工程科学学报，第37卷，第6期：812821,2015年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.6:812-821,June 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.06.020:http://journals.ustb.edu.cn 钢铁工业逆向供应链服务过程模型 王蕾，夏绪辉，熊颖清，刘军伟，周敏 武汉科技大学机械自动化学院，武汉430081 ☒通信作者，E-mail:xiaxuhui(@wust.cdu.cn 摘要根据钢铁工业逆向供应链流程，分析了钢铁工业逆向供应链及其服务的基本定义和三个服务主体的特征。在此基 础上，构建了一种二层级三维度钢铁工业逆向供应链服务过程模型.在服务抽象维、服务组织与协同运作维、服务网络跨级 控制与服务增值维等三个维度构成的空间里，完成由服务方案匹配与决策实现的三阶段构成的第一级服务响应以及由服务 功能实现的两阶段构成的第二级服务响应过程.探讨了服务过程实现中的服务模块化、服务知识获取与共享、服务模块智能 匹配等关键技术。以某钢铁企业废钢逆向供应服务为实际应用案例，验证了模型的可行性 关键词钢铁工业：供应链：服务：过程模型：模块化：匹配 分类号F405:TH165.2 Reverse supply chain service process model for the iron and steel industry WANG Lei,XIA Xu-hui,XIONG Ying-ging,LIU Jun-wei,ZHOU Min School of Machinery and Automation,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China Corresponding author,E-mail:xiaxuhui@wust.edu.en ABSTRACT The basic definition and the characteristics of three service principals of reverse supply chain service for the iron and steel industry is analyzed according to the reverse supply chain process of the iron and steel industry.Based on this work,a two- hierarchical and three-dimensional reverse supply chain service process model is built for the iron and steel industry.A three- dimensional service space is constructed,including services abstraction,service organization and collaborative operation,and service network control and service value-added.In the space,the first hierarchical service response constituted by the three stages of service programme matching and decision-making,and the second hierarchical service response constituted by the two stages of service func- tion realization are accomplished.The key technology of service process realization including service modularization,service knowledge acquisition and sharing,and service modular intelligent matching is discussed.Finally,the feasibility of the model is proved by a case of scrap steel reverse supply service for one iron and steel enterprise. KEY WORDS iron and steel industry:supply chains:service:process models;modularization;matching 钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，作阶段，既面临结构调整、转型升级的发展机遇，又面 为产业链的前端，带动机械制造、航空、机车、汽车、 临资源价格高涨、产能明显过剩、环境压力增大、自 建筑等诸多行业发展，在工业化进程中具有战略地主创新能力不足等严峻挑战.钢铁工业废弃物资源 位.目前，我国钢铁行业正处于转变发展方式的关键 化处理和综合利用是迎接这些挑战的重要途径之 收稿日期：2014-11-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(71471143)
工程科学学报，第 37 卷，第 6 期:812--821，2015 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 6: 812--821，June 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 06． 020; http: / /journals． ustb． edu． cn 钢铁工业逆向供应链服务过程模型 王 蕾，夏绪辉，熊颖清，刘军伟，周 敏 武汉科技大学机械自动化学院，武汉 430081 通信作者，E-mail: xiaxuhui@ wust． edu． cn 摘 要 根据钢铁工业逆向供应链流程，分析了钢铁工业逆向供应链及其服务的基本定义和三个服务主体的特征． 在此基 础上，构建了一种二层级三维度钢铁工业逆向供应链服务过程模型． 在服务抽象维、服务组织与协同运作维、服务网络跨级 控制与服务增值维等三个维度构成的空间里，完成由服务方案匹配与决策实现的三阶段构成的第一级服务响应以及由服务 功能实现的两阶段构成的第二级服务响应过程． 探讨了服务过程实现中的服务模块化、服务知识获取与共享、服务模块智能 匹配等关键技术． 以某钢铁企业废钢逆向供应服务为实际应用案例，验证了模型的可行性． 关键词 钢铁工业; 供应链; 服务; 过程模型; 模块化; 匹配 分类号 F405; TH165. 2 Reverse supply chain service process model for the iron and steel industry WANG Lei，XIA Xu-hui ，XIONG Ying-qing，LIU Jun-wei，ZHOU Min School of Machinery and Automation，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China Corresponding author，E-mail: xiaxuhui@ wust． edu． cn ABSTRACT The basic definition and the characteristics of three service principals of reverse supply chain service for the iron and steel industry is analyzed according to the reverse supply chain process of the iron and steel industry． Based on this work，a twohierarchical and three-dimensional reverse supply chain service process model is built for the iron and steel industry． A threedimensional service space is constructed，including services abstraction，service organization and collaborative operation，and service network control and service value-added． In the space，the first hierarchical service response constituted by the three stages of service programme matching and decision-making，and the second hierarchical service response constituted by the two stages of service function realization are accomplished． The key technology of service process realization including service modularization，service knowledge acquisition and sharing，and service modular intelligent matching is discussed． Finally，the feasibility of the model is proved by a case of scrap steel reverse supply service for one iron and steel enterprise． KEY WORDS iron and steel industry; supply chains; service; process models; modularization; matching 收稿日期: 2014--11--30 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(71471143) 钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，作 为产业链的前端，带动机械制造、航空、机车、汽车、 建筑等诸多行业发展，在工业化进程中具有战略地 位． 目前，我国钢铁行业正处于转变发展方式的关键 阶段，既面临结构调整、转型升级的发展机遇，又面 临资源价格高涨、产能明显过剩、环境压力增大、自 主创新能力不足等严峻挑战． 钢铁工业废弃物资源 化处理和综合利用是迎接这些挑战的重要途径之
王蕾等：钢铁工业逆向供应链服务过程模型 813 一·从发展循环经济角度实现废弃物的资源化是钢 向供应链服务过程模型，分析其过程实现涉及的关 铁工业科学发展的必由之路0，典型的逆向供应链 键技术. 及逆向信息流是钢铁行业循环经济产业链的重要组 1钢铁工业逆向供应链及其服务 成部分.逆向供应链相关研究和应用已受到学术界 和企业界的高度重视。例如：从钢铁工业全局视角， 1.1钢铁工业逆向供应链 刁金柱等可对钢铁业逆向供应链管理进行了初步研 钢铁工业属于混合型制造业，包含几十道工序， 究，同时借鉴欧洲绿色供应链管理的思想，李申和吴 其生产流程根据主要加工对象和工序形式的不同， 迎学团构建了钢铁制造业绿色逆向供应链：从钢铁 总体可划分为原料准备阶段、钢铁治炼阶段和钢铁 工业各类废弃物回收、再制造、重用视角，Giannetti 轧制阶段.原料准备阶段为整个钢铁生产准备矿石、 等0对巴西的废钢铁逆向物流网络回收策略的环境 煤炭、耐火材料等资源和能源，这些资源、能源通过 效益和经济效益进行了评估，刘阳司针对废钢铁回 钢铁治炼和钢铁轧制阶段不同工序的串联作业，产 收网络选址问题提出了一种废钢铁的回收网络定 出钢铁产品，同时也产生了大量固体废弃物、废液、 位-分配模型，Froling等因用集成规划方法为含锌的 废气以及废旧备品备件等废弃物.对这些废弃物进 副产品和退役产品回收与运输计划创建了一个决策 行资源化处理和综合利用需要运用逆向供应链的运 支持系统，Wei等切研究并获得了一个基于鲁棒性优 作模式.借鉴逆向供应链的概念圆，钢铁工业逆向供 化方法的产品再制造过程中库存和生产计划等价优 应链可以理解为：针对钢铁工业生产流程中产生的 化模型.随着制造业产业集群内企业间的业务关系 废弃物进行检测/分类，直到最终处置或者再利用所 从制造型向服务型转变，供应链也逐渐向服务化发 涉及的企业或企业部门构成的网络，其内容涉及参 展，并且衍生了供应链服务，它是一种以服务为主导 与相关实体之间的逆向物流、信息流和资金流的同 的集成供应链.借鉴供应链服务的理念，本文在逆向 步协调问题.图1为钢铁工业逆向供应链物流模式， 供应链和服务供应链的基础上针对钢铁工业的特 其中实线表示钢铁企业主要生产过程，虚线表示逆 点，研究钢铁工业逆向供应链过程，构建钢铁工业逆 向供应链物流流程 酸性矿 「山废液 不可用废液、麦 气、固体废弃物等 不可用爱液、固 废弃处理 体废弃物等 其他工业可用一小 川废液、废 其低可一之 其他工业 可修复备件、焦油渣 剩余污泥、废液等 川国体废弃物等 液、固不废弃颖等 行业 可修复备件、 川 可重用废铁/川 可修复备件、 社会回收废钢等 焦化/化工 金属渣篷 废铜、废液可修复备性、 /何修复\l 1废液等r 可修复备 件、废液等 备件L 可修复备件、 采矿、选矿 除尘灰筛下焦 炼铁 炼纲 料、废液等 连铸 轧钢 用户 下脚料、废钢等 除尘灰、 炼污泥 氧化铁 回收 瓦斯灰/泥质品 除 皮等 化铁皮等 制料 烧结球化 等」 料 二二二二 (1)原料准备阶段 (2)钢铁冶炼阶段 3钢铁轧制阶段 图1钢铁工业逆向供应链物流模式 Fig.I Reverse supply chain logistics pattem for the iron and steel industry 1.2钢铁工业逆向供应链服务 废液和废旧备件)，以及在其他行业和用户处已完成 结合钢铁工业逆向供应链的定义、服务供应链的 生命周期的含钢铁产品进行回收、检测/分类直到最终 概念以及服务的特性，将钢铁工业逆向供应链服务 处置或者再利用等专业服务构成的服务关系网络，涉 及其系统理解为：钢铁工业逆向供应链服务是对钢铁 及最早的回收商到最后的服务需求者所产生的信息管 工业生产过程中产生的废弃物（如各种固体废弃物、 理、流程管理、资源管理、服务传递及资金管理等，是一
王 蕾等: 钢铁工业逆向供应链服务过程模型 一． 从发展循环经济角度实现废弃物的资源化是钢 铁工业科学发展的必由之路［1］，典型的逆向供应链 及逆向信息流是钢铁行业循环经济产业链的重要组 成部分． 逆向供应链相关研究和应用已受到学术界 和企业界的高度重视． 例如:从钢铁工业全局视角， 刁金柱等［2］对钢铁业逆向供应链管理进行了初步研 究，同时借鉴欧洲绿色供应链管理的思想，李申和吴 迎学［3］构建了钢铁制造业绿色逆向供应链;从钢铁 工业各 类 废 弃 物 回 收、再 制 造、重 用 视 角，Giannetti 等［4］对巴西的废钢铁逆向物流网络回收策略的环境 效益和经济效益进行了评估，刘阳［5］针对废钢铁回 收网络选 址 问 题 提 出 了 一 种 废 钢 铁 的 回 收 网 络 定 位--分配模型，Frling 等［6］用集成规划方法为含锌的 副产品和退役产品回收与运输计划创建了一个决策 支持系统，Wei 等［7］研究并获得了一个基于鲁棒性优 化方法的产品再制造过程中库存和生产计划等价优 化模型． 随着制造业产业集群内企业间的业务关系 从制造型向服务型转变，供应链也逐渐向服务化发 展，并且衍生了供应链服务，它是一种以服务为主导 的集成供应链． 借鉴供应链服务的理念，本文在逆向 供应链和 服 务 供 应 链 的 基 础 上 针 对 钢 铁 工 业 的 特 点，研究钢铁工业逆向供应链过程，构建钢铁工业逆 向供应链服务过程模型，分析其过程实现涉及的关 键技术． 1 钢铁工业逆向供应链及其服务 1. 1 钢铁工业逆向供应链 钢铁工业属于混合型制造业，包含几十道工序， 其生产流程根据主要加工对象和工序形式的不同， 总体可划分为原料准备阶段、钢铁冶炼阶段和钢铁 轧制阶段． 原料准备阶段为整个钢铁生产准备矿石、 煤炭、耐火材料等资源和能源，这些资源、能源通过 钢铁冶炼和钢铁轧制阶段不同工序的串联作业，产 出钢铁产品，同时也产生了大量固体废弃物、废液、 废气以及废旧备品备件等废弃物． 对这些废弃物进 行资源化处理和综合利用需要运用逆向供应链的运 作模式． 借鉴逆向供应链的概念［8］，钢铁工业逆向供 应链可以理解为:针对钢铁工业生产流程中产生的 废弃物进行检测 /分类，直到最终处置或者再利用所 涉及的企业或企业部门构成的网络，其内容涉及参 与相关实体之间的逆向物流、信息流和资金流的同 步协调问题． 图 1 为钢铁工业逆向供应链物流模式， 其中实线表示钢铁企业主要生产过程，虚线表示逆 向供应链物流流程． 图 1 钢铁工业逆向供应链物流模式 Fig． 1 Reverse supply chain logistics pattern for the iron and steel industry 1. 2 钢铁工业逆向供应链服务 结合钢铁工业逆向供应链的定义、服务供应链的 概念［9］以及服务的特性，将钢铁工业逆向供应链服务 及其系统理解为:钢铁工业逆向供应链服务是对钢铁 工业生产过程中产生的废弃物(如各种固体废弃物、 废液和废旧备件)，以及在其他行业和用户处已完成 生命周期的含钢铁产品进行回收、检测/分类直到最终 处置或者再利用等专业服务构成的服务关系网络，涉 及最早的回收商到最后的服务需求者所产生的信息管 理、流程管理、资源管理、服务传递及资金管理等，是一 ·813·
·814 工程科学学报，第37卷，第6期 种提供钢铁工业循环经济集成服务的方式 其服务交互过程中涉及的资源、组织、服务价值及其关 钢铁工业逆向供应链服务中的服务需求者、服务 联关系和动态配置等共同构成钢铁工业逆向供应 集成商和服务供应商三个主体构成钢铁工业逆向供应 链服务系统(iron and steel industry reverse supply chain 链服务链，如图2所示.逆向供应链服务集成商和服 services system,IRSS).IRSS系统的服务过程源于钢铁 务供应商构成两级服务响应机制，钢铁工业逆向供应 生产加工企业、钢铁用户等提出的服务需求或废旧产 链服务在三个主体构成的服务链中即时产生和传递. 品，终止于向服务需求者提供“服务方案、服务、服务 (1)服务需求者.服务需求者在钢铁工业逆向供 +物理产品”等.钢铁工业逆向供应链服务过程随着 应链服务中具有双元性，即逆向供应链服务过程开始 服务需求的变化不断重组和解散， 于服务需求者提出的服务需求，并终止于服务需求者 由于钢铁工业逆向供应链服务系统是一个由服务 的服务评价 集成平台、有形服务资源和无形服务活动共同构成的 (2)服务集成商.钢铁工业逆向供应链服务集成 复杂系统，笔者采用模块化建模思想，按照两级响应机 商是整个服务系统的核心，其服务业务主要通过服务 制，分别从第一级服务响应即服务方案匹配与决策、第 集成平台进行网络化管理.在服务过程中，首先服务 二级服务响应即服务功能实现两个层面，以及X、Y、Z 集成平台根据服务需求和服务供应商的服务能力匹配 三个维度，构建钢铁工业逆向供应链服务系统过程概 生成服务解决方案，即服务集成平台完成第一级服务 念模型 响应：然后，筛选出的服务供应商根据服务集成平台给 2.1.1第一级服务响应 定的服务解决方案进行服务流程重组，并在服务供应 钢铁工业逆向供应链服务第一级服务响应，主要 商的监督下向服务需求者提供服务和物理产品，即服 是服务集成商通过服务集成平台实现从接收服务需求 务集成商与服务供应商共同完成第二级服务响应. 到匹配与决策并形成服务方案的过程，其过程概念模 (3)服务供应商.钢铁工业逆向供应链服务供应 型如图3中XZ平面所示.X为服务活动抽象/供应商 商是提供服务所需资源的相关企业.服务资源包括有 知识模块序列维，是实际服务活动或供应商知识在服 形的资源，如回收废旧产品拆卸/分解设备和再制造加 务集成平台中的抽象映射：Y为服务组织与协同运作 工技术人员，也包括无形的服务活动和能力.服务供 维：Z为服务网络跨级控制与服务增值维，主要体现模 应商可以作为服务集成商的外包单位，向服务集成商 块匹配及服务功能实现中的服务扩散增值过程.第一 提供人、物、能源等资源，也可以根据服务集成商提出 级服务响应主要分为三个阶段： 的集成服务解决方案，直接将支持性服务传递给服务 (1)服务需求分解与服务决策阶段.服务需求分 需求者. 解与服务决策阶段主要完成服务需求获取、需求分解 服务解决方案 与任务指派和匹配结果收集与决策：①服务集成平台 需求+废旧产品（回收/再 首先通过系统门户与服务需求者交互，引导服务需求 制造对象)、订单、资金 钢铁工业逆向供应链服务 者填写服务需求表.②服务需求分解模块将服务需求 集成商（服务集成平台） 表中模糊抽象的需求分解为合理粒度的元需求，定义 知识流 服务任务、 令知识流 元需求本体，通过构建元需求分析树模型对元需求间 订单资金尽 关联关系进行分析，采用形式化语义表述方式对需求 服务供 服务供 服务供 应商 应商2 应商m 本体进行描述，并建立具有概念属性的元需求本体语 义网络.再以元需求作为约束进行第2、3阶段的服务 服务流（知识、产品、服务） 活动及服务供应商匹配.③以元需求、服务能力、服务 图2钢铁工业逆向供应链假务链 质量、服务交付期、服务成本等多属性作为约束，在对 Fig.2 Reverse supply chain service chain for the iron and steel in- 多属性指标进行标准化的基础上，采用具有多决策者 dustry 的组合服务群决策算法，确定群理想方案并计算方案 贴近度，将最终方案以文本形式通过平台门户反馈给 2模型 服务需求者 2.1概念模型构建 (2)服务活动自适应匹配阶段.钢铁工业逆向供 钢铁工业逆向供应链服务是一个包括服务目标、 应链服务集成平台中的服务活动抽象模块，是实际服 服务接受者、服务提供者、服务内容、服务支持设施及 务活动映射到知识库的服务活动知识本体模型.本阶 资源消耗、服务质量标准及服务场所的交互过程网 段的服务活动自适应匹配主要包括服务活动抽象模块
工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 种提供钢铁工业循环经济集成服务的方式． 钢铁工业逆向供应链服务中的服务需求者、服务 集成商和服务供应商三个主体构成钢铁工业逆向供应 链服务链，如图 2 所示． 逆向供应链服务集成商和服 务供应商构成两级服务响应机制，钢铁工业逆向供应 链服务在三个主体构成的服务链中即时产生和传递． (1) 服务需求者． 服务需求者在钢铁工业逆向供 应链服务中具有双元性，即逆向供应链服务过程开始 于服务需求者提出的服务需求，并终止于服务需求者 的服务评价． (2) 服务集成商． 钢铁工业逆向供应链服务集成 商是整个服务系统的核心，其服务业务主要通过服务 集成平台进行网络化管理． 在服务过程中，首先服务 集成平台根据服务需求和服务供应商的服务能力匹配 生成服务解决方案，即服务集成平台完成第一级服务 响应;然后，筛选出的服务供应商根据服务集成平台给 定的服务解决方案进行服务流程重组，并在服务供应 商的监督下向服务需求者提供服务和物理产品，即服 务集成商与服务供应商共同完成第二级服务响应． (3) 服务供应商． 钢铁工业逆向供应链服务供应 商是提供服务所需资源的相关企业． 服务资源包括有 形的资源，如回收废旧产品拆卸/分解设备和再制造加 工技术人员，也包括无形的服务活动和能力． 服务供 应商可以作为服务集成商的外包单位，向服务集成商 提供人、物、能源等资源，也可以根据服务集成商提出 的集成服务解决方案，直接将支持性服务传递给服务 需求者． 图 2 钢铁工业逆向供应链服务链 Fig． 2 Reverse supply chain service chain for the iron and steel industry 2 模型 2. 1 概念模型构建 钢铁工业逆向供应链服务是一个包括服务目标、 服务接受者、服务提供者、服务内容、服务支持设施及 资源消耗、服务质量标准及服务场所的交互过程［10］． 其服务交互过程中涉及的资源、组织、服务价值及其关 联关系和动态配置等［11］共同构成钢铁工业逆向供应 链服务系统(iron and steel industry reverse supply chain services system，IRSS)． IRSS 系统的服务过程源于钢铁 生产加工企业、钢铁用户等提出的服务需求或废旧产 品，终止于向服务需求者提供“服务方案、服务、服务 + 物理产品”等． 钢铁工业逆向供应链服务过程随着 服务需求的变化不断重组和解散． 由于钢铁工业逆向供应链服务系统是一个由服务 集成平台、有形服务资源和无形服务活动共同构成的 复杂系统，笔者采用模块化建模思想，按照两级响应机 制，分别从第一级服务响应即服务方案匹配与决策、第 二级服务响应即服务功能实现两个层面，以及 X、Y、Z 三个维度，构建钢铁工业逆向供应链服务系统过程概 念模型． 2. 1. 1 第一级服务响应 钢铁工业逆向供应链服务第一级服务响应，主要 是服务集成商通过服务集成平台实现从接收服务需求 到匹配与决策并形成服务方案的过程，其过程概念模 型如图 3 中 XZ 平面所示． X 为服务活动抽象/供应商 知识模块序列维，是实际服务活动或供应商知识在服 务集成平台中的抽象映射;Y 为服务组织与协同运作 维;Z 为服务网络跨级控制与服务增值维，主要体现模 块匹配及服务功能实现中的服务扩散增值过程． 第一 级服务响应主要分为三个阶段: (1) 服务需求分解与服务决策阶段． 服务需求分 解与服务决策阶段主要完成服务需求获取、需求分解 与任务指派和匹配结果收集与决策:①服务集成平台 首先通过系统门户与服务需求者交互，引导服务需求 者填写服务需求表． ②服务需求分解模块将服务需求 表中模糊抽象的需求分解为合理粒度的元需求，定义 元需求本体，通过构建元需求分析树模型对元需求间 关联关系进行分析，采用形式化语义表述方式对需求 本体进行描述，并建立具有概念属性的元需求本体语 义网络． 再以元需求作为约束进行第 2、3 阶段的服务 活动及服务供应商匹配． ③以元需求、服务能力、服务 质量、服务交付期、服务成本等多属性作为约束，在对 多属性指标进行标准化的基础上，采用具有多决策者 的组合服务群决策算法，确定群理想方案并计算方案 贴近度，将最终方案以文本形式通过平台门户反馈给 服务需求者． (2) 服务活动自适应匹配阶段． 钢铁工业逆向供 应链服务集成平台中的服务活动抽象模块，是实际服 务活动映射到知识库的服务活动知识本体模型． 本阶 段的服务活动自适应匹配主要包括服务活动抽象模块 ·814·
王蕾等：钢铁工业逆向供应链服务过程模型 815 Z服务网络跨级控制与服务增值维 服务需求 ①服务需求分解与 废旧产品 服务决策阶段 单服务解决方案 报务 逆向供应链服务门户 服务解决方案 服务需求分解一 功能性服务活动模块选择与匹配 >服务供应商选择、匹配)》服务方案决策 检测分类 拆卸/分解 处 再制造服务模块 服务模块 服务模块 库存 破碎分选 重用服务模块 ②服务活动模 服务供 服 服务模块 运输 原 块匹配阶段 废水废液无害化 务 处理服务模块 模块 废弃处 ..r 一一一一一 理服务模块 服务活动抽象模块 多服务供应商匹 配阶段一 回收服务供应 拆御分解服务供 库存运输服务供 再制造服务供 重用服务供应 废弃处理服务供 商知识模块1 应商知识模块1 应商知识模块1 应商知识模块1 商知识模块1 应商知识模块1 440 4年 卡中年分书5 FTAFE 4F744 t+nn。 回收服务供应 重用服务供应 废弃处理服务供 服务 拆标卸分解服务供 库存运输服务供 再制造服务供 象排 商知积模块n 应商知识模块n 应商知识模块n 应商知识模块m 商知识模块n 应商知识模块m 服务供应商知识模块， Y服务组织与 协同运作雏 图3钢铁工业逆向供应链服务方案匹配与决策过程模型 Fig.3 Service programme matching and decision-making process model of reverse supply chain service for the iron and steel industry 选择与匹配：①服务活动抽象模块选择是在明确元需 配，并转换成可执行的服务业务流程方案.服务供应 求任务的基础上，从满足元需求（交付期、成本、质量 商匹配实质是不同服务供应商知识资源空间模型之间 等)、满足匹配规则和服务系统实时能力多个方面确 的相似度度量.假设服务集成平台模块划分及知识本 定服务约束属性网，包括需求约束（服务活动功能与 体库构建时，对能完成相同服务活动的服务供应商知 服务需求的相似性)、时间约束（服务活动间的时间相 识本体已聚类，根据服务供应商知识资源空间模型的 继性)、空间约束（服务活动所属空间区域相继性）、资 特点，运用基于语义相似度匹配算法的服务资源知识 源约束（服务活动对服务资源的共享性）和功能约束 搜索匹配模型，确定服务活动抽象模块s的服务供应 (服务活动可实现功能对服务过程总功能目标的支撑 商资源知识本体概念相似度Sim(s),见式(1)，并依据 性)：确定钢铁工业逆向供应链服务实时构建问题的 概念相似度列表确定满足搜索条件的记录，完成服务 服务质量(quality of service,QoS)指标和模型：通过求 供应商推荐列表 解多维Q$约束模型，确定服务活动抽象模块.②服 Sim(s,s）= 务活动自适应匹配是基于服务活动本体库和元需求本 WSim,(s,s）+WaSima(s,s）+W,Sim,(s,s）+WSim.(s,s） 体，采用知识推理等启发式算法进行服务化知识检索 W:+Wa+w +W 与匹配，形成服务活动抽象模块序列. (1) (3)服务供应商匹配阶段.服务集成平台中的服 式中，W,、W,、W。和W分别为功能相似度的权重、数 务供应商匹配，是对可完成同类服务活动的服务供应 据相似度的权重、服务质量相似度的权重和执行相似 商映射到服务平台的资源知识本体按元需求进行匹 度的权重，Sim(s,s）、Sim1（s,s）、Sim,(s,s）和
王 蕾等: 钢铁工业逆向供应链服务过程模型 图 3 钢铁工业逆向供应链服务方案匹配与决策过程模型 Fig． 3 Service programme matching and decision-making process model of reverse supply chain service for the iron and steel industry 选择与匹配:①服务活动抽象模块选择是在明确元需 求任务的基础上，从满足元需求(交付期、成本、质量 等)、满足匹配规则和服务系统实时能力多个方面确 定服务约束属性［12］，包括需求约束(服务活动功能与 服务需求的相似性)、时间约束(服务活动间的时间相 继性)、空间约束(服务活动所属空间区域相继性)、资 源约束(服务活动对服务资源的共享性) 和功能约束 (服务活动可实现功能对服务过程总功能目标的支撑 性);确定钢铁工业逆向供应链服务实时构建问题的 服务质量(quality of service，QoS)指标和模型;通过求 解多维 QoS 约束模型，确定服务活动抽象模块． ②服 务活动自适应匹配是基于服务活动本体库和元需求本 体，采用知识推理等启发式算法进行服务化知识检索 与匹配，形成服务活动抽象模块序列． (3) 服务供应商匹配阶段． 服务集成平台中的服 务供应商匹配，是对可完成同类服务活动的服务供应 商映射到服务平台的资源知识本体按元需求进行匹 配，并转换成可执行的服务业务流程方案． 服务供应 商匹配实质是不同服务供应商知识资源空间模型之间 的相似度度量． 假设服务集成平台模块划分及知识本 体库构建时，对能完成相同服务活动的服务供应商知 识本体已聚类，根据服务供应商知识资源空间模型的 特点，运用基于语义相似度匹配算法的服务资源知识 搜索匹配模型，确定服务活动抽象模块 s 的服务供应 商资源知识本体概念相似度 Sim(s)，见式(1)，并依据 概念相似度列表确定满足搜索条件的记录，完成服务 供应商推荐列表． Sim(s，s') = WfSimf(s，s') + Wd Simd (s，s') + Wq Simq (s，s') + WeSime(s，s') Wf + Wd + Wq + We ． (1) 式中，Wf、Wd、Wq 和 We 分别为功能相似度的权重、数 据相似度的权重、服务质量相似度的权重和执行相似 度的 权 重，Simf ( s，s')、Simd ( s，s')、Simq ( s，s') 和 ·815·
·816· 工程科学学报，第37卷，第6期 Sim(s,s)分别为功能相似度、数据相似度、服务质量 (1)面向任务的服务供应商业务流程软重构阶 相似度和执行相似度. 段.钢铁工业逆向供应链服务系统中的服务供应商业 2.1.2第二级服务响应 务流程软重构，是指为协同完成某一服务任务，适应性 钢铁工业逆向供应链服务第二级服务响应，主要 地转变服务供应商在总服务过程中的服务作业次序、 是服务集成商依据服务集成平台给定的服务方案，组 服务供应商间的供需关系及运作方式的过程.这里的 织选定的服务供应商软重组服务流程，并完成服务的 重构，强调两个层面的重构：①在最短的时间对服务系 过程，其过程概念模型如图4中YZ平面所示，X、Y、Z 统总服务过程中分布式的服务供应商进行“逻辑”上 三轴含义与图3中一致，第二级服务响应主要分为两 的重新组织：②服务供应商依据具体服务任务，对企业 个阶段： 内部服务资源进行“逻辑”上的重新组织 Z服务网路跨级控制与服务增值维 服务求 废旧产品 客月 废旧产品中的隐性 原材料+眼务 新+驱务 新产品/材+服务 检/分类服务供拆卸分解服务 重用服务供应商 ①面向任务的 应商 库存 运给 再制造服务供应商 废液无清化处理服 原料回收服务供应商 服务模体 务供应商k 废弃处理服务供应商 服供应商集群 废日产品中的隐性知识， 产品供应 产品制造商 库存运输服 、②务资源 务企业资源 一再制造务企、 业协同作业 拆卸份解那 业资源 务企业资源、 ● 回收人员 服务知识模块 回收用设备 人员 生产设备 检测、 仰设 什搬运人员 服务 组织与 协同运 作维 X服务抽象维 图4钢铁工业逆向供应链服务功能实现过程模型 Fig.4 Service function realization process model of reverse supply chain service for the iron and steel industry (2)服务资源跨企业协同作业阶段.钢铁工业逆 式/送达时间等信息.服务资源跨企业互联与知识共 向供应链服务资源跨企业协同作业控制的实现，主要 享，是为保证服务信息的时效性和准确性，以服务集成 包括两个方面：①服务业务协同管理，即协调服务链中 平台网络为媒介，实现服务供应商企业管理信息平台、 多服务供应商企业间不同层次、不同类型和不同目标服务设备以及服务人员间全面的点对点通讯， 的问题，达到综合最佳的服务效果.服务业务协同管 2.2关键技术 理需要综合考虑多企业和多资源间复杂耦合、各服务 钢铁工业逆向供应链服务是一种包含客户参与的 过程中的动态不确定性，建立多目标协同优化模型，对 连续服务过程，服务需求和服务对象性质具有较大的 多企业生产计划与调度协同、服务资源和能源的协同 不确定性，因此服务过程的构建及过程管理方面具有 优化问题进行分析.②服务资源互联与知识共享.如 较大困难.模块化是在不损害系统功能的前提下，对 某冷轧机大型支撑辊修复再制造服务过程中，轧辊修 系统进行分解成多个相对独立的部件，并对部件进行 复再制造企业需要从服务需求企业获取轧辊状态参 混合、匹配和整合的动态过程围.借助模块化思想研 数、使用历史参数等，从运输服务企业获取轧辊转运方 究逆向供应链服务过程动态构建涉及的相关关键技术
工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 Sime(s，s')分别为功能相似度、数据相似度、服务质量 相似度和执行相似度． 2. 1. 2 第二级服务响应 钢铁工业逆向供应链服务第二级服务响应，主要 是服务集成商依据服务集成平台给定的服务方案，组 织选定的服务供应商软重组服务流程，并完成服务的 过程，其过程概念模型如图 4 中 YZ 平面所示，X、Y、Z 三轴含义与图 3 中一致，第二级服务响应主要分为两 个阶段: (1) 面向任务的服务供应商业务流程软重构阶 段． 钢铁工业逆向供应链服务系统中的服务供应商业 务流程软重构，是指为协同完成某一服务任务，适应性 地转变服务供应商在总服务过程中的服务作业次序、 服务供应商间的供需关系及运作方式的过程． 这里的 重构，强调两个层面的重构:①在最短的时间对服务系 统总服务过程中分布式的服务供应商进行“逻辑”上 的重新组织;②服务供应商依据具体服务任务，对企业 内部服务资源进行“逻辑”上的重新组织． 图 4 钢铁工业逆向供应链服务功能实现过程模型 Fig． 4 Service function realization process model of reverse supply chain service for the iron and steel industry (2) 服务资源跨企业协同作业阶段． 钢铁工业逆 向供应链服务资源跨企业协同作业控制的实现，主要 包括两个方面:①服务业务协同管理，即协调服务链中 多服务供应商企业间不同层次、不同类型和不同目标 的问题，达到综合最佳的服务效果． 服务业务协同管 理需要综合考虑多企业和多资源间复杂耦合、各服务 过程中的动态不确定性，建立多目标协同优化模型，对 多企业生产计划与调度协同、服务资源和能源的协同 优化问题进行分析． ②服务资源互联与知识共享． 如 某冷轧机大型支撑辊修复再制造服务过程中，轧辊修 复再制造企业需要从服务需求企业获取轧辊状态参 数、使用历史参数等，从运输服务企业获取轧辊转运方 式/送达时间等信息． 服务资源跨企业互联与知识共 享，是为保证服务信息的时效性和准确性，以服务集成 平台网络为媒介，实现服务供应商企业管理信息平台、 服务设备以及服务人员间全面的点对点通讯． 2. 2 关键技术 钢铁工业逆向供应链服务是一种包含客户参与的 连续服务过程，服务需求和服务对象性质具有较大的 不确定性，因此服务过程的构建及过程管理方面具有 较大困难． 模块化是在不损害系统功能的前提下，对 系统进行分解成多个相对独立的部件，并对部件进行 混合、匹配和整合的动态过程［13］． 借助模块化思想研 究逆向供应链服务过程动态构建涉及的相关关键技术 ·816·
王蕾等：钢铁工业逆向供应链服务过程模型 817 主要有以下三项 能性服务模块的最小单位为功能性服务单元.功能性 2.2.1模块化技术 服务模块之间通过服务知识共享和服务任务交接相连 钢铁工业逆向供应链服务模块化，是借鉴模块化 接.服务集成平台与全部功能性服务模块集合构成钢 的思想，将钢铁工业逆向供应链服务系统在服务过程 铁工业逆向供应链服务系统 中连续的服务流程按照工艺和时段先后划分为多次离 (2)模块创建.针对钢铁工业逆向供应链服务的 散服务功能活动的集合，将各离散服务功能活动视为 特点，建立概念性服务模块化测度体系和功能性服务 服务系统的功能性模块，以方便对钢铁工业逆向供应 模块化测度体系。根据模块划分原则，建立合适的设 链服务系统进行研究 计结构矩阵和算法来保证模块划分的合理性 (1)模块界定.钢铁工业逆向供应链服务模块 采用DEF与Petri网时（可行性模拟与分析）结 均为集成模块，服务模块可以进一步分解为更小粒 合应用的建模方法，对服务系统的服务活动进行功 度的模块，如此逐次分解最终形成不可再分的服务 能展开，构建功能性服务模块模型，以功能性服务模 单元.针对图3和图4所示的钢铁工业逆向供应链 块确定行为、原理和结构，迭代分解建立多层次多阶 服务系统两级服务响应过程，将钢铁工业逆向供应 段的子功能模块.将可完成同类功能性服务的服务 链服务系统模块分为概念性服务模块和功能性服务 供应商所涉及的各个投入资源视为具有松散耦合关 模块两大类 系的独立服务要素，以功能性服务模块为大类，基于 ①概念性服务模块是功能性服务模块或供应商 灰色关联度和相似度的服务要素聚类模型，对可完 企业中的资源知识映射到服务集成平台上的抽象体， 成同类功能的服务资源进行聚类分析.将功能性服 分为服务活动抽象模块和服务供应商知识模块.概念 务模块和服务资源及其聚类结果进行知识化表示， 性服务模块并不能实现任何功能性服务，而是用于在 在服务集成系统中创建相应知识本体，进而得到概 服务集成平台中对功能性服务模块进行匹配，得到服 念性服务模块. 务模块序列方案，从而对功能性服务模块运作过程管 (3)服务模块耦合关系.从服务模块定义可知， 控提供依据.概念性服务模块之间通过接口（界面）相 功能性服务模块与服务资源标准直接关联，服务资源 连接. 标准与服务供应商直接关联。功能性服务模块在服务 ②功能性服务模块，是封装了有形的服务资源 集成平台中映射为概念性服务模块，供应商企业拥有 (人、设备等)标准和无形的服务活动单元的集成模 的服务资源信息在系统平台中映射为资源知识模块， 块，其模块功能的实现是以服务资源的功能为基础。 三者关系如图5所示.服务模块耦合关系的研究，首 某功能性服务模块被调用后，通过服务供应商按标准 先要确定服务模块间耦合关系类型，如调用耦合、数据 提供的服务资源与服务活动过程的互动来完成整个模 耦合、请求耦合和事务耦合.研究耦合关系映射函数， 块的功能，与特定服务资源有紧密的关联关系.功 通过计算模块间的耦合度和耦合矩阵，确定模块间的 概念性服务模块（服务活动 功能性服务模块 抽象模块/供应商知识模块) 陕射 服务活动 供应商 识模块 关联 映射 服务资源要 关联 素标准集合 服务供应商集合 图5服务模块关系示意图 Fig.5 Schematic illustration of relationships between service modules
王 蕾等: 钢铁工业逆向供应链服务过程模型 主要有以下三项． 2. 2. 1 模块化技术 钢铁工业逆向供应链服务模块化，是借鉴模块化 的思想，将钢铁工业逆向供应链服务系统在服务过程 中连续的服务流程按照工艺和时段先后划分为多次离 散服务功能活动的集合，将各离散服务功能活动视为 服务系统的功能性模块，以方便对钢铁工业逆向供应 链服务系统进行研究． (1) 模块界定． 钢铁工业逆向供应链服务模块 均为集成模块，服务模块可以进一步分解为更小粒 度的模块，如此逐次分解最终形成不可再分的服务 单元． 针对图 3 和图 4 所示的钢铁工业逆向供应链 服务系统两级服务响应过程，将钢铁工业逆向供应 链服务系统模块分为概念性服务模块和功能性服务 模块两大类． 图 5 服务模块关系示意图 Fig． 5 Schematic illustration of relationships between service modules ① 概念性服务模块是功能性服务模块或供应商 企业中的资源知识映射到服务集成平台上的抽象体， 分为服务活动抽象模块和服务供应商知识模块． 概念 性服务模块并不能实现任何功能性服务，而是用于在 服务集成平台中对功能性服务模块进行匹配，得到服 务模块序列方案，从而对功能性服务模块运作过程管 控提供依据． 概念性服务模块之间通过接口(界面)相 连接． ② 功能性服务模块，是封装了有形的服务资源 (人、设备等) 标准和无形的服务活动单元的集成模 块，其模块功能的实现是以服务资源的功能为基础． 某功能性服务模块被调用后，通过服务供应商按标准 提供的服务资源与服务活动过程的互动来完成整个模 块的功能，与特定服务资源有紧密的关联关系［14］． 功 能性服务模块的最小单位为功能性服务单元． 功能性 服务模块之间通过服务知识共享和服务任务交接相连 接． 服务集成平台与全部功能性服务模块集合构成钢 铁工业逆向供应链服务系统． (2) 模块创建． 针对钢铁工业逆向供应链服务的 特点，建立概念性服务模块化测度体系和功能性服务 模块化测度体系． 根据模块划分原则，建立合适的设 计结构矩阵和算法来保证模块划分的合理性． 采用 IDEF 与 Petri 网［15］(可行性模拟与分析)结 合应用的建模方法，对服务系统的服务活动进行功 能展开，构建功能性服务模块模型，以功能性服务模 块确定行为、原理和结构，迭代分解建立多层次多阶 段的子功能模块． 将可完成同类功能性服务的服务 供应商所涉及的各个投入资源视为具有松散耦合关 系的独立服务要素，以功能性服务模块为大类，基于 灰色关联度和相似度的服务要素聚类模型，对可完 成同类功能的服务资源进行聚类分析． 将功能性服 务模块和服务资源及其聚类结果进行知识化表示， 在服务集成系统中创建相应知识本体，进而得到概 念性服务模块． (3) 服务模块耦合关系． 从服务模块定义可知， 功能性服务模块与服务资源标准直接关联，服务资源 标准与服务供应商直接关联． 功能性服务模块在服务 集成平台中映射为概念性服务模块，供应商企业拥有 的服务资源信息在系统平台中映射为资源知识模块， 三者关系如图 5 所示． 服务模块耦合关系的研究，首 先要确定服务模块间耦合关系类型，如调用耦合、数据 耦合、请求耦合和事务耦合． 研究耦合关系映射函数， 通过计算模块间的耦合度和耦合矩阵，确定模块间的 ·817·
·818 工程科学学报，第37卷，第6期 耦合关系，为模块选择及自适应匹配的实现提供基础. .为属性的值域集，V.是属性a的值域，U×A一V 其次，要确定钢铁工业逆向供应链异类服务模块（依 为信息函数，对Ha∈A,x∈U存在f(x,a)∈V。,D是决 托不同服务供应商实现的功能性服务模块)间的关联 策属性集合，a(x)是记录x在属性a(a∈A)上的值， 关系、匹配规则与方式.为服务模块匹配、服务资源跨 Cx(i,j=1,2,,n)表示分辨矩阵中第i行第j列的 企业协同控制研究提供支撑. 元素 2.2.2知识获取与知识共享技术 钢铁工业逆向供应链服务过程采用服务聚合技 ,a∈Aa(x,）≠a(x）,D(x)≠D(x): 0 术，将分散的、相互独立的、由不同服务供应商提供的 D(x)≠D(x): (2) 多项服务整合在一起，形成新的大粒度的服务，并向外 a(x;)=a(x),D(x)D(x ) 提供，以创造出全新的服务价值.服务集成商与服 (2)钢铁工业逆向供应链服务知识表示.依据服 务供应商企业集群作为一种以知识为联结纽带的知识 务过程中不同类型知识的特点，采用语意网络表示法， 型网络组织，其服务过程实际上也是一种伴随废旧产 对钢铁工业逆向供应链服务过程事实知识进行描述： 品逆向供应链的知识获取、共享、应用和创新的知识转 运用基于产生式规则表示法（如：IF 化过程切.在服务价值的创造过程中，形成了由知识 THEN)的逆向供应链服务过程 增值活动所组成的服务知识价值链. 逻辑推理知识描述方法：实现各类钢铁工业逆向供应 (1)知识分类获取.钢铁工业逆向供应链服务过 链服务知识表示的计算机语言描述、存储及管理 程中涵盖的信息具有多源异构、多颗粒度和多应用域 (3)知识仓库模型构建.基于所获取的钢铁工业 的特征.针对钢铁工业逆向供应链服务过程涉及的各 逆向供应链服务相关的各类知识，建立包括事实知识 类知识（如客户及专家头脑中的经验型隐形知识、文 库、规则库、模型库、耦合及约束关系库等的多维度多 本等普通知识、企业数据库知识等)的特点，分类研究 层次知识库：运用知识仓库理论构建钢铁工业逆向供 不同的知识获取方法，分析各类知识获取方法之间的 应链服务的知识仓库模型：对知识仓库模型中涉及的 关联关系和运用规格.例如，对服务供应商企业数据 全部模块进行本体创建，采用面向对象的分析与设计 库中资源状态事实信息，采用基于模糊粗糙集理论网 方法对模块本体进行分析与UML建模回 的知识获取方法，通过式(2)分辨矩阵C对构建的知 2.2.3模块智能化匹配实现技术 识表达系统S=(U,A,V,)进行属性约简，归纳出知识 基于知识的钢铁工业逆向供应链服务模块自适应 规则，并将符合要求的规则作为知识存储在知识库中. 匹配实现的主要思路如图6所示.系统获取服务需求 其中，U≠☑为论域，A为属性的非空有限集合，V= 知识（决策方案需求、服务资源需求等），通过对服务 服务资源知识获 钢铁工业逆向供应链服务集成平台 服务需求知识获 取表示、共享 取、表示、共享 服务注册中 钢铁工业逆向供应链 统一用户 服务模块管理 服务注册中 管理 资源发现 统一用户 眼务模块自话 需求发现 管理 用户角色 测试、查询 度几 试查询 用户角色 权限等信息 等厂 服务资 服务活动 废钢铁回收 服务 权限等信息 尖1 模块」 服务提供方 交易 需求1 登陆 登陆 服务需求方 钢铁企业 平台 服务资源 平 服务 钢铁企业 废钢铁预处理 模块2 流 需求2 废钢铁预处理」 废钢铁回收站 分配服多 废钢铁回收站 麦旧备件制造/再制造商 源 FFFE ? 1PI1 需 废旧备件制遭再制造商 废阳备件回收商 发布 发布 废旧备件回收商 服务资源 服务活动 废旧备件再 服务 系统服务平台 描 模块n 模块m 制造交易 布 需求p 描述 钢铁工业逆 数据获取 服务交易 主体评价业 钢铁工业逆 供应链服务资 系统监控 务评估等 供应降最务苦 注册发布 服务实例 支付平 求发市 业务管理 理等 业务评价 交易管理 与分析 图6钢铁工业逆向供应链服务模块智能化匹配实现 Fig.6 Modular intelligent matching of reverse supply chain service for the iron and steel industry
工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 耦合关系，为模块选择及自适应匹配的实现提供基础． 其次，要确定钢铁工业逆向供应链异类服务模块(依 托不同服务供应商实现的功能性服务模块)间的关联 关系、匹配规则与方式． 为服务模块匹配、服务资源跨 企业协同控制研究提供支撑． 2. 2. 2 知识获取与知识共享技术 钢铁工业逆向供应链服务过程采用服务聚合技 术，将分散的、相互独立的、由不同服务供应商提供的 多项服务整合在一起，形成新的大粒度的服务，并向外 提供，以创造出全新的服务价值［16］． 服务集成商与服 务供应商企业集群作为一种以知识为联结纽带的知识 型网络组织，其服务过程实际上也是一种伴随废旧产 品逆向供应链的知识获取、共享、应用和创新的知识转 化过程［17］． 在服务价值的创造过程中，形成了由知识 增值活动所组成的服务知识价值链． 图 6 钢铁工业逆向供应链服务模块智能化匹配实现 Fig． 6 Modular intelligent matching of reverse supply chain service for the iron and steel industry (1) 知识分类获取． 钢铁工业逆向供应链服务过 程中涵盖的信息具有多源异构、多颗粒度和多应用域 的特征． 针对钢铁工业逆向供应链服务过程涉及的各 类知识(如客户及专家头脑中的经验型隐形知识、文 本等普通知识、企业数据库知识等)的特点，分类研究 不同的知识获取方法，分析各类知识获取方法之间的 关联关系和运用规格． 例如，对服务供应商企业数据 库中资源状态事实信息，采用基于模糊粗糙集理论［18］ 的知识获取方法，通过式(2)分辨矩阵 C 对构建的知 识表达系统 S = (U，A，V，f)进行属性约简，归纳出知识 规则，并将符合要求的规则作为知识存储在知识库中． 其中，U≠#为论域，A 为属性的非空有限集合，V = ∪a∈A Va 为属性的值域集，Va 是属性 a 的值域，f:U × A→V 为信息函数，对a∈A，x∈U 存在 f(x，a)∈Va，D 是决 策属性集合，a(x)是记录 x 在属性 a ( a∈A)上的值， Ci × j (i，j = 1，2，…，n)表示分辨矩阵中第 i 行第 j 列的 元素． Ci × j = a∈A a(xi)≠a(xj )，D(xi)≠D(xj ); 0 D(xi)≠D(xj ); # a(xi) = a(xj )，D(xi)≠D(xj ) { ． (2) (2) 钢铁工业逆向供应链服务知识表示． 依据服 务过程中不同类型知识的特点，采用语意网络表示法， 对钢铁工业逆向供应链服务过程事实知识进行描述; 运用基 于 产 生 式 规 则 表 示 法 ( 如: IF ＜ Condition ＞ THEN ＜ Conclusion /Action ＞ ) 的逆向供应链服务过程 逻辑推理知识描述方法;实现各类钢铁工业逆向供应 链服务知识表示的计算机语言描述、存储及管理． (3) 知识仓库模型构建． 基于所获取的钢铁工业 逆向供应链服务相关的各类知识，建立包括事实知识 库、规则库、模型库、耦合及约束关系库等的多维度多 层次知识库;运用知识仓库理论构建钢铁工业逆向供 应链服务的知识仓库模型;对知识仓库模型中涉及的 全部模块进行本体创建，采用面向对象的分析与设计 方法对模块本体进行分析与 UML 建模［19］． 2. 2. 3 模块智能化匹配实现技术 基于知识的钢铁工业逆向供应链服务模块自适应 匹配实现的主要思路如图 6 所示． 系统获取服务需求 知识(决策方案需求、服务资源需求等)，通过对服务 ·818·
王蕾等：钢铁工业逆向供应链服务过程模型 819 需求知识分解，确定服务任务、服务需求约束相关的参 优势，是当前钢铁企业用于实施节能环保的重要手段. 数或数据，并存放到相应的知识库中：系统获取服务资 废钢逆向供应链服务是钢铁企业获得满足生产需求废 源要素知识，采用合适的知识表示方式进行表示并存 钢原料的有效途径.以某钢铁企业废钢逆向供应服务 储到相应知识库中，同时调用模型库中相关数学模型 为例，对前文所述的钢铁工业逆向供应链服务过程进 对服务资源要素知识进行分析并构建服务资源模块： 行分析 根据服务任务、服务约束和服务活动模块相关知识，调 服务需求假设：钢铁企业M的一炼钢分厂2012 用知识推理等启发式推理方法，确定服务功能活动模 年全年需要废钢31.03万1用于转炉熔炼，要求均分 块抽象序列，调用模型库中相应匹配算法数学模型计 成四批分四季度送达一炼钢分厂指定地点A.废钢主 算得到服务资源模块匹配结论、服务提供商及数量等， 要残余元素成分（质量分数）为：0(C)≤0.20%， 并存放于知识仓库中，以提供系统输出，指导服务决策 1e(Ni)≤0.20%，b(Cr)≤0.30%，0(Mo)≤0.10%， 或交易. e(S)≤0.050%，e(Pb)≤0.005%. 服务模块智能化匹配实现，需要在建立钢铁工业 第一级服务响应：①服务集成平台通过系统门户 逆向供应链服务模块化及服务自适应匹配模型、参数 与一炼钢分厂相关工作人员交互，引导其完成服务需 化、模块化和知识化体系的基础上构建分布式钢铁工 求表，并将服务需求分解为元需求集R={r:Ii=1,2, 业逆向供应链服务集成平台@.服务需求发现、多服 …,}={废钢回收，从回收商到金属资源处理商的运 务供应商能力匹配、基于语义相似度的服务供应商知 输，废钢处理，从金属资源处理商到地点A的运输}： 识模块匹配、基于多代理(multi-agent)的服务活动抽 ②根据元需求对服务活动抽象模块进行匹配，得到服 象模块/服务资源模块匹配、基于QS分级自适应策略 务活动模块矩阵SAM如式(3)所示.③对可完成同类 的服务信息匹配与网络融合等，都将是在服务集成平 服务活动的服务供应商进行选择匹配，得到服务供应 台中实现钢铁工业逆向供应链服务模块智能化匹配的 商方案：废钢贸易公司a回收社会废钢12.14万t,钢 方法. 铁企业M内部金属资源公司b回收公司M内生产性 废钢18.89万t及从公司b到公司c的废钢运输，废钢 3案例 处理公司c负责服务模块集合中{sam31,sam:,sam2, 作为资源高消耗型的钢铁工业，降低原燃材料消 sam1,sam61,sam,sams1}部分废钢加工处理服务，物 耗和提高环境友好性是实现循环经济的重点.以废钢 流公司d负责从公司a到公司℃的废钢运输，物流公 作为炼钢原料，具有节能、减少固体废弃物排放等诸多 司e负责从公司c到指定地点A的运输 -samu samp 社会废钢回收服务模块 M内部生产性废钢回收服务模块 sam2 sam 社会回收点废钢运输服务模块 生产性废钢运输服务模块 sam3 0 废钢放射性检测及分选服务模块 0 sama sam 废钢剪切服务模块 废钢破碎服务模块 SAM= 0 废钢磁选服务模块 0 (3) sams 0 废钢清洗服务模块 0 0 废钢预热服务模块 0 0 废钢压块服务模块 0 0 废钢交货运输服务模块 0 第二级服务响应：服务集成商和a~e五家合作供 需求，对公司内废钢处理工序服务流程进行逻辑次序 应商企业一起根据服务方案完成服务流程软重构，实 软重构，即针对回收废钢种类、尺寸、单重、清洁度等确 现a~e五家企业的供需关系及服务时序调整（如原本 定不同废钢处理工艺（如回收的生产性废钢中的小块 可独自完成废钢回收和运输的a公司因服务交付期内 切头切边料，经过分选后直接进行打包压块加工，并将 运输能力不足，在原本的公司a到公司c的业务流程 压块按指定尺寸进行切割).两级重构示意图如图7 中加入公司d承担社会回收废钢运输服务任务等)并 所示.五家服务供应商按图7中服务流程协同作业， 签订服务合同.同时，废钢处理公司C根据服务方案 完成整个废钢逆向供应服务
王 蕾等: 钢铁工业逆向供应链服务过程模型 需求知识分解，确定服务任务、服务需求约束相关的参 数或数据，并存放到相应的知识库中;系统获取服务资 源要素知识，采用合适的知识表示方式进行表示并存 储到相应知识库中，同时调用模型库中相关数学模型 对服务资源要素知识进行分析并构建服务资源模块; 根据服务任务、服务约束和服务活动模块相关知识，调 用知识推理等启发式推理方法，确定服务功能活动模 块抽象序列，调用模型库中相应匹配算法数学模型计 算得到服务资源模块匹配结论、服务提供商及数量等， 并存放于知识仓库中，以提供系统输出，指导服务决策 或交易． 服务模块智能化匹配实现，需要在建立钢铁工业 逆向供应链服务模块化及服务自适应匹配模型、参数 化、模块化和知识化体系的基础上构建分布式钢铁工 业逆向供应链服务集成平台［20］． 服务需求发现、多服 务供应商能力匹配、基于语义相似度的服务供应商知 识模块匹配、基于多代理( multi-agent) 的服务活动抽 象模块/服务资源模块匹配、基于 QoS 分级自适应策略 的服务信息匹配与网络融合等，都将是在服务集成平 台中实现钢铁工业逆向供应链服务模块智能化匹配的 方法． 3 案例 作为资源高消耗型的钢铁工业，降低原燃材料消 耗和提高环境友好性是实现循环经济的重点． 以废钢 作为炼钢原料，具有节能、减少固体废弃物排放等诸多 优势，是当前钢铁企业用于实施节能环保的重要手段． 废钢逆向供应链服务是钢铁企业获得满足生产需求废 钢原料的有效途径． 以某钢铁企业废钢逆向供应服务 为例，对前文所述的钢铁工业逆向供应链服务过程进 行分析． 服务需求假设:钢铁企业 M 的一炼钢分厂 2012 年全年需要废钢 31. 03 万 t 用于转炉熔炼，要求均分 成四批分四季度送达一炼钢分厂指定地点 A． 废钢主 要残余 元 素 成 分 ( 质 量 分 数) 为: w ( Cu) ≤0. 20% ， w(Ni)≤0. 20% ，w ( Cr) ≤0. 30% ，w ( Mo) ≤0. 10% ， w(S)≤0. 050% ，w(Pb)≤0. 005% ． 第一级服务响应:①服务集成平台通过系统门户 与一炼钢分厂相关工作人员交互，引导其完成服务需 求表，并将服务需求分解为元需求集 R = { ri | i = 1，2， …，n} = {废钢回收，从回收商到金属资源处理商的运 输，废钢处理，从金属资源处理商到地点 A 的运输}． ②根据元需求对服务活动抽象模块进行匹配，得到服 务活动模块矩阵 SAM 如式(3)所示． ③对可完成同类 服务活动的服务供应商进行选择匹配，得到服务供应 商方案:废钢贸易公司 a 回收社会废钢 12. 14 万 t，钢 铁企业 M 内部金属资源公司 b 回收公司 M 内生产性 废钢 18. 89 万 t 及从公司 b 到公司 c 的废钢运输，废钢 处理公司 c 负责服务模块集合中{ sam31，sam41，sam42， sam51，sam61，sam71，sam81 } 部分废钢加工处理服务，物 流公司 d 负责从公司 a 到公司 c 的废钢运输，物流公 司 e 负责从公司 c 到指定地点 A 的运输． SAM = sam11 sam12 sam21 sam22 sam31 0 sam41 sam42 sam51 0 sam61 0 sam71 0 sam81 0 sam91 0 = 社会废钢回收服务模块 M 内部生产性废钢回收服务模块 社会回收点废钢运输服务模块 生产性废钢运输服务模块 废钢放射性检测及分选服务模块 0 废钢剪切服务模块 废钢破碎服务模块 废钢磁选服务模块 0 废钢清洗服务模块 0 废钢预热服务模块 0 废钢压块服务模块 0 废钢交货运输服务模块 0 ． (3) 第二级服务响应:服务集成商和 a ～ e 五家合作供 应商企业一起根据服务方案完成服务流程软重构，实 现 a ～ e 五家企业的供需关系及服务时序调整(如原本 可独自完成废钢回收和运输的 a 公司因服务交付期内 运输能力不足，在原本的公司 a 到公司 c 的业务流程 中加入公司 d 承担社会回收废钢运输服务任务等)并 签订服务合同． 同时，废钢处理公司 c 根据服务方案 需求，对公司内废钢处理工序服务流程进行逻辑次序 软重构，即针对回收废钢种类、尺寸、单重、清洁度等确 定不同废钢处理工艺(如回收的生产性废钢中的小块 切头切边料，经过分选后直接进行打包压块加工，并将 压块按指定尺寸进行切割)． 两级重构示意图如图 7 所示． 五家服务供应商按图 7 中服务流程协同作业， 完成整个废钢逆向供应服务． ·819·
·820· 工程科学学报，第37卷，第6期 检测分类服务供 桥卸分解服务供 库存 重用服务供应商 图4所示： 废品 应商) 应商k 注册同一钢铁工 再制造服务供应商 钢铁工业 回收 业逆向供应选服 废液无害化处理服 运输 逆向供应 服务 务集成平台的全 务供应商/ 服务 原料回收服务供应商 链服务总 供应 供应 流程 部供应商集群 商i 商m 废弃处理服务供应商 服务供应商服 务流程软重构 社会废钢 废钢贸易公司a 物流公司d 钢铁企业 重构后的 M 废钢处理公司c 物流公司e 废钢服务 炼钢厂 流程 M内部生 A地点 产性废钢 金属资源公司b 检测/分选 服务、剪切 回收服务 运输服务 破碎服务等 运输服务 一切割车 放射性检 间接卸 测及分选 火焰切割 重构后的 社会废钢一 废钢加工 胶油间接 吹氧焚烧 火焰切割 压块加工 处理流程 卸 M内部生 服务工序流 产性废钢 2#打包间 放射性检 测及分选 压块加工 火焰切割 程软重构 接御 图7废钢逆向供应链服务流程 Fig.7 Reverse supply service process of scrap steel 参考文献 4结论 Li J.Xu DL The comprehensive utilization of solid waste of iron 在钢铁工业逆向供应链流程的基础上，分析了钢 and steel industry.Adv Mater Ind,2008(7):13 铁工业逆向供应链服务的基本定义以及构成钢铁工业 (李品，徐德龙.钢铁工业固体废弃物的资源化.新材料产 逆向供应链服务的服务需求者、服务集成商和服务供 业，2008(7)：13) 应商三个主体的功能。在此基础上，构建了一种二层 Diao JZ,Miao J,Cheng B.Application and research on reverse supply chain management in steel and iron industry.Logist Sci- 级三维度钢铁工业逆向供应链服务过程模型，在功能 Tech,2007(12):84 性服务抽象维、服务组织与协同运作维、服务联网跨级 (刁金柱，苗剑，程博.钢铁业中逆向供应链管理的应用与研 控制与服务增值维等三个维度构成的空间里完成两级 究.物流科技，2007(12)：84) 服务响应：第一级服务响应即服务方案匹配与决策过 B]Li S,Wu Y X.Green reverse supply chain in steel and iron man- 程，由服务集成商通过服务集成平台实现从接收服务 ufacturing industry.Logist Eng Manage,2012,34(1):109 需求到匹配与决策并形成服务方案的过程，包括基于 (李申，吴迎学.钢铁制造业绿色逆向供应链构建研究.物流 元需求本体的服务需求分解与服务方案群体决策、基 工程与管理，2012,34(1)：109) 4 Giannetti B F,Bonilla S H,Almeida C M V B.An emergy-ased 于知识推理的服务活动模块匹配、基于语义相似度匹 evaluation of a reverse logistics network for steel reeyeling. 配的服务供应商匹配等三个阶段：第二级服务响应即 Cleaner Prod,2012,46:48 服务功能实现，包括服务集成商依据服务方案，组织选 [5]Liu Y.Recovery Strategies and Optimization Methods for Reverse 定的服务供应商软重组服务流程和协同服务作业两个 Logistics System in Iron and Steel Industry [Dissertation].Sheny- 阶段.探讨了钢铁工业逆向供应链服务过程实现中涉 ang:Northeastem University,2009:14 及的服务模块化、服务知识获取与共享、服务模块智能 (刘阳.面向钢铁工业的逆向物流系统的重用策略及其优化 方法研究[学位论文].沈阳：东北大学，2009：14) 匹配等三个关键技术.以某钢铁企业废钢回收服务为 6]Froling M,Schwaderer F,Bartusch H,et al.Integrated planning 案例，对基于钢铁工业逆向供应链服务集成平台的废 of transportation and recycling for multiple plants based on process 钢逆向供应服务构建过程进行了分析. simulation.Eur J Oper Res,2010,207(2):958
工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 图 7 废钢逆向供应链服务流程 Fig． 7 Reverse supply service process of scrap steel 4 结论 在钢铁工业逆向供应链流程的基础上，分析了钢 铁工业逆向供应链服务的基本定义以及构成钢铁工业 逆向供应链服务的服务需求者、服务集成商和服务供 应商三个主体的功能． 在此基础上，构建了一种二层 级三维度钢铁工业逆向供应链服务过程模型，在功能 性服务抽象维、服务组织与协同运作维、服务联网跨级 控制与服务增值维等三个维度构成的空间里完成两级 服务响应:第一级服务响应即服务方案匹配与决策过 程，由服务集成商通过服务集成平台实现从接收服务 需求到匹配与决策并形成服务方案的过程，包括基于 元需求本体的服务需求分解与服务方案群体决策、基 于知识推理的服务活动模块匹配、基于语义相似度匹 配的服务供应商匹配等三个阶段;第二级服务响应即 服务功能实现，包括服务集成商依据服务方案，组织选 定的服务供应商软重组服务流程和协同服务作业两个 阶段． 探讨了钢铁工业逆向供应链服务过程实现中涉 及的服务模块化、服务知识获取与共享、服务模块智能 匹配等三个关键技术． 以某钢铁企业废钢回收服务为 案例，对基于钢铁工业逆向供应链服务集成平台的废 钢逆向供应服务构建过程进行了分析． 参 考 文 献 ［1］ Li J． Xu D L． The comprehensive utilization of solid waste of iron and steel industry． Adv Mater Ind，2008(7): 13 (李晶，徐德龙． 钢铁工业固体废弃物的资源化． 新材料产 业，2008(7): 13) ［2］ Diao J Z，Miao J，Cheng B． Application and research on reverse supply chain management in steel and iron industry． Logist SciTech，2007(12): 84 (刁金柱，苗剑，程博． 钢铁业中逆向供应链管理的应用与研 究． 物流科技，2007(12): 84) ［3］ Li S，Wu Y X． Green reverse supply chain in steel and iron manufacturing industry． Logist Eng Manage，2012，34(1):109 (李申，吴迎学． 钢铁制造业绿色逆向供应链构建研究． 物流 工程与管理，2012，34(1): 109) ［4］ Giannetti B F，Bonilla S H，Almeida C M V B． An emergy-based evaluation of a reverse logistics network for steel recycling． J Cleaner Prod，2012，46: 48 ［5］ Liu Y． Recovery Strategies and Optimization Methods for Reverse Logistics System in Iron and Steel Industry［Dissertation］． Shenyang: Northeastern University，2009: 14 (刘阳． 面向钢铁工业的逆向物流系统的重用策略及其优化 方法研究［学位论文］． 沈阳: 东北大学，2009:14) ［6］ Frling M，Schwaderer F，Bartusch H，et al． Integrated planning of transportation and recycling for multiple plants based on process simulation． Eur J Oper Res，2010，207(2): 958 ·820·
王蕾等：钢铁工业逆向供应链服务过程模型 821 Wei C S,Li Y J,Cai X Q.Robust optimal policies of production method of integrated service product.Comput Ind,2012,63 and inventory with uncertain returns and demand.Int J Prod (4):298 Econ,2011,134(2):357 [15]Zegordi S H,Davarzani H.Developing a supply chain disruption [8]Xia X H,Liu F.Connotation state of the ART and research tend- analysis model:application of colored Petri-nets.Expert Syst Ap- ency of reverse supply chain logistics.Chin J Mech Eng,2005, pl,2012,39(2):2102 41(4):103 [16]Kulathuramaiyer N,Maurer H.Current development of mashups (夏绪辉，刘飞.逆向供应链物流的内涵及研究发展趋势.机 in shaping Web applications /Proceedings of World Conference 械工程学报，2005,41(4)：103) on Educational Multimedia,Hypermedia and Telecommunications Song H.Service Supply Chain.Beijing:China Renmin University 2007.Chesapeake,2007:1172 Press,2012 [17]Shih S C,Hsu S H Y,Zhu Z W,et al.Knowledge sharing:a (宋华.服务供应链.北京：中国人民大学出版社，2012) key role in the downstream supply chain.Inf Manage,2012, [10]Xu X F,WangZJ,MoT.Methodology for service engineering. 49:70 Comput Integr Manuf Syst,2007,13(8):1457 [18]Wu S,Pu L,Cheng K,Gao X D.Rough set model of incom- (徐晓飞，王忠杰，莫同.服务工程方法体系.计算机集成制 plete information systems based on the weighted threshold toler- 造系统，2007,13(8)：1457) ance relation.J Univ Sci Technol Beijing,2012,34(5):596 [11]Maglio PP,Vargo S L,Caswell N,et al.The service system is (武森，蒲立，程错，高学东.基于加权阀值容差关系的不完备 the basic abstraction of service science.Inf Syst e-Bus Manag, 信息系统粗糙集模型.北京科技大学学报，2012,34(5)：596) 2009,7(4):395 [19]Tria F D,Lefons E,Tangorra F.Hybrid methodology for data [12]Wang P P,Ming X G,Wu Z Y,et al.Research on industrial warehouse conceptual design by UML schemas.Inf Soffcare product-service configuration driven by value demands based on Technol,2012,54(4):360 ontology modeling.Comput Ind,2014,65(2):247 0]Valilai O F,Houshmand M.A collaborative and integrated plat- [13]Baldwin C Y,Clark K B.Design Rule:the Power of Modularity. form to support distributed manufacturing system using a service- Cambridge MA:MIT Press,2000 oriented approach based on cloud computing paradigm.Rob Com- [14]Li H,Ji Y J,Gu X J,et al.Module partition process model and put Integr Manu,2013,29:110
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