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II0040_M1AA1L2_Conceptos Versión: Septiembre 2012 Revisor: Laura Cabello Barocio

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Conceptos básicos

por Oliverio Ramírez

Sistemas abiertos y sistemas cerrados Una forma de clasificar los sistemas es de acuerdo a la interacción que tengan con su entorno, así, los sistemas se pueden clasificar en sistemas abiertos y sistemas cerrados. De acuerdo con Forrester citado por Johansen (2008), un sistema cerrado es aquél cuya salida (o producto) modifica su entrada o insumos, y por lo tanto un sistema abierto es aquél cuya salida no modifica su entrada. De acuerdo con esta definición, un ejemplo de sistema cerrado puede ser un sistema de calefacción (como un calentador de agua), cuya temperatura es controlada por un termostato; cuando la temperatura de salida del sistema alcanza un límite superior establecido envía una señal al control de temperatura (termostato) y éste limita la entrada de calor hasta que la temperatura sea menor al límite superior establecido y así sucesivamente. Un ejemplo de sistema abierto de acuerdo con esta definición sería una Río, en donde el agua que sale del sistema no altera o modifica la cantidad de agua que entra en él. Por otro lado Von Bertalanffy, citado también por Johansen (2008, p. 68) establece que un sistema cerrado “es aquél que no intercambia energía con su entorno” mientras que un sistema abierto sí lo hace. Johansen (2008) define sistema abierto “…como aquel sistema que interactúa con su medio, importando energía, transformando de alguna forma esa energía y finalmente exportando la energía convertida. Un sistema… será cerrado cuando no es capaz de llevar a cabo esta actividad por su cuenta” (p. 69-70). Por lo tanto podemos definir ciertas características a cada sistema:

Sistemas Abiertos Sistemas Cerrados Dentro de su funcionamiento, sus insumos no afectan la información de entrada.

Dentro de su funcionamiento, sus insumos modifican la información de entrada.

Interactúa con el medio importando y exportando materiales, energía e información.

No interactúa con el medio por cuenta propia.

Estado dinámico Estado estático Tabla 1. Sistemas abiertos y sistemas cerrados.



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Emergencia y jerarquía De acuerdo con Checkland (1999), el pensamiento de sistemas se fundamenta en dos pares de ideas:

1) Emergencia y jerarquía. 2) Comunicación y control.

La emergencia (o propiedades emergentes) de un sistema, tiene que ver con el funcionamiento de un sistema como un todo. En el ejemplo del automóvil, los subsistemas separados (tracción, transmisión, frenos, etc.) no son capaces de proporcionar el servicio de transportación; éste sólo puede ser obtenido cuando todos los elementos del sistema funcionan juntos. Una televisión, no podría proyectar imágenes si las diferentes secciones que la conforman (sección de alimentación, sección frecuencia intermedia, sección de alto voltaje, cinescopio, entre otras) estuvieran separadas. O’connor & McDermont (1998) resumen “Los sistemas tienen propiedades emergentes que no se encuentran en las partes que los componen. No se pueden predecir las propiedades de un sistema dividiéndolo y analizando sus partes.” (p. 32). Dentro de las ventajas que ofrecen las propiedades emergentes de los sistemas es el hecho de que no es necesario saber electrónica para beneficiarse de un aparato de televisión, ni hace falta saber mecánica automotriz para conducir un automóvil. Así, un gerente de una empresa no tiene que ser especialista en todas las áreas que la componen para darles instrucciones y un Presidente de la República no es necesario que tenga contacto con todos los ciudadanos del país para gobernarlos. La jerarquía por otro lado, implica que existen diferentes niveles de complejidad de sistemas y cada nivel se puede caracterizar por sus propiedades emergentes. Por ejemplo, un sistema de frenos es un sistema de menor complejidad que el sistema automóvil, o el sistema respiratorio es de menor complejidad que el sistema del ser humano. Entonces, la jerarquía del automóvil implica a los frenos como subsistema que se comunica con el sistema por medio de las balatas y se controla por medio de los pedales. La comunicación y el control, tienen que ver con el hecho de que un sistema no es lineal si no que se comporta más bien en forma circular en los que las diferentes conexiones entre los elementos del sistema forman circuitos de realimentación. Por ejemplo el automóvil, cuando se presiona el pedal del freno, el subsistema de frenos se comunicará con el automóvil por medio de las balatas al frenar el carro. De esta misma forma, en un sistema del cuerpo humano, cuando el subsistema de un órgano del cuerpo requiere comunicarse utiliza por ejemplo el dolor o el incremento en la temperatura para comunicarse con el sistema y así controlar ya sea una infección o la necesidad de reposo para volver a que trabaje de forma continua el sistema.



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Figura 1. Bucle de realimentación (O’Connor & McDermont, 1998, p. 52).

Otro ejemplo, cuando un conductor pisa el acelerador de su automóvil lo hace para incrementar su velocidad de desplazamiento pero conforme alcanza su objetivo (el cual puede verificar con el velocímetro del coche) el cerebro envía una señal al pie y éste reduce la presión sobre el acelerador para no sobrepasar la velocidad establecida en un inicio, es decir, la información de salida del sistema (en este caso la velocidad de desplazamiento del automóvil) actúa como una forma de control del sistema de aceleración. O’Connor & McDermont (1998), mencionan que la realimentación puede ser de dos tipos: de refuerzo y de compensación. La realimentación de refuerzo implica que los cambios en la señal de salida del sistema amplifican los cambios que los originaron. Por ejemplo, si un trabajador realiza sus funciones de forma adecuada cumpliendo con los estándares de calidad de la compañía y ésta le proporciona ingresos adicionales (en forma de bonos por buen desempeño), el trabajador tratará de hacer cada vez mejor su trabajo. El interés compuesto, proporcionado por una inversión bancaria puede considerarse como una realimentación de refuerzo ya que al acumularse los intereses y el capital cada periodo de la inversión, ésta crecerá tanto como se le permita. En un sistema con realimentación de refuerzo, el cambio producido recorre todo el sistema produciendo más cambios en la misma dirección. En un sistema con realimentación de compensación el cambio producido en la salida del sistema enviará información de realimentación que se opondrá al cambio en el mismo. Por ejemplo, en una bobina (alambre de cobre enrollado usado en circuitos eléctricos) cuando se le hace pasar una corriente eléctrica ésta produce un campo magnético que poco a poco se va oponiendo al paso de la corriente que lo produce y puede alcanzar un punto en donde la fuerza del campo magnético sea tan grande que impida el paso de la corriente a través de la bobina o inductor.



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Esto mismo proceso se produce cuando comemos, en un principio sentimos mucha hambre y comemos con cierta rapidez pero conforme empezamos a sentir cierta satisfacción, comemos más lento y vamos incorporando cada vez menores cantidades de comida hasta quedar satisfechos completamente, es entonces cuando dejamos de comer. Es importante mencionar que la realimentación en un sistema requiere cierto tiempo para recorrer todo el sistema, por ejemplo, retomando el ejemplo del hambre, para que el aparato digestivo envíe señales de saciedad al cerebro, pasa un cierto tiempo (aproximadamente 20 minutos) el que a su vez detiene la ingesta de más alimentos. Por ello muchos nutriólogos recomiendan comer en forma lenta para que el sistema tenga tiempo de enviar las señales de saciedad y no se ingieran demasiados alimentos. Entre más complejos sean los sistemas, las señales tardan más en recorrer todo el círculo de realimentación. De esta forma, los cambios actuales que se están llevando a cabo en el nivel medio superior con la Reforma integral, tardarán cierto tiempo en impactar a los alumnos de este sistema educativo. Cuando se realizan cambios en los sistemas complejos (como una organización) se deben considerar todos los factores posibles pues las decisiones tomadas hoy pueden repercutir de varias formas en un futuro poco predecible en ocasiones. La clasificación de los sistemas Existen varias clasificaciones de sistemas dentro de las que se encuentran la clasificación de Boulding, la taxonomía de Jordan y la de Checkland. Cada una está basada en diferentes perspectivas y específicamente Boulding (1956, citado por Checkland, año) considera que los sistemas se pueden clasificar de acuerdo a su complejidad y plantea nueve niveles. Su clasificación se muestra en la figura 2. De acuerdo con Checkland (1999), la clasificación de Boulding no proporciona una definición adecuada de complejidad del sistema así, menciona que “para especificar una estructura, son necesarios la longitud y quizá la masa; los mecanismos de reloj requieren longitudes, masas y tiempo; la especificación de un termostato requiere longitudes, masas, tiempo y una medida de información”, (p. 127) pero que los niveles siguientes no están descritos de forma convincente. El pensamiento de sistemas de Jordan (1968) a través de su taxonomía de sistemas, se basa en tres principios de organización; estos principios son de razón de cambio, propósito y conectividad. En donde cada principio define una pareja de propiedades opuestas como se muestra en la tabla de la figura 3.



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Nivel Características (concretos o abstractos) Ejemplos Disciplinas Relevantes

Estructuras, Marcos Estática Estructuras de cristal,

puentes.

Descripciones, verbal o pictórica, de cualquier disciplina

Mecanismos de relojería

Movimiento predeterminado (quizá exhiba equilibrio)

Relojes, máquinas, el sistema solar.

Física, Ciencia Natural, Clásica.

Mecanismos de Control Control de circuito cerrado

Termostatos, mecanismos de homeostasis en organismos

Teoría de Control, Cibernética.

Sistemas Abiertos Estructuralmente de auto-Mantenimiento Flamas, células biológicas

Teoría del Metabolismo (Teoría de la Información)

Organismos inferiores

Todo organizado con partes funcionales, crecimiento “heliográfico”, reproducción. Plantas Botánica

Animales Un cerebro que guíe el comportamiento total, habilidad para aprender Pájaros, bestias. Zoología

El Hombre Autoconciencia, conocimiento del conocimiento, lenguaje simbólico Seres Humanos Biología, Psicología

Sistemas Socioculturales

Roles, comunicación, transmisión de valores

Familias, los Niños Exploradores, clubes de bebedores, Naciones.

Historia, Sociología, Antropología, Ciencia de la Conducta.

Sistemas Trascendentales

“Desconocidos ineludibles” La idea de Dios ?

Tabla 2. Una jerarquía intuitiva e informal de la complejidad del Mundo Real (después de Boulding, 1956), (Checkland, 1999, p. 126).

(1) Se asume que para cada nivel surgen las propiedades emergentes. (2) La complejidad se incrementa del nivel 1 al nivel 9 así como la dificultad para que un observador pueda predecir el comportamiento del sistema. (3) Los sistemas de nivel inferior se encuentran contenidos en los sistemas de nivel superior.



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Figura 2. Taxonomía de sistemas basada en dimensión (Jordan, 1968), (Checkland, 1999, p. 129).

En un sistema mecanístico si alguno de los elementos sufre un cambio, el resto de elementos no cambian. En un sistema organísmico, cualquier cambio en un elemento o conexión entre ellos afecta a todos. A partir de estas dimensiones se generan las siguientes ocho posibilidades.

Figura 3. Taxonomía de sistemas basada en dimensiones (Jordan 1968) [Checkland 1999, p. 129].



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Checkland (1999) por su parte, clasifica los sistemas en • Sistemas naturales. • Sistemas físicos diseñados. • Sistemas abstractos diseñados. • Sistemas de actividad humana • Sistemas trascendentales.

Figura 4. Clasificación de sistemas de Checkland. (Checkland, 1999, p. 133).

De acuerdo con este mapa tipológico los sistemas naturales son los que existen sin la intervención del hombre, algunos ejemplos de sistemas naturales son el sistema solar, la tierra, el ser humano, cualquier organismo vivo, entre otros. De estos ejemplos de sistemas naturales, el sistema ser humano cobra una relevancia superior al ser capaz de crear los otros tres tipos de sistemas. Así, el ser humano puede crear sistemas físicos como un automóvil, un refrigerador, o sistemas abstractos (no físicos) como las matemáticas, la tabla periódica de los elementos, los sistemas numéricos, o sistemas de actividad humana, que son descripciones intelectuales o tipos ideales para debatir sobre los posibles cambios que podrían llevarse a cabo en una situación problemática del mundo real. Finalmente, Checkland menciona que existen un quinto tipo de sistemas que nombra como trascendentales que son aquellos que se encuentran más allá del conocimiento humano como las cuestiones teológicas.



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Es importante mencionar que de esta clasificación los sistemas más complejos (sin considerar los sistemas trascendentales) son los sistemas de actividad humana, que son nuestro objeto de estudio, o como menciona el mapa, nuestro objetivo al aplicar el pensamiento sistémico será buscar alternativas para mejorar este tipo de sistemas. Evolución del movimiento de sistemas Aunque los inicios del pensamiento de sistemas puede considerarse desde los tiempos de Aristóteles (s. IV a. de C.), a quien se atribuye la frase “el todo es mayor que la suma de sus partes”, el siguiente esquema, muestra la evolución del movimiento de sistemas de las últimas décadas.

Figura 5. El movimiento de sistemas. (Checkland, 1999 p. 115).



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De la figura anterior se aprecia que la evolución del (1) movimiento de sistemas surge a partir del (2) estudio de las ideas de sistemas que dieron lugar a (3) las aplicaciones del pensamiento de sistemas en otras disciplinas. A su vez, el estudio de los sistemas se puede realizar desde una (4) perspectiva teórica (cuyo desarrollo inicia con la Teoría General de Sistemas, la Cibernética, entre otras) o a través del (5) desarrollo de la solución de problemas del mundo real mediante diferentes metodologías. Por otro lado, los puntos 6, 7 y 8 muestran que la solución de los diferentes tipos de situaciones problemáticas requiere del uso de distintas metodologías; por ejemplo, la ingeniería de sistemas se aplica en la solución a problemas estructurados o duros, el análisis de sistemas se puede aplicar en la toma de decisiones y la SSM (Metodología de sistemas suaves) se utiliza en problemas no estructurados o suaves. Sistemas duros y suaves De acuerdo con Checkland (1999) la diferencia entre un problema duro y uno suave es que el primero se puede formular como la búsqueda de los medios eficientes para lograr un propósito, mientras que en un problema suave los fines o metas son problemáticos en sí y no está definidos. La aplicación del pensamiento de sistemas en la solución de problemas duros, se da con la Ingeniería de sistemas que puede ser vista como la acción de concebir, diseñar, evaluar e implementar un sistema para que satisfaga alguna necesidad definida (la ejecución de un proyecto de ingeniería). Desde la década de los 50 los ingenieros y administradores desarrollaron los procedimientos para desarrollar proyectos con éxito, incluida la secuenciación necesaria de actividades, así como los enfoques al problema de la coordinación de los esfuerzos de numerosos especialistas. La figura siguiente muestra el proceso de la metodología utilizada en la ingeniería de sistemas, de acuerdo con lo que menciona Hall (citado por Checkland, 1999)

Figura 6. Secuencia de la solución de problemas usada por la Ingeniería en Sistemas según Hall (Checkland, 1999, p.153).



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El proceso inicia con la definición de un problema existente y la elección de objetivos, luego se proponen posibles alternativas de solución, se analiza y selecciona la alternativa más apropiada y que cumpla con los objetivos, para posteriormente desarrollar el sistema incluyendo la puesta en marcha y posibles modificaciones al sistema original. En ingeniería se debe formular un problema o propósito que luego se podrá evaluar de acuerdo con objetivos previamente establecidos. Por otro lado, surgió el Análisis de sistemas, que se aplica en la solución de problemas de toma de decisiones. De acuerdo con Hitch (citado por Checkland, 1999, p. 159), los elementos primordiales de un análisis de sistemas son los siguientes:

Figura 7. Elementos esenciales del análisis de sistemas según Hitch (Checkland 1999, p. 159).

Un análisis de sistemas inicia a partir de un objetivo conocido que se desea obtener, por ejemplo, gastar menos gasolina al utilizar un vehículo. Luego se definen alternativas de solución; el ahorro de gasolina se puede llevar a cabo mejorando la composición química del combustible, mejorando el sistema de combustión interna, mejorando la configuración de sistema de tracción y transmisión, entre otros. De las alternativas propuestas se evalúan los costos y otros recursos contra los beneficios obtenidos, luego se desarrollan modelos (lógicos o matemáticos) que ayudan a valorar e identificar la mejor solución de acuerdo a ciertos criterios de evaluación previamente establecidos; en algunos casos una de las restricciones puede ser el tiempo (por lo que buscar una nueva composición química de combustible puede no ser opción) , en otros, el dinero puede ser el recurso limitado, por lo que tal vez realizar cambios drásticos en el diseño del sistema de tracción puede no ser una alternativa viable. De esta forma, el análisis de sistemas proporciona una forma de tomar decisiones a partir de la comparación de diferentes alternativas de solución, pero parte de un objetivo plenamente establecido. La ingeniería de sistemas culmina con la creación de una entidad compleja (sistema) y los procedimientos y flujos de información asociados con su operación. El análisis de sistemas implica la evaluación sistemática de recursos, alternativas y otras implicaciones con el propósito de satisfacer un requerimiento. Otra metodología que puede considerarse a la hora de enfrentar problemas de tomas de decisiones es la Investigación de Operaciones, en la que después de definir un problema dado se crea un modelo matemático que represente al problema en cuestión y luego, al encontrar la solución al modelo se determina una solución al problema original.



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Tanto la ingeniería de sistemas, encargada de resolver problemas existentes, como el análisis de sistemas para alcanzar objetivos definidos, son sistemáticos en el sentido de que se desarrollan mediante el seguimiento de fases o pasos ordenados pero es importante mencionar que sí consideran el pensamiento de sistemas en sus procesos. El pensamiento de sistemas duros está encaminado a una meta, en el sentido en que un estudio particular inicia con la definición de la meta deseada a alcanzarse. Un problema de este tipo se denomina Problema estructurado. Un problema suave (no estructurado) son aquellos en los que las metas no están definidas (Checkland 1990, p. 173), pero entonces ¿cómo resolver un problema que no está definido desde el principio? Las ideas de sistemas se pueden aplicar en la solución de problemas suaves de forma que el método surge de las experiencias de la investigación y no como un procedimiento sistemático tipo manual. En un sistema de actividad humana, el investigador pasa a formar parte del sistema y se convierte en un sujeto de cambio. Es importante mencionar que la metodología que se estudiará para la solución a problemas suaves, no estructurados, o de actividad humana, toma muchas de las ideas de las metodologías de solución de problemas duros.

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