henry tucto, dinámica de sistemas

INTRODUCCIÓN

A LA

DINÁMICA DE SISTEMAS

Autores:Henry E. Tucto Espinoza ([email protected])

Javier Villar Soria ([email protected])

Dinámica de Sistemas Grupo HETUES ®

© Copyright: Henry Tucto & Javier Villar 2

DINÁMICA DE SISTEMAS

1. AntecedentesLa dinámica de sistemas fue desarrollada por el doctor Jay Forrester del MITcomenzando los años 50 s.

• 1956 - 1961: la estructura de los sistemas fue descrita en términos de lazos deretroalimentación y sus componentes en subestructuras.

• 1962 - 1966: se comenzó enseñar la teoría general de sistemas. También secomenzaron los primeros estudios en sistemas sociales e industriales.

• 1967 - 1975: se desarrolló reinterpretación matemática de los lazos deretroalimentación. Asimismo se definieron e ilustraron los principios delcomportamiento dinámico de los sistemas.

2. Principales Contribuciones del Uso de Dinámica de SistemasLa Dinámica de Sistemas combina la teoría, los métodos y la filosofía para analizar elcomportamiento de los sistemas. La dinámica de sistemas surgió de la búsqueda de unamejor comprensión de la administración. Su aplicación se ha extendido ahora alcambio medioambiental, la política, la conducta económica, la medicina y laingeniería, así como a otros campos. La dinámica de sistemas muestra cómo vancambiando las cosas a través del tiempo.

- Sistemas Sociológicos (Dinámica de sistemas de Pareto o Marx, implantación de lajusticia).

- Sistemas Ecológicos.- Medioambientales§ Dinámica de poblaciones§ Contaminación

- Sistemas Energéticos.- Sistemas de defensa.

Dentro de las grandes aplicaciones podemos mencionar que la creación de modelos desimulación con esta técnica ha recorrido un largo camino, y tiene la siguientecronología:

- La Cibernética (1950), la creación de máquinas con mecanismos de controlautomático.

- La Dinámica Industrial (1960), con las aplicaciones en organización de laproducción.

- Los Modelos Económicos (1970), son modelos econométricos nacionales ymodelos del mundo.

- Dirección de Empresas (1980), se dieron aplicaciones en dirección yadministración de empresas.

- Ecología y Medio Ambiente (1990). Estudios de Impacto Ambiental y Gestión deRecursos Naturales.

- Comportamiento Humano (2000). Se dan los primeros estudios en psicología ysociología bajo un enfoque de la Dinámica de Sistemas.



3. Metodología Sistémica

Para el estudio de los sistemas en general se ha desarrollado lo que se conoce comometodología sistémica, o conjunto de métodos mediante los cuales abordar losproblemas en los que la presencia de sistemas es dominante. En realidad, lametodología sistémica pretende aportar instrumentos con los que estudiar aquellosproblemas que resultan de las interacciones que se producen en el seno de un sistema, yno de las partes del sistema consideradas aisladamente.

El análisis de un sistema consiste en su disección, al menos conceptual, para establecerlas partes que lo forman. Sin embargo, el mero análisis de un sistema no es suficiente;no basta con saber cuáles son sus partes. Para comprender su comportamientonecesitamos saber cómo se integran; cuáles son los mecanismos mediante los que seproduce su coordinación.

El especialista en sistemas, al estudiar un cierto aspecto de la realidad analiza cuálesson los distintos elementos que lo forman, al tiempo que trata de especificar como seproduce la integración de esos elementos en la unidad del problema que estáanalizando. Por tanto, para él, tanta importancia tiene el todo (el propio sistema) comolas partes, y al considerar al sistema como una unidad lo hará sin perder de vista laspartes que lo forman, pero al considerar las partes, no perderá de vista que son parte deun todo.

Aunque lo que se acaba de enunciar puede parecer muy abstracto, se irá viendo cómola dinámica de sistemas aporta un ejemplo concreto de una metodología en la que searticulan el análisis y la síntesis, por lo que nos va a suministrar una muestra de unametodología sistémica.

En dinámica de sistemas vamos a ocuparnos de analizar cómo las relaciones en el senode un sistema permiten explicar su comportamiento. Un sistema, como ya se hadefinido, es un conjunto de elementos en interacción. Esta interacción es el resultadode que unas partes influyen sobre otras. Estas influencias mutuas determinarán cambiosen esas partes. Por tanto, los cambios que se producen en el sistema son reflejo, enalguna medida, de las interacciones existentes. Los cambios en un sistema semanifiestan mediante su comportamiento. Por otra parte, el conjunto de relacionesconstituye lo que se denomina su estructura. Por tanto, podemos decir que la dinámicade sistemas trata de poner de manifiesto cómo están relacionados la estructura y elcomportamiento.

La metodología sistémica suministra también un lenguaje que aporta nuevas formas dever los problemas complejos. Las herramientas que aporta la dinámica de sistemas,desde los diagramas de influencia hasta los modelos informáticos, nos van a permitirver los sistemas que están en nuestro entorno mediante una óptica diferente que nosdescubrirá aspectos en los que posiblemente no hayamos reparado y que, de este modo,nos permita alcanzar una visión más rica de la realidad.

Pasos a seguir de la metodología sistémica

1. Conceptualización1. Descripción Verbal del Sistema2. Definición precisa del Problema

1. Modo de Referencia



2. Horizonte Temporal2. Construcción de un Diagrama Causal

1. Representación o Formulación2. Construcción del Diagrama de Forrester3. Establecimiento de las Ecuaciones para Simulación

3. Análisis y Evaluación1. Análisis del Modelo

1. Comparación con el Modo de Referencia2. Análisis de Sensibilidad3. Análisis de Políticas

2. Evaluación, Comunicación e Implantación

4. AplicacionesLa dinámica de sistemas es una metodología ideada para resolver problemas concretos.

Inicialmente se concibió para estudiar los problemas que se presentan en determinadasempresas en las que los retrasos en la transmisión de información, unido a la existencia deestructuras de realimentación, dan lugar a modos de comportamiento no deseables,normalmente de tipo oscilatorio. Originalmente se denominó dinámica industrial. Lostrabajos pioneros se desarrollaron a finales de los años 50, y durante los 60 tiene lugar suimplantación en los medios profesionales. A mediados de los 60, Forrester propone laaplicación de la técnica que había desarrollado originalmente para los estudios industriales,a sistemas urbanos. Surge así lo que se denominó la dinámica urbana en la que las variablesconsideradas son los habitantes en un área urbana, las viviendas, las empresas, etc. Unaaplicación análoga a la dinámica urbana lo constituye la dinámica regional. Con estosmodelos se pretende aportar un elemento auxiliar para la planificación urbana y regional,representando las interacciones que se producen entre las principales magnitudes socio-económicas del área correspondiente, y generando, a partir de ellas, las evoluciones de lasmagnitudes consideradas significativas: habitantes, indicadores económicos, etc. para, apartir de estas evoluciones, planificar las necesidades de infraestructura y otras.

A finales de la década de los 60 se produce el estudio que posiblemente más hayacontribuido a la difusión de la dinámica de sistemas. Se trata del primer informe al Club deRoma, sobre los límites al crecimiento, que se basó precisamente en un modelo dedinámica de sistemas, en el que se analizaba la previsible evolución de una serie demagnitudes agregadas a nivel mundial como son la población, los recursos y lacontaminación. En este modelo se analizaba la interacción de estas magnitudes y se poníade manifiesto cómo, en un sistema, debido a las fuertes interacciones que se producen ensu seno, la actuación sobre unos elementos, prescindiendo de los otros, no conduce aresultados satisfactorios. El informe correspondiente tuvo una gran incidencia en la opiniónpública y ha sido objeto de múltiples debates, tanto a favor como en contra.

A raíz de la realización de este informe, se puso de manifiesto que la dinámica de sistemasera algo más que la dinámica industrial o la dinámica urbana, y se convino adoptar ladenominación de dinámica de sistemas, con la que se conoce actualmente. Los campos deaplicación de la dinámica de sistemas son muy variados. Durante sus más de 40 años deexistencia se ha empleado para construir modelos de simulación informática en casi todaslas ciencias. Por ejemplo, en sistemas sociológicos ha encontrado multitud de aplicaciones,desde aspectos más bien teóricos como la dinámica social de Pareto o de Marx, hastacuestiones de implantación de la justicia. Un área en la que se han desarrollado importantesaplicaciones es la de los sistemas ecológicos y medioambientales, en donde se hanestudiado, tanto problemas de dinámica de poblaciones, como de difusión de lacontaminación. Otro campo interesante de aplicaciones es el que suministran los sistemas



energéticos, en donde se ha empleado para definir estrategias de empleo de los recursosenergéticos. Se ha empleado también para problemas de defensa, simulando problemaslogísticos de evolución de tropas y otros problemas análogos. Más allá de las aplicacionesconcretas que se acaban de mencionar, la difusión de estas técnicas ha sido muy amplia, yen nuestros días se puede decir que constituye una de las herramientas sistémicas mássólidamente desarrolladas y que mayor grado de aceptación e implantación han alcanzado.

Casos Típicos

• Problema de crecimiento poblacional en el estado de México contra el incrementode la población.

• Generación de residuos sólidos y qué hacer con ellos para evitar polución en ellargo plazo.

• Qué estrategia usar: legalizar las drogas o seguir como actualmente se está.• Cómo integrar unidades de negocios para competir globalmente.

• Cómo predecir si un cambio organizacional va a tener éxito.• Cuales son las esencias de las elecciones del país.

• Cómo se extiende una epidemia en cualquier zona del país.• Cómo se comportará el sistema de ahorro para el retiro en los siguientes 25 años.

Cosas que no son aceptables para la modelación dinámica.• Control de producción.

• Inventario.• Práctica administrativa.

• Actividad empresarial aislada.• Proceso ya definido y estructurado.

• Simulación de actividades rutinarias que no tiene ninguna de las característicasmencionadas al inicio.

5. Software para Simular

Ø PROMODEL: Características

• Rápido aprendizaje con interfaces muy amigables.• Explora escenarios ¿Qué pasa si....? rápida y fácilmente.• Fácil manejo y análisis de los datos a través de la exportación de los resultados

en formato Microsoft® Excel.• Construye modelos a medida con gráficas detalladas de manufactura,

almacenaje y transporte.• Agrega el detalle necesario incorporando máquinas, operadores, grúas

horquillas, grúas puente, correas transportadoras, asignación de turnos detrabajo, tiempos muertos, etc.

• Captura la variabilidad y aleatoriedad de su proceso utilizando más de 20 tiposde distribuciones de probabilidad estadística, o importe directamente suspropios datos.

• Distribuye fácilmente, a través del correo electrónico, los modelosdesarrollados por usted a otras divisiones o departamentos.



Ø STELLA: Características

• Importar/exportar datos a través de MS Excel. Los datos pueden serimportados directamente desde una hoja de cálculo a modelos de STELLA® yiThink® y desde un modelo a la misma u otra hoja de cálculo. Vincularmodelos a hojas de cálculo hace fácil actualizar los modelos con nuevos valoreso actualizar las hojas de cálculo con los últimos resultados obtenidos en losmodelos.

• Presentación de modelos como Causal Loop Diagrams. Los CLD resaltanlos loops dominantes o seleccionan conexiones causales entre entes de susmodelos.

• Compatibilidad con versiones anteriores. Los modelos de la versión 9pueden ser salvados como modelos de versión 7 haciendo fácil compartir sutrabajo con usuarios que no hayan actualizado aún.

• Nuevos formatos de imágenes. Los archivos de imágenes pueden serimportados o creados con los siguientes formatos: pict (*.pct), gif (*.gif),bitmap (*.bmp), tiff (*.tif), jpeg (*.jpg), o png (*.png).

• Nuevas funciones integradas. Uns nueva función estadística(LOGNORMAL) y cinco nuevas funciones Array (arraymin, arraymax,arrayminidx, arraymax_idx, y arrayvalue) han sido agregadas a la lista defunciones integradas.

• Capacidades de arrastrar y soltar. Esta nueva funcionalidad simplifica lacreación y actualización de gráficos y tablasy la adición de imágenes a losmodelos.

• Acceso a comandos a través del botón derecho del mouse. Haciendo uso deeste botón sobre un elemento de un modelo provee acceso a un menú decomandos.

• Mejoras en la interfase. Las interfases han sido actualizadas y reorganizadaspara hacer más fáciles de usar las aplicaciones.

Ø MATLAB: Características• Cálculos intensivos desde un punto de vista numérico.• Gráficos y visualización avanzada.• Lenguaje de alto nivel basado en vectores, arrays y matrices.• Colección muy útil de funciones de aplicación.• Análisis de datos y visualización• Cálculo numérico y simbólico• Gráficos para ciencias e ingeniería• Desarrollo de algoritmos y aplicaciones• Modelado y simulación• Salidas en lenguaje C y C++

• QSB: Características• ARENA: Características

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