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实现可持续发展闭环供应链网络的多目标优化
张庆宇 翁丽丽 马海林
商业分析和供应链管理研究所 深圳大学管理学院 深圳, 518060, 中国
摘要：在本文中,我们成功地阐述了建立在三重底线的基础上的闭环供应链网络中存在的问题。特别是本文衡量企业社会责任 (CSR) 的水平,以及捕获客户需求受级别的影响企业社会责任, 这在当前的供应链中很少讨论管理文献。由于该配方具有非线性、非连续性和多目标, 一种改进的粒子群优化（PSO）的算法解决了这一问题。
关键词：供应链网络；三重底线;社会；责任；粒子群优化；
1．导言
如今, 人类的健康问题和环境问题,特别是碳排放二氧化碳 (CO2)的问题, 变得越来越突出。因此可持续发展在1987年被界定为 '发展在不妥协的情况下满足当前的需求。后代满足自身需求的能力 ',这一问题在现在比以往任何时候都更加重要[1]。此外,最近可持续发展问题世界首脑会议(可持续发展问题世界首脑会议)将可持续性定义为经济利益、环境保护和社会发展之间的平衡。
在这方面, 在这方面, 公司有责任促进和保护生产其产品的工人的健康、安全和工作环境。根据外交部公布的中国的贸易和经济合作的数据，近年来,许多中国企业失去了约为50亿美元的订单, 因为他们未能满足其工业客户在社会责任,环境保护、劳工标准或质量标准的问题上提出的要求[2]。
因此, 公司被迫查看其整个供应链,以实现更可持续的同时保持他们的竞争力 [3]。与此同时，可持续的供应链管理和物流管理对公司来说变得更加重要。可持续供应链管理 (SSCM) 指的是物流和信息流的管理,以及供应链中的上游和下游企业。三个方面 (即经济、环境和社会)的可持续发展的执行情况和利益攸关方的需求 [4、5、6]。换言之,可持续供应链是指整合可持续发展的概念并将其发展到供应链设计和根据三重底线 (TBL) 管理的供应链,包括经济、环境和社会责任 [7, 8, 9]。特别是社会层面这一要素一直被忽视, 我们离实现所谓的可持续供应链还有很长一段路要走 [10]。
幸运的是, 越来越多的企业建立了处理社会责任问题的职能部门。近90% 的国有企业 (SOES) 在2013年初成立了企业社会责任 (CSR) 委员会 [11]。鉴于可持续供应链的复杂性和意义, 本研究以深圳某空调公司为中心, 研究了一个以研发、设计、制造、销售、服务为重点的闭环供应链网络优化问题, 以及回收利用。目前, 本公司已成立了处理社会责任的职能部门, 该部门由高级副总裁领导。本文对企业社会责任的努力进行了广义的界定, 包括环境工作、法律责任工作、社会福利工作等。我们试图解决公司面临的一些问题, 例如, 如何将可持续性纳入供应链的设计和规划决策 [3]？换句话说, 如何确定企业社会责任的努力水平, 以实现利润最大化、碳排放最小化和企业社会责任效应最大化？
本文的其余部分的结构如下。在第2部分中, 我们描述了 tbl 的概念和供应链网络的多目标, 在第3节中, 我们对问题进行了建模。我们解决了这个问题, 并进行了数值研究, 以检验第4节中的参数的敏感性。在第5节中, 我们得出最后结论。
2.文献综述
在本部分中, 我们从TBL的角度对闭环供应链和企业社会责任的措施进行了回顾。
2.1 闭环供应链和TBL
由于有大量关于CLSC的文献, 我们根据网络类型、目标解决方案、以及客户的需求三个主要特征对表1中的一些已发表的文章进行了分类。根据表1,这些模型的范围为从单一目标模型到复杂的多目标模型。在这些论文中,最大限度地降低网络成本是最常见的目标,一些文章提出了将CLSC社会影响考虑在内的模型。此外,这些论文假设客户的需求是已知和确定的。然而,客户需求在现实生活中并不是确定的。Sudtasan和Suriya[12]将企业社会责任对出售给客户的数量的影响定义为公司的对数函数[13]。然而,我们的工作是要与以前的研究内容区分开来的。因此,我们首先尝试对社会方面以及环境和经济方面进行定量建模。其次,我们的模型会假设客户需求是不确定的,是会受到社会责任活动的影响的。
表 1. 回顾已出版的文献
2.2 企业社会责任措施
企业社会责任 (CSR) 是指公司通过其运营、产品或服务,以及通过与员工、客户、投资者、供应商、社区和环境的互动,对社会和环境产生的积极影响[14]。因此,企业社会责任是一个多学科和涉及到有多方多利益相关者的问题。为了简化和量化社会责任工作并将其用于数学模型,戈文丹等人[15]选择了四项标准来衡量企业社会责任, 但它们对标准的选择是基于要素之间的共性和存在对比的基础上的由制造和再制造工艺驱动的环境 [15]。Pishvaee和Razmi根据不同利益相关者的利益大小来衡量企业社会责任 [16]。主要利益攸关方，其社会影响和相关量化措施见表2。表2的最后一列指的是ISO 26000中相应的核心科目。四项相关的社会措施,包括: (1) 潜在危险产品的数量; (2) 工作受损造成的损失天数; (3) 产生的废物数量,以及 (4) 创造的就业机会数量，这四项在模型中被选定为SR措施。
表 2. 有关问题的社会影响和措施
3. 模式说明
在一个案例的启发下，如图1所示,我们从一个通用的CLSC网络开始,这是一个七个梯级的供应链网络,包括多个供应商、制造中心、配送中心、未来供应链中的客户区域以及由一个检测中心、回收中心和处理中心组成的逆向供应链。我们在逆向供应链中整合了来自客户区域的单一采购收集中心 (CC)。退回的产品分为回收、再制造、再循环和处理。本文所描述的问题旨在实现利润最大化、排放最小化、社会责任最大化。拟议的模型是基于文献 [17, 18, 14] 中的以下共同假设。
·每个梯队的设施数量及其潜在地点受到预定值的限制。
·同一梯队的设施之间没有流动
·客户区域的位置是固定的,他们的需求得到充分满足。
·所有类型的货件均为实物交易。
·返回到CC的EOL产品数量只是客户需求的一小部分。
·我们只计算生产和运输过程中的二氧化碳排放量。
·没有时间限制。
·中间层的所有设施都是用于转运的,不考虑库存问题。
·有两种生产技术: 低技术和高技术。在建立制造中心的同时,可以获得每一种生产技术。此外, 低价值客户区只购买低技术,高价值的客户区生产的产品,购买低技术、高科技制造的产品。
图 1. 供应链的示意图
为便于参考,使用表3中定义的索引、参数和决策变量定义模型的术语和方程。
表3 模型注释
根据上述注释, 问题可以表述如下:
数学规划问题由相对于可持续发展三个维度相对应的多目标组成, 因此它们必须是不同的尺度。由于该公式具有非线性、非连续性和多目标的特点, 因此采用了改进的粒子群优化 (PSO) 算法来解决这一问题。
4.数字实例
在这一节中, 我们将秦等人发起的PSO应用到数值例子中PSO是在MATLAB 2010中实现的,所使用的计算机是普通的联想V3000。每个粒子的结构有40行和30列。并根据秦的文献,确定了PSO的参数。下面给出了该示例的具体数据的详细说明。
i=2,j=2,k=2,l=2,m=1,n=1,o=1
技术制造中心所产生的固定成本为
配送中心所产生的固定成本为
收集中心、回收中心和处理中心所产生的固定成本为
（20）
给出了低技术交易到配送中心 (1) 和配送中心 (2) 的制造中心 (1) 所面临的交易成本函数。
（24）
给出了高科技交易到配送中心(1)和配送中心(2)的制造中心(1)所面临的交易成本函数。
给出了低科技交易到配送中心(1)和配送中心(2)的制造中心(2)所面临的交易成本函数。
给出了高科技交易到配送中心(1)和配送中心(2)的制造中心(2)所面临的交易成本函数。
与下一梯队其他设施交易的梯队设施所面临的交易成本为
社会责任活动的成本函数是
b (eta; ) = 2eta;
制造中心面临的生产成本函数是
设施面临的处理成本函数为
客户所面临的价格函数为
每单位因使用回收、再制造和回收的EOL产品而节省的费用
建立拥有技术t的制造中心 j 的碳排放
建立设施的碳排放
低技术制造中心制造产品的碳排放
高科技制造中心制造产品的碳排放
设施中处理产品的碳排放
卡车容量为
根据美国环境保护署运输和空气质量办公室, 每加仑消耗的柴油产生的二氧化碳排放量是:
假设制造商和分销商之间的距离以及分销商和零售商之间的距离在表4中给出。而卡车是7类卡车, 平均油耗为每加仑4英里, 那么每辆卡车每次行驶400英里所需的燃料量可以给出: g = 100 加仑。卡车容量假定为每辆卡车80台, 即:tc=100个单位。
表4 数据
使用回收、再制造和回收的 eol 产品所产生的每单位环境效益
制造商每次生产一个产品所产生的废物的平均数量为
制造商i的潜在危险产品的平均比例为
因工人的工作造成的损失而造成的平均损失天数i是
如果选择了制造商i, 则创建的就业机会数为
如果选择了分销商 j, 则创建的就业机会数
供应商、收集中心、回收中心和处置中心创造的就业机会数量为
Pishvaee等人(2012 a)称,两项企业社会责任计量的权重因素为
alpha; = 0.85，beta; =delta; =gamma; = 0.05
将模型应用于上述参数, 结果如图2所示
图2 结果
这一问题的主要贡献可概述如下:
(1) 选择了低制造技术 (1) 和高技术制造技术 (2)。选择了分销商 (1) 和分销商 (2)。
(2) 企业社会责任水平为0.9819。
(3) 总成本 2.00E 07, 对环境的影响 7.52E 03, 社会影响1.81E 03。
5.结论
关于可持续性的研究一般以 tbl 为基础。因此, 本研究有助于回答以下问题: 如何将可持续性纳入供应链设计和规划？如何决定社会责任的程度？本文的主要贡献和建议可以概括为: 本文成功地提出了基于 tbl 的闭环供应链网络问题。目标是: (1) 利润总额最大化; (2) 尽量减少对环境的总体影响; (3) 最大限度地提高社会效益。本文对企业社会责任的努力进行了广义的界定, 包括环境工作、法律责任工作、社会福利工作等。此外, 客户的需求也受到企业社会责任水平的影响, 这在当前的供应链管理文献中很少讨论。并利用改进的 pso 解决了多目标问题。基于 tbl 的模型可以进一步扩展, 因为它忽略了制造商可以直接与零售商合作。此外, 今后还可以使用不同的算法来解决这一问题。
致谢
这项工作得到了国家自然科学基金第71572115号批准书的部分支持;广东社会科学基金会主要项目, 编号: 2016wzdxm005;szu 国家科学基金会第836号批准。
参考文献
[1]Cassen R H. Our Common Future: Report of the World Commission on Environment and Development[J]. International Affairs, 1987,64(1):126.
[2]WU D Y. Research on Corporate Social Responsibility Management of Supply Chain[J].China Soft Science(2), 2013(2):55-63 (in Chinese).
[3]Mota B, Gomes M I, Carvalho A, et al. Towards supply chain sustainability: economic, environmental and social design and planning[J]. Journal of Cleaner Production, 2015, 105:14-27.
[4]Bhagwat M. Core Issues in Sustainable Supply Chain Management[J].Iosrjournals Org.
[5]Seuring S. Sustainability management beyond corporate boundaries[J].Journal of Cleaner Production, 2013, 18(10–11):1118-1
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