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INTRODUCCIÓN A LA DINÁMICA DE SISTEMAS
M.I. ERNESTO A. M.I. ERNESTO A. LAGARDA L.LAGARDA L.
JAY FORRESTERJAY FORRESTER
DEFINICIÓN DE LA D.S.Es una metodología de uso generalizado para modelar y estudiar el comportamiento de cualquier clase de sistemas y su comportamiento a través del tiempo con tal de que tenga características de existencias de retardos y bucles de realimentación[1].
Estudia las características de realimentación de la información en la actividad industrial con el fin de demostrar como la estructura organizativa, la amplificación (de políticas) y la demoras (en las decisiones y acciones) interactúan e influyen en el éxito de la empresa[2].
Es un método en el cual se combinan el análisis y la síntesis, suministrando un ejemplo concreto de la metodología sistémica. La dinámica de sistemas suministra un lenguaje que permite expresar las relaciones que se producen en el seno de un sistema, y explicar como se genera su comportamiento[3].
[1] Martínez Silvio y Requema Alberto. “Simulación dinámica por ordenador” Alianza Editorial, Madrid, 1988.[2] Forrester, Jay W. “Dinámica industrial”. Editorial Ateneo, Buenos Aires, 1981.[3] Aracil Javier y Gordillo Francisco. “Dinámica de sistemas”, Alianza Editorial, Madrid, 1997.
DEFINICIÓN DE LA DSEl primer paso sondea la riqueza de información que la gente posee en sus mentes. Las bases de datos mentales son una fecunda fuente de información acerca de un sistema. La gente conoce la estructura de un sistema y las normas que dirigen las decisiones. En el pasado, la investigación en administración y las ciencias sociales han restringido su campo de acción, indebidamente, a datos mesurables, habiendo descartado el cuerpo de información existente en la experiencia de la gente del mundo del trabajo, que es mucho más rico.
La dinámica de sistemas usa conceptos del campo del control realimentado para organizar información en un modelo de simulación por ordenador. Un ordenador ejecuta los papeles de los individuos en el mundo real. La simulación resultante revela implicaciones del comportamiento del sistema representado por el modelo.
Texto indedito: Jay Forrester (univesidad de sevilla, sevilla españa) diciembre de 1998
ftp://sysdyn.mit.edu/ftp/sdep/papers/D-4808.pdf
HISTORIA DE LA DINÁMICA DE SISTEMAS
Forrester, ingeniero de sistemas del Instituto Tecnológico de Masachussets (MIT) desarrolló esta metodología durante la década de los cincuenta. La primera aplicación fue el análisis de la estructura de una empresa norteamericana, y el estudio de las oscilaciones muy acusadas en las ventas de esta empresa, publicada como Industrial Dynamics. En 1969 se publica la obra Dinámica Urbana, en la que se muestra cómo el "modelado DS" es aplicable a sistemas de ciudades. En 1970, aparece El modelo del mundo, trabajo que sirvió de base para que Meadows y Meadows realizasen el I Informe al Club de Roma, divulgado posteriormente con el nombre de Los límites del crecimiento. Estos trabajos y su discusión popularizaron la Dinámica de Sistemas a nivel mundial.
HISTORIA DE LA DINÁMICA DE SISTEMAS
Forrester estableció un paralelismo entre los sistemas dinámicos (o en evolución) y uno hidrodinámico, constituido por depósitos, intercomunicados por canales con o sin retardos, variando mediante flujos su nivel, con el concurso de fenómenos exógenos.
la dinámica de sistemas, permite en estos días ir más allá de los estudios de casos y las teorías descriptivas. La dinámica de sistemas no está restringida a sistemas lineales, puediendo hacer pleno uso de las características no-lineales de los sistemas. Combinados con las computadoras, los modelos de dinámica de sistemas permiten una simulación eficaz de sistemas complejos. Dicha simulación representa la única forma de determinar el comportamiento en los sistemas no-lineales complejos.
CONCEPTO DE SISTEMA
Un sistema lo entendemos como una unidad cuyos elementos interaccionan juntos, ya que continuamente se afectan unos a otros, de modo que operan hacia una meta común. Es algo que se percibe como una identidad que lo distingue de lo que la rodea, y que es capaz de mantener esa identidad a lo largo del tiempo y bajo entornos cambiantes [1].
[1] Javier Aracil y Francisco Gordillo, 1997: Dinámica de Sistemas
CONCEPTO DE SISTEMAS
Un sistema[2] es una totalidad percibida cuyos elementos se “aglomeran” porque se afectan recíprocamente a lo largo del tiempo y operan con un propósito común, La palabra deriva del verbo griego sunislánai que originalmente significaba “causar una unión”. Como sugiere este origen, la estructura de un sistema incluye la percepción unificadora del observador.
Como ejemplos de sistemas podemos citar los organismos vivientes (incluidos los cuerpos humanos), la atmósfera, las enfermedades, los nichos ecológicos, las fábricas, las reacciones químicas, las entidades políticas, las comunidades, las industrial, las familias, los equipos y todas las organizaciones. Usted y su trabajo son elementos de muchos sistemas diferentes. [2] Senge Peter, 1998: La quinta disciplina en la práctica; pags. 93, 95
El pensamiento Sistémico[1] En su nivel más amplio, el pensamiento sistémico abarca una amplia y heterogéneo variedad de métodos, herramientas y principios, todos orientados a examinar la interrelación de fuerzas que forman parte de un proceso común.
Hay una forma del pensamiento sistémico que se ha vuelto sumamente valiosa como idioma para describir el logro de un cambio fructífero en las organizaciones. Esta forma, llamada “dinámica de sistemas”,
Los métodos y herramientas que se describirán en este proyecto -eslabones y ciclos, arquetipos, modelación, tienen sus raíces en la dinámica de sistemas, que permite comprender que los procesos complejos de realimentación pueden generar conductas problemáticas dentro de las organizaciones y los sistemas humanos en gran escala[2].
[1] Senge Peter, 1998: La quinta disciplina en la práctica; pags. 93, 95
[2] Senge Peter, 1998: La quinta disciplina en la práctica; pags. 93, 95
Estructura sistémica
Algunos piensan que la “estructura” de una organización es el organigrama. Otros piensan que “estructura” alude al diseño del flujo de trabajo y los procesos empresariales. En el pensamiento sistémico la "estructura” es la configuración de interrelaciones entre los componentes claves del sistema.
MODELOS Y AYUDA EN LA TOMA DE DECISIONES
Un modelo es una representación de algún equipo o sistema real. El valor de un modelo surge cuando éste mejora nuestra comprensión de las características del comportamiento en forma más efectiva que si se observará el sistema real.
Un modelo, comparado con el sistema verdadero que representa, puede proporcionar información a costo más bajo y permitir el logro de un conocimiento más rápido de las condiciones que no se observan en la vida real.
Modelos estáticosLos modelos estáticos describen un
sistema, en términos de ecuaciones matemáticas, donde el efecto potencial de cada alterativa es evaluada a través de ecuaciones. La actuación del sistema es determinada sumando los efectos individuales. Los modelos estáticos ignoran las variaciones en el tiempo
Modelos dinámicos Los modelos dinámicos son una
representación de la conducta dinámica de un sistema, Mientras un modelo estático involucra la aplicación de una sola ecuación, los modelos dinámicos, por otro lado, son reiterativos. Los modelo dinámicos constantemente aplican sus ecuaciones considerando cambios de tiempo.
Tipos de modelos a estudiar con la dinámica de sistemas
Evento Continuo
La simulación continua son análogas a un
deposito en donde el fluido que atraviesa una cañería es constante. El
volumen puede aumentar o puede
disminuir, pero el flujo es continuo. En modelos
continuos, el cambio de valores se basa
directamente en los cambios de tiempo.
Evento discreto
La llegada de órdenes, o las partes que están siendo ensambladas, así como los clientes que llaman, son ejemplos de eventos discretos. El estado de los cambios en los modelos sólo se dan cuando esos eventos ocurren. Una fábrica que ensambla partes es un buen ejemplo de un sistema de evento discreto. Las entidades individuales (partes) son ensambladas basadas en eventos (recibo o anticipación de órdenes). El tiempo entre los eventos en un modelo de evento discreto raramente es uniforme:
Simulación
La simulación involucra el diseño de modelos de un sistema, llevando a cabo experimentos en él.
El propósito de éstos ("que pasa si") experimentos son determinar cómo el sistema real realiza y predice el efecto de cambios al sistema a través del tiempo.
Por ejemplo, se acostumbra emplear la simulación al contestar preguntas
como:
¿Qué efectos tiene un incremento en la tasa poblacional en una comunidad?
¿Qué pasaría si aumento el número de programas para evitar que los niños jóvenes y adultos comentan robos?
DINÁMICA DE SISTEMAS
JAY FORRESTERJAY FORRESTER
DEFINICIÓN DE LA D.S.Es una metodología de uso generalizado para modelar y estudiar el comportamiento de cualquier clase de sistemas y su comportamiento a través del tiempo y que tenga características de existencias de retardos y bucles de realimentación[1].
Estudia las características de realimentación de la información en la actividad industrial con el fin de demostrar como la estructura organizativa, la amplificación (de políticas) y la demoras (en las decisiones y acciones) interactúan e influyen en el éxito de la empresa[2].
Es un método en el cual se combinan el análisis y la síntesis, suministrando un ejemplo concreto de la metodología sistémica. La dinámica de sistemas suministra un lenguaje que permite expresar las relaciones que se producen en el seno de un sistema, y explicar como se genera su comportamiento[3].
[1] Martínez Silvio y Requema Alberto. “Simulación dinámica por ordenador” Alianza Editorial, Madrid, 1988.[2] Forrester, Jay W. “Dinámica industrial”. Editorial Ateneo, Buenos Aires, 1981.[3] Aracil Javier y Gordillo Francisco. “Dinámica de sistemas”, Alianza Editorial, Madrid, 1997.
DEFINICIÓN DE LA D.S.Promueve el aprendizaje sobre y en la organización, con la intención de formar organizaciones inteligentes y abiertas al aprendizaje.
Combina la teoría,los métodos y la filosofía para analizar el comportamiento de los sistemas(Jay Forrester).
Muestra como van cambiando las cosas a través del tiempo.
Se origina con el enfoque de sistemas,haciendo énfasis en:
Holismo (las conexiones entre las partes que forman el todo) Interdisciplinarias Principios de cibernética(mecanismos de combinación y
control de sistemas complejos).Su aplicación se ha extendido al medio ambiente, la política, la conducta económica, la medicina, la ingeniería,al estudio de los social (comportamientos de las personas y la repercusión de sus acciones).
HISTORIA DE LA DINÁMICA DE SISTEMAS
Forrester, ingeniero de sistemas del Instituto Tecnológico de Masachussets (MIT) desarrolló esta metodología durante la década de los cincuenta. La primera aplicación fue el análisis de la estructura de una empresa norteamericana, y el estudio de sus ventas, publicada como Industrial Dynamics.
En 1969 se publica la obra Dinámica Urbana, en la que se muestra cómo el "modelado DS" es aplicable a sistemas de ciudades.
En 1970, aparece El modelo del mundo, trabajo que sirvió de base para realizar el I Informe al Club de Roma, divulgado posteriormente con el nombre de Los límites del crecimiento. Estos trabajos y su discusión popularizaron la Dinámica de Sistemas a nivel mundial.
ELEMENTOS DE LA DINÁMICA DE SISTEMAS
Noción del sistema dinámico
Límites del sistema Aprendizaje organizacional Elementos y relaciones en
los modelos.
NOCIÓN DE SISTEMA DINÁMICO
La característica fundamental que interesa considerar es la evolución del sistema en el tiempo.Determinar las interacciones que permiten observar su evolución.
Limites del sistema
Son las líneas de demarcación que incluye o excluye del modelo.La traza puede considerarse subjetivoLos elementos descritos en el límite del sistema deben ser capaces de generar el problemaExplica el comportamiento e interés que se genera en el interiorRelación causa-efecto: MEDIOSISTEMARelación de realimentación: ELEMENTOS EN EL INTERIOR DEL SISTEMA.
APRENDIZAJE ORGANIZACIONAL
Forrester da limitaciones al proceso “natural” que lo hace ineficiente.La solución es un proceso “diseñado” que se desarrolla en el laboratorio para hacerlo más eficiente.
Elementos y relaciones en los modelos.
Un sistema esta formado por un conjunto de elementos en interacción.Del mismo modelo se pueden generar distintos modelos.
Diagramas Causales: Tipo de Variables
Variables exógenas: Afectan al sistema sin que este las provoque.Variables endógenas: Afectan al sistema pero este sí las provoca.
Diagramas Causales
Muestran el comportamiento del sistema.Permite conocer la estructura de un sistema dinámico, dada por la especificación de las variables y la relación de cada par de variables.
A A A
B “A tiene influencia en B”
B+ “a un aumento de A corresponde un aumento de B” (relación positiva)
B- “a un aumento de A corresponde una disminución de B” (relación negativa)
Diagramas Causales
Tipos de relaciones que ligan dos elementos entres si:
RELACIÓN CAUSAL: Aquella en la que un elemento A determina a otro B, con relación de Causa a Efecto.
RELACIÓN CORRELATIVA: Existencia de una correlación entre dos elementos del sistema, sin existir entre ellos una relación Causa-Efecto
Diagramas Causales
BUCLES DE REALIMETACIÓN POSITIVA: Son aquellos en los que la variación de un elemento se propaga a lo largo del bucle de manera que refuerza la variación inicial.
A B
Efecto. Bola de nieve
(tiende a Explotar)
Diagramas Causales
BUCLES DE REALIMETACIÓN NEGATIVA: Son aquellos en los que la variación de un elemento se propaga a lo largo del bucle de manera que contrarreste la la variación inicial. TIENDE A CREAR EQUILIBRIO.
AB
C
Cómo se debe de desarrollar un diagrama Causal
Listar todas las variables posibles, pueden ser cuantitativas y cualitativas:
Ventas
Estrés
Revisar la lista para refinarla:
Revisar si alguna variable ya está incluida en otra o significan lo mismo.
Si es realmente crítica o no.
Cómo se debe de desarrollar un diagrama Causal
Poner un nombre adecuado a la variable Usar sustantivos, no verbos:
SI: Nuevos productos NO: Desarrollar nuevos productos SI: Ganancias NO: Ser rentable
Usar nombres más neutrales o positivos: SI: Satisfacción en el trabajo NO: Inconformidad con el trabajo SI: Moral en el Recurso Humano NO: Mala vibra
USO DE SOFTWARE VENSIM P L E
Nos permite:Construir modelos complicados a partir de modelos sencillos.Simular modelos elaborados y comparar resultados.Construir modelos de tipo causales o de tipo niveles-tasas, entrar ecuaciones y editar variables tablas o LOOKUP.
LA DINAMICA DE SISTEMAS EN EL CONTEXTO DE LA ING. DE SISTEMAS
Las distintas variables que podemos asociar a las partes de un sistema sufren cambios a lo largo del tiempo, como consecuencia de las interacciones que se producen en ellas.
MODELOS Y AYUDA EN LA TOMA DE DESICIONES
Distinguimos dos tipos de modelos:MODELOS ESTATICOS: Describen un sistema en términos de ecuaciones matemáticas.Ignoran las variaciones en el tiempo.MODELOS DINAMICOS: Mientras un modelo estático aplica solo una ecuación, los modelos dinámicos son reiterativos.
Para analizar y resolver un problema usando Dinámica de Sistemas se requieren las siguientes destrezas:-Un conocimiento cabal del problema a tratar.- Un método para estructurar y organizar el conocimiento acerca del problema.
- Una herramienta, la simulación por computador.Estas destrezas se deben combinar en una secuencia de pasos requeridas para la construcción de un modelo de simulación:Definición del Problema: Se debe reconocer y definir un problema que puede ser analizado en términos de dinámica de
Sistemas. Esto se cumple si:-Las cantidades de interés varían a lo largo del tiempo.- Las fuerzas que producen esta variabilidad pueden describirse causalmente.-Las influencias causales pueden ser contenidas en un sistema cerrado de lazos de realimentación.
Definición del Sistema: Definir las diferentes relaciones o procesos que operan en el sistema. Algunas de las técnicas más usadas son los diagramas causales, diagramas de flujo, etc.Representación del Modelo: Plasmar el resultado de las dos fases anteriores en un modelo que pueda ser implementado en computador.
Determinar el Comportamiento del Modelo:Generar gráficos de las variables del sistema en función del tiempo, usando el modelo computacional anterior.Evaluación del Modelo: Evaluar la validez del modelo.Análisis de Escenarios y Uso del Modelo: Se trata de usar el modelo para la toma de
decisiones que permita evaluar los efectos que determinadas situaciones tendrían sobre el sistema real.
MODELOS Y AYUDA EN LA TOMA DE
DECISIONES
MODELOS Y AYUDA EN LA TOMA DE DECISIONES
Un modelo es una representación de algún equipo o sistema real. El valor de un modelo surge cuando éste mejora nuestra comprensión de las características del comportamiento en forma más efectiva que si se observará el sistema real.
Un modelo, comparado con el sistema verdadero que representa, puede proporcionar información a costo más bajo y permitir el logro de un conocimiento más rápido de las condiciones que no se observan en la vida real.
CLASIFICACION
MODELOS ESTATICOS
MODELOS DINAMICOS
Modelos estáticos
Los modelos estáticos describen un sistema, en términos de ecuaciones matemáticas, donde el efecto potencial de cada alterativa es evaluada a través de ecuaciones. La actuación del sistema es determinada sumando los efectos individuales. Los modelos estáticos ignoran las variaciones en el tiempo
Modelos dinámicos
Los modelos dinámicos son una representación de la conducta dinámica de un sistema, Mientras un modelo estático involucra la aplicación de una sola ecuación, los modelos dinámicos, por otro lado, son reiterativos. Los modelo dinámicos constantemente aplican sus ecuaciones considerando cambios de tiempo.
FASES EN LA CONSTRUCCION DE UN
MODELO
CONCEPTUALIZACION.FORMULACIONANALISIS Y EDUCACIONGENERALIZACION DE MODELOS
ETAPAS DE MEJORA DE MODELOSDATOS EN LA DINAMICA DE SISTEMAS(VARIABLES)¿QUÉ ES UN MODELO AGREGADO?CLASIFICACION DE LO MODELOS
RETRASOS EN LOS SISTEMAS
RETRASO DE MATERIAL DE PRIMER ORDEN
t1t2
RETRASO DE PRIMER ORDEN EN RETROALIMENTACION DEL NIVEL DE FLUJO DE SALIDA
RETRASO EN LA TRANSMISION DE LA INFORMACION
REGLAS PARA APLICAR RETRASOS
CASOS
CASO I: “CICLOS DE DESARROLLO DE LOS BOSQUES”DINAMICA: DESARROLLO DE LOS BOSQUES
LLUVIAS
AGUA DISPONIBLE
LUZ SOLAR
LLEGA A CADA PLANTA
CANTIDAD DE SOL
LAS PLANTASDENSIDAD DE
PROFUNDIDAD DEL SUELO
SUELO
RIQUEZA DEL
DISUELTOSMINERALES
ROCAS
CASO II: “ CICLO DEL CARBONO”
respiración de animales
descomposición
muerte de plantas
muerte de animales
número de animales
por animalesplantas comidas
las plantastranspiración de
número de plantas
fotosintesis
en el airebioxido de carbono
CASO III: “ RECOLECCION DE BASURA”
BIBLIOGRAFIA
1.ARACIL Santoja Javier: “Introducción a la Dinámica de Sistemas.Editorial
Alianza,Madrid,1986. 2.FORRESTER Jay W: “Dinámica Industrial”.
Editorial Ateneo, Buenos Aires, 1981.
3.GORDON Geoffey: “Simulación de Sistemas.” Editorial Diana, Sexta Edición, México, 1991.
4.ROBERT B.Edward: “Managerial Applications System Dynamics.Productivity” Press.U.S.A. 1978.