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绿色物流运营研究 内容 问题 贡献 挑战的概述

关键词：环境 物流 供应链管理 交通

摘要：上世纪的世界经济增长导致了大量的货物消费全球化已经导致世界各地的大量货物流。然而，所有这些货物的消费。生产，运输，仓储造成了巨大的环境问题。 今天，全球由于温室气体的大规模排放而产生的变暖是最重要的环境问题。各国政府，行动团体和公司正在要求采取措施应对这一威胁。运营研究在改进运营，特别是降低成本方面有悠久的传统。在本文中，我们提出一个审查，突出运营研究对绿色物流的贡献，其中涉及环境方面的物流的一体化。我们给出了目前和可能的发展的草图，重点关注运输，产品库存的供应链中的设计，规划和控制，设施决策。在这样做时，我们还指出了环境方面可以包括在物流的OR模型中的几个领域。

1. 介绍

运营研究（OR）被描述为更好的科学（INFORMS社会的口号），因为它主要关注于最小化现有流程的成本。然而在当今社会，不仅利润是重要的，因为许多人，公司和政府都关注这个社会的可持续性。因此运营研究可以为环境作出做出更好的贡献吗？在我们看来，OR对环境的作用应该得到更多的关注。运营研究可以帮助更有效利用资源，这不仅具有成本吸引力，而且往往产生较少的温室气体排放。其次，运营研究有助于确定环境方面和成本之间的权衡。 很多时候，只有边际成本增加，可以实现大幅度减排。运营研究技术，特别是多标准决策分析因此是这方面的一个重要方法。在本次审查中，我们将重点介绍（可能）对绿色物流的贡献，即研究旨在减少主要与温室气体排放，噪声和事故有关的物流运营的环境外部性的做法，从而在经济，环境和社会目标之间建立可持续的平衡。我们处理运输，仓储和库存等关于物流的各个方面，解决相关的环境问题，如温室气体排放，噪音和稀缺资源的使用。我们不会区分绿色物流和绿色供应链管理。 虽然我们主要关注交通，我们采取更广泛的（供应链）观点。 然而，我们不会涉及环保意识的制造或废物管理。 本概述的目的是给出目前和可能的发展的草图。 由于许多论文目前正在撰写，我们不声称覆盖所有。 相反，我们专注于领域的结构，并用一些代表性论文说明这一点，其选择始终是主观的。还有其他概述，例如Corbett和Kleindorfer（2001a，b），Kleindorfer et al。 （2005），可持续经营管理，Srivastava（2007）和Sarkis等人（2011）关于绿色供应链管理和Sbihi和Eglese（2010）关于组合优化和绿色物流，但我们的是更全面，最新和更详细的方面到交通。 在这个意义上，我们填补了工业生态学的空白如Sheu et al。 （2005）关于物流的一体化流入绿色供应链。 McKinnon等人最近的一本书（2010）与这次审查有一些重叠，但我们采取更广泛的观点。 最后，我们要提到的是我们的结构化也符合顾问的商业视角（见Palanivelu和Dhawan，2011）。

在我们的审查中，我们在很大程度上遵循Chopra和Meindl（2010）给出的供应链结构。 首先，我们讨论供应链背后的主要物理驱动因素，第2节中的运输，第3节中的产品和库存以及第4节中的设施。我们调查影响环境绩效的这些驱动因素的主要选择。

我们在供应链的三个决策阶段（即设计，规划和控制）考虑这些选项，同时也讨论反向供应链。 在第5节中，我们讨论供应链的设计以及驱动器的组合如何影响环境。 第6节检查反向和关闭的设计循环供应链。 第7节重点介绍三个交叉功能驱动程序， 采购，规划和定价（收入管理），在第8节中，我们仔细观察供应链的运营规划。 绿色供应链指标在第9节和第10节中描述了有助于制定的OR方法绿色物流的权衡， 多标准决策。图 1描述了本文提出的框架。

1. 交通

关于环境，运输是供应链最明显的方面。运输在全球和欧盟层面，二氧化碳排放量占总排放量的约14％（Stern，2006; EEA，2011）。运输也是NOx，SO2和PM（颗粒物质或细粉尘）排放的主要来源。 McKinnon和Woodburn（1996），Piecyk和McKinnon（2010）对道路运输中二氧化碳排放最相关的因素进行了研究。

他们开发了一个包含五种因素的框架，影响模态分裂的结构因素，影响负荷因子的商业因素，操作因素，功能因素和最终影响燃料碳强度的外部因素。因为我们也在本文中讨论其他运输方式，我们将在一定程度上改变其框架。我们研究运营研究模型支持的四个运输选择，即模式选择（或模态分割），多式联运，使用设备选择和燃料选择。商业因素将在后面部分讨论。

2.1。 模式选择

运输的主要选择之一是交通方式，即飞机，船舶，卡车，铁路，驳船或管道运输。每种模式在成本，传输时间，可及性以及不同的环境性能方面具有不同的特性。实际上，选择是有限的，因为运输模式通常由产品的类型（例如液体，散装或包装）和要行驶的距离决定。在洲际供应链的情况下，主要选择是空运和海运。对于大陆链，它大多在卡车，飞机，火车或短海船之间运行。时间敏感的商品通常由空气提供，而大量的商品（如煤炭，铁矿石）通过铁路，内陆运输驳船或管道（在气体或油的情况下）。技术创新如冷却（冷藏）集装箱和温度历史数据记录器已经使得从空气模式转变为较慢模式，如卡车或海运船。有几个OR论文处理这些问题。 Leal和DAgosto（2011）使用模态选择方法来选择使用金融和社会环境考虑的运输生物乙醇的替代方法。 他们发现最好的选择是使用地方公路运输来喂养长途管道，将直接向港口运送生物乙醇。 长途公路运输似乎是所考虑的最糟糕的替代方案。在运输过程中，有大量的纸张，识别托运人关于不同运输特性（例如成本，质量和速度）的偏好。 虽然人们必须对数字保持谨慎，因为它们很大程度上取决于它们的计算方式，我们在表1中列出了几种模式下设备类型之间的排放的以下示例性比较。 来源是运输和环境网络（见http：//www.ntmcalc.se/index.html，最后于2011年2月12日访问）。 TEU是集装箱的标准尺度，一个TEU相当于20英尺集装。PM代表Particulate Matters，也称为细粉尘。

我们想强调一些重要的一般关系，可以在这个表中观察到。首先，同一模式下运输单位越多，每克/吨/公里的二氧化碳排放量就越少（在固定利用负荷下）。当比较运输模式时，我们发现水可以很容易地承载重负荷，因此水运输是二氧化碳效率高的，铁路比卡车更有效率，波音747虽然是一个大飞机，但相比 其他模式。根本没有二氧化碳效率。这些模式在SOx排放方面没有太大差别，除了明显发射更多的波音。 船舶负责高NOx排放，而卡车和柴油轨道比其他模式相对干净。最后，细粉尘（PM）的数据没有什么不同; 在这里它非常依赖于特定的发动机类型和是否应用烟尘过滤器。 清楚的是，从环境的角度来看，不是一种模式是优选的模式，并且OR方法对于识别不同模式选择之间的权衡是非常有用的。 下面我们描述一些最近的贡献。

表格1 不同模式的典型运输单位的能源使用和排放（来源：NTM）。

Bloemhofetal（2011）利用可持续性研究来评估内陆航运对环境和公路运输的环境影响。道路运输是排放量的最大贡献者，虽然近年来已实现了显着的减排。如果铁路运输和内陆航运继续避免创新，差距将进一步缩小。 它似乎只有可持续的创新，也有助于盈利的成功。欧盟制定了卡车NOx，SO2和PM排放标准。 因此，达到最高标准（欧5）的卡车比大多数船和火车清洁得多。 远洋船舶排放大量的NOx（参见CleanAirInitiative，2011）。 估计到2020年，船舶排放将超过所有陆基移动，固定和其他来源产生的总排放，除非采取大量措施。

• 1. 联运

与运输模式的选择密切相关的是在多个运输模式下使用单个运输负载单元，如集装箱，这被称为联运运输。运输的主要低效率之一是在转运点处理货物。 容器的引入显著降低了这种无效率。通过洲际链运输的许多货物现在以集装箱运输。 这种链的陆地部分由卡车，铁路或内陆驳船发生。 新（内陆）集装箱码头的兴起以促进内陆船 - 铁路公路组合可以在拥堵区域节省数千公里的卡车公里，从而减少对环境的影响。这也适用于大陆链。 多式联运的缺点是，它需要比单模式运输更多的协调。 一些论文可以在多式联运中可见度的价值，但很少有论文处理环境方面，如Bauer等人（2010）。Goel（2010）提出了一种结合装运和路线选择以提高准时交货表现的运输模式。 这些模型可以很容易地适应绿色指标，如碳排放，能源使用，腐败和损失等。Janic（2011）评估了将大型机场转变为真实的环境影响多模式运输节点，将机场连接到高速铁路运输网络。 Macharis和Bontekoning（2004）认为，多式联运货运研究是一个新兴领域，需要不同类型的模型，而应用于单模运输。

• 1. 设备选择和效率

一旦对运输模式作出选择，必须做出关于运输单元的类型和尺寸的决定。 这一决定影响能力，速度，经济性和环境绩效。如2.1节所述，运输单位越大，每千克运输的二氧化碳排放量越少，其他气体如NOx，SO2和

PM，如图6所示。 然而，这种关系只有当利用率或负载因子保持时才成立，这是一个重要的战术/操作问题。 新设备也更节能。 我们可以在飞机上观察到这一点，比如空客380或波音777-300的现代飞机比旧的波音更节能

747-400，而且在像艾玛马士基这样的远洋集装箱船上，其可以携带大约15,000TEU，远远超过表1中的PS类型。然而，问题是设备中持续了几十年的资本很多 ，因此变化是昂贵的。

关于这些主题的论文包括DAgosto和Ribeiro（2004），他们专注于公路车队运行，考虑到最小化燃料消耗以及更广泛的经济和环境方面。 Vanek和Morlok（2000）审查了提高最常用卡车的能源效率，以及将更多货运转移到节能轨道交通的努力。为此，他们通过生命周期分析和美国货运模式的空间分析，确定美国主要商品集团的生产与运输能源使用的比例。 他们声称，通过重新设计流动模式可以实现能源使用的减少，因此主张将更多的货运转移到节能模式。

2.4。 燃料选择和碳强度

绿色交通的第四个方面是燃料的选择。与旧汽油相比，现代汽油更清洁。在二十一世纪九十年代和第一个十年，炼油厂专注于从汽油中去除铅添加剂，使空气质量会更好。基于玉米或有机废物的生物燃料可以容易地与标准汽油混合。然而，更广泛的使用需要适配发动机，这是相当昂贵的。到目前为止，几乎没有OR论文专门讨论这方面。然而，OR模型可​​以在评估适应生物燃料的绿色性能中发挥重要作用。大约31％的美国生产的玉米被发酵成乙醇以燃料汽车。在生产生物燃料的过程中使用的化石燃料的总量不比生产的生物燃料的总量少得多。 Bai et al。 （2011）重点关注炼油厂投资，饲料原料，产品运输和公共旅行的成本最小化，并使用拉格朗日松弛基于启发式算法寻找可行的解决方案。这项工作可以通过也最小化化石燃料的使用而容易地扩展。

电动车辆是环境友好的，因为它们的发动机几乎没有排放物，并且电站中的排放物可以被控制。 然而，它们的范围有限，因此对于货物运输，它们需要在可能的中间货物转运的情况下改变操作。 因此他们是受欢迎的城市

运输与城市中或城外的转移站结合。 这个应用程序可以比卡车运输便宜。 为了补偿短距离，必须建立密集的功率再供电网络，可能与电池交换相结合。 最后，燃料选择对于船舶也是重要的，因为沿海国可以对燃料类型施加限制。 以便宜地访问港口燃料燃料可能成为航运路线设计的激励。

3.产品和库存：生命周期

供应链的特点还在于其供应的产品.Chopra和Meindl（2010）仅考虑产品的库存方面，但我们采取更全面的观点。 关键是一些产品比其他产品更环保。三个产品方面在这方面是相关的。

首先，他们已经生产的方式（他们的碳足迹），其次，他们已经被运输和等待使用（库存）;第三，他们的价值是否可以在使用后回收（逆向物流）。 最后，我们还考虑包装和可回收运输项目。 总体思想是，在同一产品的不同版本之间进行选择时，即使在单个客户的层面，也可以考虑环境因素。此外，通过测量和公布产品的环境性能，制造商更可能制造“更环保”的产品。

第一个方面，生命周期影响，是重要的，因为它指示了制造产品所需的资源。 这可以是能量，但也包括其他稀缺资源，如水。 一些公司，如Tesco，沃尔玛和家乐福已经开始指明其一些产品的碳足迹（即生产和运输中排放的二氧化碳总量）。效果是，消费者可以基于这一碳足迹来选择产品。 标签似乎比它容易。 必须研究导致产品的整个链条，并且必须解决分配问题：如果多个产品在一个过程中一起制造，那么碳排放必须分配给哪个产品？ （参见Quariguasi等人，2010）。

产品的存储也具有环境影响，尽管这不如产品的运输可见。库存保持成本在供应链设计中起很大作用，并且更多的存储集中化，存储成本更少。

环境储存足迹包括用于食物或加热储存（在一些油的情况下）的冷却/冷藏储存和储存期间的蒸发。 选择的一个明显的例子是在冬天在荷兰供应番茄。 他们可能来自远离一个温暖的国家，但在这种情况下，需要很多交通。另一方面，它们也可以在温室中全国生产，但在这种情况下需要能量用于加热。 因此，将清楚的是，需要执行复杂的计算以从环境的观点来确定哪个选项是最好的。在产品生命周期中，也应考虑在其制造之后使用产品。 然而，关于产品的环境影响的所有阶段的综合结果很少。 为了提高产品的整体碳足迹，必须为使用的材料，能源使用，生产，使用和运输分配足迹（Quariguasi et al。，2010）。对于许多产品类别，还存在产品的能量使用的指标，例如， 在冰箱，汽车等的情况下，在标准化条件下。 但这只是整个画面的一个方面。

当产品的使用已经结束时，可以恢复剩余价值，而不是填埋或焚烧剩余物用于能量回收。 以这种方式，投入产

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