面向鋼鐵工業(yè)的逆向物流系統(tǒng)的重用策略及其優(yōu)化方法研究.pdf

1、鋼鐵工業(yè)是典型的高能耗、高排放的過程工業(yè)。在鋼鐵工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，鋼產(chǎn)量持續(xù)高速增長的今天，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展受到鐵礦資源、能源和水資源等生產(chǎn)要素的嚴(yán)重制約，資源的回收利用正日益受到人們的關(guān)注和重視。如何有效地利用鋼鐵冶金生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的不同類型、不同形式的廢鋼鐵、廢渣和可重用的殘次品等，對于降低生產(chǎn)成本、提高資源利用率、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境具有十分重要的意義。逆向物流是對原材料、加工庫存品、產(chǎn)成品，從消費(fèi)地到起始地的相關(guān)信息的高效率、低成本

2、的流動(dòng)而進(jìn)行有效地規(guī)劃、實(shí)施和控制的過程。本文結(jié)合逆向物流的概念，在總結(jié)與分析我國鋼鐵行業(yè)近幾十年來發(fā)展的現(xiàn)狀，以及對幾個(gè)國內(nèi)大型鋼鐵集團(tuán)的實(shí)地調(diào)查與實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，開展了面向鋼鐵工業(yè)的逆向物流系統(tǒng)的重用策略及其優(yōu)化方法的研究工作。該研究是985工程流程工業(yè)綜合自動(dòng)化科技創(chuàng)新平臺研究項(xiàng)目、遼寧省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目和國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目(70625001)的重要組成部分。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴概述了逆向物流的基礎(chǔ)理論，包括

3、逆向物流的概念和驅(qū)動(dòng)因素、物品被退回的原因、回收物品的處理方式、回收物品的類型和特征、逆向物流的閉環(huán)結(jié)構(gòu)和開環(huán)結(jié)構(gòu)和逆向物流的執(zhí)行者；然后從逆向物流的三個(gè)主要研究方向（網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、庫存控制、生產(chǎn)計(jì)劃）分別對逆向物流的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和分析；又進(jìn)一步以電子行業(yè)作為典型的離散制造業(yè)，對其逆向物流產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)因素和特點(diǎn)、廢舊電子產(chǎn)品的三種回收模式、廢舊電子產(chǎn)品逆向物流的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要總結(jié)和介紹，目的是為研究鋼鐵行業(yè)的逆向物流特點(diǎn)，建立面向鋼

4、鐵行業(yè)的逆向物流模型起到借鑒和指導(dǎo)的作用。最后，介紹了逆向物流在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用研究狀況，包括鋼鐵企業(yè)的循環(huán)型物流系統(tǒng)框架和鋼鐵行業(yè)逆向物流的研究現(xiàn)狀，為后面具體的關(guān)鍵技術(shù)研究奠定理論基礎(chǔ)。
　　 ⑵分別站在兩個(gè)角度建立具有鋼鐵工業(yè)特點(diǎn)的逆向物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架。首先從鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程角度出發(fā)，在概述其三個(gè)生產(chǎn)階段中各主要工序及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對每個(gè)生產(chǎn)階段的回收物質(zhì)流進(jìn)行了分析，并建立了面向整個(gè)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程的逆向物流網(wǎng)絡(luò)

5、圖；另外從鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的主要固、液體廢棄物角度出發(fā)，在概述其種類、特點(diǎn)和危害性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對兩種形態(tài)的廢棄物的回收物質(zhì)流進(jìn)行了分析，并分別建立了面向幾種主要固體廢棄物和主要液體廢棄物的逆向物流網(wǎng)絡(luò)圖；最后概述了作者在國內(nèi)三個(gè)大型鋼鐵集團(tuán)中進(jìn)行實(shí)證考察研究的主要工作，充分說明了本課題背景的實(shí)際應(yīng)用意義。
　　 ⑶以鋼鐵工業(yè)冷軋流程中產(chǎn)生的廢酸液作為一類典型的液體廢棄物，結(jié)合廢酸液循環(huán)利用流程的特點(diǎn)，提出了一類多個(gè)環(huán)節(jié)中不同重用

6、策略之間的組合優(yōu)化及資源配置問題（即在滿足特定化學(xué)成分和組織性能的條件下如何配置各種重用策略及該策略下的各種廢物原料的數(shù)量）；構(gòu)建了一個(gè)多循環(huán)策略、多加工方式、多化工產(chǎn)品的特殊的逆向物流網(wǎng)絡(luò)流程圖，然后以最大化網(wǎng)絡(luò)整體利潤為目的，提出了一個(gè)多策略的組合優(yōu)化模型，并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于模擬退火的啟發(fā)式算法用于求解模型；最后通過實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了模型和算法的可行性和有效性，以及考察主要控制參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)整體利潤的影響。
　　 ⑷以鋼鐵工業(yè)軋輥生產(chǎn)

7、流程作為一類典型的閉環(huán)工業(yè)生產(chǎn)流程，在考慮軋輥殘次品等廢棄物的多種重用策略、加工與再加工兩類工序交替運(yùn)行的情況下，構(gòu)建了一個(gè)含有三個(gè)可用庫存（原料、半成品、成品）和兩個(gè)回收庫存的加工/再加工的閉環(huán)三階段生產(chǎn)系統(tǒng)。對整個(gè)系統(tǒng)的三種生產(chǎn)狀態(tài)、每種狀態(tài)下的循環(huán)周期、三個(gè)可用庫存的需求率以及在計(jì)劃時(shí)間范圍內(nèi)各主要變量和參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了五個(gè)庫存隨時(shí)間變化的曲線圖。在此基礎(chǔ)上，提出了一類基于EOQ的庫存補(bǔ)充策略問題，最后通過

8、實(shí)例計(jì)算檢驗(yàn)了模型的可行性，以及考察了回收率參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)總費(fèi)用的影響。
　　 ⑸以廢鋼鐵作為一類典型的鋼鐵工業(yè)固體廢棄物，重點(diǎn)研究了社會廢鋼鐵的回收網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。結(jié)合鋼鐵工業(yè)流程特點(diǎn)，以提高鋼鐵工業(yè)物流運(yùn)作效益為目的，建立了以鋼材生產(chǎn)廠為中心，包括多個(gè)鋼鐵產(chǎn)品用戶區(qū)域、多個(gè)廢鋼鐵回收中心、多個(gè)分類與預(yù)處理廠的回收網(wǎng)絡(luò)的定位與能力分配模型。在分析模型約束條件特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用拉格朗日松弛方法將原問題分解為兩個(gè)子問題，提出了一個(gè)基

9、于拉格朗日松弛算法和DFS搜索方法的求解方法，最后通過實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了模型和算法的有效性和可行性。
　　 ⑹以廢鋼鐵作為研究對象，在同時(shí)考慮三種類型廢鋼鐵的不同循環(huán)利用模式的情況下，構(gòu)建了一個(gè)特殊的閉環(huán)逆向物流系統(tǒng)。在分析系統(tǒng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)帶能力約束的動(dòng)態(tài)批量問題，用于決策社會廢鋼鐵的購買時(shí)間以及購買數(shù)量。模型中即融合了廢鋼鐵循環(huán)利用流程的獨(dú)有特性，又考慮了廢鋼鐵預(yù)處理廠中的庫存管理問題，為鋼鐵企業(yè)全方面、綜合性做出社會