Finns det en formel för kostnadseffektiv produktionsplanering?

I det nordiska skogsbruket finns ett flertal inventeringsmetoder – såväl objektiva som subjektiva – för att uppskatta virkesvolymen av olika trädslag på avverkningstrakter. Metoderna ger olika noggrannhet till varierande kostnad. De inventerade trakterna läggs i en databas med avverkningstrakter, "traktbanken", där de tillgängliggörs för produktionsplanering. Traditionellt sparas endast medelvärdesinformation i traktbanken, vilket hindrar senare analyser av osäkerheter i produktionsplanerna. Av samma anledning är de traditionella modellerna för produktionsplanering medelvärdesbaserade och saknar därför möjlighet att addera information om modellparametrarnas tillförlitlighet.

Har vetskap om datanoggrannhet ett värde?

I samarbete med forskare i matematik och statistik vid Jyväskyläs universitet har Skogforsk undersökt hur information om datanoggrannhet och datavariabilitet kan integreras i planeringen av avverkningar. Utgångspunkten för arbetet har varit det matematiska konceptet "value of information", värdet av information. Begreppet knyter samman insamlandet och användandet av data, och genom matematiska och statistiska modeller förknippas data med ett användningsvärde. I det här projektet är det modeller för att beräkna effekten av skogsuppskattningens noggrannhet på produktionsplanen som undersökts. Produktionsplaner tas fram av skogsföretagen i syfte att upprätthålla jämna virkesflöden till industrierna, och sträcker sig ofta över minst tre månader och upp till ett år.

Bred ansats har givit viktiga byggstenar för nya innovationer

Projektets ansats har medvetet varit bred. Den utforskande och samtidigt teoretiska karaktären ska möjliggöra och ge en grund för nya innovationsprojekt, där praktisk implementering kan få ett mer centralt fokus.

Arbetet har kretsat kring att matematiskt definiera och ge en formel för den mest kostnadseffektiva inventeringen av avverkningstrakter. En kostnadseffektiv inventering innebär här att osäkerheten i produktionsplanen blir tillräckligt liten utan att kostnaden för inventeringen blir för stor. Resultatet av arbetet är ett antal teoretiska byggstenar:

1. Statistiska modeller av trädslagsvisa virkesvolymer på avverkningstrakter, och beskrivning av hur dessa modeller uppdateras med ny information från inventering.
   
   
2. Formulering av optimeringsproblemet att skapa en produktionsplan med så jämn avverkningstakt som möjligt baserat på statistiska modeller från Resultat 1.
   
   
3. Formulering av problemet att välja inventeringsmetod så att osäkerheten i produktionsplanen blir tillräckligt liten utan att kostnaden för inventeringen blir för stor utifrån matematisk teori för "value of information" och Resultat 1–2.

Ett steg närmare morgondagens interaktiva beslutsstöd

Resultat 3 är av teoretisk karaktär och har tillämpats i en beräkningsstudie för att påvisa problemets lösbarhet. Lösbarheten är viktig för problemformuleringens relevans – en problemformulering som inte går att finna en lösning till med kända metoder är sällan användbar i praktiken. Studien visar att formuleringen i Resultat 3 är lösbar med hjälp av de lösningsmetoder som utvecklats inom projektet.

Resultat 2 är närmare en praktisk verklighet. Den matematiska formuleringen som föreslås kan utgöra grunden för ett beslutsstöd att utnyttja vid produktionsplanering. Här finns därför goda möjligheter till nya innovationer. Visst utrymme har funnits i projektet att undersöka innovativ och interaktiv metodik som kan lyfta den föreslagna formuleringen till en ny typ av beslutsstöd. Metodiken bygger på tidigare forskning utförd vid Jyväskyläs universitet, och möjliggör för produktionsplaneraren att välja mellan flera så kallade Pareto-optimala produktionsplaner utifrån planerarens egen preferens. I det här fallet är det avvägningar mellan fluktuationer i avverkningstakten (och därmed i virkesleveransen till kund) på grund av osäker information om trakternas virkesvolym som produktionsplaneraren tillåts göra, för att hitta den mest lämpade produktionsplanen.

Resultat 2 och det nya beslutsstödet skiljer sig från traditionella modeller för produktionsplanering. Skillnaderna ligger i möjligheten att ta hänsyn till osäkerhet i modellparametrar och i den interaktiva metodiken som i högre utsträckning involverar produktionsplaneraren i beslutsfattandet. Båda dessa egenskaper hos beslutsstödet har länge efterfrågats av företag och organisationer som arbetar med produktionsplanering.

Att projektet har lagt grunden till ett förhoppningsvis långvarigt samarbete mellan Skogforsk och Jyväskyläs universitet för fortsatt utveckling av nya beslutsstöd är också ett viktigt resultat.