近十几年来,由于环保、政府立法、经济利益、企业责任等几个因素的驱动,逆向物流引起了政府、制造商、消费者越来越多的重视。来自业界的成功案例成为学术研究的热点,学术的研究又促进了逆向物流的成功应用。作为逆向物流研究重要组成部分的物流网络设计,是属于战略性决策,并且很大程度决定了逆向物流的运营与管理的绩效。现有关于逆向物流网络设计的研究大多是以最小化成本为目标,且涉及到多类型的设施构成的多层物流网络的研究也较少。考虑到物流网络系统目标的多样性和网络结构的复杂性,本文通过问题陈述、建立数学模型、给出求解算法(方法),对算例进行分析和对算法进行仿真测试的思路,以固体废弃物网络为背景,研究了非盈利性的多层逆向物流网络设计问题;以售后服务网络为背景,研究了商业性的多层逆向物流网络设计问题。论文首先介绍了研究背景和意义,在对国内外文献进行分析、归纳、总结的基础上,提出了要研究的问题。其次,研究了基于流变的多层废弃物网络优化设计问题。考虑了废弃物流经过不同的设施后,流量发生变化。分为城市固体废弃物网络和大区域固体废弃物网络两种情况。对前者,网络设计包括确定处理厂和填埋场的地址、容量、数量以及废弃物在各个设施间的运输量。建立了整数规划模型,给出了两阶段分解的启发式算法,通过算例分析说明了模型的有效性,通过算法测试说明了算法的有效性。对于后者,网络设计包括设施的选址和废弃物运输路线的确定,建立了模糊机会约束规划模型,通过求解模型获得系统的优化配置。实例表明了模型的有效性。第三,研究了基于成本/距离权衡的废弃物网络优化设计问题。针对城市中的一个区域的情况,以设施与居民区之间的距离来衡量设施对居民产生的正面或负面的影响。对三层的物流网络,考虑存放周期,建立了一个双目标规划模型,使用乘除法将模型转化成单目标模型,求得原问题的一个Pareto解,通过实例说明了模型的有效性;同时考虑设施产生的正面和负面的影响,建立了一个多目标模型,利用模糊方法求解模型,求得原问题的一个Pareto解,实例说明了模型的有效性。第四,研究了基于成本/负效用权衡的废弃物网络优化设计问题。通过定义一个负效用函数来衡量设施对于居民区产生的影响,建立了最小化总成本和负效用的两层物流网络的多目标优化模型。设计了多目标进化算法,能够较好的求得Pareto解集,从而可以设计不同的废弃物逆向物流网络。将模型推广到有多个阶段的情形,考虑了随着固体废弃物产生量的增长,原有的废弃物网络系统将不能满足需求,需要新建处理站以扩张网络系统处理能力,设计了混合多目标进化算法求解模型。通过算例分析说明了模型的有效性,通过算法测试说明了算法的有效性。第五,研究了售后服务逆向物流网络优化设计问题。以设施对于居民的覆盖来衡量服务水平,对两层的物流网络,建立了最小化总成本和最大化覆盖的数学模型,设计了多目标进化算法。其次,综合考虑了产品回收逆向物流网络中的选址、存储、运输、服务等因素,对三层的物流网络,建立了一个整数非线性规划模型。设计了一个混合智能算法。再次,研究了优化成本、反应时间、覆盖率等3个目标的四层网络设计问题,建立了数学模型,通过定义目标函数的模糊满意度,将模型转化成求解目标函数总的满意度最大的单目标问题。算例分析说明了模型的有效性。最后,考虑了顾客对设施的选择行为,对四层的物流网络,建立了多目标的双层规划模型,下层模型为顾客选择回收点,上层模型为企业优化总成本和覆盖率,设计了混合多目标进化算法,算例验证了模型和算法的有效性。最后,全面总结全文,并对未来的研究做了展望。