Optimized harvest scheduling in eucalyptus plantations under operational, spatial and climatic risk constraints

A preocupação com a sustentabilidade nos empreendimentos florestais, em relação aos aspectos ambientais, sociais e econômicos, tem se evidenciado como uma realidade crescente. Para representar essa preocupação na elaboração nos planos de manejo florestal, buscou-se atribuir maior grau de detalhamento nas análises e compreensão da interação desses aspectos para prevenir possíveis impactos futuros e avaliar soluções a serem adotadas. Entretanto, esse detalhamento, representado pelo planejamento em níveis tático e operacional, muitas vezes é elaborado através de métodos que podem apresentar alto grau de risco relacionado à ocorrência de soluções não realistas, prejudicando o processo de tomada de decisão. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo aprimorar as técnicas de planejamento operacional de colheita, através da elaboração de um modelo de programação linear padrão, avaliar esse modelo em diferentes cenários sujeitos a restrições ambientais e de abastecimento de uma empresa usada como estudo de caso, e realizar a comparação entre os resultados obtidos nesses cenários com os resultados efetivamente verificados pela empresa durante os períodos de avaliação. O estudo de caso considerou as áreas de produção de uma empresa florestal produtora de celulose no Uruguai a partir de plantações de eucalipto, onde foram selecionadas áreas para colheita em três anos consecutivos. A partir dessas áreas e parâmetros de produção dos povoamentos florestais, e das características da operação de colheita e expectativas do setor industrial, foi elaborado um modelo de programação linear inteira mista com minimização de desvios de metas. Através desse modelo foram avaliadas a ampliação da capacidade operacional, restrições ambientais e de abastecimento. A restrição ambiental exigiu a classificação das áreas de corte quanto à probabilidade de ocorrência de danos ao meio ambiente durante a operação de colheita em determinadas épocas do ano. A restrição de abastecimento considerou a regulação da densidade média da madeira entregue na indústria em cada período de análise, de acordo com um intervalo máximo de variação de 5% em relação á média geral. Já, a ampliação da capacidade operacional envolveu a análise de contratação de equipes terceirizadas para dar suporte à operação de colheita em determinados períodos. Além disso, o modelo matemático permitiu a incorporação de limites de deslocamento espacial da frente de colheita ao longo dos períodos de avaliação. Como resultado, foi selecionado um conjunto de indicadores de desempenho para a avaliação dos itens considerados no modelo, bem como suas interações, além da comparação dos cenários com os resultados realizados para cada um desses indicadores. O estudo mostra que é possível elaborar um modelo de programação linear capaz de representar o planejamento operacional de colheita, além de incorporar aspectos produtivos, ambientais e de abastecimento. A comparação dos resultados gerados pelo modelo nos diferentes cenários com os resultados obtidos pela empresa no período de análise mostrou a possibilidade de melhora na qualidade das soluções ao fazer uso das técnicas de programação linear e a vantagem da utilização de técnicas de planejamento mais holísticas.Sustainability concerns in forest-based industries, as related to environmental, social and economic aspects, have been highlighted with crescent realism. Therefore, forest management plans must consider a greater level of details when analyzing and understanding the interaction among these aspects to prevent possible future impacts. At the tactical and operational planning levels, methods based on generic assumptions usually provide non-realistic solutions, impairing the decision making process. This study is aimed to improve current operational harvesting planning techniques, through the development of a standard linear programming model that allows for the evaluation of different scenarios, subject to environmental and supply constraints, and that provides the basic framework for comparisons with the results observed in the study case during the period of assessment. The study case comprised eucalyptus plantations harvested by a pulp mill in Uruguay over three consecutive years. Forest plantation parameters, like area, growth, harvesting conditions etc., and industrial requirements were mathematically represented in a linear mixed integer goal programming model. The model considered the increase on operational capacity and was constrained by environmental and supply limits. The environmental constraint required the classification of harvesting areas according to impacts due to environmental damages incurred during harvest operations. The supply constraint considered the need for regulating the average wood density and imposed a maximum range of variation of 5% on overall average. The possibility of increasing operational capacity was allowed by hiring outsourced crews to support harvest operations in certain periods. Furthermore, the spatial consequences of dispatching harvest crews to certain distances over the evaluation period were also considered. As a result, a set of performance indicators was selected to evaluate all optimal solutions provided to different possible scenarios and combinations of these scenarios, and to compare these outcomes with the real results observed by the mill in the study case area. Results showed that it is possible to elaborate a linear programming model that represents adequately harvesting limitations, production aspects, and environmental and supply constraints. The comparison involving the evaluated scenarios and the real observed results showed the advantage of using more holistic approaches and that it is possible to improve the quality of the planning recommendations using linear programming techniques