Introducción a Dinámica de Sistemas

Pensamiento Sistémico

Isaac Dyner R

Justificación

En condiciones de complejidad de las organizaciones y de sus entornos, se demandan herramientas y esquemas para el apoyo a la formulación de políticas, estrategias y la toma de decisiones.

Objetivos

Dar las bases y las herramientas para modelar en forma integral la complejidad de las organizaciones.– Aplicar pensamiento sistémico – Construir modelos utilizando DS– Construir esquemas de soporte a la

estrategia y la toma de decisiones

Metodología

• Se presentarán las bases del pensamiento sistémico y su aplicación a fenómenos complejos.

• Se presentarán los conceptos de DS y de Simulación de fenómenos complejos.

• Mediante casos se ilustrará la teoría, los conceptos y como estos se aplican a situaciones reales.

Teoría y laboratorios de aplicación

Programa del curso• Lunes: Introducción a Pensamiento

Sistémico y a DS. Conceptualización de problemas (Construcción de diagramas Causales).

• Martes: Modelado de Sistemas utilizando Dinámica de Sistemas (casos y ejemplos).

• Miércoles: Comportamiento y Evaluación del Modelo. Entornos para el aprendizaje. Análisis de Políticas

Parte IPensamiento Sistémico

• Aproximación de sistemas• Complejidad• Sistemas y decisiones• Aprendizaje• Modelamiento• Arquetipos• Causalidad y PS

Temario

Análisis – reduccionismoPara mejorar (entender) algo se desagrega

en partes

El sistema es un todoTiene propiedades que se derivan de la

interacción entre las partes

Aproximación de Sistemas(1/3)

• von Bertalanffy (1940, 1950, 1956). Teoría General de Sistemas-organismos.

• Wiener (1948, 1950). Cibernética. Teoría de la comunicación y control.

• Forrester (1961, 1969). Cibernética y Teoría de control en sistemas socioeconómicos.

• Ackoff (1971, 1981). Rediseño del futuro• Checkland (1984). Pensamiento de sistemas,

práctica de sistemas.• Senge (1990). La quinta disciplina.

Aproximación de Sistemas(2/3)• Forrester (1961, 1969). Cibernética y Teoría de

control en sistemas socioeconómicos. (R y R).• Ackoff (1971, 1981). Pensamiento de sistemas

“duro” y “blando”.• Checkland (1981). De lo “duro” hacia lo blando.

Propone un método de 7 etapas: desde descripción no-estructurada del problema, pasando por conceptualización de modelos, hasta la acción para mejorar situación problemática.Modelación puede ser parte de una etapa!

Aproximación de Sistemas(3/3)

Pensamiento Duro: Simbiosis entre IS y AS. Para resolver problemas, se busca eliminar la diferencia entre lo deseado y lo actual - la mejor alternativa.

Pensamiento Blando: Para resolver problemas, se acude a un método de recurrencia. Se definen las características del sistema; se plantea la posibilidad de mejorarlo o modificarlo; y se establece como hacerlo. A diferencia de lo “duro”, no esta orientada a alcanzar fines (goal directed) - pobre estructuración.

• Análisis y sistema?• Solución de problemas?• Absolución, resolución, solución,

disolución?• Lo jerárquico y lo democrático?• El método?• Qué acuerdos?

Preguntas?

Complejidad

Complejidad y causalidad

Causalidad

Complejidad

Pensamiento sistémico

Causalidad

A B

A ocurre y B ocurre

Para que B ocurra, A tiene que ocurrir

A es condición necesaria para B

Causalidad en el mundo físico

Ideal en la física:

* La gravedad

* El movimiento de los astros

* ...

Todo bajo condiciones ideales!!!

Pero un huracán, campos magnéticos,....

Causalidad en lo social

• Fumar produce cáncer?• El exceso de velocidad ocasiona

accidentes?

Causalidad se entiende como factores que contribuyen a que algo acontezca

Crecimiento poblacional

Castigo Religioso

Educación

Control Natal

Pobreza

Causa o síntoma?

Causa o síntoma?

CrecimientoPoblacional

Educación

Pobreza

Control Natal

Crimen

Pobre educación

Política de justicia

Condición vivienda

Oportunidades

Resquebrajamiento de valores

Causa o síntoma?

• Incertidumbre predictivaNo-linealidades

• Acción-Reacción con retardo• Reacción contra-intuitiva

Múltiples interrelaciones

Complejidad

Clases de complejidad

Complejidad del detalle

– Rompecabezas de 1000 piezas

Complejidad dinámica

– Ajedrez

Sistemas complejos

Usualmente estables

* El hombre, la ciudad, los mercados

Cuando cambian – rápido y drástico

* Muro de Berlín

Apalancamiento para el cambio

* Pequeños cambios grandes resultados

Efectos colaterales

* Antibióticos, DDT...

Complejidad

Nicolis y Prigogine (1989)

La complejidad surge fundamentalmente de:

a) La física del no-equilibrio y

b) La dinámica no-lineal

Los modelos de una sociedad humana:

c) Presentan las anteriores características

d) Presentan intercambios entre materia, energía e información

Complejidad

Para Simon, un sistema complejo esta compuesto por un gran número de partes,

entre las cuales existen muchas interacciones

El todo es más que el conjunto de las partes…

i.e. Dada las propiedades de las partes y la leyes de sus interacciones, no es trivial inferir el comportamiento del sistema

• Muchas interacciones?• Falta de síntesis?• Irreversibilidad y no-linealidad?• Que tan contra-intuitivo?• Casos

Preguntas?

Sistemas y decisiones

Sistemas y decisiones

Modelo Neoclásico Maximización Función de Utilidad

 

Modelo Racionalidad LimitadaSoluciones satisfactorias

Racionalidad Limitada“El punto no es que la gente sea deliberadamente irracional, aun cuando lo sea en algunas ocasiones, sino más bien que no posee ni el conocimiento ni la capacidad de cálculo...”

 Incertidumbre e incapacidad computacional

 Comportamiento aproximadamente racional o

adaptativo

Imposibilidad predictiva

Imposibilidad optimizadora

Posibilidad: soluciones satisfactorias

(Ej. especies que se adaptan al entorno)

Racionalidad Limitada

Método alternativo a la predicción:

(a) Hacer el sistema relativamente más insensible al entorno

(b) Realimentación para ajustes con el entorno

Racionalidad Limitada

Objetivo

Diferencia

Sistema

Resultado

Acción

Incertidumbre

• Lo racional?• La racionalidad limitada?• Que tanto en cada caso?• Análisis del comportamiento?• Lo experimental?• Lo implícito?• El modelo de TD?• Lo específico de cada caso:

Carros, electrodomésticos,…

Preguntas?

Aprendizaje

Las organizaciones operan en entornos complejos y dinámicos:

•Información incompleta e incierta•Dificultad predictiva•Gran número de relaciones entre variables que desbordan la capacidad de la mente humana

Entorno de las organizaciones

• Russell Ackoff (1981): Las organizaciones deben maximizar sus habilidades de aprendizaje, adaptación y desarrollo.

• Arie de Geus: “La capacidad de aprender con mayor rapidez que los competidores quizá sea la única ventaja competitiva sostenible”.

• Peter Senge: “Organizaciones del futuro. Organizaciones que aprenden”.

Que se ha pensado?

1. Esta es mi posición!

2. La culpa es de alguien distinto

3. La ilusión del cambio

4. La obsesión por los acontecimientos

5. La parábola de la rana

6. La ilusión de aprender de la experiencia

7. El mito de los equipos administrativos

Dificultad para el aprendizaje (Senge, 1990)

En resumen, la dificultad en el aprendizaje:

• Cultura organizacional• Falta pensamiento sistémico• Asimilación de experiencias en entornos

complejos• Dificultan de aprender de experiencias

propias

• Pensamiento sistémico• Habilidad personal• Modelos mentales• Desarrollo de una visión compartida• Aprendizaje en grupo

Disciplinas para el aprendizaje Organizacional (Senge, 1990)

Información Sistema

Decisión-Acción

1. Los problemas de hoy provienen de las soluciones de ayer

2. Entre más fuerte se empuje, el sistema responde con más fuerza

3. La conducta mejora antes de empeorar

4. Salidas fáciles no producen soluciones duraderas

5. La cura puede ser peor que la enfermedad

Leyes de la Quinta Disciplina(Senge, 1990)

6. “Vísteme despacio que voy de afán”

7. Causa y efecto no se están relacionadas en el tiempo ni en el espacio

8. Pequeños cambios pueden producir grandes resultados

9. Es factible alcanzar dos metas aparentemente contradictorias

10. Visión de la totalidad del sistema

11. No hay culpabilidad

Leyes de la Quinta Disciplina(Senge, 1990)

Mundo Virtual(Micromundo)

InformaciónReflexión- Acción

ModelosMentales

EstrategiasObjetivos y

Mundo Real

• Aprendizaje?• Aprendizaje organizacional?• Que tanto se aprende?• Para las decisiones?• Para entrenamiento?

Preguntas?

Modelamiento

Estructura

Patrones de comportamiento

Acontecimientos

Modelo

Evaluación de comportamiento

Mundo predecible Matemática de la certezaMundo impredecible Matemática de la

incertidumbre

Matemática en las decisiones

• Racionalidad absoluta–Métodos de optimización

• Racionalidad limitada–Algoritmos genéticos–Simulación–Dinámica de sistemas–Métodos heurísticos

Matemática en las decisiones

Racionalidad restringida

Decisiones bajo incertidumbre

Algoritmos genéticosDinámica de sistemasProcesos estocásticos

Matemática de la incertidumbre

El proceso de modelado es iterativo

Dinámica de Sistemas y el Método Científico

1. Articulación del problema (límites del modelo)

2. Hipótesis dinámica

3. Formulación4. Validación

5. Formulación de políticas y evaluación

• Modelar?• Porqué? • Qué ganamos? Y qué perdemos?• Se puede lograr por otros medios?

Preguntas?

...y pensamiento sistémico... y causalidad…

A BInfluye sobre

A B

Causalidad

• En las ciencias Naturales: Teoría Física, Química, Biológica…

• En las ciencias sociales: Teoría Sociológica, Psicológica, Administrativa…

• Evidencia Empírica o de la experiencia

Algunos ejemplos (1/2)

ayudas pedagógicas

aprendizaje+

castigo relación amable-

estímulo productividad+

oxidación hierro

fortaleza estructura

-

Algunos ejemplos (2/2)

fertilizante crecimiento planta+

eliminación alimentos

fortalecimientoprisionero

-

procesamiento materia prima

productoterminado

+

castigo crimen-

Realimentación

Cadenas de influencias circulares cerradas•Positiva:

–Refuerzo–Círculos viciosos y virtuosos–Bola de nieve–Crecimiento o declive.

•Negativa: –Control–Estabilización.

Ejemplos de ciclos (1/2)

Población Nacimientos

Población Muertes

+

+

+

_

_

+

Ejemplos de ciclos (2/2)

Adicción Fuma

+

+

+

Crimen Castigo

+

_

_

Armamentoguerrilla

Amenaza al estado

Necesidad dearmas del estado

Armamentoestado

Amenaza a la guerrilla

Necesidad de armasde la guerrilla

Armamentoguerrilla

Amenaza al estado

Necesidad dearmas del estado

Armamentoestado

Amenaza a la guerrilla

Necesidad de armasde la guerrilla

• Dónde esta lo sistémico?• Qué tanto entendemos?• Qué tanto aprendemos?• Qué tanto podemos mejorar lo

problemático?

Preguntas?

Arquetipos

Realimentación positiva

clientessatisfechos

buena fama ventas

(+)

Time

vent

as

0 20 40 60 80 1000

5,000

10,000

15,000

Balance

Time

Viv

iend

as_c

onst

ruid

as

0 20 40 60 80 1000

200

400

600

800

Viviendasconstruídas

ConstrucciónViviendas Déficit

Viviendas

Viviendasdeseadas

(-)

Retardos

Viviendasconstruídas

ConstrucciónViviendas Déficit

Viviendas

Viviendasdeseadas

(-)

Time

Viv

iend

as_c

onst

ruid

as_1

0 5 10 15 200

500

1,000

1,500

Viviendas_construidas_1

Límites al crecimientoLímites al crecimiento

Crecimientopoblacional

Recursosagotables(-)Población

Disponibilidadde recursos

(+)

Time

Pob

laci

on

0 20 40 60 80 100

1,000

2,000

3,000

4,000

Time

Rec

urso

s

0 20 40 60 80 1000

100

200

300

400

500

Escalonamiento

Comportamiento

Tiempo

Resultado de A

Acción de A

Resultado de B

Acción de B

Resultado de Arespecto a B

-

++

+

+-

B B

El Problema

Resultado de A

Acción de A Resultado de B

Acción de B

Resultado de ARelativo a B

-

+

R

Resultado de ARelativo a B+

+

+

-

Armamento nuclear

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

1945

1948

1951

1954

1957

1960

1963

1966

1969

1972

1975

1978

1981

1984

1987

1990

1993

1996

USSRUSA

Ejemplos

• Guerra de precios, ej. competencia• Gasto en mercadeo• Gasto en I&D• Guerra de pandillas• Spam - filtros

Éxito para los exitosos

Comportamiento

Tiempo

Éxito de A y B

Desempeño de A relativo a B

Recursos de A Recursos de B

Éxito de A Éxito de B

R R

0

0.5

1

1.5

2

2.5

76 77 78 79 80 81

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

76 77 78 79 80 81

Guerra de VCR: Betamax vs VHS

VHS

Betamax

Ventas unitarias US (mill.)

Ventas acumul. US (mill.)

VHS

Betamax

Ejemplos

• Canales de televisión• Periódicos• “Estándares de guerra”• Equipos profesionales

Tragedia de los comunes

Comportamiento

Tiempo

Actividad

Ganancia

Recurso escaso

Actividad de A

Ganancia de A

Actividad de B

Ganancia de B

Actividad total Ganancia individual

+

+

_

_

Peruvian Anchovy and Sardine Catch

Ejemplo 1: Límite poblacional (1/3)

Un país desea controlar su crecimiento poblacional

• Qué puede hacer?• Cuál será su población alcanzada?• Podrá alcanzar su meta?• Cuándo?

Ejemplo 1: Límite poblacional

Población MuertesNacimientos

Población deseada

Control natalidad

Ejemplo 2: Déficit presupuestal

¿Qué hacer cuando el gobierno necesita más recursos?

(Déficit presupuestal)–Una posibilidad es aumentar los

impuestos.–Al aumentar los impuestos, aumenta

el recaudo (incrementa los recursos).

Ejemplo 2: Déficit presupuestal

Impuestos

Recursos

Déficit presupuestal

Evasión

ReducciónGasto

Ejemplo 3: Depredador-presa

• Representación dinámica simple de una especie depredadora (el depredador) y otra que es la presa

• El depredador depende solamente de una presa para su alimentación y la abundancia de presas incrementa su fertilidad, pero su escasez no contribuye a la muerte del depredador

• La presa se alimenta de un recurso que es ilimitado (hay variaciones del modelo donde hay limitación de recursos) y su muerte natural se ve aumentada por las depredaciones

• Lobos y libres, tigres y venados, tiburones y peces, peces y larvas de moscos

Depredador-presa

Diagrama Causal: Depredador – Presa

• Una empresa de alto crecimiento requiere avanzar a pasos acelerados en sus SI

• Como hacerlo? Cuando se toman las decisiones de ampliaciones? Como mantener el apoyo de la gerencia?

• Examinemos algunos de los elementos.

Supongamos que nos interesa solamente computadores

Ejemplo 4: Crecimiento SI

Capacidad SI ObsolescenciaOrdenes

Necesidades SI

Decisión adquisición

Ejemplo 4: Crecimiento SI