低碳政策下供应链系统的可持续性决策

本书研究思路明确，可作为物流与供应链管理、生产运营管理、工业工程相关专业的参考书，也可作为相关科技工作者、企业决策部门的参考资料。

王君
 管理学博士，天津财经大学管理科学与工程学院讲师，毕业于天津大学管理与经济学部，管理科学与工程专业。从事物流管理和电子商务的教学与研究，在国内核心期刊发表论文十余篇，主持、参与国家及省部级课题十余项。
屈晓龙
    管理学博士，天津大学仁爱学院管理系讲师，毕业于天津大学管理与经济学部，管理科学与工程专业。从事供应链与物流管理、运筹学和企业管理的教学与研究，在国内核心期刊发表论文十余篇，主持、参与国家及省部级课题十余项。

目录

1绪论1
11研究背景1
12研究意义9
13研究内容与技术路线10
14本章小结15

2供应链管理概述16
21供应链的基本概念16
22供应链管理22
23供应链管理在制造业的实施26

3供应链管理相关决策问题38
31生产计划管理38
32生产计划排程47
33机器调度51
34库存管理59
35供应链调度62
36低碳供应链优化67

4低碳供应链相关研究综述70
41企业层面碳足迹管理研究70
42碳交易机制下供应链运作管理研究75
43低碳政策下供应链系统的可持续性决策80
44本章小结83

5生产计划的可持续性决策问题85
51鲁棒多目标线性规划模型及混合遗传算法85
52鲁棒多目标凸二次规划的混合禁忌搜索算法94
53低碳生产优化问题104
低碳政策下供应链系统的可持续性决策目录
6单机器单目标的可持续性调度问题108
61问题提出108
62问题描述109
63模型建立110
64动态规划算法的求解分析112
65数值计算分析115
66本章小结117

7单机器多目标的可持续性调度问题119
71问题提出119
72问题描述120
73模型建立121
74模型的求解分析123
75模型的求解算法125
76数值计算分析126
77本章小结129

8多机器可持续性调度问题131
81物流管理的分类131
82问题描述132
83模型建立133
84模型的求解算法135
85数值计算分析139
86本章小结142

9考虑交货期约束的平行机供应链排序问题143
91问题的提出143
92模型构建144
93算法设计145
94算例147
95本章小结149

10碳限额与交易机制下考虑次品率的供应链优化研究150
101问题的提出150
102问题描述与条件假设152
103碳交易机制下次品供应链总期望成本和碳排放优化模型155
104管理策略讨论160
105数值分析169
106本章小结176

11模糊环境下供应链成本与碳排放管理研究178
111问题的提出178
112数量方法介绍180
113碳交易机制下零售商模糊EOQ模型183
114碳交易机制下考虑次品率的供应链模糊EOQ模型199
115本章小结226

12考虑碳排放的二级供应链库存管理整合研究230
121问题的提出230
122问题描述与参数设定233
123考虑碳排放影响的供应链VMI整合模型235
124不同情形最优补货策略和碳排放比较239
125数值实验与参数影响灵敏度分析242
126本章小结246

13制造型企业生产物流系统碳足迹测算248
131问题的提出248
132生产物流系统碳足迹测算恒等式及因素变动影响分析250
133不同因素影响情况的讨论255
134数值计算257
135本章小结258

14总结与展望259
141主要研究工作和结论259
142未来研究展望263

参考文献 264

后记295

前言                 供应链低碳化运作管理的研究和实践，一方面，为企业整合优化供应链资源，有效解决碳排放和经济效益的矛盾，实现个体利益与社会利益的协调统一，最终提升服务质量和公众形象，提供了决策依据和行动指南；另一方面，能够有效降低经济活动的碳排放量，保障政府顺利实施各项减排政策，圆满完成减排目标，满足公众对低碳消费的需求和对净化生存环境的渴望。
本书主要深入分析碳排放、碳排放成本和碳排放权交易机制等低碳化管理要素对供应链运作管理的影响机理和作用效果。
首先，研究了一类低碳政策下的供应链系统可持续性决策问题，在决策问题中考虑最小化碳排放目标。分别考虑了生产计划的鲁棒可持续计划问题、单机器单目标的可持续调度、单机器多目标的可持续调度和多机器的可持续调度问题。通过对可持续性决策问题的建模和分析，研究决策优化模型的求解算法，给出了企业生产和配送运作的新方式和决策规则。
其次，针对考虑次品的二级供应链系统，研究碳交易机制对供应链成本优化和碳排放管理的影响机理。分解考虑次品的供应链产销双方的成本和碳排放构成，建立碳限额约束下供应链总期望成本规划模型，求出不同情况下的最优订货量，并对其进行对比分析，讨论期望次品率、碳限额和碳价对订货决策、最优成本以及碳排放的影响趋势，并进行数值分析，根据实验结果证明模型对现实管理的指导意义。
再次，利用模糊数学理论研究不确定情况下供应链成本优化与碳排放管理问题。研究对象分别为单零售商和由单生产方、单销售方构成的二级供应链。将成本与碳排放优化模型中的决策变量和参数用梯形模糊数表示，分别建立碳交易机制下零售商和二级供应链模糊总成本优化模型和模糊碳排放模型，使用梯级平均综合表示法对模型进行解模糊，利用KuhnTucker条件法求解，得出成本与碳排放同时控制的最优决策。给出模糊环境下零售商和二级供应链系统参与碳交易的条件，同时分析了生产率、次品率、碳限额和碳价对总成本与碳排放的影响情况，通过数值实验对比模糊模型与确定模型的辅助决策效果，并将不同研究对象、不同情景的基于碳交易机制的EOQ（经济订货批量）模型研究结果进行全面对比。
然后，研究VMI（供应商管理库存）模式对供应链总库存成本与总碳排放管理的整合优化效果。将碳排放因素引入一个由单供应商和单零售商组成的二级供应链库存管理模型，建立实施VMI模式前后的库存总成本和总碳排放优化模型，求出相应最优补货策略和最小碳排放，对比分析VMI模式和传统库存管理模式对成本和碳排放的优化效果。通过数值计算验证理论分析的有效性，并讨论各参数对成本和碳排放的影响情况。
最后，提出企业层面生产物流系统碳足迹测算恒等式。在给出生产物流系统碳足迹概念和测算边界的基础上，对普遍应用于宏观尺度碳排放测算的Kaya恒等式进行改进，并通过传统因素分析法讨论各个因素的变动对碳足迹变化的影响。
本书第2、3、5～9章由王君编著，第10～13章由屈晓龙编著，剩余部分由王君、屈晓龙共同编著。本书既可以作为从事绿色和低碳供应链物流管理、低碳经济、可持续发展研究的高等院校师生和研究人员的参考书，也可供企业界相关人士参阅借鉴。

1绪论
11研究背景
111全球能源消耗与气候变化
地球蕴藏的大量能源是人类文明进步的物质基础，它支撑着人类社会生产、经济和文化的发展。18世纪60年代兴起的第一次工业革命，标志着工厂手工业向机器大工业生产过渡的开始，从此人类依次进入了蒸汽时代（18世纪60年代至19世纪中期）、电气时代（19世纪下半叶至20世纪初期）和科技时代（20世纪后半叶至今）。伴随着每次工业革命浪潮，随之而来的是全球经济的蓬勃发展、经济结构的重新调整和物质产品的不断丰富。但是，科技进步和经济发展也不断消耗着地球上有限的资源，大量的能源被无节制地开采和应用于大规模工业生产与人类日常生活，而且消费量和消费速度不断攀升。图11给出的是2000—2010年全球一次能源消费量及增速的情况，可以看出，进入21世纪后，除2009年因经济危机导致一次能源消费量略低于2008年外，其余各年均较以往呈不断增长趋势。根据英国石油阿莫科公司（BP Amoco，BP）2014年的统计数据显示：2010年全球一次能源消费总计达到119556 Mtoe（百万吨标准油，Million Tonnes Oil Equivalent），较2009年的113259 Mtoe提高了56%，达到自1973年以来增速的最大值；2010年之后，虽然能源消费增速有所放缓，但消费量依然很大，2011年消费122315 Mtoe，2012年消费124832 Mtoe，2013年消费127304 Mtoe，增速保持在22%左右。
全球经济发展走势与能源消费增长幅度之间存在密切联系。如图12所示，1980—2010年，30年来两者变化趋势大致相同，呈现出正相关的关系。这说明能源消耗直接影响到经济形势的变化，经济的波动会引起能源消费的同向变动。根据相关能源报告，世界GDP（国内生产总值）每增长1%，能带动能源消费需求增长07%。图112000—2010年全球一次能源消费量及增速 数据来源：魏一鸣等《中国能源报告2012：能源安全研究》。

低碳政策下供应链系统的可持续性决策1绪论图121980—2010年世界能源消费增速与GDP增速对照数据来源：魏一鸣等《中国能源报告2012：能源安全研究》。

一次能源（Primary Energy）主要包括煤炭、石油、天然气、核能、水电和可再生能源。其中，煤炭、石油和天然气统称为化石能源，成分是一种碳氢化合物及其衍生物，由远古生物化石沉积而得，不可再生，是大机器生产的必需燃料，但如果燃烧不够充分，就会释放有毒有害气体和大量烟尘。2013年《BP世界能源统计年鉴》的数据显示：从1987—2012年全球不同一次能源消费量的变化看，虽然非化石能源消费量也保持了良好的上升势头，但化石能源仍然在能源消费结构中占主导地位，在2012年全球能源消费构成中，煤炭占299%，石油占331%，天然气占239%，化石能源使用量占能源消费总量的869%。可见，人类在消耗能源提高生产和生活水平的同时，不可避免地会带来环境的恶化。
地球大气中二氧化碳的浓度会因化石能源持续使用而不断增大，从而导致全球气候变暖问题加剧，这一观点早在1896年就被诺贝尔化学奖获得者Svante Arrhenius提出。1997年，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第四次评估报告认定，全球气候变暖源于温室气体以及温室效应（Green House Effect）。温室效应是指大气通过吸收长波热辐射使不同部分地区的气温相对稳定的效应。如果没有温室效应，地球将变得非常寒冷而不适宜生物居住，但若温室效应不断加剧，则会导致地球表面温度持续升高，全球气候变暖，影响生态和环境。大气中能促进温室效应的气体称为温室气体（Greenhouse Gas，GHG），主要包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟烃（HFCS）、全氟烃（PFCS）和六氟化硫（SF6）六种气体，其中CO2对温室气体排放“贡献”最大，达到767%。因此，GHG排放通常以CO2排放作为代表，简称碳排放。
能源消费结构与碳排放增长的关系可以通过图13进行分析，1973—2013年，40年间可再生能源消费量呈上升趋势，石油消费量下降趋势明显，但是随着煤炭消费比重的提高，2013年全球碳排放增速几乎与能源消费增速持平，分别为21%和23%。这就出现了一个较为重要的趋势：从2013年往前的10年时间里，世界燃料结构中的碳强度（单位能源碳排放）并没有发生明显变化，2013年全球碳排放比1990年的水平高出55%，仍然增长过快。大气中CO2浓度每提高25%，全球地表平均气温将升高05℃。
图132013年全球一次能源消费结构与碳排放增长
数据来源：BP《BP世界能源统计年鉴2014演讲稿》。
2009年7月8日，在意大利拉奎拉举行的八国集团峰会，同意将“2℃”设为“自然界最后的安全阀”，即将全球变暖幅度控制在比工业革命前高出不超过2℃的水平，这是生态系统和人类社会生存的底线。IPCC副主席Martin Parry教授说：“气温升高超过2℃，全球将面临农作物减产、水资源短缺、海平面上升、物种灭绝和疾病增多等问题。”要实现控制气温升高的目标，必须在所有领域全面提高能源利用效率和降低能源系统排放，尤为迫切的是要绝对减少化石能源的使用和碳排放。美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）戈达德太空研究所负责人James Hansen教授认为：如果人类还想维持一个与文明发展和生物适应的环境相似的星球，那么大气中CO2的浓度必须降低到350ppm（Parts Per Million，气体浓度单位，表示百万分之一）左右。但是，根据IPCC第五次评估报告第一工作组的报告数据显示：2011年大气中CO2浓度已达到391ppm，比工业革命以前的1750年的数值（280ppm）高出396%，即便大力加强节能减排措施，到 2100年CO2浓度仍会到达421ppm，若不采取有效措施，则该数值有可能高达936ppm。由此可见，过度的碳排放已经对地球变暖和环境恶化造成了十分严重的影响，甚至威胁到地球生物的生存。
上述这些触目惊心的数据警示人类，在工业革命后不到200年的时间里，我们赖以生存的有限的地球资源被快速消耗，释放的CO2即将超过海洋和森林可吸收的上限，人类的生存和文明已岌岌可危。因此，无论是宏观层次的国际组织、区域联盟和国家政府，还是微观层次的企业和个人，都必须从意识、文化、经济、政策、技术和管理等不同层面，运用一切有效手段果断而有力地加强对碳排放的遏制，改善不断恶化的自然环境，实现人类的长期生存和发展。
112低碳经济的兴起带动供应链管理向低碳化发展
1 低碳经济是应对气候变化的必然选择
人类活动释放的温室气体是全球气候加速变暖的主要原因，此观点已经为科学界广泛承认，而且这种影响还在不断增强。2001年IPCC第三次气候变化报告认为，近50年来地表增温归因于人类排放的可能性在66%以上；2007年IPCC第四次气候变化报告明确指出，近半个世纪以来人类活动对气候变化负有90%以上的责任；而2014年IPCC第五次气候变化报告第一工作组报告则将这种可能性提高到95%以上。可以说，工业革命开始后的一个多世纪里，人类社会系统持续“高碳”发展，那些因过量能源消耗和高碳排放而高速发展起来的发达地区和国家，开始迫切希望解决这些问题，认为必须在未来几十年里建立一个新型的低碳社会系统群。“低碳经济系统”（Low Carbon Economy System，LCES）正是该系统群中至关重要的一环。
“低碳经济”（Low Carbon Economy，LCE）概念最早出现在2003年2月24日英国贸工部发布的《能源白皮书：我们能源的未来——创建低碳经济》（以下简称《能源白皮书》）中，这也是低碳经济作为一项可持续发展政策首次出现在政府文件中。《能源白皮书》指出，英国经济发展主要得益于本国蕴藏的化石能源，但能源的未来面临诸多挑战，比如环境问题、能源安全和抑制温室气体排放等，因此必须推动以低能耗和低排放为特征的新型低碳经济发展模式，才有可能实现到2050年将国内CO2排放量在1990年的基础上削减60%的总体目标。《能源白皮书》还特别强调，控制碳排放增长仅靠某个国家的独自努力是无法实现的，全世界所有主要排放国家必须共同协作才能取得明显的成效，这标志着全球经济向低碳化转型的开始。其后，各国政府和学者相继就低碳经济发展的思路、模式和政策等方面展开研究，低碳经济理论体系逐渐成熟。
2006年，英国经济学家Nicholas Stern发表的《斯特恩报告：气候变化的经济学》引起国际经济学界广泛关注，该报告利用经济学模型探讨减少碳排放所付出的成本与气候变化造成的经济损失之间的关系，推算出如果现在将每年全球GDP的1%用于治理温室气体排放，那么将会使未来年均GDP避免5%～20%的损失，以此来呼吁世界经济向低碳化发展。以《斯特恩报告：气候变化的经济学》为契机，各国政府和国际气候组织先后颁布了一系列发展低碳经济的政策法案。美国参议院2007年7月提出了《低碳经济法案》，2009年6月美国众议院通过《美国清洁能源安全法案》，表明走低碳经济之路是美国新的战略重点；2007年9月，中国政府领导人在亚太经合组织第15次会议上，本着对中国、亚太地区乃至全世界人民福祉负责的态度，郑重提出四项建议，明确主张中国将致力于发展低碳经济，并于2009年3月确定了中国发展低碳经济的战略目标，即到2020年全国GDP碳排放强度降低50％左右；2007年12月，联合国气候变化大会上，制定了“巴厘岛路线图”，要求发达国家在2020年以前减少排放25%～40%的温室气体，这对推动全球经济迈向低碳模式具有里程碑式的意义；联合国环境规划署将2008年的世界环境日主题定为“转变传统观念，推行低碳经济”；2009年6月，德国环境部公布了涉及环保政策、低碳企业和低碳能源等6个方面的低碳经济发展战略文件，强调发展低碳经济是国家持续发展的关键；2009年7月15日，英国又发布《英国低碳转型计划》，这是迄今为止发达国家应对气候变暖较为系统的政府白皮书。
随着低碳经济受到各国政府、组织的广泛认同和重视，学术界也兴起了对低碳经济内涵的研究。国内学者中，中国环境与发展国际合作委员会秘书长张坤民的观点比较有代表性，他认为低碳经济是以低能耗、低排放、低污染为基础的经济模式，其实质是提高能源利用效率和创建清洁能源结构，核心是技术创新、制度创新和发展观的转变。虽然对低碳经济的界定没有严格统一的定论，但是基本上能达成以下几点共识：①低碳经济的出现能满足整个世界对实现经济、社会和环境全面安全的渴望，处理好“低碳”与“经济”的关系是发展低碳经济的基点，降低绝对碳排放，进而缓和气候变暖是当前首要目标，最终目的是实现全球经济的可持续发展，不能因“低碳”而放弃“经济”，否则会重蹈覆辙，回到只强调“经济”而导致“高碳”的老路上的；②低碳经济发展模式的特点可以概括为低能耗、低排放、低污染、高效能、高效率和高效益；③推动低碳经济良性发展的主要杠杆是市场机制，辅以稳健而持续的政策支持，借助公共部门、科学家、投资者、企业家等社会成员共同凝聚的创新智慧，开发低碳技术，研究低碳理论，实施低碳运作，这样才能保证实现降低排放和发展经济的双赢局面。
低碳经济开创了人类生存发展的新模式，中国著名经济管理学家成思危说过：“低碳经济是一种经济的发展方式，它不仅会改变我们的能源结构，改变我们的产品结构，而且更进一步改变人类的生产方式和消费方式。”低碳经济的兴起带动了整个经济领域的创新性变革，“低碳采购”“低碳运输”“低碳生产”“低碳消费”“低碳金融”“低碳管理”“低碳产业”等新理念应运而生，这些新课题也引起科研学者们的浓厚兴趣，成为学术研究的新焦点。
2 环境友好型供应链管理研究不断深化
企业是经济活动的主体，其目标是追求经济效益最大化，但管理者很少考虑经营活动对周围环境的负面影响，结果造成了严重的“社会成本”（Social Costs）。生态经济学的奠基人之一、著名经济学家William Kapp将“社会成本”定义为：由于无限制的经济活动而造成的由第三方或公众承担的直接或间接的损失。基于此理论，社会公众强烈要求企业为其商业行为造成的生态环境损害“买单”，迫使经营者必须在寻求利润的同时注重对环境的保护。
生产和销售的全球化趋势，更加强调高水平的供应链管理是盈利的关键，企业之间的商业竞争逐渐被供应链的竞争所代替。“供应链”（Supply Chain，SC）的概念最早源自“现代管理学之父”Peter Drucker（1986）提出的“经济链”，之后“竞争战略之父” Michael Porter（1985）将其延伸成为“价值链”，最后演变成“供应链”。1989年，美国管理学家Stevens对供应链是这样定义的：从原材料采购，制成中间产品以及最终产品，直至将产品交给最终用户，在此过程中涉及的所有供应商、生产商、分销商和消费者组成的相互联系的供需网络，称为供应链，其成员之间紧密合作，计划、协调和控制各种物料流和信息流。供应链管理（Supply Chain Management，SCM）是指从供应链整体出发，对原始供应商直至终端用户进行集成整合管理，为客户提供能带来更多价值的产品、服务和信息。供应链管理是一种集成的管理方法与思想，目的是提升企业整体品质，提高客户满意度，优化企业成本。供应链运作和管理活动同样会消耗自然资源，对环境产生污染。面对政府环境政策、消费者环保意识日益增强和社会责任感等多重压力，为增强竞争力、维护社会形象、提升品牌价值，将“可持续发展”“环境友好”等理念融入供应链管理，是企业顺应社会发展所作出的必然且明智的选择。
人类社会层面的可持续性发展思想，同样适用于企业层面的供应链管理领域。将可持续发展包含的三个维度（经济、环境和社会）以及利益相关者的需求同时考虑进供应链合作企业间的物质和信息流管理，称为“可持续供应链管理”（Sustainable Supply Chain Management，SSCM）。为实现供应链的可持续性，就要求在整个供应链活动所涉及的生产、消费、客户服务以及废弃物处置的过程中考虑环境管理和环保经营。强调经济收益与环境治理并重的供应链管理，可称为“绿色供应链管理”（Green Supply Chain Management，GSCM）。GSCM提倡由被动反应式地应对政府环境监管变为积极主动地减少环境污染，尤其关注对废旧产品回收、再利用、再制造和逆向物流等环节的环境管理，将环保思想与产品全生命周期的供应链管理结合，对包括原材料采购、生产设计、制造流程、产品配送和废品回收再利用在内的循环供应链，进行资源优化配置和环境绩效管理。SSCM与GSCM的概念既有相同点也有相异点。两者均强调经济、环境和供应链参与者三方的协调发展，实现可持续发展是它们共同的目的，采用的方式是对供应链完整生命周期的管理，逆向物流和闭环供应链的思想都包含在两者的定义之中。它们的不同点是GSCM缺少对社会维度的关注，SSCM忽视了价值增值和节约投入两个焦点问题，而这两点在GSCM的内涵中却是主要内容。
就供应链活动与自然环境的关系而言，GSCM侧重的是能源的有效利用和污染的减量化，污染主要包括供应链活动中排放的各种废弃物，如废水、废气、固体废弃物、有毒有害气体和温室气体等。近些年来，世界环境问题的焦点逐渐转移到关注不断加重的全球气候变暖趋势，有效而迅速地削减碳排放成为治理环境污染的首要任务，低碳理念也不断融入供应链管理领域，“低碳供应链管理”（Low Carbon Supply Chain Management，LCSCM）成为新兴的前沿研究课题。虽然对LCSCM的定义还没有科学系统的阐述，但很显然，减少供应链运作中的绝对碳排放是最终目的。从管理的角度讲，如何做到尽可能减少排放的同时实现资源最优化配置和经济收益最大化，是企业决策者和学术界面临的新挑战。因此，在研究中要充分考虑供应链每个环节的碳排放负效应，参与供应链活动的利益各方都是供应链低碳管理的对象，同时也是实施低碳管理的执行者。LCSCM使用的理论和技术方法与GSCM是相似的，只是将GSCM提倡的“节约”“环保”“减污”和“效率”等既定目标进一步细分为“低碳”的指标，它并不是一个新的标签，而是GSCM向更深层次的低碳理念的延伸。具体的LCSCM体系结构如图14所示，这是国内学者杨红娟在《低碳供应链管理》一书中提出的，较为全面系统地概括了LCSCM的整体思路和研究框架。

图14低碳供应链管理体系结构资料来源：杨红娟《低碳供应链管理》。
LCSCM是对GSCM研究侧重点的微调，但从研究内容上看，也有一定的区别，最明显的有两点：①将碳排放约束考虑进供应链运作管理；②碳排放权作为一种商品投入市场进行交易。如果说前者是环境约束条件的细化，并非根本性的改变，那么碳交易市场的出现则是低碳时代带来的新兴事物。尽管GSCM中也有排污权的交易，但两种交易却是存在较大差异的。碳排放权具有无差异性和无地域性的特点（在全球供应链中，不同的经营主体尽管所在地域和国家不同，生产的产品也不同，但产生的碳排放是相同的），因而，其交易范围比排污权更广泛和普遍，也更具流通性，使其在供应链上优化配置成为可能。
本书的主要研究工作就是基于全球气候变暖推动低碳经济发展的时代背景，针对上述LCSCM有别于GSCM的两个特点展开的，深入分析碳排放、碳排放成本和碳排放权交易机制等低碳化管理要素对供应链运作管理的影响机理和作用效果。
12研究意义
低碳经济时代的到来，极大地改变了企业的竞争环境、战略目标、运营模式、成本构成和盈利方式，推动决策者从经济效益和限制碳排放并举的视角重新思考企业生存和发展的条件和契机。供应链低碳化运作管理的研究和实践，一方面，为企业整合优化供应链资源，有效解决碳排放和经济收益的矛盾，实现个体利益与社会利益的协调统一，最终提升服务质量和公众形象提供了决策依据和行动指南；另一方面，能够有效降低经济活动的碳排放量，保障政府顺利实施各项减排政策、圆满完成减排目标，满足公众对低碳消费的需求和对净化生存环境的渴望。
供应链管理涉及整个利益链条上诸多节点的不同对象，研究体系十分庞杂。本书从供应链管理中的生产和库存环节入手，针对如何利用市场机制兼顾成本收益和碳排放控制、碳排放元素的库存成本整合优化，以及制造型企业生产物流系统碳足迹测算三个问题进行深入研究，尝试拓展低碳供应链管理的新思路和新方法。
从理论上讲，本书研究将供应链库存管理问题从成本的“单一”控制延伸至成本与碳排放并举的“双重”优化，将碳交易机制下运作管理研究对象从供应链中的个体扩大到二级供应链系统，将已有库存碳排放管理研究选择的经济订货批量（Economic Order Quantity，EOQ）模型发展到供应商管理库存（VendorManaged Inventory，VMI）模式，将理想约束条件下的研究内容扩充为针对更贴近生产现实的不确定情形来探讨成本与碳排放管理，为供应链优化运作和低碳管理提供理论依据和智力保障。
从实践上讲，本书提出一种新的碳足迹测算方法，为企业完善自身碳排放测量提供了更多的选择。此外，本书建立的库存成本与碳排放优化模型，对辅助企业提高减排效率，控制成本升高，增强低碳趋势下企业减排积极性和市场竞争力，具有重要的现实指导意义。
在低碳经济中，企业的经营目标发生了变化：在满足减排政策要求的同时，保证企业持续稳定经营，实现企业整体效益最大化。生产和配送是供应链系统的重要组成部分，也是企业生产经营活动中的主要环节，在低碳政策下对供应链系统的决策问题进行研究，是对企业生产管理、物流系统管理和可持续性理论的发展和补充。
本书的研究，可以直接指导企业在低碳政策下进行供应链系统运作流程的优化改造，为企业实际的生产和配送运作提供科学的决策方法，为企业的绿色供应链管理提供合理的解决方案，对企业执行节能减排政策、节约成本、提高效率和可持续性发展具有十分重要的意义。
物流系统的决策问题直接关系到能源和环境问题。在低碳政策下，企业在提高效率的同时，节约了能源消耗并减少了碳排放，对于中国碳排放总量控制，实现人与自然的和谐相处和可持续发展，都具有十分重大的意义。
13研究内容与技术路线
131主要研究内容
本书共14章，各章的主要研究内容如下。
第1章为绪论。主要对本书的研究背景、理论和实践指导意义、研究框架及技术方法进行介绍，并阐述核心研究内容和创新点。
第2章为供应链管理概述。首先，介绍供应链的基本概念；其次，分别介绍了供应链管理、供应链管理的四大支点、供应链管理的八大管理原理、供应链管理在制造业的实施等相关内容；最后，结合供应链管理案例阐述前述理论。
第3章为供应链管理相关决策问题。分别介绍了生产计划管理、生产计划排程、机器调度、库存管理、配送管理、供应链调度以及供应链协调。最后，将低碳思想运用到供应链管理中，获得了重要的管理启示。
第4章为低碳供应链相关研究综述。分别介绍了企业层面碳足迹管理研究和碳交易机制下供应链运作管理研究等相关内容。
第5章为生产计划的可持续性决策问题。分别介绍了鲁棒多目标线性规划模型及混合遗传算法和鲁棒多目标凸二次规划的混合禁忌搜索算法，最后将鲁棒模型和算法运用到低碳领域，进行相关探究得出结论。
第6章为单机器单目标的可持续性调度问题。首先提出问题，其次对该问题建立模型，并用动态规划算法对模型进行求解分析，最后进行数值算例分析得出相关结论。
第7章为单机器多目标的可持续性调度问题。是对第6章调度问题的升级。
第8章为多机器可持续性调度问题。首先提出了物流管理的分类，其次提出问题，建立模型，最后通过算法求解模型并结合仿真算例进行分析。
第9章为考虑交货期约束的平行机供应链排序问题。分别通过工件交货期限相同的情形和一般情形这两种情形进行算法设计，以解决问题。
第10章为碳限额与交易机制下考虑次品率的供应链优化研究。通过建立碳交易机制下次品供应链总期望成本和碳排放优化模型解决相关问题，随后进行了管理策略讨论，最后给出数值分析。
第11章为模糊环境下供应链成本与碳排放管理研究。主要建立了碳交易机制下零售商模糊EOQ模型和碳交易机制下考虑次品率的供应链模糊EOQ模型。
第12章为考虑碳排放的二级供应链库存管理整合研究。建立了考虑碳排放影响的供应链VMI整合模型，给出不同情形下最优补货策略和碳排放比较，最后给出了数值实验与参数影响灵敏度分析。
第13章为制造型企业生产物流系统碳足迹测算。首先对生产物流系统碳足迹测算恒等式及因素变动影响做了分析，其次对不同因素的影响情况进行讨论，最后给出数值计算。
第14章为总结与展望。用简洁的语言全面总结本书的主要研究工作和成果，重申本书研究内容对低碳供应链管理的现实指导意义和启示，在结尾对本书研究的不足之处进行评述，并对本领域未来研究方向作出展望。
132研究框架与研究方法
本书研究的结构框架、应用的模型和技术方法如图15所示。
图15研究框架与技术路线
本书使用的具体研究方法如下。
1资料收集
收集国内外大量的专著、文献和报告，通过仔细梳理和研读，对气候变化、低碳经济理论和供应链低碳化管理等研究领域已有成果进行全面系统的总结和分析，确定本书研究的主要方向，提炼研究问题，理顺工作思路。
2理论支撑
本书理论研究的基础：经济学理论、可持续发展理论、管理学理论、供应链系统集成管理理论、库存管理理论和碳排放交易机制。研究方法的理论基础：高等数学、模糊数学和优化管理理论。
3定性描述
对研究的主要问题，分别运用以下四种模型进行描述：①利用经典EOQ模型表述碳交易机制下含次品供应链总期望成本与总期望碳排放的优化管理；②采用梯形模糊数描述供应链成本与碳排放管理所面对的不确定环境；③使用VMI模式对二级供应链总成本及碳排放进行整合管理；④用Kaya恒等式反映制造企业生产物流活动碳排放与经济、自然环境之间的关系。
4定量分析
对数学模型进行具体定量分析的方法：①利用数学求导方法证明所建优化模型存在最优解，并进行求解，给出最优决策，对比分析不同情景下的决策效果，通过数学推导得出各参数对优化目标的影响趋势；②使用函数原则对确定模型做模糊化处理，利用梯级平均综合表示法对模糊模型进行解模糊，最后通过KuhnTucker条件法求解；③使用因素分析法讨论碳排放测算恒等式中各因素的变动对考察期内碳排放变化的影响；④在数值实验中，运用MATLAB软件对模型进行赋值运算，并绘出相应的影响效果图；⑤将精确算法和启发式算法结合，采用动态规划算法对单机器的问题进行求解分析，采用启发式算法对多机器问题进行求解分析；⑥运用数学抽象、建模和推理论证的研究方法。
133研究主要创新点
1碳限额与交易机制下考虑次品率的供应链优化研究
碳排放交易机制被普遍认为是能有效限制碳排放的市场机制，碳排放权作为商品投入交易市场，也是低碳经济发展的新思路。近几年，在供应链管理研究中加入对碳交易机制影响的思考，成为学术界的热点问题，研究重点是关注如何利用碳交易机制平衡成本效益和碳减排之间的对立关系。在已有的学术文献中，经典EOQ模型是较多学者选择的研究对象，但都是针对单个生产商或零售商的决策行为进行分析，而且前提假设过于理想和严格。
本书主要创新点是将碳交易机制引入由生产方和销售方构成的二级闭合供应链系统，放宽约束条件，允许生产过程中出现次品，检验出的次品返运回生产商，分析碳交易机制对订货决策、成本优化和碳排放控制的影响机理。在对供应链成本与碳排放构成进行分解时，在以往研究只考虑运输、持有环节的基础上，新加入生产环节的准备成本和碳排放。给出供应链碳排放量化模型，在碳限额约束下构建含碳交易成本的次品供应链总期望成本优化模型，得到兼顾成本经济性和碳排放控制的最优订货量，并将其与仅考虑成本效益和仅考虑碳排放最低的经济订货量进行对比，找出三者间的内在联系。此外，还讨论了期望次品率、碳限额和碳价对经济订货量、总期望成本和总期望碳排放的影响效果。本部分研究对于指导企业以优化运作方式破解碳减排成本负担难题，具有重要的理论与实践价值。
2模糊环境下供应链成本与碳排放管理研究
上述碳限额与交易机制下的供应链优化研究是基于市场需求、决策变量和影响参数都是确定值这一理想假定进行的，这也是以往相关研究的共同特点。本书第二个创新性研究是力求将问题的约束条件尽量贴近现实状况，分别针对某零售商和一个二级供应链系统的成本与碳排放优化模型中的所有参数和决策变量均为梯形模糊数的情景，研究模糊环境下如何利用碳限额与交易机制实现对总成本与碳排放的有效管理，更符合具有极大不确定性的管理现实。使用模糊数学和含不等式约束的数学规划方法建立并求解碳交易机制下模糊总成本优化模型和模糊碳排放优化模型，得出经济订货量、最优总成本和最小碳排放。讨论生产率、次品率、碳限额和碳价对供应链总成本和碳排放的影响效果，给出模糊环境下零售商与供应链系统分别参与碳交易的条件，通过数值实验对比模糊模型与确定模型的辅助决策效果，验证了研究成果有助于降低供应链低碳管理实践中决策的不确定性的结论。
3考虑碳排放因素的供应链系统库存成本整合优化研究
通过对以往研究成果的分析可以发现，供应链库存优化管理中加入碳排放因素的考虑大多都是基于经典EOQ模型进行的，采用的都是供应链参与者单独决策的方式，而针对VMI模式这一被学术界和企业广泛重视的供应链库存整合管理机制的碳排放管理研究却是空白。几十年来，虽然很多国内外学者从不同角度，使用各种方法对VMI型供应链进行了大量研究，但都没有考虑该模式的环境绩效。本书将供应链中供应商、零售商的碳排放和碳排放成本引入已有的VMI库存模式，建立供应链系统总库存成本优化模型，分别求得是否考虑碳排放因素和实施VMI模式前后等不同情况下的最优补货策略和最小碳排放，通过理论证明和数值分析，验证VMI模式对考虑碳排放的供应链库存总成本和总碳排放的集成优化管理成效。本部分创新成果是对供应链库存低碳化管理研究体系较好的补充和完善。
4制造企业生产物流系统碳足迹测算及影响因素分析
生产物流是制造企业内部物流活动的核心部分，对生产物流系统碳足迹进行计量和分析，关系到当前低碳经济发展大趋势下企业的可持续发展。企业层面的碳足迹测算，大多使用生命周期法或排放清单法。有学者对这两种方法提出质疑，认为这两种方法不但操作复杂、数据量大、数据采集困难，而且排放因子测量会受计量技术、生产流程和管理方式等多种因素的影响而出现偏差。Kaya恒等式因其形式简单、便于操作、只需基本信息量等优点，被普遍用于测算宏观尺度碳足迹，但却很少有学者将其应用于企业层面的研究。本书尝试对Kaya恒等式进行适当改进，用于微观层面的企业生产碳足迹估算。首先，对制造企业生产物流系统中的碳足迹作出定义，并确定该系统中碳足迹的测算边界；其次，建立生产物流系统中碳足迹的测算恒等式（Production Logistics System Carbon Footprint Identity，PLSCFI），将影响企业生产碳足迹变化的主要因素归结为生产总投入、单位投入产出、产出能源强度和能源碳强度；最后，使用传统因素分析法中的数学恒等变形探讨各因素变动对碳足迹变化的综合影响，为企业决策者有效管理生产物流活动中的碳足迹提供新的思路和方法。
5生产和配送的可持续调度模型和算法研究
本书研究了低碳政策下的供应链系统可持续性决策问题，在决策问题中考虑最小化碳排放目标。此外，本书通过对可持续性决策问题的建模和分析，研究决策优化模型的求解算法，给出了企业生产和配送运作的新方式和决策规则。
14本章小结
本章剖析了低碳供应链运作管理研究的现实和理论背景。人类活动对地球上的有限资源特别是化石能源的消耗，导致无节制的温室气体排放，温室效应加剧，气候快速变暖已经对人类可持续发展构成了极为严重的威胁，选择低碳生活方式是人类挽救自己的必然选择，低碳理论和实践应运而生。从宏观的低碳经济理论到微观的企业低碳管理，再至决定企业竞争能力的供应链环境绩效管理，层层剥开，最后引出供应链低碳管理的概念和研究体系，为本书研究指明方向。
背景分析之后，本章详细阐述论文研究的理论和现实意义、主要工作内容和创新点，利用技术路线图描述文章整体的结构布局，介绍了研究所借助的相关理论和数量模型方法。
至此，绪论部分已将本书的研究动机、整体脉络和研究价值较为清晰地呈现出来，后续主体研究工作即将全面展开。2供应链管理概述
21供应链的基本概念
211供应链的起源
供应链的概念是从扩大的生产(Extended Production)概念发展而来的，是20世纪80年代提出的，译自英文“Supply Chain”。供应链是一种有计划的管理思想，Porter的价值链概念是目前可查询到的最为直接的来源。1985年，美国学者 Michael Porter在《竞争优势》一书中提出了价值链的概念。价值链将企业运营分解为战略性相关的许多活动，其中基本活动包括内部物流、生产作业、外部物流、市场和销售与服务，辅助活动包括采购管理、技术开发、人力资源管理、基础设施管理。Stevens在1989年给出了供应链的定义：从采购原材料到制成中间产品以及最终产品，直至将产品交给最终用户，在此过程中涉及的所有供应商、生产商、分销商和消费者组成的相互联系的供需网络称为供应链，其成员之间紧密合作，计划、协调和控制各种物料流和信息流。1992年，Shank和Govindarajan所描述的价值链比Porter的范围广一些，他们认为任何企业都应该将自身的价值链放入整个行业的价值链中去审视，“从最初的供应商所需的原材料直到将最终产品送到用户的全过程”。1996年，Reiter在整合了上述价值链和价值流思想的基础上，首次提出了供应链的定义,即供应链是一个实体的网络，产品和服务通过这一网络传递到特定的顾客市场。
随着全球化经济的形成以及信息技术和电子商务的迅速发展，企业的生存和竞争环境也随之改变。以往，企业面对的主要是行业内对手之间的竞争，而在全球市场和数字经济时代，企业要依靠和上下游企业的联盟与协作，才能在市场竞争中取得优势。真正的竞争不是企业与企业之间的竞争，而是供应链与供应链之间的竞争。在这种背景下，供应链管理引起了企业界和学术界的极大关注，并在理论和实践中得到了进一步发展。价值链把企业价值活动联系为一个整体，但这个价值链是针对单个企业的。企业必须对居于价值链相同或相近位置的竞争者进行充分的分析，并制订出能保证企业保持和增强竞争优势的合理战略。
供应链在20世纪90年代得到广泛发展，现代管理教育对供应链的定义为“供应链是围绕核心企业，通过对商流、信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始到制成中间产品及最终产品、最后由销售网络把产品送到消费者手中的一个由供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户所连成的整体功能网链结构”。
低碳政策下供应链系统的可持续性决策2供应链管理概述它是一个范围更广的企业结构模式，包含所有与之有关的上下游节点企业，并且对上游的供应者（供应活动）、中间的生产者（制造活动）和运输商（储存运输活动）以及下游的消费者（分销活动）同样重视。从原材料供应开始，经过链中不同企业的制造加工、组装、分销等过程直到产品流向最终用户，因此，其定义涵盖了销售渠道的概念。它不仅是一条连接供应商和用户的物流链、信息链、资金链，而且是一条增值链。物料在供应链上因加工、包装、运输等过程而增值，给相关企业带来效益。
我们一般会把供应链分为两个部分，一个是制造，另一个是配销。这两个部分的管理手法不一样，不能互换。另外一种分法，是把它分成“供应”和“需求”，这是在供应链管理中两个非常重要的词。一个新的名词叫“需求链”，它跟“供应链”有明显的区别。不过，我们可以把“供应链” 看作一个比较广泛的定义，包括“需求链”的部分，这就是我们所讲的供需平衡的问题。
但纵观供应链发展到目前的这段历程，我们可以将供应链概念的发展阶段大致分为三个：内部整合的供应链，外部整合的线性供应链，外部整合的网状供应链。
虽然供应链有很多种，如纺织供应链、制造供应链、IC供应链、食品供应链、IT供应链等，但是在这么多不同的供应链底下，不管是哪一类的供应链，有一个问题都要解决，我们称为“Bullwhip Effect”，即“牛鞭效应”——一个鞭子你稍微一甩，尖的那个地方的波动就会比较大。市场是消费者的天下，当市场发生微小的变化时，你就可以看到，越往上游走，发生的变化越大，这是一个非常典型的“牛鞭效应”。
供应链的最终目的是满足客户需求，同时实现自己的利润。它包括所有与满足客户需求相关的环节，不仅仅是生产商和供应商，还有运输、仓储、零售和顾客本身。客户需求是供应链的驱动因素，一条供应链正是从客户需求开始，逐步向上延伸的。例如，当一个顾客走进沃尔玛去买洗发水时，供应链就开始于这个顾客对洗发水的需求，这个供应链的下一阶段是沃尔玛、运输商、分销商、洗发水生产工厂。一个供应链是动态的，并且包括在不同阶段之间流动的产品流、信息流和资金流。每一个阶段执行不同的过程并且与其他阶段互相作用。沃尔玛提供产品、价格信息给顾客，顾客付款获得产品，沃尔玛再把卖点信息和补货信息给配送中心，配送中心补货给沃尔玛，分销商也提供价格信息和补货到达日期给沃尔玛。同样的信息、物料、资金流在整个供应链过程中发生。