOD-1）中， 成本目标函数SCTC转移至约束中， 虽然可以通过右端参数COSTω的调整， 使其尽可能好地接近最优成本COSTmin，但该参数的调整只能限制目标成本SCTC的最优取值范围， 与供应链的整体收益SCTREV目标没有显著的关联性， 这与原模型（MOD）中要求收益SCTREV和成本SCTC同时最优的目标是不相符的。为了解决该问题， 我们在模型（MOD-1）的目标中加入μ·（COSTω-SCTC）， 即模型如下
此时模型目标函数中不仅有收益目标， 也有成本模型， 而且其中μ>0是一个参数， 通过对其进行调整可以更好地加快成本目标SCTC趋向于给定的最优值。至此， 可以通过求解模型（MOD-2）进而得到原模型（MOD）的理想有效解。
四、数值分析
为了检验上文所建立的决策模型能够给供应链网络提供最佳的运作决策方案， 同时也为了进一步探讨和分析碳配额机制对供应链整体成本、收益以及碳排放量的影响和作用， 本节基于MATLAB平台和Gurobi［21］求解器对文中决策模型进行求解， 并对相关结果进行分析和讨论。
在模型求解过程中，考虑到服装供应链的实际市场条件，选取6个候选供应商， 4个候选服装制造商， 10个一级市场候选零售商和14个二级市场候选零售商， 其他参数基于相关文献和实际因素的分析， 在一定合理取值范围内利用MATLAB的rand函数随机生成， 具体取值如表2所示。同时，Ⅱ级和Ⅲ级回收服装的拆解和销毁成本分别选取为csg∈3，10和csg∈2，5， Ⅰ级和Ⅱ级回收服装的翻新和拆解比例分别选取为rg∈0.01，0.1，rg∈0.1，0.4。碳销售价格pc=0.8，碳购买价格为pc=1。
表2 模型参数取值
（一）碳配额相同，回收量不同时的运作决策结果分析
针对如图1所示的闭环供应链网络， 首先分析废旧服装回收数量的变量对供应链整体效益的影响.同时考虑到碳配额对供应链整体运作决策的影响， 此时碳配额假设为5000吨， 取11个不同的服装回收数量， 从20万件至220万件， 每次增加20万件， 相关的结果如图3至图7和表3所示。
图3 回收数量对供应链节点企业收益的影响
图4 回收数量对供应链节点企业成本的影响
首先， 图3和图4分别给出了不同服装回收量前提下， 供应链中供应商， 制造商和零售商各自整体收益和成本的变化情况。从图3中的曲线趋势不难发现， 随着服装回收数量的增加， 供应商， 制造商和零售商的利润都有增加的趋势， 其中零售商的收益增幅最大， 制造商其次， 供应商最小， 这是因为供应链中零售商负责所有废旧服装的回收， 制造商负责所有服装的集中分拣及I类服装的再循环处理， 这也潜在地表明废旧服装的集成化运作处理， 尤其是当其回收量较大时， 能够给相应的回收处理主体企业带来较大的利润。同时， 也注意到回收数量的增加对供应商利润增加的效果不明显， 主要是因为深加工处理这些废旧服装需要高额的投入和处理成本，进而影响收益的增加，这会潜在影响供应商投资加工处理废旧服装的积极性和意愿，给供应链的整体运营带来一定的风险。因此，为了有效弱化这些不利影响，可在零售商、制造商和供应商之间建立一定的利益共享机制来均衡彼此间的收益，这对供应链整体的协调、高效可持续运营具有重要的作用。服装回收数量对零售商、制造商和供应商三者的成本具有正向的影响，其中对零售商的成本影响最大，制造商其次，供应商最小（如图4所示）。尽管回收数量对零售商的成本影响较大，但相关成本分析结果发现其增加的主要因素是运输费用的增加，这与实际情况也是较相符的。因为服装回收数量增加了，但结合零售商的利益变换趋势易知，零售商最终的利益还是明显增加的，这对于激发零售商的积极性，使其参与到服装的回收供应链网络中来，具有重要的影响和作用，毕竟零售商是距离消费者最近的企业。同时利用零售商渠道来回收废旧服装，还有利于降低供应链整体的运营成本，即减少了传统的回收商环节，这对于供应链集成化运作具有一定的管理启示。
图5 回收数量对供应链节点企业碳排放量的影响
图6 供应链节点企业碳排放分布占比
表3 不同回收量下供应链不同节点碳排放占比
其次，图5和图6分别展示了当前碳配额5000吨前提下，供应链中各节点企业的碳排放数量变化情况及其占比情况。如图5所示，随着服装回收数量的逐渐增加，供应链中各节点企业的碳排放量也随之增加， 因为废旧服装的回收处理过程中具有较高的碳排放， 尤其是供应商和制造商环节， 这也给了相关节点企业低碳可持续运营的一定启示， 如在该两处节点企业中选择投资运营绿色低碳处理废旧服装设备， 或碳额补贴等措施， 不仅可以有效降低碳排放量， 还可潜在增强供应链的可持续绿色运营能力。图6中给出了不同回收数量下供应链各节点企业碳排放量的分布占比， 同时表3中亦给出了不同回收量时， 供应链中零售商、制造商和供应商各节点企业碳排放量的具体占比结果。零售商和制造商的占比虽有所增加， 在回收量从20万件增加到120万件的过程中， 零售商的碳排放量占比从5.15%上升到了17.03%， 随后稳定在17.03%到18.91%之间， 制造商的碳排放量占比则是从16.82%上升至31.35%， 最高是35.39%。而供应商的碳排放量占比却有较显著的降低， 从开始的78.03%下降至47.78%。这说明随着回收数量的增加， 供应链中的碳排放量会被逐渐分配到其他节点企业中，这也说明了服装回收量低时，供应链中的碳排放主要集中于供应商处，即加工服装原材料产生的碳排放， 但随着废旧服装回收数量的增加， 其加工处理产生的碳排放量逐渐高于服装新原材料加工产生的碳排放量， 同时废旧服装的深加工处理也会补充一部分原材料供给， 减少新原材料的生产， 整体上降低供应商环节的碳排放量占比。
最后，为了更加直观地展现不同回收量前提下图1所示供应链网络的具体运作决策，给出的碳配额是5000吨，服装回收量是100万件时的供应链运作决策结果，如图7所示。图7中左图给出的是供应链正向网络中节点企业的选择结果和不同节点企业之间的运输数量，右图给出的是逆向网络中不同节点企业之间的运输量。图7中相关运量和节点企业选择的决策结果也在一定程度上说明本文所建立的决策优化模型是有效的，给出的决策方案是合理可行的， 这对相关企业供应链的实际设计和运营具有一定的指导价值。
图7 碳配额5000吨，回收量100万件条件下图1所示供应链网络运作决策结果
（二）回收量相同，碳配额不同时的运作决策结果分析
下面一节将分析碳配额机制策略对供应链网络的成本、收益及碳排放量等相关目标以及运作结果的影响。为此， 假定此时服装的回收量是50万件， 碳配额从0吨增加到20000吨， 依次增加2000吨。相关结果如图8至图12和表4所示。
图8 碳配额对供应链节点企业收益的影响
图9 碳配额对供应链节点企业成本的影响
首先， 在不同碳配额条件下， 供应链中不同节点企业的收益和成本变化情况，如图8和图9所示。在碳配额从0吨增加到6000吨的过程中， 供应链中各节点企业的收益逐渐减少， 究其原因是因为供应链中的碳排放量高于碳配额， 所以供应链要支付这部分超额碳排放量的成本。随着碳配额度的增加， 其额度会趋于满足供应链的碳排放量需求， 因此购买碳的成本逐渐减少， 从而总成本呈现降低的趋势。当碳配额从6000吨增加到16000吨时， 供应链各节点企业的收益有一定程度的增加， 部分是由于供应链的碳排放量低于碳配额量， 此时剩余的碳配额量还可以在碳交易市场中进行交易， 从而增加供应链整体收益。当碳配额从16000吨增加到20000吨时， 供应链各节点企业的收益趋于稳定， 这是因为此时的供应链整体的生产与销售已基本达到市场需求饱和状态， 因而不再有利润的额外增加。成本的变化情况与收益类似， 不同的是在碳配额增加过程中， 供应商成本变化较小， 只有轻微的降低， 而零售商的成本变化则相对较明显， 这是由于文章只是关注了供应链整体碳排放量与碳配额度之间的关系， 并未探讨和分析碳配额度在供应链节点企业之间的分配机制（如图9所示）， 所以， 制定合理的碳配额机制及其分配策略， 不仅有利于协调和控制供应链整体的碳排放量， 还能协调碳排放量在不同企业之间的排放量， 进而优化成本与收益的分配， 这样有利于增强供应链的可持续发展和整体竞争力。
图10 碳配额对供应链节点企业碳排放量的影响
图11 节点企业碳排放量分布占比
表4 不同碳配额量下供应链不同节点企业碳排放量分布占比
其次， 图10和图11及表4分别给出了不同碳配额时， 供应链节点企业的碳排放量和相应节点企业碳排放量的分布占比情况。从图中曲线变化情况可知， 零售商的碳排放量和占比基本没有变化， 制造商处的碳排放量和占比均有小幅下降， 而供应商的碳排放量和占比则有较显著的增加。因此从整个过程来看， 积极合理的碳配额策略可有效降低供应链整体的碳排放量和协调碳排放在供应链节点企业之间的分配。同时数值结果亦发现， 供应商收益是三个节点企业中最低的， 但其碳排放占比却是最高的， 这是因为供应商处不论新材料的加工制作， 还是废旧服装的深加工处理都会有较高的碳排放量。因此，供应链内部可制定合理的碳配额分配机制和碳排放成本分摊策略来均衡供应链中碳排放量及其成本分布不均， 这对于激励供应链中的高碳排放量企业积极参与供应链的整体运作具有重要的吸引力和作用。
最后，为了更加直观的展现不同碳配额前提下供应链网络的具体运作情况，文章给出的碳配额是10000吨，服装回收量是50万件时的供应链运作决策结果，如图12所示。图12中左图给出的是供应链正向网络中节点企业的选择结果和不同节点企业之间的运输数量，右图给出的是逆向网络中不同节点企业之间的运输量。图12中相关节点之间运量和节点企业选择的决策结果也一定程度的说明本文所建立的决策优化模型是有效的，给出的决策方案是合理可行的， 这对相关企业的供应链实际设计和运营具有一定的指导作用。
图12 碳配额10000吨， 回收量50万件条件下供应链网络运作决策结果
（三）回收量和碳配额对供应链整体收益和成本的影响
本节给出回收量和碳配额对供应链网络整体收益和成本的影响分析。为了简化数值结果的内容，分别选取碳配额是5000吨和回收量是50万件时，对应回收量变化和碳配额变化对供应链整体收益和成本的影响，相关结果如图13和图14所示。
当碳配额是5000吨时， 服装回收数量的变化对供应链的总收益和总成本的影响如图13所示。图中曲线表明： 随着服装回收数量的增加， 供应链整体的成本和收益均呈现递增的趋势， 而且收益的增长率明显高于成本的增长率， 这也说明废旧服装的回收及其处理虽然会有一定的成本支出， 但从供应链整体运营的角度来看， 废旧服装的回收及处理能够给供应链整体带来较大的收益增加空间， 而且回收量越多， 收益增加的越多， 这可有效带动服装回收产业的快速发展。因此， 在实际供应链的运营管理中， 可通过制定合理的收益共享机制， 使得供应链中节点企业获得一定的收益， 这对于增强节点企业合作， 协调供应链成员的关系以及增强供应链整体的运营能力和竞争力都具有重要的理论指导意义。当服装回收数量是50万件时， 供应链中碳配额的变化对供应链整体成本和收益的影响关系如图14所示。图中结果表明： 当碳配额介于0吨至6000吨时， 供应链的总收益和总成本是随着碳配额的增加而递减的， 且成本的减少率要高于收益的减少率， 供应链整体还是收益增加的， 在碳配额取6000吨时均达到最低值。当碳配额高于6000吨时， 供应链的总收益和成本均呈现明显递增趋势， 且收益的增幅最快， 是成本增幅的近4倍。这一方面离不开碳配额机制对供应链碳排放的协调控制作用， 同时也潜在的表明要依据供应链中的实际碳排放量来制定合理的碳配额机制， 否则过低的碳配额度不利用调动成员企业去参与服装的回收处理， 而过高的碳配额度， 又会给供应链带来机会收益， 影响供应链的竞争力提升。
图13 回收量对供应链总收益及成本的影响
图14 碳配额对供应链总收益及成本的影响
综上结果分析可见，基于供应链网络，在合理的碳配额机制策略下，废旧服装的回收及处理确实能够给供应链整体带来潜在的巨大收益，这不仅可有效解决当下废旧服装回收难的问题，而且废旧服装的深加工处理亦可为市场提供一定的原材料来源。同时也为降低供应链中的碳排放量找到了目标和一定的对策。相关的数值结果也表明了本文所建立的决策模型的有效性，给出的运营方案是合理最优的。相关的研究结果具有一定的理论价值，对供应链的实际运营管理具有一定的指导价值和借鉴意义。
五、结语
纺织服装产业市场巨大，淘汰的服装数量日益剧增，同时废旧服装面临回收无序，加工处理成本高收益低，高碳排放等一系列制约问题。为加快构建纺织服装产业闭环供应链建设， 提高废旧服装回收效率及其利用率， 同时兼顾供应链整体运营与生态环境的融合， 首先，本文设计构建了一个由供应商、制造商和零售商组成的三级纺织服装闭环供应链网络， 其中零售商集成废旧服装的统一回收， 制造商集成废旧服装的统一分类及再利用废旧服装的加工处理。其次，考虑服装回收处理过程中碳排放量高且分布不平衡这一不足， 利用碳配额机制， 以供应链整体运营成本和收益为目标， 建立一个双目标决策优化模型， 并对模型的结构和求解方法给出了具体的分析与说明。最后，通过数值实验检验了本文所建模型的有效性和运作决策方案的合理最优性。相关研究结果表明： 废旧服装的回收处理尽管需要一定的运作成本， 但从长期的角度来看， 其能够给供应链整体带来较大的收益空间。零售商和制造商的集成化运作模式不仅可有效的降低供应链的整体运作成本， 同时可有效的提升供应链整体的运作效率。合理的碳配额机制可有效激励相关节点企业去绿色低碳运营， 通过制定合理的碳成本分摊机制和收益共享策略， 进而提升供应链成员之间的协调运作和竞争力。相关研究成果不仅有效丰富了供应链管理理论知识体系，同时对政府和相关产业组织制定合理的碳配额机制， 纺织服装产业设计构建闭环可持续供应链网络具有一定的指导和借鉴意义。
参考文献：
［1］ PACOA， WALTER L F， LUCAS A，et al.Fostering sustainable consumer behavior regarding clothing： assessing trends on purchases， recycling and disposal［J］.Textile research journal， 2021，91（3-4）：373-384.
［2］ NIINIMKI K， PETERS G， DAHLBO H，et al.The environmental price of fast fashion［J］.Nature reviews earth andenvironment，2020，1（4）：189-200.
［3］ STENTON M， VERONIKA K， RICHARD S B，et al.From clothing rations to fast fashion： utilising regenerated protein fibres to alleviate pressures on mass production［J］.Energies， 2021，14（18）：1-33.
［4］ WIEDEMANN S G，BIGGS L， NEBE B， et al.Environmental impacts associated with the production， use， and end-of-life of a woollen garment［J］.International journal of life cycle assessment，2020，25（8）：1486-1499.
［5］ BALA B K， ISLAM M M.Modelling of supply chain of ready-made garments in Bangladesh［J］.Systems research and behavioral science，2020，37（1）：38-55.
［6］ SETIAWAN R.Order allocation and purchasing transportation planning in the garment supply chain： a goal-flexible planning approach［J］.Industrial engineering and management systems［J］.2021，20（2）：223-235.
［7］ LI Z F， YUAN J.Customer behavior on purchasing channels of sustainable customized garment with perceived value and product involvement［J］.Frontiers in psychology，2020，11： 1-11.
［8］ 茅茂，王长军.考虑原产地规则的跨境纺织供应链网络设计［J］.纺织学报，2022，43（7）：170-177.
［9］ CAO H Q， JI X F.Optimal recycling price strategy of clothing enterprises based on closed-loop supply chain［J］.Journal of industrial and management optimization， 2022：1350-1366.
［10］秦晓彤，牟宗玉，储涛，等.网购偏好和零售服务影响闭环供应链的销售及回收策略研究［J］.中国管理科学，2022.
［11］黄春香，李登峰.基于非合作-合作两型博弈且押金返还回收商的闭环供应链定价与利润分配研究［J］.中国管理科学，2022.
［12］ 陈林，万攀兵.《京都议定书》及其清洁发展机制的减排效应——基于中国参与全球环境治理微观项目数据的分析［J］.经济研究，2019，54（3）：55-71.
［13］ 刁心薇，曾珍香，孙丞.混合碳政策下两产品供应链的协同研究［J］.中国管理科学，2021，29（2）：149-159.
［14］ CHOI T M.Optimal apparel supplier selection with forecast updates under carbon emission taxation scheme［J］.Computers and operations research，2013，40（11）： 2646-2655.
［15］蒋晓芬，高广阔，孙浩.碳限额交易政策下考虑消费者偏好的外包减排策略研究［J］.运筹与管理，2022，32：1-10.
［16］ 张李浩，宋相勃，张广雯，等.基于碳税的供应链碳减排技术投资协调研究［J］.计算机集成制造系统，2017，23（4）：883-891.
［17］ 路正南，成思瑜，朱新朗.碳配额交易政策对供应链决策的影响研究［J］.工业技术经济，2018，37（8）：109-116.
［18］ SU C， LIU X J.Green supply chain decisions considering consumers low-carbon awareness under different government subsidies［J］.Sustainability， 2020，12（6）： 1-12.
［19］ ZHANG W， REIMANN M.A simple augmented e-constraint method for multi-objective mathematical integer programming problems［J］.European journal of operational research，2014，234（1）：15-24.
［20］ 郭传好， 陈芳， 单而芳.短生命周期乳制品供应链网络成本与收益优化研究［J］.中国管理科学， 2017，25（2）：87-97.
［21］ ANONYMITY.A powerful mathematical optimization solver ［EB/OL］.（2019-11-02）.［2022-07-15］.https：//www.gurobi.com/.
基金项目：2020年广州市科学技术局科技创新发展专项基金项目”低碳经济背景下供应链成本与收益优化模型研究”（202002030119）; 2021年度浙江省教育厅一般科研项目”服装生态供应链网络及其运作策略研究”（Y202148252）
Operational Decision of Integrated Textile and Apparel Closed-loop
Supply Chain from Low Carbon Perspective
GUO Chuan-hao1，2， LIU Zhen-yu1
（1.School of Economics and Management， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou，Zhejiang 310018;
2.Zhejiang Academy of Ecological Civilization， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou，Zhejiang 310018）
Abstract：The booming textile and garment industry has not only effectively driven the rapid development of the social economy， but also brought about an increasing amount of waste garments.To accelerate the construction of a closed-loop supply chain for the textile and apparel industry， improve the efficiency and utilization rate of waste garments， and at the same time take into account the integration of the overall operation of the supply chain and the ecological environment， this paper designs a three-stage closed-loop supply chain network for textile and apparel consisting of suppliers， producers and retailers， in which retailers integrate the unified recycling of waste garments， producers integrate the unified sorting of waste garments and the processing of reused waste garments.Given the high and uneven distribution of carbon emissions in the garment recycling process， considering the carbon cap-and-trade mechanism， a bi-objective decision optimization model was developed with the objectives of the overall operating costs and revenues of the supply chain， and the structure and solution methods of the model were analyzed and discussed.Finally， numerical experiments were conducted to verify the validity of the model and the optimality of the operational decision scheme.The results of the study show that the recycling of used garments， despite its operational costs， can bring significant benefits to the supply chain in the long run.The integrated operation of retailers and producers can not only reduce the overall operating costs of the supply chain but also improve the overall efficiency of the supply chain.A reasonable carbon cap-and-trade mechanism can effectively motivate the relevant nodal enterprises to operate in a green and low-carbon manner， and enhance the coordination and competitiveness of supply chain members by formulating a reasonable carbon cost-sharing mechanism and benefit-sharing strategy.The research results not only have certain theoretical value， but also have certain guidance and reference significance for the government and relevant industrial organizations to formulate a reasonable carbon cap-and-trade mechanism， and for the textile and garment industry to design and build a closed-loop supply chain network.
Keywords：textile and apparel; closed-loop supply chain; carbon quota; integrated model; operational decision; bi-objective programming
