0 引言
随着相关回收法律法规和扶持政策的出台、消费者环保意识的增强以及再制造行业所蕴含商机的日益显现，越来越多的制造企业涉足废旧产品回收再制造。如上世纪90年代，柯达公司的一次性相机再利用项目，惠普公司的复印/打印机墨盒再利用计划。目前，我国第一汽车集团公司、上海大众联合发展有限公司也纷纷进行再制造方面的实践。
制造企业再制造活动和传统前向制造活动形成了闭环供应链。在闭环供应链运作模式下，企业可以采用2种典型生产途径来满足市场消费者需求。如图1所示，一是利用原材料生产，二是利用回收废旧产品再制造生产。另外，在再制造过程中，企业可以采用不同的再制造处理技术，生产出不同质量等级的再制造产品。既可以采用较昂贵的技术，生产与新产品无差异的再制造产品，也可以采用较廉价的技术，生产低质量的再制造产品。不同的制造/再制造处理技术往往伴随着不同的生产输入和生产输出。不同的质量等级的制造和再制造产品。在市场销售环节，彼此竞争，异质替代，共同分享消费者需求。因此。企业再制造经营活动的核心之一是进行有效的生产决策(生产技术选择及其所处理产品的数量)。
图1 企业制造/再制造生产体统特征
随着各国政府碳减排政策的陆续出台，我国企业面临的碳减排外部压力已经显现。碳排放限制既是经济问题，又是技术问题。企业的商业行为和生产运作是产生碳排放的重要来源，对环境具有潜在的、巨大的影响。未来，碳排放政策将扮演日益重要的角色。成为企业生产经营活动的必要约束条件，越来越多的企业必须把碳排放纳入经营决策中，以低碳为目标，寻求生产转型和技术革新。
企业的制造/再制造生产决策活动，同样受到外部碳排放政策的影响。在外部碳排放约束下，企业如何选择生产处理技术，如何决策不同生产技术生产产品的数量组合，此种选择行为与传统利润最大化的选择行为有什么不同，碳排放约束对资源回收利用会有怎样的影响，这些问题都将是碳排放约束下企业制造/再制造生产决策面临的实际问题。
目前，许多研究者已在制造/再制造生产决策和生产计划方面进行了深入的探索。Richter and Weber考虑到制造/再制造混合系统和确定性需求的情形，构建了制造/再制造生产决策模型，并给出了最优的产品转换点。Kiesmuller提出了随机混合制造/再制造系统控制模型，将生产和再制造决策建立在生产成品和回收产品两种不同的库存基础之上。Teunter.et a1.研究了供给和需求确定情况下的制造/再制造生产决策问题。Bayindira.et a1.研究了制造产品和再制造产品面临分割的市场，且产品在可替换情况下的生产决策问题。Kaya考虑到需求随机性和制造/再制造产品的部分可替代性，比较分析了完全再制造、制造产品和再制造产品同质、制造产品和再制造产品异质3种情形下的最优激励、最优生产量以及最优定价策略。周垂日和梁樑基于优化理论和方法，研究了产品异质可替代条件下的最优再处理技术及其产量。王能民和孙青林建立了生产能力约束条件下的异质再制造产品的批量决策模型，并给出了启发式遗传算法。胡海菊和李勇建采用系统动力学研究方法，研究了产品同收再制造和需求可替代情况下的短生命周期产品动态批量生产计划问题。该研究将系统动力学方法引入到再制造生产研究领域，很好地模拟分析了市场价格、回收比例、需求变动等环境因素变动对企业生产计划和利润的影响。值得注意的是，虽然研究者在再制造生产决策和生产计划方面已经取得了显著的成果，但一般仅从成本角度出发，以企业利润最大化或成本最小化为决策目标，缺乏考虑低碳排放和资源利用率等社会环境日标，也较少考虑到外部政策的影响作用。
本文把碳排放问题引入到企业生产运作管理中，模拟不同碳排放政策场景，采用定性分析和定量分析相结合的方法，研究碳排放约束下企业制造/再制造生产决策问题，对比分析碳排放政策对企业制造/再制造生产决策的影响。
1 碳排放约束下企业制造/再制造生产决策
制造/再制造处理活动与碳排放、资源利用率和企业成本之间的关系可以描述为图2所示的矩阵。根据碳排放、成本和资源利用率的高低，将企业制造/再制造处理技术分为6种。技术不同，碳排放，资源利用率和成本也不同，其中最具典型的是LLL(Lose-Lose-Lose)型和WWW(Win-Win-Win)型。LLL型技术的特征是成本高、碳排放高且资源利用低，是需要尽量避免采用的一种制造/再制造处理技术。与之相反，WWW型技术的特征是成本低、碳排放低且资源利用高，是最理想的一种制造/再制造处理技术。
一般来说，企业生产决策的目标是收益最大化。但当企业面临外部碳排放政策约束时，制造/再制造生产决策就需要充分考虑外部约束政策，以此为基础进行最优生产决策。
图2 制造/再制造生产体统特征矩阵
如图3所示，假定原始产品制造商可以采用两种不同的生产技术，来加工产品满足市场需求。一是利用原材料通过制造技术生产，其生产成本和生产过程中的碳排放量分别为c1和e1；二是利用回收材料通过再制造生产技术生产，其生产成本和生产过程中的碳排放量分别为c2和e2。两种生产技术生产的产品同质，在同一市场以价格p销售，满足市场需求Q。企业在生产运营过程中，受到相对稳定的外部碳排放政策的限制和约束．企业满足政策约束付出的成本为Cω。企业需要综合考虑市场需求、不同生产过程的成本、碳排放量，以及外部碳排放约束，决策不同生产处理技术所处理产品的数量组合q1和q2。
图3 企业制造/再制造生产决策
碳排放约束下，企业基于利润最大化的制造/再制造的最优生产决策模型为：
MaxII=pQ-c1q1-c2q2-Cω1
S.t.q1≥o，i＝1,2
q1＋q2＝Q （1）
式(1)中，Cω1随外部碳排放政策的不同，具有不同的表达形式，将在后续示例分析中分4种情况细化讨论。可以看出，碳排放约束下企业制造/再制造生产决策受产品价格、生产技术成本、碳排放政策等因素影响，是由外部政策、市场需求和企业自身生产技术特征等诸多因素相互作用形成的。下面将结合示例，具体剖析碳排放政策对企业生产决策的影响。
2 建筑用钢铁再利用示例
钢铁是世界上最常见的再生利用物资。美国、法国和英国的钢铁循环利用率为50％～70％。英国的建筑用钢铁循环利用率高达99％，其生产、使用、再利用过程如图4所示。首先从铁矿石等自然资源中加工处理得到原始钢材；之后进行产品制造，通过钻孔、焊接等工艺将钢材制造成需要的规格，为下一步使用作准备；接着将产品安装到建筑工程中，使之成为建筑的一部分，并随建筑一起进入15～100年的使用阶段。当建筑物生命终结时，其中的钢铁材料通过2种途径再利用：一种通过拆分，经适当的产品再造。重新利用其中的部件；另一种通过对回收钢铁进行拆毁处理(破坏性处理)，经过特殊的再生处理，重新利用再生钢材制造产品。图中每个处理活动下方的数字为在该活动中处理每吨钢铁的成本投入和能耗量。
图4 英国建筑用钢铁生产及再利用流程
由图4可知，钢铁制造企业获得安装所需要的产品，可通过3种途径获得，分别为原材料制造、再生处理制造和产品再造。3种生产技术伴随的成本和能耗见表1。表中碳排放根据能耗，按中国采用的煤当量热值29.3GJ/kg转化为标准煤，再按“kg标准煤排放2.493kgCO2转化为碳排放量。
表1 英国建筑用钢材生产处理技术的成本和能耗
由表1可知，产品再造生产技术具有显著的成本优势和碳排放优势，是企业应该优先考虑的生产制造技术。原材料制造与再生处理制造相比，生产技术具有成本优势。但能耗较高。相反，再生处理制造技术成本较高，能耗较低。
钢铁企业如何基于成本、碳排放和市场需求，决策原材料制造和再生处理制造生产技术所生产产品的数量组合？以A钢铁企业在某一生产周期内市场需求为1000万t钢铁为分析对象。模拟4种场景。具体分析企业生产决策。
场景一：利润最大场景。企业生产过程中，不存在外部碳排放约束。企业仅从自身利益出发，基于利润最大化进行生产决策。在此场景下，式(1)中的决策目标为：
MaxII=pQ-c1q1-c2q2
场景二：碳排放最少场景。企业生产过程中，不考虑成本，仅考虑碳排放，基于碳排放最少进行生产决策。在此场景下，式(1)中的决策目标为：
2.1 碳排放政策的总体影响
4种场景下，A钢铁企业的生产决策结果见表2。对于利润最大化场景，企业全部采用成本较低利润较高的原材料制造技术来满足市场需求，不利于资源再利用；对于碳排放最少场景，企业全部采用低碳排放的再生处理制造技术来满足市场需求，有利于资源再利用；对于碳税约束场景，由于碳税改变了企业生产成本，企业同样采用低碳排放的再生处理制造技术来满足市场需求。有利于资源再利用；对于碳限额约束场景，企业权衡利润和碳排放，同时采用两种生产技术制造产品来满足市场需求，有利于资源再利用。
企业面临的外部约束场景不同，采用不同生产技术所处理的钢铁量不同。因此，外部碳排放约束政策显著影响企业生产决策。
表2 不同约束场景下的企业制造/再制造生产决策
2.2 碳税的影响
从图5可知，碳税较低时，企业倾向使用成本低、碳排放高的原材料制造生产技术。随着碳税的不断提高。企业改变生产处理技术。采用成本高、碳排放低的再生处理制造生产技术。这是因为，当碳税较低时，原材料制造生产技术具有成本优势，能获得较高利润。但随着碳税的提高，原材料制造生产技术的高碳排放提高了碳排放成本，使得再生处理制造具备成本优势，企业能获得较高利润。
图5 两种生产途径下碳税对产量的影响
图6 碳税对企业利润的影响
这表明，在碳税约束政策下，企业始终选择利润高的生产技术，并不真正关心碳排放。因此，碳税的征收在很大程度上只是增加了企业成本。对于撼动企业选择低碳再制造技术的引导作用不明显。碳税在很大程度上只是影响企业利润，如图6所示，企业总利润随着碳税的不断提高而降低。
2.3 碳排放限额的影响
图7显示，当给定的碳排放限额较低时，企业采用碳排放低、成本高的再生处理制造技术。随着排放限额的增加，企业开始启动碳排放高、成本低的原材料制造技术，同时减少再生处理制造产品的产量。当政府给予较宽松的碳排放限额时，企业单一地选择碳排放高、成本低的原材料制造生产技术从事产品制造。图8表明，随着政府给予企业的碳排放限额的增加，企业可以更多地进行产品生产和再制造活动，相应获得更多的利润。
图7 碳排放限额对两种生产途径产量的影响
图8 碳排放限额对企业利润的影响
研究表明，对于追逐利润最大化的企业来说，当碳排放限额较低时，企业会放弃利润高的技术，优先选择低碳排放技术来满足外部政策的要求，但企业的利润受到显著影响。随着碳排放限额的增加，企业会选择利润商的生产技术来达到利润最大化。当碳排放限额足够大时，对企业生产决策不具影响力。因此，碳限额政策可以较好地引导企业选择低碳排放的制造/再制造技术，但需要设置合理的企业碳排放限额，在不显著影响企业利润的同时，引导企业选择低碳排放生产技术。
3 结束语
目前，在企业制造/再制造生产决策中考虑碳排放问题的研究尚不多见，而在我国未来一段时间，碳排放政策将对企业生产产生较大影响。本文研究了碳排放约束下的企业制造/再制造生产决策问题。利用优化决策方法，构建定量决策模型，结合实例，详细分析了4种不同场景下企业生产决策的异同，重点分析了碳税、碳排放限额等碳排放约康政策对企业制造/再制造生产决策的影响。本研究对企业低碳约束下的制造/再制造生产决策具有一定指导意义，对政府引导企业发展低碳导向的绿色制造/再制造生产决策具有一定参考意义。
值得注意的是，在本文研究的场景下，外部碳排放约束促进了资源回收再利用，而现实中，很多时候同收再制造既不具成本优势，又不具碳排放优势。这种情况下，碳排放约束可能不利于资源的回收再利用。但回收再制造又会面临回收政策的约束。因此，在碳排放和回收约束下，企业又会作出怎样的生产决策，值得深入研究。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：碳排放约束下企业制造/再制造生产决策研究
相关文章
