System Dynamics

2009 Herramienta System Dynamics

INTEGRANTES Muñoz Aleman Jonathan Ramos Ramírez Yaser Reque Llumpo Johnny

Universidad Nacional del Santa 06/07/2009

Contenido 1.

Definición ............................................................................................................................ 3

2.

Historia ................................................................................................................................ 4

3.

Metodología ........................................................................................................................ 4

4.

Construcción de Modelos .................................................................................................... 5

5.

Reservas y Flujos ................................................................................................................ 5 5.1.

Diferencias con los DCC ............................................................................................. 5

5.2.

Permiten una Visión más Sutil .................................................................................... 6

5.3.

Ayudan a Dar Otro Paso.............................................................................................. 6

6.

System Dynamics en el Contexto de la Ingeniería de Sistemas .......................................... 6

7.

Pensamiento Sistémico y Estructura Sistémica ................................................................... 7

8.

Modelos y Ayuda en la Toma de Decisiones ...................................................................... 7

9.

Eventos Continuos y Discretos y Simulación ..................................................................... 8

10.

Herramientas para System Dynamics.................................................................................. 9

10.1.

Powersim Studio ......................................................................................................... 9

10.2.

Vensim® Software ...................................................................................................... 9

10.3.

STELLA y iThink ....................................................................................................... 9

Bibliografía ................................................................................................................................. 10

Índice de Ilustraciones Ilustración 1. Jay W. Forrester ...................................................................................................... 4 Ilustración 2. Tipos de modelos a estudiar con la dinámica de sistemas. ..................................... 8

System Dynamics 1. Definición La Dinámica de Sistemas es una metodología para la construcción de modelos de simulación para sistemas complejos, como los que son estudiados por las ciencias sociales, la economía o la ecología. La Dinámica de Sistemas aplica métodos de sistemas duros, básicamente las ideas de realimentación y sistema dinámico, junto con la teoría de modelos en el espacio de estados y procedimientos de análisis numérico. Por tanto, sería una metodología más entre las de sistemas duros. Sin embargo, en su punto de mira están los problemas no estructurados (blandos), como los que aparecen en los sistemas socioeconómicos. Esto plantea dos tipos de dificultades: Cuantificación: en Dinámica de Sistemas se comienza por identificar las variables de interés y las relaciones que ligan entre sí a estas variables. A continuación, es imprescindible cuantificar dichas relaciones, lo que en ocasiones plantea dificultades insalvables Validación: una vez construido el modelo hay que preguntarse si refleja razonablemente la realidad. Esta cuestión puede resolverse por ejemplo en caso de que se disponga de informaciones cuantitativas de la evolución del sistema real en el pasado. Si el modelo es capaz de generar los comportamientos característicos del sistema real, denominados {\em modos de referencia}, entonces obtendremos una cierta confianza en la validez del modelo En Dinámica de Sistemas la simulación permite obtener trayectorias para las variables incluidas en cualquier modelo mediante la aplicación de técnicas de integración numérica. Sin embargo, estas trayectorias nunca se interpretan como predicciones, sino como proyecciones o tendencias. El objeto de los modelos de Dinámica de Sistemas es, como ocurre en todas las metodologías de sistemas blandos, llegar a comprender cómo la estructura del sistema es responsable de su comportamiento. Esta comprensión normalmente debe generar un marco favorable para la determinación de las acciones que puedan mejorar el funcionamiento del sistema o resolver los problemas observados. La ventaja de la Dinámica de Sistemas consiste en que estas acciones pueden ser simuladas a bajo coste, con lo que es posible valorar sus resultados sin necesidad de ponerlas en práctica sobre el sistema real. (DAEDALUS S.A.) La dinámica de sistemas surgió de la búsqueda de una mejor comprensión de la administración. Su aplicación se ha extendido ahora al cambio medio ambiental, la política, la conducta económica, la medicina y la ingeniería, así como a otros campos. La dinámica de sistemas muestra cómo van cambiando las cosas a través del tiempo. Un proyecto de dinámica de sistemas comienza con un problema que hay que resolver en un comportamiento indeseable que hay que corregir o evitar. El 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 mensurables, 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. (Instituto Tecnológico de Sonora) La Dinámica de Sistemas permite la comprensión de los problemas desde una óptica de sistema: un conjunto de elementos que se relacionan entre sí de manera tal que un cambio en uno de ellos modifica al conjunto. Este enfoque permite una visión muy clara y realista, donde se pueden analizar las complejas relaciones entre los elementos que configuran la estructura que provoca el comportamiento que deseamos modificar. Es importante observar que el comportamiento de un sistema no viene definido tanto por sus parámetros coyunturales, como por la estructura interna del mismo. Esta estructura está formada tanto por las características de los elementos (muy difíciles de modificar) como por las relaciones entre ellos. Las simulaciones más eficientes son aquellas que se basan en un cambio entre los elementos, y no tanto en la modificación de los elementos mismos. (Alfaro Garfias, 2002)

2. Historia A lo largo de los años cincuenta comenzó a fraguarse en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) una destacada metodología de sistemas, la Dinámica de Sistemas. Jay W. Forrester, ingeniero electrónico, había pasado del Laboratorio de Servomecanismos, donde inventó las memorias magnéticas de núcleos de ferrita, a coordinar un gran proyecto de defensa, el sistema SAGE (Semi-Automatic Ground Equipment). En la realización de este sistema de alerta en tiempo real se percató de la importancia del enfoque sistémico para concebir y controlar entidades complejas como las que surgen de la interacción de hombres y máquinas. Tras esta experiencia, Forrester pasaría como profesor a la Sloan School of Management del MIT, donde observó que en las empresas se producían fenómenos de realimentación que podían ser causa de Ilustración 1. Jay W. Forrester oscilaciones, igual que sucede en los servomecanismos. De esta forma, ideó la Dinámica Industrial, una metodología que permitía construir modelos cibernéticos de los procesos industriales. La peculiaridad de estos modelos residía en la posibilidad de simular su evolución temporal con la ayuda del ordenador. Posteriormente aplicaría su metodología a problemas de planificación urbana y la generalizaría para cualquier tipo de sistema continuo, cambiando su denominación por la de Dinámica de Sistemas. La Dinámica de Sistemas alcanzó gran difusión durante los años setenta al servir de base para los estudios encargados por el Club de Roma a Forrester y su equipo para valorar el efecto del crecimiento de la población y de la actividad humana en un mundo de recursos limitados. El propio Forrester dirigió la confección de un modelo inicial del mundo a partir del cual se realizaría más tarde el informe definitivo, dirigido por D. L. Meadows y financiado por la Fundación Volkswagen. Un segundo informe, también utilizando Dinámica de Sistemas, sería encargado posteriormente a Mesarovic y Pestel. (DAEDALUS S.A.) 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. Todos estos elementos tienen su correspondiente símbolo propio en la DS. (Instituto Tecnológico de Sonora)

3. Metodología Identificar el Problema.

Desarrollar una hipótesis dinámica que explique la causa del problema. Construir un modelo de simulación del sistema, que incluya la raíz del problema. Probar que tan cierto es el modelo elaborado, y su comportamiento en el mundo real. Diseñar y probar en el modelo, políticas alternativas que solucionen el problema. Implementar la solución. (Alfaro Garfias, 2002)

4. Construcción de Modelos Primero se debe a formalizar un modelo diseñado sobre el papel, de forma tal que pueda ser comprensible para la computadora. Aquí nos vamos a encontrar con el problema de tratar de representar la compleja realidad que rodea a la situación de interés elegida. Normalmente, las personas se orientan a elegir aquellos aspectos que son más llamativos a corto plazo. Al principio las personas que empiezan a emplear el software piensan que es dificultoso pero después se da cuenta que el hombre es muy bueno en su capacidad de percibir la realidad y la computadora es muy buena para mostrar la evolución de un sistema con un gran número de relaciones entre sus elementos. Posterior a la pruebas vemos que la dificultad no está en el empleo del software sino en describir la realidad. (Alfaro Garfias, 2002)

5. Reservas y Flujos Los flujos y reservas (stocks) constituyen el fundamento de los modelos de la dinámica de sistemas. Pero ¿cómo trabajan exactamente? Las reservas son elementos que pueden incrementarse o reducirse, como las bañeras, que se llenan de agua por acción del caño. Los flujos por otro lado, son elementos que provocan el aumento o disminución de las reservas, como el caso del caño o el desagüe, que afectan afecta el nivel de agua de la bañera. La producción y las compras de los clientes constituyen ejemplos de flujos. Los flujos son las únicas variables que pueden modificar las reservas. La presencia de flujo indica movimiento de material. Por el contrario todos los artículos de línea que se encuentran en un balance general tales como activos o pasivos constituyen reservas, estos artículos representan el estatus financiero en cualquier punto del tiempo. Una técnica empleada comúnmente para distinguir una reserva de un flujo, es considerar lo que ocurriría si el tiempo se detuviera. Las reservas que son acumulaciones continuaran existiendo. Sin embargo los flujos desaparecerían puesto que ellos constituyen acciones. (Alfaro Garfias, 2002)

5.1.

Diferencias con los DCC

Los círculos causales y los diagramas de flujos y reservas constituyen herramientas de gran valor, pero en esencia son diferentes. Los DCC son útiles puesto que muestran una visión del sistema desde el mayor nivel, especialmente para la gente que no tiene mucho conocimiento acerca de la creación de sistemas o dinámica de sistemas. Son fáciles de comprender y pueden constituir el gran primer paso para el análisis sistémico de un problema. Las reservas y los flujos llevan el análisis a un nivel de rigurosidad mayor, estos incluyen más detalles acerca de los elementos del sistema que los DCC, por ejemplo las variables adicionales norepresentadas en un DCC. Los diagramas de flujos y reservas se diferencian de los DCC según las variables. Debido a que existe una diferencia fundamental entre esta clase de variables, distinguirlas entre sí produce una mayor comprensión del problema. Si consideramos un círculo simple de nacimientos y población, los nacimientos constituyen el flujo y la población la reserva. En un DCC ambas uniones en el círculo

constituyen vínculos “S” que indican que mientras los nacimientos aumentan la población aumenta. Sin embargo esta representación no es precisa, puesto que si el índice de nacimientos disminuye, la población no disminuye sino continua creciendo, solo que a un índice menor. Depender solo del vínculo “S” en el ejemplo sería correcto, siempre y cuando los nacimientos aumenten, puesto que tanto los nacimientos como la población se mueve en direcciones distintas cuando los nacimientos disminuyen. Por el contrario un diagrama de flujos y reservas hace visualmente aparente el hecho que los nacimientos constituyan una afluencia hacia la población y además sólo puede incrementarla más no disminuirla, puesto que no puede darse un número negativo de nacimientos.

5.2.

Permiten una Visión más Sutil

Otra ventaja de los diagramas de flujos y reservas es que requieren la especificación de detalles importantes acerca del sistema, como unidades y magnitudes de las variables. Los beneficios son, que obligan a pensar en: Cada variable y cuáles son sus unidades. Cuáles son las relaciones entre las variables. También nos impulsa a descubrir variables que no parecen importantes, pero que son necesarias para crear las unidades del diagrama.

5.3.

Ayudan a Dar Otro Paso

Debido a que el software de dinámica de sistemas utiliza flujos y reservas hace mucho más fácil la construcción de un modelo computarizado del sistema. Además el nivel de detalle requerido para un buen diagrama de flujos y reservas le ayuda a especificar el sistema con la exactitud requerida por un modelo de computadora. Convertir un DCC le permite experimentar con diversos sistemas y descubrir una dinámica que va en dirección contraria a la intuición

6. System Dynamics en el Contexto de la Ingeniería de Sistemas 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. Un sistema 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 citarlos 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. (Lagarda L.) Al hablar de dinámica de un sistema nos referimos a que las distintas variables que podemos asociar a sus partes sufren cambios a lo largo del tiempo, como consecuencia de las interacciones que se producen en ellas. Su comportamiento vendrá dado por el conjunto de trayectorias de todas las variables, que suministra algo así como una narración de lo acaecido en el sistema. La dinámica de sistemas es una metodología ideada para resolver problemas concretos. Los campos de aplicación de la dinámica de sistemas son muy variados. Por ejemplo, para construir modelos de simulación informática, sistemas sociológicos, ecológicos y medioambientales. Otro

campo interesante de aplicaciones es el que suministran los sistemas energéticos, en donde se ha empleado para definir estrategias de empleo de los recursos energéticos. Se ha empleado también para problemas de defensa, simulando problemas logísticos de evolución de tropas y otros problemas análogos. (Instituto Tecnológico de Sonora)

7. Pensamiento Sistémico y Estructura Sistémica 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. 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. (Lagarda L.) La relación de la Dinámica de Sistemas con el Pensamiento Sistémico es que ambos estudian la misma clase de sistemas, desde la misma perspectiva; sin embargo el Pensamiento Sistémico solo llega hasta la construcción de los Círculos Causales y nubes de pensamiento, mientras que la Dinámica de Sistemas, continua con la construcción y prueba de un modelo de simulación por computadora, permitiendo la posterior prueba de políticas alternativas en el modelo. (Alfaro Garfias, 2002)

8. 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. Los modelos estáticos describen un sistema, en términos de ecuaciones matemáticas, donde el efecto potencial de cada alterativa es evaluado a través de ecuaciones. La actuación del sistema es determinada sumando los efectos individuales. Los modelos estáticos ignoran las variaciones en el tiempo. 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 modelos dinámicos constantemente aplican sus ecuaciones considerando cambios de tiempo. (Lagarda L.)

Ilustración 2. Tipos de modelos a estudiar con la dinámica de sistemas.

9. Eventos Continuos y Discretos y Simulación La simulación continua es análoga a un depósito 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. 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 anticipación de órdenes). El tiempo entre los eventos en un modelo de evento discreto raramente es uniforme. (Lagarda L.) 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?

10. Herramientas para System Dynamics En el mercado hay varios entornos destacables para el desarrollo y simulación de modelos de Dinámica de Sistemas. Todos ellos ofrecen diferentes versiones comerciales, de desarrollo, educativas o gratuitas:

10.1. Powersim Studio DAEDALUS es partner de Powersim y recomienda Powersim Studio para el desarrollo de modelos de Dinámica de Sistemas en general y de modelos de negocio en web. Powersim Studio tiene un lenguaje de modelado gráfico que hace que la construcción de modelos rápida, y fácil de seguir e incluso más fácil de explicar a los demás. La estructura explícita y transparente es una de las grandes ventajas de los productos de Studio. Powersim Studio es un entorno integrado para la construcción y funcionamiento de modelos de simulación de negocios para la plataforma Windows. (Powersim Software AS)

10.2. Vensim® Software Vensim es utilizado para desarrollar, analizar y empaquetar modelos de comentarios dinámicos de alta calidad. Los modelos se construyen en forma gráfica o un editor de texto. Sus características incluyen las funciones dinámicas, subscripting (arreglos), análisis de sensibilidad de Monte Carlo, optimización, manejo de datos, interfaces de la aplicación, y mucho más. Ventana Systems también proporciona el software Molecules, para la construcción de modelos de dinámica de sistemas de "trozos" o moléculas de la estructura dinámica del sistema. (Ventana Systems, Inc.)

10.3. STELLA y iThink La educación y la investigación son más emocionantes cuando se trasladan fuera de la sala de conferencias y biblioteca y proporcionar oportunidades para crear, experimentar, y ver. STELLA ® ofrece una forma práctica de visualizar dinámicamente y comunicar la complejidad de los sistemas de trabajo e ideas en realidad. Fáciles de usar, los modelos STELLA proporcionan un sinfín de oportunidades para explorar preguntando "¿qué pasa si...?". Se puede usar STELLA para explorar y responder a un sin fin de preguntas como: ¿Cómo influir en el cambio climático un ecosistema con el tiempo? ¿Cómo responder a las perturbaciones de la oferta y / o la demanda de los precios del petróleo? ¿Qué pasará cuando la capa de ozono desaparezca? ¿Cómo afectan los principios macroeconómicos básicos de ingresos y el consumo? (isee systems) iThink ofrece un camino libre de riesgo para tomar decisiones que impulsan la mejora empresarial. iThink guía al equipo de negocios a través de la creación de modelos que simulan los procesos y escenarios del negocio, señalando los impactos de un nuevo procedimiento o política, y ofreciendo la oportunidad de fijar resultados indeseables. Sobre la base de los Sistemas de Pensamiento, los modelos de iThink sirven como "campos de

práctica", mostrando los resultados que podrían ser doloroso, costoso, o embarazoso si se descubren en la realidad. (isee systems)

Bibliografía Alfaro Garfias, L. (2002). Modelando Perú. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de Dinámica de Sistemas: http://www.modelandoperu.com/dinamica.ppt DAEDALUS S.A. (s.f.). ¿Qué es la Dinámica de Sistemas? Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.daedalus.es/inteligencia-de-negocio/sistemas-complejos/dinamica-de-sistemas/quees-la-dinamica-de-sistemas/ DAEDALUS S.A. (s.f.). Historia de la Dinámica de Ssitemas. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.daedalus.es/inteligencia-de-negocio/sistemas-complejos/dinamica-desistemas/historia-de-la-dinamica-de-sistemas/ Instituto Tecnológico de Sonora. (s.f.). Historia de la Dinámica de Sistemas. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.itson.mx/DII/ELAGARDA/APAGINA2001/DINAMICA/historia.htm Instituto Tecnológico de Sonora. (s.f.). Introducción a la Dinámica de Sistemas. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.itson.mx/DII/ELAGARDA/APAGINA2001/DINAMICA/intro.htm isee systems. (s.f.). iThink Modeling & Simulation Software for Business. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.iseesystems.com/softwares/Business/IthinkSoftware.aspx isee systems. (s.f.). STELLA Modeling & Simulation Software. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.iseesystems.com/softwares/Education/StellaSoftware.aspx Lagarda L., E. A. (s.f.). Introducción a la Dinámica de Sistemas. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://jmonzo.net/blogeps/ids1.pdf Powersim Software AS. (s.f.). Powersim Productos. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.powersim.com/main/products___services/powersim_products/ Ventana Systems, Inc. (s.f.). Vensim Software. Recuperado el 6 de Julio de 2009, de http://www.vensim.com/software.html