A strategic planning model for maximizing value creation in pulp and paper mills

L’industrie canadienne des pâtes et papiers fait face à plusieurs défis importants. Un de ces défis consiste à trouver de nouveaux moyens d’améliorer la création de valeur à travers la chaîne logistique, en fabriquant des produits de haute qualité à partir de matières premières de qualités variables. Généralement, deux stratégies parallèles sont envisagées pour relever ce défi. La première stratégie implique de gérer les flux des matériaux à travers la chaîne logistique de telle manière que les divers types de fibres soient utilisés au mieux par une sélection adaptée des processus à utiliser et des produits à fabriquer. La deuxième stratégie implique de définir la gamme de produits de telle manière qu’elle permette de profiter au mieux des opportunités d’affaires et des propriétés des fibres existantes. La première stratégie est basée sur la ressource tandis que la deuxième stratégie est basée sur les marchés. Cette thèse présente un modèle de planification stratégique qui fournit un cadre mathématique pour le développement de ces stratégies. Le modèle utilise la demande et la valeur des produits pour déterminer comment les produits peuvent être tirés à travers la chaîne logistique de façon à maximiser les revenus tout en considérant les contraintes de disponibilités de la matière et de capacité des équipements. Le modèle permet aussi de tenir compte des rapports entre les propriétés des fibres et les propriétés des produits, pour déterminer comment chaque type de fibre peut être utilisé au mieux. Le modèle est un programme mathématique en nombre entier qui a été mis en application en utilisant ILOG OPL Studio 3.7 et ILOG CPLEX 9.0. Un cas d’étude a été développé basé sur le contexte d’un producteur de pâte et papier intégré. Le modèle a été validé en utilisant une série de scénarios possible. Les résultats démontrent que le modèle est valide, qu’il peut être utilisé pour identifier des stratégies pour améliorer la création de valeur, et qu’il peut être résolu assez rapidement pour permettre son application à un réseau manufacturier.The Canadian pulp and paper industry is facing several important challenges. One of these challenges is to find new ways of improving value creation throughout the value chain while manufacturing high quality products from raw materials with inherently variable properties. This challenge can be addressed using two parallel strategies. The first of these involves managing the flow of materials through the value chain in such a way that fibre grades are directed to the processes and end-products to which they are best suited. The second involves tailoring the end-product range to take maximum advantage of existing market conditions and fibre resource properties. Operating simultaneously, these strategies ensure the profits generated from the available fibre resources are maximized. This thesis presents a strategic planning model which provides a mathematical framework for developing these strategies. The model uses customer demand and market value to determine how strongly each end-product is pulled through the value chain, and raw material availability and cost, together with established relationships between fibre properties and pulp and paper properties, to determine how various fibre grades are utilized. The model itself is a large mixed-integer program which was implemented using ILOG OPL Studio 3.7 with ILOG CPLEX 9.0 as solver. A test case was developed based on a realistic integrated pulp and paper mill, and the model was validated using a series of example scenarios. The results show that the model is valid, that it can be used to identify strategies for significantly improving value creation, and that it can be solved quickly enough to allow its expansion to a production network environment.Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieure