基于新兴市场的钢铁回收逆向物流网络评价
摘要
有效实施回收网络需要适当的后勤结构来管理材料从用户流向生产者的逆向流动。研究建立了钢板分配器与钢铁厂及其客户签订废料回收协议。该公司投资生产集装箱，聘请专业的劳动力，并在购买集装箱运输卡车实施回收物流网络。那个网络用两种方式把公司联系起来顾客:那些还废品的人，以及那些喜欢像往常一样继续做生意的人。采用能量综合分析法对物流网络进行分析，并对得到的数据进行评价并从分销商的角度比较系统的环境成本和效益钢铁厂的操作员。使用紧急三元图提供了一种评估回收策略的方法比较实施物流网络的经济效益和环境效益。为了提高环境效益，分销商必须回收的废料的最小数量为
决定允许决定是否值得保持系统运行。新的评估提出的方法还可以帮助决策者制定策略，对用户进行奖励或激励逆向物流，通过减税或刺激创新，帮助建立规章制度切实落实国家固体废物政策。
1.简介
有限资源的供求是处理可持续发展的关键因素之一。自然和工业产品的适当资源管理是现代社会的关键挑战。环境项目必须正确使用资源，以便在当地和全球范围内在可持续的限度内运行其系统。
在一些国家，钢铁回收是一个完善的供应链回收计划，黑色废料处理器，钢厂和制造商，与多个市场的回收钢(钢铁回收协会，2006)。在巴西，再生钢材的产量仅为2008年总产量的24% (Relatorio de sustainentabilidade e Sustainability Report, 2009)。一个以mate- rial的回收为核心的运作良好的物流网络对于提高竞争优势以及减少净能源和材料的使用是至关重要的(Gungor和Gupta, 1999)。网络配置是战略性的，因为它涉及对设施的数量、位置和能力以及它们之间的物资流动所作的决定。有几个案例研究，
解决了物流网络的系统设计问题。
例如，在发展逆向物流理论时，Dowlatshahi(2005)为分类目的确定了6个操作因素:运输、仓储、供应管理、成本/效益分析、再制造/回收和包装。Dethloff(2001)开发了一种算法来确定可重复使用的包装、可回收或再制造的货物以及运输到系统中所有参与者的有利材料的流动。Realff等人(2000)强调了逆向生产系统中收集中心的必要性，以帮助最大化回收产品的收集。Lu和Bostel(2007)提出了包含再制造活动的逆向物流系统的两级设施选址模型，其中直接流和逆向流同时考虑。一些研究人员，如研究逆向物流网络设计的成本效益，强调回收的总成本是一个关键因素(Fleischmann et al.1997)。Jahre(1995)指出，回收回收的产品，物流成本占总成本的很大一部分。Nagel和Meyer(1999)也得出结论，逆向物流需要大量投资。2004年，Beullens提出了一个通用模型，用于评估设备之间的单一产品流和作为产品回收选项的再加工的成本。二手产品的运输被强调为逆向物流的最大挑战之一(Fleischmann et al.， 1997,2001;Krumwiede and Sheu, 2002)。因为回收给生产者的少量旧产品增加了运输成本(Ferrer and Whybark, 2000;Tibben-Lembke, 2002)。Biehl et al.(2007)强调回收中心是逆向物流生产系统中增加回收物料的回收和降低运输成本的基本要素。
Savaskan et al.(2004)和Savaskan and van Wassenhove(2009)提出了一种产品回收策略，这取决于谁收集了使用过的产品，无论是生产者;零售商;或指定的第三方。图1为回收利用的典型回收方法。根据Savaskan和van Wassenhove(2009)的研究，制造商通常在退货数量大的时候进行回收，尤其是在运输成本较低的时候(图1A)，但是在很多情况下，回收中心需要最大化回收产品或材料。当客户数量较大或需要从每个客户处收集的数量较少时，第三方收集器(图1B)或分销商(图1C)可以作为收集中心。
针对不同的产品和材料，已经提出了几个网络，例如回收受污染的沙子(Barros et al.， 1998)、地毯废料(Louwers et al.， 1999;Realff等，2004)，and batteries (Zhou等，2007)。这些不同的逆向物流网络评估地点、容量和运输成本，并确定最优的收集中心数量、适当的位置和收集能力。这些研究表明，运输成本决定了网络的设计。Spengler等人(1997)为了减少对环境的负面影响，避免处理成本，建立了德国钢铁工业工业副产品回收的模型。
通过确定最优潜力、评估和寻求建立和监测环境改善目标、确定市场机会和交流结果，该系统的效率和有效性的定量措施的可用性可为评价逆向物流网络的长期环境绩效提供基础。在提出的评价逆向物流系统经济效益和环境效益的技术中，能量综合作为一种基于环境科学的方法得到了有效的应用。与其他资源统计一样，关于材料和/或能源的方法，它没有评价有毒和有害物质的影响，但它可能有助于调查逆向物流网络，以确定资源节约和相应的环境和经济效益。
本文采用能量综合评价方法对钢铁回收逆向物流网络进行了评价。利用能值三元图对结果进行了解释，为逆向物流网络的决策提供了一种新的实用方法。
2.从新兴角度分析物流网络的环境效益和成本
“金刚砂是可用能源(以太阳能焦耳(seJ)为单位)，一旦直接或间接地用于制造服务或产品”(奥德姆，1996)。进入系统的每个流程都以能量单位表示，并对应于资源和能源使用的度量。整合度(产品或服务的每焦耳总金刚砂，seJ/J)和每质量的金刚砂(产品或服务的每质量总金刚砂，seJ/kg)是衡量效率的指标。该系统，使用较少的金刚砂生产一定数量的产品，是更有效的，每质量的金刚砂可以用来确定什么时候材料可以经济地再利用，再加工或表面回收(Odum, 2001)。
生态系统是基于其通过多种途径不断循环利用资源的能力，以确保资源的最佳利用。这种全系统战略也可应用于人类系统，其中材料可通过有效的逆向物流系统得到有效回收，从而提高效率和减少有害排放物。
自然界和人类社会中的物质循环，在分散之前，从稀释的背景水平，到不同层次结构水平的连续集中中心。在自然界中，这些材料是在一个封闭的循环中加工和回收的。在人类系统中，如果不收集、再利用或循环利用，就会成为污染(图2)，物流网络在许多方面类似于生态系统的机制。图2A显示了类似于图1B所示的系统中物质的循环，炼钢出工厂后，钢被切割和塑造，而不失去其作为一个伙伴的身份。钢厂的流出量转移到分销商的客户，每质量的金刚砂在整个生产链上都在增加。生产过程结束后，废钢流可由废钢经销商或第三方回收商进行回收。
图2B为该系统创建的逆向物流网络如图1C所示。分配器利用能量来收集分散的材料。为了在系统中插入顺序，必须降低熵。在这种情况下，从钢材购买者流出的废料由分销商收集，从而减少分散的材料数量，从而有助于确保高质量的材料流入钢厂。利用金刚砂合成技术，可以记录从分销商的客户那里集中废料流出的能量量，并且可以量化实施回收逆向物流网络所带来的环境成本和效益。这些数量信息可用于改进系统所有要素的效率和效力。
Emergy作为一种基于环境科学的测量方法应用于一系列领域，如中型企业的清洁生产实践(Giannetti et al.，2008)、咖啡农场的负外部性估计(Giannetti et al.， 2011);竹林的可持续发展评估(Bonilla et al.， 2010);很少有作者评估使用金刚砂合成回收的效益和成本。Bakshi(2002)评估了包括废物处理在内的工业系统。考虑到排放和废物需要能源使其对环境无害，因此对废物的再使用和回收进行了评价，以便评价使用这些做法如何延长材料的周期和减少处理排放和废物所消耗的能源。Yang et al.(2003)基于Bakshi的研究结果，提出了一个新的可持续发展指数，其中包括回收再利用的废物。根据他们的研究结果，包含材料反馈的系统可以提高产量，减少环境负荷(Yang et al.， 2003)。Brown和Buranakarn(2003)的结论是，建筑材料的再生能只适用于含高再生能的材料。Bargigli和Ulgiati(2001)研究了三种情况下钢铁的工业生产:初级钢(100%由铁矿石生产)、次级钢(100%由回收废钢生产)和两种类型的加权混合。二次钢和混合钢比一次钢具有更好的环保性能，因为两者的每质量的金刚砂值都较低。
3.方法
3.1.案例研究
为本案例研究选择的钢板分配器自1995年以来一直运行，位于圣保罗大都市区。该公司直接从钢铁厂购买钢材，然后转售给各种加工公司，这些加工公司将这些钢板加工成消费品。在国内和国际市场的政治和经济变化之后，这家钢铁厂的经营者决定将大部分产品出口给外国买家。分销商开始收集废钢，并向钢厂运营商提出一项协议，以确保中小企业客户的钢材供应。必须指出，该协定是根据业务费用构想和设计的。对于它的客户，分销商提供了一个购买和收集他们的辅料的系统，基于废品经销商在公开市场上实行的废品价格。这个价格相当于这块钢板的四分之一。对于钢厂经营者，分销商提供优质辅料的回收服务，价格相当于钢板价格的一半。
图3为案例研究的质量平衡数据，包括钢厂、分销商及其客户，以及与客户建立的逆向物流网络(C2)。在这种情况下，客户是从经销商那里购买钢板，并将钢板的辅料返回到逆向物流网络的客户。这些客户回收的废料比第三方回收的废料质量高，因为没有受到其他材料的污染。分销商不得不开发由集装箱、专业劳动力和卡车组成的基础设施，安装废钢回收网络，并收集和转移废钢回钢铁厂。系统规模的规划是为了服务于所有的客户(C1和C2，图3)。部分客户立即使用了新系统，但其他客户(C1)更倾向于依靠市场价格报废。
质量平衡图(图3)为逆向物流网络运营第一年交换的物料。分销商从客户处回收了379吨辅料(C2)，经过选择和分离后，有可能将376吨辅料退回到钢厂。今年经销商收到188吨钢板作为钢厂收款服务的货款，并支付给客户C2 94吨辅料。
在处理金属边饰的策略中，有些人认为它们是过程中有价值的产出，而其他材料则被当作废物和污染物处理。当发现废物具有商业效益时，这种情况就会发生变化，例如在不考虑废物质量的照常经营战略的情况下(客户C1，他更愿意将其边角料卖给第三方)。如果工艺设计不是为了回收这些材料及其内含的能量，那么外部处理的数量将会更多，产品的价格也会更高。此外，如果遵循这一策略，特别是高熵废物，需要相当大的能量投入来重新构成或回收它们，从而使低质量废物流的回收可能增加整体环境负担(Seager和Theis, 2004)。
在本例中讨论了质量、集中力、可用性、运输和所有有关费用的一般问题。资源和能源被投资(在公司的约束范围之外)，而投资的结果就是混乱。人们希望，这种策略造成的混乱，不会像释放钢铁辅料到环境中、进入矿山获取铁矿石并将其加工成原钢那样严重。
3.1.2。新兴市场等值货币(Em$)
综合经济和生态评估的以新兴市场为基础的货币等价物可用于向公众提供熟悉单位的比较目的。在实践中，为了获得基于新兴市场的货币等值的一个新兴流动，新兴市场除以一个国家经济的新兴货币比率(EMR) (Brown and McClanahan, 1996)。EMR是衡量“一个经济体中由于新兴输入流而产生的货币价值”的指标。在本文中，EMR和Em$是使用美元计算的，以便与文献中的其他值进行比较(NEAD, 2009)。对于巴西，Em$是通过将每质量的金刚砂量除以该国EMR(1.17times;1013 seJ/US$， NEAD, 2009)得到的。
3.1.3。能值三元图
金刚砂三角形图由三个与百分比相关的变量组成(Giannetti et al.， 2006;Almeida等，2007)。常和约束允许我们在三角形的二维空间中表示三个变量。借助图表，可以评估生产系统的性能(Almeida et al.， 2007)及其与环境的交互作用(Giannetti et al.， 2011)。在本案例研究中(图4)，图的上端表示回收钢所节省的金刚砂，顶部表示投入商品和服务的金刚砂(右)，以及投入燃料的金刚砂(左)。确定了使用废料或边角料所节省的金刚砂量，并与从原矿生产同样数量的材料所需要的金刚砂量进行了比较，使研究人员能够评估新的分配系统在节省材料方面对环境的贡献。节省下来的能源被称为“总效益”。当两个不同的三元成分混合,一个点,被黑色广场(∎)在图4中,表示结果集,这是用来确定两种或两种以上产品或工艺组合的特征。
横贯图的横线为50%，显示了获得的总收益等于资源使用(燃料、商品和服务)的情况。当投入回收废料的资源低于所节省的可再生能源时，这条线上方的一点净效益等于总效益与用于回收废料和辅料的资源之差(式(3))。
图4根据图中的位置进行分类。第一部分为总效益超过80%的情况;区域二显示商品和服务使用率较高和燃料消耗量较低的总效益;区域三产业总体效益高，燃料消耗高于商品和服务投资;而面积4表明没有净的可再生能源效益:使用燃料、货物和服务回收废料高于材料回收。
3.1.4.数据收集与分析
图3为系统运行第一年的钢材和废钢质量。
根据每个客户购买的钢板的重量来分配流量(38%的电量对应于逆向物流网络的能量，62%的电量来自没有废料交换的客户)。直接劳动的计算方法是考虑到每种情况下的工作时间。据估计，集装箱的使用寿命为25年，机器为10年，卡车为4年。
服务被定义为与购买的项目相关联的间接劳动，并且可以被看作是在被调查的流程之外所做的工作，以生成流程中使用的输入。因此，每一采购项目的特征是其原材料金刚砂(直接和间接用于制造该产品的原材料金刚砂“含量”)和劳务金刚砂(分别为
与人类对这一过程的直接和间接贡献有关的紧急状态)。由于很难回到这种间接劳动，服务是根据投入的价格来计算的，因为钱是用来支付人力的，而不是自然免
资料编号：[4143]
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