La dinámica de sistemas ( SD ) es un enfoque para comprender el comportamiento no lineal de sistemas complejos a lo largo del tiempo utilizando stocks, flujos , bucles de retroalimentación interna , funciones de tabla y retrasos de tiempo. [1]
La dinámica de sistemas es una metodología y una técnica de modelado matemático para enmarcar, comprender y discutir cuestiones y problemas complejos. Desarrollado originalmente en la década de 1950 para ayudar a los gerentes corporativos a mejorar su comprensión de los procesos industriales, el DS se utiliza actualmente en todo el sector público y privado para el análisis y diseño de políticas. [2]
Un práctico software de dinámica de sistemas con interfaz gráfica de usuario (GUI) se desarrolló en versiones fáciles de usar en la década de 1990 y se ha aplicado a diversos sistemas. Los modelos SD resuelven el problema de la simultaneidad (causalidad mutua) actualizando todas las variables en pequeños incrementos de tiempo con retroalimentaciones positivas y negativas y retrasos temporales que estructuran las interacciones y el control. El modelo SD más conocido es probablemente The Limits to Growth de 1972 . Este modelo pronostica que el crecimiento exponencial de la población y el capital, con fuentes y sumideros de recursos finitos y retrasos en la percepción, conduciría al colapso económico durante el siglo XXI en una amplia variedad de escenarios de crecimiento.
La dinámica de sistemas es un aspecto de la teoría de sistemas como método para comprender el comportamiento dinámico de sistemas complejos. La base del método es el reconocimiento de que la estructura de cualquier sistema, las numerosas relaciones circulares, entrelazadas y a veces retardadas entre sus componentes, son a menudo tan importantes para determinar su comportamiento como los propios componentes individuales. Algunos ejemplos son la teoría del caos y la dinámica social . También se afirma que debido a que a menudo hay propiedades-del-todo que no pueden encontrarse entre las propiedades-de-los-elementos, en algunos casos el comportamiento del todo no puede explicarse en términos del comportamiento de las partes.
La dinámica de sistemas fue creada a mediados de la década de 1950 [3] por el profesor Jay Forrester del Instituto Tecnológico de Massachusetts . En 1956, Forrester aceptó una cátedra en la recién formada MIT Sloan School of Management . Su objetivo inicial era determinar cómo su experiencia en ciencia e ingeniería podría aplicarse, de alguna manera útil, a las cuestiones centrales que determinan el éxito o el fracaso de las corporaciones. Los conocimientos de Forrester sobre los fundamentos comunes que subyacen a la ingeniería, que condujeron a la creación de la dinámica de sistemas, fueron desencadenados, en gran medida, por su relación con los directivos de General Electric (GE) a mediados de los años cincuenta. En ese momento, los gerentes de GE estaban perplejos porque el empleo en sus plantas de electrodomésticos en Kentucky exhibía un ciclo significativo de tres años. Se consideró que el ciclo económico era una explicación insuficiente para la inestabilidad del empleo. A partir de simulaciones (o cálculos) manuales de la estructura de stock-flujo-retroalimentación de las plantas de GE, que incluían la estructura corporativa de toma de decisiones existente para contrataciones y despidos, Forrester pudo mostrar cómo la inestabilidad en el empleo en GE se debía a las tensiones internas. estructura de la empresa y no a una fuerza externa como el ciclo económico. Estas simulaciones manuales fueron el comienzo del campo de la dinámica de sistemas. [2]
A finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, Forrester y un equipo de estudiantes graduados trasladaron el campo emergente de la dinámica de sistemas desde la etapa de simulación manual a la etapa de modelado formal por computadora . Richard Bennett creó el primer lenguaje de modelado por computadora de dinámica de sistemas llamado SIMPLE (Simulación de problemas de gestión industrial con muchas ecuaciones) en la primavera de 1958. En 1959, Phyllis Fox y Alexander Pugh escribieron la primera versión de DYNAMO (DYNAmic MOdels), un lenguaje mejorado. versión de SIMPLE, y el lenguaje de dinámica de sistemas se convirtió en el estándar de la industria durante más de treinta años. Forrester publicó el primer libro, y todavía clásico, en este campo titulado Industrial Dynamics en 1961. [2]
Desde finales de la década de 1950 hasta finales de la de 1960, la dinámica de sistemas se aplicó casi exclusivamente a problemas corporativos/de gestión. En 1968, sin embargo, un suceso inesperado hizo que el campo se ampliara más allá del modelaje corporativo. John F. Collins , ex alcalde de Boston, fue nombrado profesor invitado de Asuntos Urbanos en el MIT. El resultado de la colaboración Collins-Forrester fue un libro titulado Urban Dynamics . El modelo de Dinámica Urbana presentado en el libro fue la primera aplicación importante no corporativa de la dinámica de sistemas. [2] En 1967, Richard M. Goodwin publicó la primera edición de su artículo "A Growth Cycle", [4] que fue el primer intento de aplicar los principios de la dinámica de sistemas a la economía. Dedicó la mayor parte de su vida a enseñar lo que llamó "Dinámica Económica", que podría considerarse un precursor de la moderna Economía del No Equilibrio . [5]
La segunda aplicación importante de la dinámica de sistemas no corporativa se produjo poco después de la primera. En 1970, Jay Forrester fue invitado por el Club de Roma a una reunión en Berna, Suiza. El Club de Roma es una organización dedicada a resolver lo que sus miembros describen como el "situación de la humanidad", es decir, la crisis global que puede aparecer en algún momento en el futuro, debido a las demandas que se imponen a la capacidad de carga de la Tierra (sus fuentes de recursos renovables y no renovables y sus sumideros para la eliminación de contaminantes) por parte de la población mundial en crecimiento exponencial. En la reunión de Berna, se le preguntó a Forrester si la dinámica de sistemas podría usarse para abordar la difícil situación de la humanidad. Su respuesta, por supuesto, fue que sí. En el avión de regreso de la reunión de Berna, Forrester creó el primer borrador de un modelo de dinámica de sistemas del sistema socioeconómico mundial. Llamó a este modelo MUNDO1. A su regreso a los Estados Unidos, Forrester perfeccionó WORLD1 en preparación para una visita al MIT de miembros del Club de Roma. Forrester llamó a la versión refinada del modelo WORLD2. Forrester publicó WORLD2 en un libro titulado World Dynamics . [2]
Los elementos principales de los diagramas de dinámica de sistemas son la retroalimentación, la acumulación de flujos en acciones y los retrasos en el tiempo.
Como ejemplo del uso de la dinámica de sistemas, imagine una organización que planea introducir un nuevo producto de consumo duradero e innovador. La organización necesita comprender la posible dinámica del mercado para poder diseñar planes de marketing y producción.
En la metodología de la dinámica de sistemas, un problema o un sistema (por ejemplo, un ecosistema, un sistema político o un sistema mecánico) puede representarse como un diagrama de bucle causal . [6] Un diagrama de bucle causal es un mapa simple de un sistema con todos sus componentes constituyentes y sus interacciones. Al capturar las interacciones y, en consecuencia, los bucles de retroalimentación (consulte la figura siguiente), un diagrama de bucle causal revela la estructura de un sistema. Al comprender la estructura de un sistema, es posible determinar su comportamiento durante un período de tiempo determinado. [7]
El diagrama de bucle causal de la introducción de un nuevo producto puede verse de la siguiente manera:
Hay dos circuitos de retroalimentación en este diagrama. El bucle de refuerzo positivo (etiquetado R) a la derecha indica que cuantas más personas ya hayan adoptado el nuevo producto, más fuerte será el impacto del boca a boca. Habrá más referencias al producto, más demostraciones y más reseñas. Esta retroalimentación positiva debería generar ventas que sigan creciendo.
El segundo circuito de retroalimentación a la izquierda es el refuerzo negativo (o "equilibrio" y por eso está etiquetado como B). Es evidente que el crecimiento no puede continuar para siempre, porque a medida que más y más personas adoptan, quedan cada vez menos adoptantes potenciales.
Ambos circuitos de retroalimentación actúan simultáneamente, pero en diferentes momentos pueden tener diferentes fortalezas. Por lo tanto, se podría esperar un aumento de las ventas en los primeros años y una disminución de las ventas en los años posteriores. Sin embargo, en general, un diagrama de bucle causal no especifica la estructura de un sistema lo suficiente como para permitir la determinación de su comportamiento a partir de la representación visual únicamente. [8]
Los diagramas de bucle causal ayudan a visualizar la estructura y el comportamiento de un sistema y a analizar el sistema cualitativamente. Para realizar un análisis cuantitativo más detallado, un diagrama de bucle causal se transforma en un diagrama de stock y flujo . Un modelo de stock y flujo ayuda a estudiar y analizar el sistema de forma cuantitativa; Estos modelos suelen construirse y simularse mediante software informático.
Una acción es el término para cualquier entidad que se acumula o se agota con el tiempo. Un flujo es la tasa de cambio de una acción.
En este ejemplo, hay dos acciones: adoptantes potenciales y adoptantes. Hay un flujo: nuevos adoptantes. Por cada nuevo adoptante, el número de adoptantes potenciales disminuye en uno y el número de adoptantes aumenta en uno.
El poder real de la dinámica de sistemas se utiliza mediante la simulación. Si bien es posible realizar el modelado en una hoja de cálculo , existe una variedad de paquetes de software que han sido optimizados para ello.
Los pasos involucrados en una simulación son:
En este ejemplo, las ecuaciones que cambian las dos acciones a través del flujo son:
Lista de todas las ecuaciones en tiempo discreto , en su orden de ejecución en cada año, para los años 1 al 15:
Los resultados de la simulación dinámica muestran que el comportamiento del sistema sería tener un crecimiento de adoptantes que sigue una forma clásica de curva en S.
El aumento de adoptantes es muy lento al principio, luego crece exponencialmente durante un período y, finalmente, llega a la saturación.
Para obtener valores intermedios y mayor precisión, el modelo puede ejecutarse en tiempo continuo: multiplicamos el número de unidades de tiempo y dividimos proporcionalmente los valores que cambian los niveles de stock. En este ejemplo multiplicamos los 15 años por 4 para obtener 60 trimestres, y dividimos el valor del flujo entre 4.
Dividir el valor es lo más sencillo con el método de Euler , pero en su lugar se podrían emplear otros métodos, como el de Runge-Kutta. métodos .
Lista de las ecuaciones en tiempo continuo para los trimestres = 1 a 60:
La dinámica de sistemas ha encontrado aplicación en una amplia gama de áreas, por ejemplo, población , agricultura, [10] sistemas ecológicos y económicos , que generalmente interactúan fuertemente entre sí.
La dinámica de sistemas tiene varias aplicaciones de gestión "ofrecidas". Son una potente herramienta para:
Se utiliza software de computadora para simular un modelo de dinámica de sistemas de la situación que se está estudiando. Ejecutar simulaciones de "qué pasaría si" para probar ciertas políticas en un modelo de este tipo puede ser de gran ayuda para comprender cómo cambia el sistema con el tiempo. La dinámica de sistemas es muy similar al pensamiento sistémico y construye los mismos diagramas de bucle causal de los sistemas con retroalimentación. Sin embargo, la dinámica de sistemas suele ir más allá y utiliza la simulación para estudiar el comportamiento de los sistemas y el impacto de políticas alternativas. [11]
La dinámica de sistemas se ha utilizado para investigar las dependencias de recursos y los problemas resultantes en el desarrollo de productos. [12] [13]
El economista Steve Keen ha desarrollado un enfoque de dinámica de sistemas para la macroeconomía , conocido como Minsky . [14] Esto se ha utilizado para modelar con éxito el comportamiento económico mundial desde la aparente estabilidad de la Gran Moderación hasta la repentina e inesperada crisis financiera de 2007-2008 .
La figura anterior es un diagrama de bucle causal de un modelo de dinámica de sistemas creado para examinar las fuerzas que pueden ser responsables del crecimiento o declive de las compañías de seguros de vida en el Reino Unido . Vale la pena mencionar varias de las características de esta figura. La primera es que los bucles de retroalimentación negativa del modelo se identifican con C , que significan bucles de contrarresto . La segunda es que se utilizan barras dobles para indicar lugares donde hay un retraso significativo entre las causas (es decir, las variables en las colas de las flechas) y los efectos (es decir, las variables en las puntas de las flechas). Esta es una convención común de diagramación de bucles causales en la dinámica de sistemas. En tercer lugar, se utilizan líneas más gruesas para identificar los circuitos de retroalimentación y los enlaces en los que el autor desea que la audiencia se centre. Esta es también una convención común de diagramación de dinámica de sistemas. Por último, está claro que a quien toma decisiones le resultaría imposible pensar en el comportamiento dinámico inherente al modelo, simplemente a partir de la inspección de la figura. [15]
