Unidad IV

El Proceso De Modelación Sistémica

Modelo: Es una representación de la realidad que ayuda a entender cómo funciona, también se define como una construcción intelectual y descriptiva de una entidad en la cual un observador tiene interés. De igual forma, puede ser definido como la representación idealizada de un sistema de la vida real. Este sistema puede ya existir físicamente o ser una idea concebida que espera por su ejecución. En el primer caso, el objeto del modelo es proveer  los medios para analizar el comportamiento del sistema, con el propósito de mejorar su funcionamiento. En el segundo, el objetivo es definir la estructura ideal de un sistema futuro que incluya las interrelaciones funcionales entre sus componentes y entre el sistema y su medio ambiente. Los modelos sirven para ser transmitidos, para predecir acciones, ayudan en la experimentación, para el entrenamiento e instrucción y ayudan en la comunicación.

Modelación Sistémica: La modelación de sistemas muestra la forma en que el sistema tiene que funcionar. Use esta técnica para estudiar cómo se combinan los distintos componentes para producir algún resultado.

Elementos de la modelación de sistemas: La modelación de sistemas usa tres elementos: Los insumos, procesos y productos.
Insumos: Recursos utilizados para llevar a cabo las actividades (proceso). Pueden ser materia prima o productos y servicios producidos por otras partes del sistema. Por ejemplo con el sistema para el tratamiento de la gripe porcina los insumos incluyen los medicamentos antivirales y profesionales de salud idóneo. Otras partes del sistema proporcionan ambos insumos: los medicamentos provienen del subsistema logístico y la mano de obra calificada proviene del subsistema de capacitación.
Los Procesos: Son las actividades y las tareas que convierten a los insumos en productos y servicios. En el caso de la AH1N1(gripe porcina), el proceso incluye las tareas relativas a la historia clínica y el examen físico de los pacientes que se quejan de tener fiebre, a los efectos de realizar un diagnóstico, brindar tratamiento y aconsejar al paciente.
Los Productos: Son los resultados de los procesos; por lo general se refieren a los resultados directos generados por un proceso y a veces se puede referir a los efectos más indirectos sobre los clientes mismos y los impactos más indirectos todavía sobre la comunidad en general.
Los resultados: son los productos o servicios directos que produce el proceso. Los resultados del sistema para el tratamiento de la gripe porcina son los pacientes que reciben los servicios de tratamiento y asesoramiento sobre la enfermedad.
Los Efectos: Son los cambios en materia de conocimientos, actitudes, comportamiento y/o fisiología de los clientes que se derivan de los resultados. En el caso del sistema para el tratamiento de la porcina, sería menor el numero de casos fatales por AH1N1 (los pacientes se mejoran) y las personas, los pacientes o sus acompañantes que saben que hacer en caso de presentar los síntomas. Son resultados indirectos del proceso porque hay otros factores que pueden intervenir entre el resultado (el tratamiento correcto con un antiviral) y el efecto (la recuperación del paciente).
Los impactos: Son los efectos a largo plazo, y más indirectos aún, de los resultados sobre los usuarios y la comunidad en general. En el caso del tratamiento de la porcina, los impactos serían una comunidad con mejor estado de salud general e índices de mortalidad más bajos.



Beneficios de la Modelación de sistemas:
En la diagramación de las relaciones que hay entre las actividades del sistema, facilita la comprensión de las relaciones entre las diversas actividades y el impacto que tienen entre sí.
Muestra los procesos como parte de un gran sistema cuyo objetivo es responder a una necesidad específica del cliente
Es muy útil cuando se necesita contar con un panorama general, dado que ilustra la forma en que se interrelacionan los servicios directos y auxiliares, de dónde provienen los insumos críticos y la forma prevista en que los productos o los servicios responderán a las necesidades de la comunidad.
Ayuda a ubicar las áreas problemáticas o a analizar el problema viendo las distintas partes del sistema y las relaciones que existen entre ellas.
Permite revelar las necesidades de recopilación de datos: indicadores de insumos, procesos y productos (resultados directos, efectos sobre los clientes y/o impactos)
Sirven para observar y seguir el desempeño.

Dinámica de sistemas: Metodología ideada para resolver problemas concretos, ayuda en el diagnostico, diseño y evaluación de los sistemas, su aplicación requiere de conocimientos de matemáticas, programación, análisis estadístico y simulación, sin embargo su capacidad es tan poderosa que incluso podría predecir problemas futuros y evaluar las posibles soluciones desde el presente.
Comprende una metodología para la construcción de modelos de sistemas sociales, que establece procedimientos y técnicas para el uso de lenguajes formalizados, considerando en esta clase a sistemas socioeconómicos, sociológicos y psicológicos, pudiendo aplicarse también sus técnicas a sistemas ecológicos. Esta tiene los siguientes pasos:
a) observación del comportamiento de un sistema real,
b) identificación de los componentes y procesos fundamentales del mismo,
c) identificación de las estructuras de retroalimentación que permiten explicar su comportamiento,
d) construcción de un modelo formalizado sobre la base de la cuantificación de los atributos y sus relaciones,
e) introducción del modelo en un computador y
f) trabajo del modelo como modelo de simulación

Usos de la Dinámica de Sistemas: 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.

La simulación: En la resolución de muchos problemas complejos es necesario modelar el comportamiento de un determinado sistema o de un determinado objeto, que es lo que se está usando hoy en día. Para efectuar diagnósticos del funcionamiento de redes, atención de colas, motores eléctricos, circuitos electrónicos y otros, se necesita modelar el correcto funcionamiento de dichos elementos y determinar variantes que den posiblemente lugar a un mal comportamiento. Para conformar modelos que se acerquen al máximo a representar la realidad existen diversas técnicas como:
_ Análisis de redes.
_Aplicaciones estadísticas.
_ Isomorfismos entre sistemas
_ Simulación, etc.
Con respecto a la Simulación, es importante saber que es una técnica numérica para conducir experimentos en una computadora digital. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo".
También puede definirse como la construcción de modelos informáticos que describen la parte esencial del comportamiento de un sistema de interés, así como diseñar y realizar experimentos con el modelo y extraer conclusiones de sus resultados para apoyar la toma de decisiones.  Se usa como un paradigma para analizar sistemas complejos. La idea es obtener una representación simplificada de algún aspecto de interés de la realidad.
Una definición más formal formulada por R.E. Shannon[1] es: "La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias -dentro de los limites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos - para el funcionamiento del sistema".
Los pasos que generalmente se siguen en una simulación son:
_ Formulación del problema: exposición teórica del problema real.
_ Recolección y procesamiento de datos: Observaciones de campo, documentos, entrevistas con el personal.
_ Formulación del modelo matemático: Se basa en la habilidad e imaginación del diseñador y teniendo en cuenta los criterios para discriminar la información y establecer las relaciones internas y externas.
_ Evaluación de las características de los datos procesados: Preparación de los datos y verificar su veracidad con el modelo matemático seleccionado.
_ Formulación del programa de computador: selección del lenguaje de programación, teniendo en cuenta ventajas y desventajas técnicas, operativas y de pertinencia.
_ Validación del programa: Revisar que las salidas sean las esperadas, revisar la calidad de los datos de entrada y salida, manejo de pantallas y facilidades de manipulación.
_ Diseño de experimentos de simulación: realización de prácticas con el sistema diseñado, teniendo en cuenta variables internas y externas reales.
_ Análisis de resultados y validación de la simulación: Alimentar cada variable y analizar resultados obtenidos, mejorarlo de acuerdo a esos resultados.

Usos de la simulación: Hoy en día el hardware y el software proporcionan variados recursos computacionales, tales como la programación orientada a objetos, la multimedia y los propios programas especializados para el desarrollo de simulación matemática; por lo tanto al combinar todas estas herramientas, con unas técnicas adecuadas para el desarrollo de modelos simulados por computador, genera una técnica capaz de apoyar a analistas, diseñadores y tomadores de decisión para determinar hasta qué punto una solución o alternativa es la mas óptima posible dentro de un grupo de alternativas seleccionadas.
Las computadoras han abierto un nuevo camino en la investigación de sistemas; no sólo facilitando cálculos rápidos y exactos, sino también abriendo campos donde no existen teorías o modos de solución matemáticos. Experimentos pueden ser sustituidos por simulación en computadora, y el modelo alcanzado puede ser verificado con datos experimentales. Utilizados mucho en ecuaciones diferenciales no lineales, economía, investigación de mercados, etc
Por otra parte, esta técnica ha sido enormemente potenciada con la denominada simulación visual, que aporta la creciente sofistificación de un hardware y un software específicos que nos permiten, no sólo la representación visual del entorno y de las diversas alternativas o sistemas, sino también la posibilidad de la animación en un mundo tridimensional creado sintéticamente, así como el tratamiento de todo tipo de vicisitudes, con la evaluación de sus consecuencias sobre las distintas alternativas. Todo ello nos introduce en un autentico mundo virtual (realidad virtual), lleno de enormes posibilidades y que, nos devuelve al modelo físico, con la sensación de encontrarnos inmersos en la experimentación real.
Las aplicaciones de la simulación de sistemas por computador más comunes se dan en proyectos de inversión, sistemas de inventario, sistemas de líneas de espera, problemas de transporte, teoría de juegos, sistemas de información gerencial, juegos gerenciales y otros.

La Simulación y el diseño: Para diseñar un modelo el punto de partida es la identificación de los proyectos y objetivos del objeto que han de alcanzarse en un entorno o condiciones prefijados. Para ello se propone o diseña una estructura que se hace funcionar y evolucionar para, al igual que ocurría con la simulación, comparar los resultados y el estado final de la evolución sufrida por el objeto modelizado con los objetivos propuestos.
La medida de esta comparación se conoce como la fiabilidad del diseño y, en caso de no resultar satisfactoria, se modifica la estructura diseñada inicialmente y se vuelve a poner en funcionamiento dicha estructura y se hace evolucionar. El proceso de diseño o concepción contempla tres niveles de estudio:
- el nivel lógico o superior, en el que se establecen los niveles de jerarquía de los distintos procesadores,
- el nivel funcional o medio, en el que se determinan las interrelaciones entre los diferentes procesadores que explican el funcionamiento del sistema orientado a los fines propuestos, - el nivel físico o inferior en que se procede a la implantación real de procesadores ya conocidos que garanticen que el sistema puede alcanzar sus objetivos en una medida adecuada.
En el caso de una simulación se parte de una estructura, obtenida previamente por análisis o diseño. Se hace funcionar esta estructura y se observa su evolución en un entorno dado  para comparar el resultado de este proceso con unos fines u objetivos prefijados. Si la comparación, de acuerdo con algún criterio (económico, de ejecución, de calidad, etc,..), no resulta satisfactoria se procede a rediseñar o reanalizar la estructura o a alterar la frontera con el entorno y el proceso comienza de nuevo.

Isomorfismo: Entre las herramientas matemáticas para modelar sistemas se tiene el Isomorfismo, Técnica matemática utilizada para establecer correspondencias biunívocas entre los elementos de dos sistemas concretos, teniendo en cuenta que cualquier relación que se establece en los elementos de un sistema igualmente se debe definir en el elemento correspondiente del otro sistema.
Dos sistemas concretos son conceptualmente isomorfos el uno con respecto al otro, si ambos pueden representarse por medio del mismo modelo matemático. Por ejemplo, el crecimiento del dinero en una cuanta bancaria y la desintegración de los átomos de radio responden a la ley exponencial. Como otro ejemplo se puede considerar una relación entre los lenguajes naturales (Lenguajes humanos) y los lenguajes artificiales (Lenguajes de computador), y las matemáticas; y adicionalmente ha generado el nuevo conocimiento al poder comparar el funcionamiento de computadores y el de la mente humana.
El concepto de isomorfismo matemático es una poderosa herramienta para integrar teorías de sistemas específicos. Este tipo de técnicas han sido de gran importancia para el diseño de sistemas automáticos de control para múltiples propósitos, los cuales son estudiados en el campo de la cibernética teórica.