再制造生产计划与调度的研究进展

第32卷第5期2011年5月科研管理Science Research Management Vol．32，No．5May ，2011收稿日期：2008－09－12；修回日期：2009－12－09．基金项目：国家自然科学基金资助项目（实现多级供货能力承诺的虚拟企业生产计划协同优化研究，编号70572060，2006年1月至2008年12月）。

作者简介：张红宇（1979－），女，安徽亳州人，博士，研究方向：再制造生产管理。

高阳（1943－），男，湖南望城人，教授，博士生导师，研究方向：敏捷制造与协同生产管理，经济管理与建模。

文章编号：1000－2995（2011）05－009－0120再制造生产计划与调度的研究进展张红宇，高阳（中南大学商学院，湖南长沙410083）摘要：研究再制造环境下的生产计划与调度问题，对于有效管理再制造生产活动，推动再制造业发展，从而实现节能减排，发展循环经济，具有重要的现实意义。

本文介绍了近期国内外再制造生产计划与调度的研究进展，从不确定性因素及降低其对生产计划与调度影响的方法、生产计划建模和求解方法、生产调度策略和方法、生产计划与调度的集成框架和工具，以及再制造生产实践案例等5个方面分别进行了综述，并对与再制造生产计划与调度密切相关的拆卸计划、提前期和产能计划等3个方面的研究成果进行了归纳。

最后，总结全文，并提出了进一步研究方向。

关键词：再制造；生产计划与调度；不确定性中图分类号：F273文献标识码：A0引言当前，能源紧缺和环境污染已成为全球关注的焦点。

未经处理的废弃物直接弃置，不仅严重浪费能源，而且大规模污染环境［1］。

针对此，研究者开展了闭环供应链和逆向物流的研究，其目的是对使用后的产品进行回收，对物料的流动进行封闭处理，以减少污染排放和剩余废物，同时，以较低的成本为顾客提供服务［2－4］。

再制造（re-manufacturing ）是逆向物流中回收品的处理方式之一，是废弃物循环利用的重要途径［5］，它对于发展循环经济，创建环境友好型和资源节约型社会，具有重要意义。

《循环经济促进法》为推进再制造产业发展提供了法律依据。

目前我国正扩大汽车零部件再制造试点，积极推动大型工业装备、机电设备和产品再制造。

再制造研究先驱Lund Robert 将再制造定义为“再制造是将耗损的耐用产品经过拆卸分解、清洗检查、整修加工、重新装配、调整测试恢复到既经济又可用状态的全生产过程”［6］。

徐滨士院士认为，再制造并非简单的维修，而是基于性能失效分析、寿命评估等，对损坏或行将报废的零部件进行再制造工程设计，应用相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到或超过新品［7］。

再制造产品与新品相比，成本是新品的50%，再制造可实现节能60%、节材70%［8］。

在美国、欧盟等发达国家和地区，再制造业的发展已颇具规模。

其中，1996年美国已拥有超过70000家再制造企业，销售额超过530亿美元，平均利润率超过20%［9］。

相比之下，我国的再制造业虽起步较晚，但前景广阔［8］。

再制造生产系统的主要研究内容包括，产品回收网络的设计、再制造和制造混合库存管理，以及再制造生产计划与调度（remanufacturing pro-duction planning and scheduling ，RPPS ）等3部第5期张红宇，高阳：再制造生产计划与调度的研究进展·121·分［10］。

再制造率不确定、拆卸后的部件处理时工艺路线和提前期随机、回收产品数量和时机不确定等因素，大大增加了再制造生产系统的复杂度［11］。

现有研究已证实，再制造生产系统中额外的不确定性及其引起的可变性，使得传统计划和调度工具难以直接应用［11，12］。

对于管理人员而言，缺乏有效的生产计划与调度系统，将无法对拆卸量、拆卸时间、再制造量、再制造时间等制定计划，进而无法做出合适的调度安排。

因此，研究不确定性因素影响下的再制造生产计划与调度问题，对实现再制造生产活动的有效管理，推进再制造生产实践，具有重要的现实意义。

本文分5部分，第1部分为引言；第2部分介绍再制造生产计划与调度研究进展的概况；第3部分从5个方面深入阐述当前再制造生产计划与调度的研究进展情况；第4部分对与再制造生产计划与调度密切相关的拆卸计划、提前期和产能计划等3个方面的研究成果进行归纳；第5部分指出现有研究的不足，并对未来研究进行展望。

1再制造生产计划与调度研究概况20世纪90年代，由于全球环境的日益恶化和绿色运动的蓬勃兴起，再制造引起了学者和业界的关注，再制造生产计划与调度领域取得了一些研究成果，Guide对1999年以前的相关研究进行了总结［11］。

他指出，再制造生产系统由3个高度相关的子系统组成，它们分别是拆卸子系统、加工子系统和重组装子系统。

此类型系统的生产计划与控制系统必须考虑协调所有3个领域额外的复杂性。

他从拆卸、生产计划与调度，以及库存控制与管理3个方面对再制造生产计划与控制的研究现状进行了综述，并给出了如下结论：（1）缺少源于实践的案例研究和综述；（2）回收产品信息匮乏，以致研究范围受到限制；（3）相对于传统生产制造，降低不确定性因素的影响对于再制造过程具有重要意义；（4）缺少生产与控制模型的集成框架；（5）缺少可应用于产业界的应用工具。

2000年以来，随着全球的环境和能源问题越来越突出，再制造领域得到了更多研究者的广泛关注。

纵观近年来再制造生产计划与调度领域的相关研究，学术界有不同侧面的工作和成果。

国内外学者对于影响再制造生产计划与调度的不确定性因素及降低其影响的方法、生产计划建模和求解方法、生产调度策略和方法、生产计划与调度的集成框架和工具，以及再制造生产实践案例等都有研究。

相对而言，国内关于再制造生产计划与调度的研究仍处于起步阶段，其中文献［13］对再制造生产计划与调度的具体研究方法，如最优化方法、启发式规则法等，进行了综述。

基于1999年Guide的研究总结，本文将2000年来相关研究的最新进展归纳为以下5个方面：（1）再制造生产计划与调度的不确定性因素及降低其影响的方法；（2）再制造生产计划建模和求解方法；（3）再制造生产调度策略和方法；（4）再制造生产计划与调度的集成框架和工具的研究；（5）再制造生产实践案例的研究，并对相关研究进行了总结，研究脉络如图1所示。

2再制造生产计划与调度研究综述2．1不确定性因素及降低其影响的方法2．1．1影响再制造生产计划与调度的不确定性因素Guide先后对影响再制造生产计划与调度的不确定性因素进行了深入分析。

在文献［14］中对影响再制造生产计划与调度的不确定性因素进行了讨论，认为主要是再制造率不确定，以及再制造部件差异化两方面的因素。

后来在文献［11］中，Guide对这些因素进行了细分，归纳为6个方面：（1）再制造率不确定，从而导致物料计划的不确定；（2）再制造部件的可用情况不确定，从而导致加工处理的工艺路线和提前期随机；（3）一些特别零部件故障率不确定；（4）由拆卸环节衍生的不确定性；（5）再制造供需难以平衡；（6）回收产品数量和时机的不确定。

2000年，Guide再次对这些不确定性因素进行了分析，总结为7个方面：（1）回收时机和数量的不确定性；（2）回收需求的平衡；（3）回收产品的拆卸；（4）回收物料情况的不确定性；（5）逆向物流网络的建立；（6）物料约束匹配的复杂性；（7）物料处理工艺路线的随机性和时间的高度不确定性［15］。

2003年，Guide将不确定性因素·122·科研管理2011年进行梳理，认为从根本上源于6个方面：（1）回收数量；（2）回收时机；（3）回收质量；（4）产品复杂性；（5）测试和评价的复杂性；（6）再制造的复杂性［16］。

图1再制造生产计划与调度的主要研究问题Fig．1Key issues of remanufacturing production planning and scheduling不确定性主要包括随机性、模糊性、不完全性、不稳定性和不一致性5个方面，其中最基本的是随机性和模糊性。

通过以上分析可知，我们认为，这些影响再制造生产计划与调度的不确定性因素中，最主要的是回收品的质量和数量的不确定，具体来，是其随机性。

回收品质量的随机性，将导致拆卸后的部件在处理时工艺路线随机；拆卸的零部件质量参差不齐，造成物料情况的不确定，将导致约束匹配的复杂和回收需求难以平衡等问题。

回收质量与回收时机有一定联系，但并非必然关系。

同时，产品本身的复杂性、测试和评价的复杂性以及再制造的复杂性，既与产品或再制造本身不可改变的固有因素有关，又受到回收品质量的影响。

2．1．2降低不确定性因素影响的方法已有研究表明，额外的不确定性及其引起的可变性是当前再制造生产系统面临的主要困难。

它直接导致了传统生产计划与调度工具的失效，因而，如何降低再制造生产过程中不确定性因素的影响是该领域的研究重点之一［11，17］。

增大库存是早期用于降低不确定性因素影响的主要方法［11］。

库存能在一定程度上为变动性提供缓冲，从而补偿不确定性的影响，但花费巨大，存货周转率低，故持有大量的成品库存是有风险的。

近年来，研究者主要对不确定性的来源进行研究，并从这个角度寻求降低不确定性影响的方法。

不确定性主要源于回收品的回收时机、回收品的质量不一致等，回收产品的可用部分取决于其生命周期和已服役时间，因此可通过产品生命周期对再制造单一产品闭环供应链产能的影响［18］，来研究产品生命周期对于不确定性的影响。

文献［19］和［20］指出，可通过对回收品快速分类，明确其质量等级，以降低回收品质量不确定带来的影响。

还有研究者追溯到产品的回收环节，如Guide 提出用财政激励措施控制产品的回收，这样，时间、质量、产品回收的数量，以及相关的物流函数都是确定的，从而可降低不确定性因素的影响［16］。

此外，Spyros A．Reveliotis 提出了不确定性管理的概念，企图通过机器学习中的强化学习理论来管理拆卸计划中的不确定性［12］。

现有研究从不同角度提出了降低再制造中不确定性因素影响的方法，但它们存在适用范围窄或使用条件苛刻等局限性，另外，仍缺乏对不确定性进行有效管理的模型。

从而，该领域仍将是今第5期张红宇，高阳：再制造生产计划与调度的研究进展·123·后研究的重点。

2．2再制造生产计划建模和求解方法生产计划（production planning）是根据企业的自身生产能力和外部环境、市场对产品的需求情况、原料供应情况以及企业长期发展的目标等因素进行综合考虑、分析、预测，对企业生产发展和经营活动做出决策。

不确定性因素影响下，设计有效的主生产计划（MPS）和进行有效的需求管理以平衡核心件的回收与再制造品需求变得十分困难。