3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO

DINÁMICA DE SISTEMAS. ¿QUÉ ES? ¿PARA QUÉ SIRVE?

  Es una potente herramienta para construir modelos de simulación y comprender de esta forma las causas estructurales que explican el comportamiento de un sistema. Fue ideada allá por los años 60 del siglo pasado, por J. Forrester, ingeniero norteamericano e investigador del MIT (Instituto de Tecnología de  Massachusetts), inicialmente para encontrar una explicación a los problemas de funcionamiento que estaba sufriendo la empresa General Electric (GE).

 ¿Dónde se puede aplicar la Dinámica de Sistemas?. En todas aquellas situaciones problemáticas de cierta complejidad en las que pueda haber algún tipo de realimentación, fundamentalmente en tres ámbitos fundamentales: el empresarial (proyectos de grandes infraestructuras como presas o carreteras, organización de la producción, prevención de accidentes de trabajo, robótica…), el social (desarrollo sostenible, problemas sociológicos, psicológicos, geográficos…) y el ambiental (protección y control de recursos pesqueros, forestales, lucha contra la contaminación medioambiental...). Pero también puede producir, como se verá, excelentes resultados en la conducta de las personas (arquetipos sistémicos).

•     1º ¿Qué son los diagramas causales?

   A continuación, los alumnos deben dibujar las flechas que unan los elementos del sistema para formar diagramas o cadenas circulares o cerradas o sea, identificar las conexiones causa-efecto entre las variables. Es lo que se conoce como un bucle de realimentación:

                                                                                --¿Cuáles son las reglas de transformación?

   A partir de la regla de los signos en matemáticas (se aprenden en 1º de ESO), nosotros les enseñamos esta curiosa analogía. Se trata de una forma de demostración trivial que aunque sea poco matemática, sí está cargada de toda lógica:

   --Los amigos de mis amigos son mis amigos: (+) Λ (+) = (+). Si las variaciones del antecedente y del consecuente son ambas de signo positivo, el resultado es una relación de influencia positiva. Ejemplo:

   --Los amigos de mis enemigos son mis enemigos: (+) Λ (-) = (-). Si la variación del antecedente es de signo positivo y la del consecuente de signo negativo, el resultado será una relación de influencia negativa.

  --Los enemigos de mis amigos son mis enemigos: (-) Λ (+) = (-). Si la variación del antecedente es de signo negativo y la del consecuente de signo positivo, el resultado constituirá una relación de signo negativo.       

   --Los enemigos de mis enemigos son mis amigos: (-) Λ (-) = (+). Finalmente, si las variaciones del antecedente y del consecuente son ambas de signo negativo, el resultado final será positivo.

   En un diagrama “Forrester” hay tres tipos de variables junto a los canales de información:

   1º Variables de nivel o “stocks”. Son como un depósito, cubo o recipiente que se va llenando y/o vaciando. Acumulan magnitudes con el tiempo, es decir, cantidades de cosas: personas, dinero, agua… Se suelen representar mediante un rectángulo

   2º Variables de flujo. Son como los grifos o válvulas que regulan la entrada y salida de ese flujo a la hora de llenar el depósito. Si abrimos mucho el grifo entrará más volumen que si lo tenemos semicerrado. Hay un flujo de entrada  que llena el nivel  y un flujo de salida que lo vacía.

   3º Variables auxiliares. Son variables que a su vez, dependen de otras variables. Se relacionan con otras variables auxiliares o con una variable de flujo. Por ejemplo, la tasa de natalidad se relaciona con el flujo de nacimientos, la de mortalidad con el flujo de defunciones, la tasa de vacunación con el flujo de personas inmunizadas… A veces se representan mediante un círculo.

   4º Canales de información. Son las flechas que relacionan la información que los flujos reciben del sistema (niveles o variables auxiliares).

   Finalmente existen las llamadas nubes que son o una fuente inagotable al comienzo o un sumidero por el que finalmente, se va o desaparece ese flujo (de agua, de dinero, de muertos…).

 TAREA DE AUTOEVALUACIÓN

1.Diferenciar ciclos positivos y negativos.

 Una vez que has comprendido bien los conceptos de ciclo positivo o reforzador y negativo o compensador, pon tres ejemplos de ciclos “positivos” que sean “buenos” para la humanidad en su conjunto y de otros tres que sean “malos”. Igualmente otros tres ejemplos de ciclos compensadores negativos que sean buenos y de otros tres que sean malos para la vida. 

2. Dibujar un diagrama de influencias

Dibuja un diagrama de influencias para el siguiente enunciado: "Cuando el precio del tomate sube, aumenta la producción de esta hortaliza. Esto, a su vez, supone una caída del precio”. Introduce la variable exógena “sequía”, como causante de una producción mayor o menor de tomate. 

3.Convertir un texto en un modelo didáctico

   Para transformar cualquier documento en un sencillo modelo explicativo de tipo causal, sigue los siguientes pasos:

   1º. Selecciona y subraya sus elementos o variables fundamentales.

   2º. Busca las relaciones de influencia, por parejas, indicando si son positivas o negativas.

   3º. Enlaza todas ellas para obtener una visión de conjunto.

   4º. Realiza una lectura final del bucle resultante, indicando si se trata de un proceso de signo reforzador o compensador.

                                                                                                      Texto nº 1

   “El inicio del descongelamiento del hielo polar en el Artico es consecuencia del aumento del efecto invernadero, resultado a su vez, de la presencia de mayores cantidades de anhídrido carbónico en la atmósfera. Y es que las emisiones de origen antrópico (fábricas, automóviles, calefacciones…) no hacen sino aumentar. El resultado de todo ello es la presencia de menos superficie de hielo en el Polo Norte, sustituida por aguas marinas. Entonces, al reducirse el albedo total (cantidad de radiación solar que se refleja en una superficie determinada), toda esa zona sufre un mayor calentamiento. Hay que partir de la base de que el albedo es mayor en superficies claras que en las oscuras, es decir, es más elevado en superficies de hielos árticos que en las aguas marinas.” (Fuente: elaboración propia)

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                                                                                                    Texto nº 2

   “La mayor evaporación del agua del mar, producto del calentamiento global, generaría más nubes las cuales poseen un albedo alto. Y dicho albedo reduciría la temperatura del Planeta.

   Un albedo alto tendería a enfriar el clima del Planeta pues la luz absorbida y aprovechada para calentar la Tierra sería mínima.

  Al contrario, un albedo bajo calienta el Planeta, pues la mayor parte de la luz sería absorbida por el mismo”(Fuente: elaboración propia).

                                                                                                 SOLUCIÓN

           3. Utiliza el "software" Vensim para formalizar el modelo y simular su comportamiento

  Crear un modelo con Vensim es realmente sencillo. No hace falta saber muchas matemáticas, únicamente un conocimiento de algunas operaciones bastante elementales. El alumno-modelador además encuentra esta herramienta bastante intuitiva y amena para su propósito.

   Se trata en efecto, de una herramienta visual de modelización que nos va a permitir conceptualizar, simular y analizar modelos en Dinámica de Sistemas (DS), ya sean bucles de realimentación o bien diagramas de flujos y niveles (modelos tipo “Forrester”).

   ¿Por qué hemos elegido este “software”?. Porque es gratuito para uso no comercial y por la sencillez de su manejo. Vensim PLE es el acróstico de “Ventana de Simulación”, programa desarrollado en 1985 por la compañía “Ventana Systems” de Harvard, con la intención inicial de ayudar a las empresas en la toma de decisiones ante problemas complejos, por medio de diferentes tipos de simulación. Luego, como muchas veces ocurre, se comprobó que lo que sirve para la empresa también sirve para el mundo de la ecología, la biología, la economía… y por supuesto, la educación de los niños.

   1º. Vensim utiliza una interfaz compuesta básicamente, por un espacio de trabajo (área de dibujo) que dispone de dos barras de herramientas: una de dibujo y otra de análisis.

   2. Comenzamos analizando un caso cualquiera, uniendo palabras con flechas y relacionando las variables entre sí, mediante flujos y niveles. Esta información será usada por el editor de ecuaciones del sistema para completar el modelo de simulación.

 3. El editor de ecuaciones nos permite formalizar matemáticamente el modelo y chequearlo para comprobar si funciona.

 4. A partir de aquí, el programa permite comparar fácilmente los resultados de distintos ensayos o simulaciones, superponiendo gráficos de distintas variables, modificando datos, cambiando escalas o períodos de análisis temporal, etc. Esta última aplicación resulta sumamente útil para el alumno que puede de esta forma, jugar con el modelo creado, desechando el que no sea operativo y quedándose con el bueno, intentando así “predecir” el futuro, a su modo y manera.

   Además, el software “Vensim” incluye una aplicación útil para verificar la robustez del modelo creado: el “Reality Check”. Así podemos comprobar la respuesta del modelo ante situaciones extremas o valores límite de las variables.

   A través de Vensim, el alumno puede enlazar los modelos creados con ciertas aplicaciones de la Teoría de Juegos, que conoce por años anteriores, y con la programación lineal matemática así como con aplicaciones informáticas programadas en lenguaje C  -además de “Scratch”- un lenguaje de propósito general, de relativamente bajo nivel y que se maneja mediante un conjunto reducido de palabras clave.

   En resumen. Las etapas que supone el proceso de modelización serían:

   1ª. Identificar el problema y los elementos relacionados con él.

  2ª. Identificar las relaciones causales que existen entre los elementos, dibujando el correspondiente diagrama causal (con signos positivos y negativos)

   3ª Trasladar el diagrama causal a un modelo de simulación en el ordenador o diagrama “Forrester”.

   4ª Crear el modelo con ayuda del software “Vensim”, simulando distintos comportamientos o escenarios.

   5º. Comprobar finalmente su operatividad, robustez y funcionamiento.

   Terminamos tal y como empezamos este apartado recordando que todo modelo se construye para resolver un problema concreto y si no lo resuelve, pues es inservible.

   Finalmente indicar que aunque existen varios tutoriales en español para aprender el manejo de Vensim  en todo caso, es una herramienta bastante intuitiva:

 --Página oficial "vensim": https://vensim.com/ 

 -- Tutorial vensim en español: http://www.dia.uned.es/~fmorilla/Web_FMorilla_Julio_2013/MaterialDidactico/Vensim.pdf 

4. ALGORITMO: RECETA PARA CONSTRUIR UN MODELO EN DINÁMICA DE SISTEMAS Y VENSIM 

                    --UN EJEMPLO. EJERCICIO RESUELTO. LA CAPACIDAD DE AHORRO DE LAS FAMILIAS