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Casos em Celulose

PLANFLOR – Planejamento Florestal de Longo Prazo


O PLANFLOR é um sistema de apoio à decisão desenvolvido para o Departamento de Planejamento Florestal da Votorantim Celulose e Papel (VCP). Desenvolvido em linguagem AIMMS, baseia-se num modelo de Programação Misto-Inteira de grande porte, para o planejamento florestal otimizado.

Descrição do Negócio


A VCP possui unidades de produção de celulose em Jacareí-SP e em Três Lagoas-MS. Sua base florestal é de 314 mil hectares plantados com eucalipto, distribuídas pelos estados de SP, MS e RS.

A Unidade Jacareí, adquirida pela VCP da antiga Papel Simão em 1992, foi a primeira fábrica do mundo a produzir 1 milhão de toneladas de celulose branqueada com um único digestor, em 1995. A produção baseia-se no processo Kraft, através do qual uma mistura de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio é utilizada para dissolver a lignina incrustada nos cavacos de madeira.

A Unidade Jacareí é suprida com madeira proveniente das Unidades Florestais Capão Bonito e Vale do Paraíba, ambas localizadas no Estado de São Paulo. Atualmente, no Brasil, em virtude do clima favorável e dos avanços genéticos do setor, o eucalipto atinge, com apenas 7 anos, sua maturidade (do ponto de vista da relação custo/benefício) para a produção de celulose.

Uma vez cortada sua madeira, a gleba pode ser submetida a diferentes novas intervenções. A mais comum é a reforma, que leva a um novo ciclo de crescimento segundo novas mudas de clones. Outra opção é a condução para uma nova rotação dentro do mesmo ciclo (mesma muda original). A vantagem da condução sobre a reforma é o custo reduzido (silvicultura), e sua desvantagem é uma queda na produtividade na próxima rotação. Tal redução limita em até 3, geralmente, o número de rotações dentro de um mesmo ciclo. Uma terceira opção é o atraso na reforma.

O maior objetivo do Planejamento Florestal de Longo Prazo é determinar as sequências de estado dos vários lotes de forma a garantir o suprimento de madeira segundo (a) o plano estratégico de produção da fábrica e (b) os custos associados às diversas operações da manejo das glebas. O plano deve contemplar também a necessidade de novas implantações, para suprir demandas crescentes por madeira.

Além disso, deve considerar o estado inicial dos diversos lotes (estoque de madeira em pé estratificada por idade). Tal condição de contorno pode mostrar uma floresta ainda desajustada, de forma que alternativas de corte com idades diferentes da idade ótima de 7 anos devam ser consideradas, para reestabelecer o equilíbrio do sistema. As várias possibilidades de intervenção e de corte em idades diversas podem ser representadas na forma de uma máquina de estados.


Há ainda outros condicionantes que devem ser observados no problema, como limitações operacionais e orçamentárias das diversas etapas do processo (silvicultura, transporte e colheita).

O Desafio


No início de 2006 a UniSoma foi contratada pela VCP para desenvolver uma nova versão do PLANFLOR. Ela deveria substituir todo o ferramental corrente de planejamento de longo prazo da VCP baseado em planilhas, sistematizando as boas práticas relativas ao processo desenvolvidas por seu núcleo de trabalho. O primeiro desafio para o projeto foi seu prazo exíguo de 3 meses.

Além disso, para este projeto, a UniSoma estabeleceu uma meta interna de rever em profundidade o modelo matemático do PLANFLOR, à luz dos avanços computacionais ocorridos ao longo da última década, tanto em termos do aumento da capacidade de processamento das máquinas como das evoluções das ferramentas de modelagem algébrica e de resoluções de problemas de programação matemática (solvers comerciais).

A Solução


A versão do PLANFLOR desenvolvida em AIMMS para a VCP baseia-se num modelo de programação misto-inteira flexível e inovador, através do qual a evolução dos lotes segundo a máquina de estados é implicitamente representada na forma de variáveis binárias. Através desta quebra de paradigma, nenhuma possibilidade é descartada a priori, o que ocorria na antiga versão do PLANFLOR, haja vista as limitações computacionais da época e devido ao fato que nela um subconjunto de sequências possíveis era gerado segundo um procedimento heurístico.

Tal formulação assemelha-se às soluções comerciais para planejamento florestal de longo prazo, com a diferença de que na nova versão do PLANFLOR os lotes são tratados individualmente (ou ad-hoc), enquanto que nos pacotes em voga o controle se faz geralmente sobre uma área florestal (um conjunto de lotes), com a necessidade de um desdobramento posterior lote-a-lote, segundo métodos aproximados. A literatura (Johnson e Scheurman, 1977) classifica modelos como os da antiga e da nova versão do PLANFLOR em Tipo I e Tipo II, respectivamente.

O novo PLANFLOR considera, entre outros, os seguinte dados de entrada:

»  Cadastros da base florestal e novas áreas – os dados da base florestal são importados do SAP através de uma interface ODBC;
»  Dados de inventário dos talhões para construção das curvas de produtividade;
»  Custos diversos como custo padrão, de colheita, de transporte (composto segundo um procedimento interno da VCP) e custos diferenciando os vários tipos de contratos para a terra com terceiros tais como fomentos, arrendamentos, parcerias e outros;
»  Saldo contábil e base de ativos;
»  Estados florestais: controle sobre os estados florestais de cada lote, via restrição sobre os parâmetros principais destes como idades mínima e máxima, rotação, tipo, e outros;
»  Cadastro de restrições, que permitem um controle fino sobre o nível das atividades que poderão ocorrer em grupos de lotes selecionados pelo usuário. Incluem-se aí restrições de limites fixos e/ou relativos e restrições suavização.

Os principais resultados gerados são os seguintes:

»  Plano de manejo dos lotes, com detalhamento das principais operações, volumes e custos planejados;
»  Plano de abastecimento gerencial;
»  Gráficos e tabelas de volumes e custos de transporte de madeira, madeira cortada, madeira em pé, silvicultura;
»  Gráficos e tabelas de dados das restrições de atividades incluídas pelo usuário.
»  Visualização GIS da solução, permitindo a identificação de restrições espaciais não explícitas com antecedência, mas que são operacionalmente relevantes.


Os Benefícios


O PLANFLOR permitiu a representação da evolução das diferentes opções de manejo das atividades florestais, em todas as glebas controladas pela VCP, viabilizando a geração de planos integrados para o suprimento de suas fábricas de celulose ao longo do horizonte de planejamento de longo prazo. Além disso, a quantificação dos vários tipos de custos tem permitido a obtenção de soluções de "compromisso" otimizadas, para os diferentes cenários de planejamento, o que tem se traduzido em ganhos econômicos substanciais.

Comentários do Cliente


"A implantação do PLANFLOR na VCP está propiciando uma visão integrada de planos florestais, seus impactos econômicos, e grande economia de tempo na elaboração de cenários, conforme as diretrizes da empresa."
Davi Rodrigues de Souza – Gerente de Planejamento Florestal – 28 de maio de 2009.



Desdobramentos


Em 2008 a VCP solicitou da UniSoma uma ampliação do Sistema, que considerasse uma função objetivo alternativa à corrente, que é de maximização do VPL do Fluxo de Caixa. Segundo, este novo critério obter-se-á planos de longo prazo que maximizam o Cash Value Added (CVA) de acordo com a metodologia definida pelo Sistema de Gestão da VCP. A otimização segundo o CVA possibilitará um melhor direcionamento dos investimentos operacionais do Departamento Florestal da VCP.

Sobre a VCP


A VCP é controlada pelo Grupo Votorantim, um dos maiores conglomerados empresariais da América Latina. Produz celulose de mercado e papéis especiais e de imprimir e escrever. Em 2007 comercializou aproximadamente 1,1 milhões de toneladas de celulose e 500 mil toneladas de papel, que lhe garantiram uma receita operacional bruta de R$ 3 bilhões e um lucro líquido de R$ 838 milhões.


Breve Histórico do PLANFLOR


O PLANFLOR foi originalmente desenvolvido na década de 80 para plataformas mainframe. Consistia basicamente em um modelo de programação linear que determinava, para cada lote florestal, sua sequência de estados (manejos) anuais que garantisse o suprimento de madeira dentro de um horizonte de planejamento de longo prazo, segundo um critério de otimização de caráter normalmente econômico. Nesta versão do PLANFLOR, os manejos possíveis eram previamente gerados segundo um procedimento baseado em regras. Entre 1984 e 1988, o sistema foi implantado em quatro grandes empresas nacionais, quais sejam, CVRD, Cenibra, Grupo Simão e Belgo Mineira.

Em 1997 foi desenvolvida uma nova versão do PLANFLOR, para ambiente DOS/Microsoft Windows©, e baseada na biblioteca de rotinas matemáticas OSL (Optimization Subroutine Libraries) da IBM© - uma interface de usuário em EXCEL, com o modelo de programação linear, em OSL, rodando em background. Este novo produto foi implantado na Cenibra (1997) e na Veracel (1998).

Curiosidade
O antigo PLANFLOR serviu de base para os primeiros estudos realizados pela UniSoma junto à Sadia, em 1989. Tais estudos envolveram a simulação computacional de políticas de sincronização das atividades de alojamento e abate de lotes de frango, os quais, a exemplo de plantios de eucalipto, podem ter seu crescimento representado na forma de modelos estatísticos, guardadas as proporções entre seus diferentes tempos de ciclo (dias para os lotes de frango e anos para os plantios).