The purpose of this thesis is to develop the optimal operating policies for recoverable products in closed-loop supply chain. A procurement policy for reusable items with the deterministic demand rate as well as the conflict between OEM and remanufacturer in the distribution channel are investigated.
First, we deals with a joint $EO\mathcal{Q}$ and $EP\mathcal{Q}$ model in which a stationary demand is satisfied by recovered products as well as newly purchased products. It is assumed that a fixed proportion of the used products are collected from customers and later recovered for reuse. We generalizes the (P, R) policy in the literature by treating the sequence of orders for newly purchasing products and setups for recovery process within a cycle as a decision variable. Through example problems we illustrate the validity of the model and solution procedure developed.
Secondly, we focus on the relation between the amount of a return incentive and the return rate. Many manufacturers are encouraged to collect used products from end-users for remanufacturing or proper disposal. This collection system can be classified into the waste-stream system and the market driven system according to the willingness of manufacturers to obtain used products. A market-driven system motivates end-users to return end-of-life products by financial incentives, such as deposit systems, credit toward a new unit, or cash paid for a specified level of quality. We focus on the profitability of manufacture when the return rate of used products can be controlled by the return incentives given to the end-users. The proportion of the used products from end-users is assumed to be controllable by means of return incentives. Policies that manufacturer gives end-users rewards for returning the used products can change sales price. This leads to the assumption that the demand is price dependent with a constant price elasticity. We develop a joint $EO\mathcal{Q}$ and $EP\mathcal{Q}$ model with the objective of maximizing the manufacturer’s profit. Through example problems the validity of the model is illustrated.
Finally we investigate the interaction between one OEM and one remanufacturer through the Stackelberg game model where decisions are made sequentially. We first developed models which optimize the distribution channel of recoverable products where remanufactured products cannibalize OEM’s market which are elaborately developed. Secondly the cooperation model of the OEM and the remanufacturer is also suggested. Solution algorithms for each model are presented based on the search method with the specific search range. Through sensitivity analysis, following observations are found; (1) In case of competition, though the penalty is high, OEM has no merit to produce larger T. (2) In case of cooperation, there are some chances of large T when the price of remanufactured products is high. (3) The cooperation model is more sensitive to the penalty and take-back quota than the competition model. (4) The profit of cooperation model is always higher than that of competition but the remanufacturing is not so active with low penalty imposed.
최종 소비자가 사용한 제품은 다소간에 잔존가치를 지닌다. 잔존가치를 회수하는데 드는 비용이 잔존가치보다 많을 경우, 이들 제품은 경제성이 없다고 할 수 있다. 그러나 반대의 경우, 이들 제품은 재생 공정을 거쳐 새로운 시장에 유통이 될 수 있다. 환경규제와 관련하여 제품 사용 후 폐기 시 발생하는 비용은 점점 증가하고, 재생된 제품을 통한 경제·환경적 이득은 증가함에 따라 후자의 경우에 해당하는 제품의 종류와 양은 증가하는 추세이다. 소비자가 사용한 제품이 경제적으로 재생할 가치가 있는 경우; 1) 소비자의 수요 충족을 위해 제품의 재생산 및 주문 모형의 일반화, 2) 수거량에 영향을 미치는 제품회수 보상금과 판매 가격을 통합한 모형의 개발, 3) 원제품 생산자와 재생업자간의 상호 경쟁/협력 모형 등을 제시하였다.
재생산 및 주문 모형의 일반화는 한 사이클 내에 재생산과 주문의 횟수, 양과 더불어 재생산과 주문의 순서도 포괄하는 모형을 제시하였다. 한 사이클에 수행 되는 재생산과 주문의 회수가 주어지면 최적의 순서를 구하는 알고리즘을 제시하였으며, 이를 통하여 재생 가능한 제품의 재고량을 산출하였다. 수치 실험을 통해 모수의 변화에 따라 기존 알고리즘과의 비용의 차이를 분석하여 제시된 모형의 우수성을 입증하였다. 그러나 다수의 문제에서 재생산 혹은 주문의 횟수가 한 번인 경우가 최적해였으며, 이들의 비용 절감 효과도 상대적으로크지 않았다.
두 번째 모형에서는 이익을 최대화하는 최적 가격과 보상금의 결정하는모형과 해법을 제시하였다. 재생 가능한 제품(일회용 카메라, 잉크 카트리지, 토너카트리지, 밧데리, 폐지, 복사기)의 경우 소비자가 사용 후, 재생업체는 이를 일정금액의 경제적 보상을 통해 회수하게 된다. 회수된 양은 보상금액에 직접적인 영향을 받게 된다. 회수된 제품을 재생하여 소비자에게 공급할 경우, 제품 단가가 낮아지는 효과가 발생하여 결과적으로 시장에서 소매가를 낮출 수 있는 여력이 생긴다. 이처럼 고객이 사용한 제품을 경제적 보상을 통해 회수, 재생, 판매할 경우, 재생업체의 관점에서 이익을 최대화하는 경제적 보상금액, 시장 판매가, 재생 및 구매 방침을 통합하는 모형을 제시하였다. 모델의 복잡성으로 인하여, 탐색적 알고리즘을 통해 최적해를 도출하였다. 수치실험결과 가격탄력성 높아짐에 따라 판매가격과 판매이익이 감소하였다. 폐제품(end-of-use)의 회수율은 가격탄력성이나 재고비용이 높아짐에 따라 낮아지는 경향을 보였다.
마지막으로 재생품이 시장의 수요를 잠식하는 경우, 원제품의 생산자와 재생품 생산자간의 경쟁·상생의 관계를 수리모형을 통해 분석하였다. 회수된 폐제품이 낮은 가격에 재생되어 시장에 유통되는 경우 같은 기능의 새제품을 생산·판매하는 생산자 입장에서는 기존에 확보한 고객을 빼앗겨 이익의 감소를 초래하나, 폐제품을 회수해야 하는 의무를 대행해주는 긍정적인 역할도 하게 된다. 재생업체의 경우 생산자가 새제품을 시장에 내어놓지 않게 되면, 폐제품을 회수할 수 없을 뿐더러, 시장자체가 없어지는 결과를 초래할 수도 있다. 이런 상황에서 생산자는 제품의 판매가격과 재생횟수를 결정할 수 있고, 재생업체는 경제적인 보상을 고객에게 제공함으로서 회수율을 조정할 수 있는 경우, 생산자와 재생업체의 이익이 경쟁시 또는 협력시 어떻게 달라지는 가를 수리 모형을 통해 분석하였다. 분석결과 의무회수율과 회수율 미달성시 부과되는 벌금이 높게 책정되어도 생산자는 재사용 횟수를 늘리기 보다는 판매가를 높게 책정함으로서 이익은 적게 취하더라도, 재생업자가 더 많은 폐품을 회수하도록 유도하였다. 재사용 횟수를 늘리는 경우는 생산자와 재생업자가 협력하고 재생된 제품의 판매가격이 새 제품의 판매가격 수준에 미칠 때 나타났다.
