基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统研究，本文主要内容关键词为：闭环论文,信息服务论文,供应链论文,系统论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着信息技术应用的日益广泛和深入，全球制造业正在从生产制造向服务制造转变。消费者市场对商品个性化、新颖化的要求越来越高，引起了新型产品的生命周期不断缩短，废弃产品数量越来越多，形成了资源浪费和环境污染。随着环境的日益恶化与人们环保意识的提高，废旧物回收再制造的经济性、环保性与价值性逐渐受到各国政界、学界和企业界的重视与认可[1]。中共十八大报告指出，要全面促进资源节约，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式和生活方式。因此，企业在未来发展中必须重视废弃产品的回收再制造，企业供应链行为正在由传统供应链转向闭环供应链，而且制造企业对于再生工业原料的生产、分类、加工、包装、存储以及高科技再生产品的再制造等信息资源有着迫切需求。所以，建立再制造资源与识别信息的交互信息网络及管理服务系统，是目前再制造企业在闭环供应链系统中所需解决的重要问题之一。
1 国内外研究现状
目前国内外关于闭环供应链的研究不断深入，大致可以分为研究综述类、库存管理与物流类、竞争策略与运作类、定价策略类、协调机制类、管理信息系统类等。①研究综述类。Atasu等对典型的回收经济性研究文献进行了评述和分析[2]，从政府、企业、顾客3个角度研究了三方的利益最大化问题，并从社会利益最大化角度探讨了教育宣传、津贴补偿等协调方式[3]。Guide和Van Wassenhove[4]指出要从商业视角研究整个闭环供应链问题。Guide[5]分别从不同角度设计了闭环供应链模型，以期解决闭环供应链的回收路径最优和价值最大化问题；②库存管理与物流类。Lann[6]运用混合动力系统研究了闭环供应链的库存与管理问题。Atasu[7]设计了闭环供应链在有限生命周期内的最优物流回收路径。Schultmann等[8]对汽车产业中闭环供应链的逆向物流任务进行了研究。Nunen[9]从流程、产品和消费者3个视角对闭环供应链所涉及的逆向物流活动、关键决策因素、绩效评估及监控技术进行了研究；③竞争策略与运作类。Heese等[10]讨论了制造商通过回收废旧产品获得的竞争优势问题；④定价策略类。Savaskan[11]从回收率角度研究了3种回收渠道对闭环供应链中成员的定价策略及利润的影响，指出制造商的最优选择为零售商回收。张曙红、张金隆等[12]考虑政府奖罚激励措施，研究了在集中决策和分散决策两种模式下，新产品和再制造产品无差别定价时的定价策略；⑤协调机制类。王文宾、达庆利等[13]对集中式或分散式闭环供应链的决策选择进行了研究，分别比较了在回收率与回收量奖惩机制下的闭环供应链决策。Ferrer[14]研究了新制造与再制造产品并存及冲突情形下的决策问题。Listes等[15]和Ko等[16]构建了基于不确定性的多阶段随机规划模型与同时优化正、逆向物流的混合整数非线性规划模型来解决闭环供应链物流的协调问题；⑥管理信息系统类。Chouinard[17]和Ferguson[18]认为要有效进行闭环供应链管理，企业应重新设计完善其原有信息系统。计三有等[19]建立了基于面向服务的体系结构的闭环供应链信息系统模型，以期解决闭环供应链信息集成的复杂性等问题。
以上研究从不同角度为闭环供应链的发展提供了新思路与新方法，但不足之处在于，以上研究大都是针对整条链上各环节的重点进行研究，缺乏对闭环供应链中需求与信息的整体、系统研究，结合先进的信息技术对再制造整条闭环供应链上的再生资源生产、拆解、加工过程以及实现再制造信息服务系统进行的分析研究尚少。本文针对再制造闭环供应链面临的主要问题和发展需求，将最新的物联网技术与再制造信息服务体系相结合，构建基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统，旨在提高再生资源利用效率，满足不同消费者的个性化服务需求，力图实现对闭环供应链的信息化、自动化、智能化、服务化管理。
2 基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统基本框架
2.1 闭环供应链的物流与信息流流程分析
闭环供应链是指在传统正向供应链基础上加入逆向反馈过程，由此形成一个完整的闭环供应链(Closed-Loop Supply Chain，CLSC)系统[20]。其各个环节都存在着物流、信息流和资金流。物流是闭环供应链中最直观的流动，但随着信息化的飞速发展，信息的价值已经赋予闭环供应链新的意义和地位。打造基于再制造的闭环供应链，主要是对有质量问题和已报废的生产性、生活性再生资源进行收集、运输、拆分、加工和再制造。只有在信息流的指引下，整条闭环供应链才能达到更优的效率和更低的成本。所以，闭环供应链的每个环节都离不开信息流[21]。
如图1所示，针对信息流，首先由各回收商收集市场中报废的商品，并根据再生资源的种类、数量、磨损度、回收地点等属性进行信息集成；然后根据再制造服务需求，对再生资源进行筛选、分类、记录、以及标准化加工处理后运送到专业的拆分加工企业，经其识别、加工、处理后送到再制造企业，并得到再制造企业的需求反馈信息；再制造企业通过汇总回收商和拆分加工企业的信息后制定再制造方案，期间产生的再制造需求信息向正向供应链方向传递，即传向供应商、制造商、分销商，最终到客户，同时，也得到客户的需求信息，及时改进、调整再制造方案。如果有剩余无法利用的危险废弃物，由专业的无害化处理企业在接到信息后对其进行及时处理，同时进行信息反馈，将对环境的破坏程度降到最低。由此形成整条面向再制造的闭环供应链信息传递流程。
2.2 闭环供应链面临的问题与发展需求
笔者通过对一些典型的废弃资源、再生资源加工利用专业化产业园区及离散再制造企业的调研、在推广再生资源回收流程优化方法的实践中，发现目前再制造闭环供应链系统面临如下问题：
图1 再制造闭环供应链物流与信息流流程分析
(1)废弃资源回收网点分散、无序、不规范，现代化的废弃资源回收体系有待建立。受经济发展水平、要素禀赋差异、产业基础条件、区位交通条件、人口密集度等因素影响，我国不同区域的废弃资源回收网点存在较大差异。比如相对发达的东南沿海地区的废弃资源回收网点相对完善，而中、西部大部分地区垃圾处理尚处于较为简单、粗放的阶段，且目前我国对于废弃资源回收体系的分类、标准、结构、布局等相关研究才刚起步，尚未建立高度组织化的逆向物流体系，各环节缺乏统一、有效管理，导致闭环供应链上各环节的信息缺失，造成了闭环供应链物流的延迟性与低效性，对于终端再制造服务需求不能有效反馈，难以满足消费者的个性化需求。
(2)产品信息收集量大，对废弃资源的分类和无线传感技术的应用提出了挑战。由于闭环供应链管理是对产品整个生命周期的管理，所以再制造企业要对原材料、零部件等的类型、数量、用途、经济价值、生命周期、环境损害度等属性进行全面了解，而且对于不同零部件或原材料的装备方式、再制造程度、再生技术的可行性及相关法规的支持与限制等信息都要做到全方识别与掌控，这就要求运用无线射频(Radio Freguency Identification，RFID)等无线传感技术对产品、原材料、零部件等的属性资料及物流行程进行识别和跟踪。但是产品会涉及到成千上万种原材料，而回收的废弃资源经过拆解产生的大量废旧零部件，会大大提高RFID技术的应用成本与实施难度，从而对废弃资源的分类提出了更高要求。
(3)无法准确预测客户需求，整体收益不高。面对客户需求的多样化，供应商、制造商、再制造商等闭环供应链成员无法获得准确、真实的客户需求与数量。且各成员间存在竞争关系，会为了各自利益最大化而进行单独决策，造成客户需求信息在链内传递失真，从而出现对需求预测失准的“牛鞭效应”，还会造成再制造产品与客户需求脱节，闭环供应链上各成员收益降低，整个闭环供应链系统缺乏协同合作机制与集成化决策机制，运行效率低下。
2.3 基于物联网技术的闭环供应链信息服务系统框架
随着传感器、信息技术、传感网络、射频识别(RFID)、移动计算等技术的飞速发展，物联网技术(The Internet of Things，IOT)应运而生。物联网是美国麻省理工大学Kevin Ashton教授在1991年首次提出的。将射频识别设备、传感设备、全球定位系统等创新型传感科技嵌入物理世界，实现对各种物体、设施和环境的信息采集，从而将所有物体通过RFID等传感设备与互联网、通信网、广电网及各种接入网和专用网连接起来，实现物与人、物与物的相互“感知”。其主要特征包括全面感知、可靠传送和智能处理3个方面[22]。全面感知包括利用射频识别(RFID)、二维码、摄像头、GPS、传感网络等感知测量的技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取；可靠传送指通过各种通信手段将物体接入信息网络，使大量准确的信息实现实时交互与共享；智能处理是利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，提升对物理世界、经济社会各种活动和变化的感知力，实现智能决策和控制。
物联网技术的出现为提高再制造业整体运作管理水平和协作效率提供了重要的理论与方法。针对上述问题，本文设计了基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统基本框架，如图2所示。
该框架的主要功能结构分为资源整合、感知识别、数据传送、信息整合、应用服务5个部分。资源整合主要是各再生资源回收企业对回收的废旧物品进行分类、加工后，通过信息编码和分类为核心的前端采集设备，如配置各类传感器和无线网络，以实现物理制造资源的动态感知识别，满足制造过程中对于信息的实时、精确要求，还可以实现对可再生资源的过程追溯。数据传送主要依靠各种异构多跳网络、传感器数据功能封装服务、数据获取及筛选、调用等技术支持，为各类传感器在易购通讯网络环境下传输各类再制造资源的实时拆解、加工、再制造、销售、回收等信息时提供服务。信息整合是基于再制造过程中的基础数据，通过对多源信息数据关系的定义、筛选，最终整合成可以满足闭环供应链各环节的需求信息。应用服务则是通过云计算技术搭建各种满足不同业务的系统软件服务平台，如闭环供应链智能监控平台、电子政务综合办公平台、3G环境移动办公执法平台等，存储各种业务数据，提供可再生资源的种类、质量、生命周期等属性信息服务，对客户提供该类物品的分类信息。
图2 再制造闭环供应链物联网信息服务系统框架
图3 再生资源生产加工中异构网络的融合与协同
3 基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统涉及的关键技术
基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统主要涉及计算机、自动化、信息化、工业工程及智能控制等多个学科的理论、方法和模型的融合。本研究主要从闭环供应链生产材料物联化以及由此形成的物资动态信息产生过程和动态上传过程所涉及到的关键技术进行阐述。其涉及的关键技术有：异构网络的互联融合、新型传感器及感知节点技术、业务支撑及智能处理关键技术。
3.1 异构网络互联融合技术
任何终端节点在物联网中都能实现泛在互联，由节点组成的网络如传感器网络、RFID、个域网、局域网、车域网、体域网等构架在基础的通信网络上，从而形成一个广泛互联的网络。在核心层面可以考虑NGN/IMS的融合，核心协议包括SIP和TCP/IP等，在接入层面需考虑多种异构网络的融合与协同，实现互联互通。由于再制造的闭环供应链中可再生资源种类繁多，信息复杂化、多元化，传统的有限网络解决方案和基于无线的网络解决方案往往被场地、再生资源不确定性、通讯盲点等因素所限制。因此选择具有动态自行组网和具有最大可能消除信息盲点特性的异构网络，各接入子网实现协同共存、合作竞争以满足整个网络的业务及应用需求，最终使复杂、多元的再生资源制造信息实现可靠传输，具体流程如图3所示。
3.2 新型传感器及感知节点技术
物联网新型传感技术及感知节点技术是面向再制造的闭环供应链物联网信息服务系统开发与应用的前提，包括用于对物质世界进行感知和识别的电子标签、新型传感器、智能化传感网节点技术等。而现实世界中越来越多的物理实体需要自组织来实现智能环境感知并对其进行自动控制，同时具备通信和信息处理能力，使物与物、物与人之间实现相互感知，由此在再制造闭环供应链中，这种先进传感设备可以及时、准确地反映制造资源的实时运行状态、对环境感知的数据变化情况，还可以获取有效的再生资源信息，便于监督部门进行监管。以无线射频(RFID)技术为例，基于可再生资源的特殊性，在对归类后的资源产品进行信息编码时要充分考虑到信息量、成本、不易磨损等编码技术要求。利用RFID技术不仅能帮助再制造企业获取有效的可再生资源信息，还能让客户了解到产品的材质、技术、工序、物流等信息，并快速反馈个性化需求，无论是企业还是客户都能对产品的来源信息、安全性、稳定性进行查询(如图4所示)，对可再生资源的产品追溯、有效监管源头制造企业的生产标准、保证产品质量安全、保护环境具有重要的作用。
3.3 业务支撑及智能处理关键技术
业务支撑重点需要对物联网的各类业务需求进行分析。在再制造闭环供应链中，通过梳理各种业务需求和业务场景，分析业务功能和特征，定义所通过的业务功能，然后抽象物联网网络资源，设计可扩展地支持各类再生资源业务及其复杂合成业务提供的业务架构，研发业务分发平台和第三方开放业务接口平台，实现与底层异构网络无关性的再生资源业务分发机制。业务支撑体系需结合P2P、云计算等分布式计算框架技术，对经过感知层和网络层送达的数据进行智能分析和处理，利用云制造方式，实现再生资源相关业务需求系统的信息集成与闭环供应链中服务的管理集成，突破传统的硬件环境束缚，使与再制造企业经营相关的内部需求和外部销售需求有机结合，实现再制造相关企业信息资源共享与互动，有助于再制造企业增强市场竞争力、提高市场反应速度，推进闭环供应链的网络化、智能化、科学化发展。
图4 RFID技术在再制造闭环供应链中的应用
4 应用案例分析
图5 园区物联网服务系统运行流程
天津子牙循环经济产业区(以下简称园区)，是目前中国北方地区规模最大的再生资源专业化拆解、加工利用的综合性、封闭管理产业园区，是中日循环型城市重要的合作项目，先后被批准为“国家循环经济试点园区”、“国家‘城市矿产’示范基地”。
4.1 信息服务系统运行流程分析
目前，天津市再生资源产业以回收、拆解利用和无害化处理3大系统为主，社会化产业分工发展体系尚不完善，缺少行业标准，回收的组织化程度较低，经营方式较为落后，从业人员处于自发经营和管理无序的状态，不能为园区适时、批量、连续提供所需加工的原材料。园区内企业多以个体经营为主，企业产值和规模较小，再生处理方式粗放，信息资源的获取和共享方式较为落后，导致园区内企业不能及时获取原材料信息以及消费者市场的有效需求信息，直接影响园区生产效率和产业规模。针对上述问题，为了实现对园区的信息化、自动化、智能化管理，本文构建了针对天津子牙循环经济产业园区的基于物联网技术的信息服务系统。
根据园区实际情况，先对其进行物联网信息系统运行流程进行分析。客户通过身份验证后登陆物联网信息服务系统，查询相关服务需求信息，系统会对所查询的服务信息进行智能化分析并预测一定时间内的需求趋势，自动选出不同制造企业组合。如果没有符合需求的制造企业，系统会结合消费者市场的反馈信息，发送到再制造企业或进行需求修改命令；如果有符合客户需求的再制造企业，则进入再制造企业生产环节和原料需求环节，根据云制造服务平台提供的再生资源回收站点、再生资源回收企业所提供的实时数据，选择原材料拆解、分类方式、供应路径、供应方式、运输方式等服务环节，最终满足客户的信息需求，如图5所示。
图6 天津子牙循环经济产业区物联网信息服务系统
4.2 信息服务系统的具体设计与实施
目前，园区已建立了中国子牙循环经济网，初步具备了公共信息发布、市场需求信息查询、园区政务管理、电子商务往来等基本功能，使得基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统得到了初步应用。根据园区内闭环供应链中各环节企业在新形势下的需求，将结合物联网特点继续完善信息服务系统，基于异构多跳网络，云制造服务平台及数据库，为园区内部企业提供市场动态信息与评估功能，优化客户的使用、操作方式，实现园区管理的高度信息化、自动化、智能化，着力打造面向再制造闭环供应链的信息服务系统，如图6所示。
(1)运用RFID、无线传感网络等技术进行终端数据采集、处理、终端网络部署、协同等，建立有线网络与无线传感网络相结合的物联网系统，使园区内科技研发体系、物流服务体系、商贸交易体系、基础配套体系、再制造产品生产体系实现统一的信息化管理。
(2)建立企业、客户双向信息需求服务平台，运用云计算进行智能化信息调用，为闭环供应链上各类企业管理人员、园区内部管理人员、其他相关企业及客户提供数据查询功能，使链上企业准确预测市场需求，提升整个闭环供应链的协同度及园区竞争力。
(3)运用ERP系统、GIS/GPS动态监控系统、运输配载系统等提供再制造原材料需求、再制造产品的生命周期监控、再生资源回收数量科学决策、各类再生资源产生量不同运输时间与频率的设计、最优运输路径设计等服务。
5 结语
随着信息化与工业化的加速融合，现代再制造技术迫切需要对再生资源再制造执行过程进行多源信息的采集、分类，对再制造产品生产过程进行监控、分析、预测、控制。本文针对目前面向再制造的闭环供应链存在的问题，运用物联网技术，构建了面向再制造的闭环供应链信息服务系统，对再生资源的回收、拆解、加工、再制造、包装、销售、市场反馈等环节全程动态化跟踪、调查、监督和追溯，实现了闭环供应链上各环节企业与消费者市场信息的双向对接，从而提高了企业的再制造效率与市场反应速度，实现了制造资源物物感知的智能制造。不仅可以提高再制造企业信息化管理的系统化、标准化、自动化、科学化，获得更好的经济效益，增强企业核心竞争力，还能够有效节约资源，实现废旧物资的最大化利用，实现经济发展与环境保护共赢。最后以天津子牙循环经济产业区为应用案例，证明了基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统的可操作性与可推广性，为我国进一步开发、推广制造物联服务系统提供参考与借鉴。
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