钢铁工业是国民经济的重要基础产业,为我国经济发展提供了重要的原材料保障。但钢铁产业高能耗和高排放的粗放型增长方式让我国付出了惨重的资源和环境代价。在碳减排指标约束下,由于废钢铁替代铁矿石炼钢具有明显的成本和低碳优势,废钢铁再制造成为钢铁行业实现低碳发展的有效途径。废钢铁数量的逐年攀升以及回收使用量的大幅提升积极推动了国内废钢铁再制造的发展。与一般钢铁制造过程相比较,废钢铁回收的高度不确定性、市场非预期性和对环境影响的不确定性等因素增加了废钢铁再制造系统生产决策的复杂程度,也使得传统生产计划工具不再适用。同时,我国于2017年12月底启动了全国统一的碳排放交易市场。钢铁行业作为全国碳排放交易市场首批8个重点排放行业之一,将成为碳交易市场的核心参与者。因此,在碳排放许可与交易背景下,研究如何科学地制定废钢铁再制造的生产计划,以实现子系统之间的高度协调运作及设备的充分利用,提高废钢铁利用率,降低企业二氧化碳排放,推进钢铁产业绿色循环发展,将具有重要的学术价值和实践意义。本文以废钢铁再制造系统为研究对象,以实现经济效益和环境效益的统一为再制造生产计划的优化目标,以废钢铁再制造系统的不确定性特征和碳排放政策对废钢铁再制造生产计划的影响分析为基础,从后向需求、内部投资、正向需求和系统整体优化四个视角,运用闭环供应链管理理论、运筹学、概率论及凸优化理论对碳排放许可与交易下废钢铁再制造生产计划展开研究。具体研究内容如下:(1)依据与研究问题的相关性,分别从碳排放许可与交易下再制造生产计划、废钢铁再制造生产计划和碳排放许可与交易下废钢铁再制造生产计划三个方面对国内外相关文献进行了综述;分析了废钢铁再制造系统的运作流程和一般特征,总结归纳了废钢铁再制造系统中存在的不确定性以及影响系统生产计划制定的主要因素,为后续深入研究提供了理论依据。(2)从后向需求视角出发,研究碳排放许可与交易下考虑废钢铁炉料交易的废钢铁再制造生产计划问题,以实现废钢铁炉料在企业间的有效分配以及废钢铁的供需匹配。首先,考虑废钢铁炉料产出率不确定特征,构建依赖于废钢铁炉料产出率的交易价格函数,结合废钢铁炉料可交易的实际情况,基于废钢铁再制造生产流程,运用两阶段随机规划方法,构建废钢铁炉料交易下废钢铁再制造生产计划模型;接着,求解得到最优的废钢铁回收价格、生产和交易决策;最后通过算例分析了废钢铁炉料产出率、废钢铁炉料交易价格、碳限额和碳价对生产决策、总利润和碳排放总量的影响,从而为碳排放许可与交易下废钢铁再制造企业关于废钢铁回收、废钢铁炉料交易和再制造计划的科学决策提供指导。(3)从内部投资视角出发,研究碳排放许可与交易下导入碳减排投资的废钢铁再制造生产计划问题。首先根据碳减排投资额与二氧化碳减少量的内在相关性,建立两者之间的关系函数;然后基于废钢铁再制造生产运作特征,以利润最大化为目标构建废钢铁再制造生产计划模型;最后通过算例分析了碳排放政策对企业的生产计划和碳减排投资计划的影响,揭示了碳排放许可与交易政策对废钢铁再制造生产计划的作用条件,指出碳减排投资有利于提高废钢铁再制造企业利润和降低废钢铁再制造企业碳排放量。(4)从正向需求视角出发,研究碳排放许可与交易下考虑市场需求信息更新的废钢铁再制造生产计划问题。针对钢铁市场需求的动态变化特征,结合废钢铁再制造生产工艺特点,运用两阶段随机规划方法,以利润最大化为目标构建基于市场需求信息更新概率的废钢铁再制造生产计划模型,并与碳税政策下废钢铁再制造生产计划模型进行对比研究,通过算例探讨了市场需求更新概率、短流程炼钢成本、碳价和碳税等重要因素对生产决策、总利润和碳排放总量的影响,指出碳排放许可与交易政策更有助于废钢铁再制造企业实现高利润和低排放。(5)从系统整体优化的视角出发,研究碳排放许可与交易下考虑回收和市场需求不确定的废钢铁再制造协同生产计划问题,以实现废钢铁回收、再加工和再熔炼子系统、以及市场需求的统筹协调。首先,基于废钢铁再制造两种生产工艺的特征,针对低碳和低冶炼成本两种偏好情形,以利润最大化为目标分别建立两阶段随机规划模型;接着,求解得到废钢铁再制造企业最优回收策略和生产策略;最后,通过算例讨论了废钢铁炉料产出率、短流程炼钢成本、碳价和碳限额对废钢铁再制造企业生产决策、总利润和碳排放总量的影响,指出提高短流程炼钢比可实现经济效益和环境效益的均衡。本论文的创新点主要体现在以下几个方面:(1)废钢铁再制造企业与废钢铁加工配送企业形成的产业链使得废钢铁炉料交易成为现实。现有研究文献鲜少针对废钢铁炉料交易进行研究,本文根据废钢铁炉料交易的实际情况,构建依赖于废钢铁炉料产出率的交易价格函数,进而分析废钢铁炉料交易对废钢铁再制造生产计划的影响,在研究问题和模型构建上均有明显创新。(2)对于节能减排重点行业之首的钢铁工业,碳减排投资不失为有效控制二氧化碳排放的措施。与以往研究文献不同,本文考虑了碳减排投资额与碳减排之间的内在联系性,提出碳减排投资额与碳减排的关系函数,从内部投资管理的视角研究了废钢铁再制造企业在碳排放许可与交易政策下如何通过调整生产和碳减排投资计划实现碳减排需要和利润需求的整体优化。(3)市场需求的不确定性和碳排放权都是影响排放依赖型企业生产计划的关键因素。不同于现有研究,本文综合考虑两个影响因素,研究碳排放许可与交易下考虑市场需求更新的废钢铁再制造生产计划优化问题,一方面引入市场需求信息更新概率,分析市场需求信息更新对生产决策的影响,得到生产决策阈值;另一方面分析碳排放政策对生产设备利用的影响,揭示短流程炼钢的临界条件。(4)已有文献大多针对废钢铁的再加工或再熔炼进行单独研究,本文从系统整体优化的视角,综合考虑了废钢铁再制造的废钢铁回收、再加工和再熔炼三个过程,并根据废钢铁再制造的高排放特点,结合国家碳减排实际,研究了低碳偏好和低冶炼成本偏好两种情形下废钢铁再制造生产计划问题,以实现废钢铁再制造系统的供需匹配和内部协调。本文的研究工作有利于丰富和完善废钢铁再制造的相关研究理论和方法,为废钢铁再制造企业在排放许可与交易下制定科学合理的生产计划提供决策依据。