A mixed integer programming model to evaluate integrating strategies in the forest value chain — a case study in the Chilean forest industry

When a company is integrated vertically, it can manage and plan its overall value chain in one direct and integrated approach. However in many cases, companies follow a decoupled approach where forests and production plants optimize separately their processes in a supply-driven strategy. In Chile, the two largest forest companies are vertically integrated (i.e., they own forest and mills that produce logs, lumber, plywood, pulp, paper, and bioenergy, etc.). Historically, they have coordinated their value chains using a make-to-stock strategy, for which the forest is the main driver of the value chain activities. In this paper, we propose an integrated planning approach to show the impacts of a demand-driven integration of the value chain in the forest industry. To compare this strategy with the decoupled strategy, we propose a mixed integer programming (MIP) model for the integrated strategy. To illustrate our proposal, we use forest and production information from a Chilean forest company. The decoupled strategy, where the forest and industry planning are planned separately, uses two models. The first model deals with the forest management and harvesting decisions and maximizes the expected net present value (NPV) of logs. In this model, the planning horizon covers one full forest rotation, which in Chile corresponds to about 25 years. The second model maximizes the NPV of the downstream operations for a shorter business planning horizon (five years) constrained by the availability of the logs from the first model. In the integrated approach, all parts of the value chain (forest, transportation, and mills) are driven by final product demand and where the objective is tomaximize the profit of the company (NPV of the entire value chain). The demand is only given for the shorter business planning horizon. The two strategies are evaluated using the MIP model, and NPV is used to determine the best practice. According to the results, the NPV can increase up to 5.0% when
Lorsqu’une compagnie est intégrée verticalement, elle a la possibilité d’utiliser une approche directe et intégrée pour gérer et planifier de façon globale sa chaîne de valeur. Cependant, dans plusieurs cas, les compagnies adoptent une approche découplée où les forêts et les usines de production optimisent leurs processus séparément selon une stratégie dictée par l’approvisionnement. Au Chili, les deux plus importantes compagnies forestières sont intégrées verticalement, c.-a`-d. qu’elles possèdent des forêts et des usines qui produisent des grumes, du bois d’œuvre, du contreplaqué, de la pâte, du papier, de la bioénergie, etc. Historiquement, elles ont coordonné leurs chaînes de valeur en adoptant une stratégie de production sur stock selon laquelle la forêt est le principal moteur des activités de la chaîne de valeur. Dans cet article, nous proposons une approche de planification intégrée pour illustrer les impacts d’une intégration de la chaîne de valeur contrôlée par la demande dans l’industrie forestière. Pour comparer cette stratégie avec la stratégie découplée, nous proposons un modèle de programmation partiellement en nombres entiers pour la stratégie intégrée. Pour illustrer notre proposition, nous utilisons les informations au sujet de la forêt et de la production d’une compagnie forestière chilienne. Les stratégies découplées où la planification forestière et la planification industrielle sont effectuées séparément utilisent deux modèles. Le premier modèle porte sur les décisions d’aménagement et d’exploitation de la forêt et maximise la valeur actualisée nette (VAN) attendue des grumes. Dans ce modèle, l’horizon de planification s’étend sur une révolution complète de la forêt qui correspond a` environ 25 ans au Chili. Le second modèle maximise la VAN des activités en aval sur un horizon de planification des affaires plus court (cinq ans) en ayant comme contrainte la disponibilité des grumes selon le premier modèle. Dans l’approche intégrée, tous les mail