LA TEORIA GENERAL DE SISTEMAS
A principios del siglo XX las primeras máquinas eran aparatos tremendamente peligrosos donde las explosiones se producían con una cierta frecuencia. Por ello no es de extrañar que fuese entonces y en Inglaterra donde se iniciase la búsqueda de una disciplina específica para estudiar la estabilidad y el control de los nuevos habitantes del planeta: las máquinas.
Cibernética
La palabra Cibernética derivada del griego "Kybernetes" apareció por primera vez con Platón, y en el siglo XIX con André Marie Ampere para referirse a los modos de Gobierno.
En 1943 Wiener había indicado la necesidad de elegir un vocablo para designar un nuevo cuerpo de teorías e investigaciones. En 1947 se comienza a adoptar la palabra Cybernetics que fue popularizada en su libro titulado "Cybernetics, or the study of control and communication in the animal and machine" y desde entonces el término no ha dejado de mantener un interés creciente. De hecho la Cibernética se desarrolló como ciencia profundamente "transdisciplinar" que estudia el control y el autocontrol (Wiener) o bien la eficacia de la acción (Couffignal).
Así Wiener y Bigelow ponen de manifiesto las características esenciales de los procesos de retroalimentación donde el estado actual de un elemento influye en los elementos de etapas anteriores creando un bucle cerrado, y con ello logran analizar el comportamiento de un sistema y su control.
Espacio de Estado
La Cibernética en general se interesa en el estudio de la diferencia entre la presencia y la ausencia de varias propiedades, también llamadas dimensiones o atributos. Por ejemplo un sistema bola de billar puede tener propiedades, como un color particular, el peso, posición o velocidad. La presencia o la ausencia de cada propiedad puede ser representada de forma binaria con variables Boleanas que toman dos valores "si" cuando el sistema posea la propiedad, o "no" cuando no la posea.
La representación binaria puede ser generalizada a una propiedad con múltiples valores discretos o continuos. El conjunto de todos los estados posibles del sistema se llama espacio de estado. Un componente esencial en la modelización cibernética es la medida cuantitativa del tamaño del espacio de estado, o el número de los estados diferentes. Esta medida se llama variedad. La variedad se define a partir del número de elementos del espacio de estado :
V= log (|S|)
3.3. Entropia
El concepto de entropía apareció en la Física introducido por Clausius durante el siglo XIX. Corresponde, según sabemos, a una medida del desorden que presentan las moléculas de un gas y ha permitido dar cuenta de los equilibrios termodinámicos.
En términos estadísticos, el desorden viene dado por el número de estados en los que un sistema puede estar. Un sistema estará más desordenado que otro cuando el número de estados diferentes en los que podemos encontrar al primero es mayor que los del segundo.
En un sistema cerrado la entropía siempre aumenta de acuerdo con la ecuación de Clausius:
dS>0
mientras en un sistema abierto el cambio total de la entropía puede escribirse según Prigogine:
dS=dSi+dSe
donde dSe denota el cambio de la entropía por importación que puede ser positivo o negativo y dSi la producción de la entropía debido a procesos irreversibles en el sistema que es siempre positivo.
Sistemas
Algunas de las definiciones de sistema más conocidas son:
- "Sistema es un conjunto de elementos interrelacionados" (Ludwig Von Bertalanffy)
- "Un sistema se define como cualquier conjunto de variables que el observador selecciona de las disponibles en la “máquina real" (Ashby)
- "Por el momento será suficiente pensar en un sistema como un grupo de objetos físicos en una parte limitada del espacio que permanece identificable como un grupo a través de una longitud de tiempo apreciable." (Bergmann)
- “Un todo que está compuesto de muchas partes. Un conjunto de atributos" (Cherry)
- “Un sistema es cualquier subconjunto de un producto cartesiano generalizado” (Mesarovic)
- "Conjunto de partes que trabajan para lograr un objetivo común" (Forrester)
- "Una unidad compleja formada de muchos hechos a menudo diversos sujetos a un plan común o cumpliendo un propósito común" (Diccionario Internacional de Websters)
- “Un sistema es una totalidad organizada, hecha de elementos solidarios que no pueden ser definidos más que los unos con relación a los otros en función de su lugar en esa totalidad." (Ferdinand de Saussure)
- “Un sistema es un todo integrado, aunque compuesto de estructuras diversas, interactuantes y especializadas. Cualquier sistema tiene un número de objetivos, y los pesos asignados a cada uno de ellos puede variar ampliamente de un sistema a otro. Un sistema ejecuta una función imposible de realizar por una cualquiera de las partes individuales. La complejidad de la combinación está implícita." (IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronic Terms)
- “Un sistema es una colección organizada de hombres, máquinas y métodos necesaria para cumplir un objetivo específico." ( Estándar X3.12-1970 (ANSI), Estándar 2382/V, VI (ISO) ).
La existencia de un objetivo del sistema como carácterística esencial del mismo que aparece en las muchas de las definiciones no debe ocultarnos que los diferentes elementos del sistema pueden tener objetivos contrapuestos entre si, y que no siempre este objetivo existe.
Así, podemos pensar que en un partido de futbol cada jugador intenta realizar un esfuerzo físico mínimo para evitar fatiga y lesiones a costa de sus propios compañeros de equipo, pero en conjunto, sin renunciar a sus objetivos individuales se comportan para lograr un objetivo común que es la victoria.El papel del entrenador del equipo consiste precisamente en lograr una mínima armonía entre los objetivos contrapuestos de los jugadores, a través de lo que conocemos como “motivación”.
Por el contrario, como ejemplo de sistema sin objetivo, si observamos una zona boscosa o una jungla no tendremos ninguna duda de que se trata de un sistema formado por un conjunto de múltiples elementos vegetales y animales. Estos elementos se hallan relacionados entre sí ya que la subsistencia de uno cualquiera de ellos depende de la existencia de los que constituyen su sustento o su abrigo. Ahora bien si nos preguntamos por el objetivo de cada uno de estos elementos no podremos acudir a la visión organísmica según la cual cada uno de los elementos de un sistema se preocupa del bien común, sino que más bien vamos a observar como cada elemento se preocupa de su propia subsistencia a costa habitualemente de otros elementos del sistema que son su alimento.
Así pues si los elementos tienen como único objetivo su propia subsistencia a costa de los otros elementos es muy difícil justificar la existencia de un objetivo del sistema en su conjunto.
El hecho de que el sistema posea estabilidad en el tiempo, como consecuencia de la existencia de multitud de elementos relacionados entre si de forma simbiótica, no nos permite hablar necesariamente de un objetivo común de todos ellos y en definitiva de un objetivo del sistema, en este caso habremos de hablar de la situación de equilibrio del sistema.
Sistemas abiertos
Podemos limitar el estudio del sistema al estudio de sus elementos y las relaciones que existen entre ellos, cuando podamos hacer de forma razonable la suposición de que podemos prescindir de los efectos de los elementos de su entorno. En este caso estamos trabajando sobre un sistema que denominaremos sistema cerrado. Por ejemplo para el estudio del funcionamiento y habitabilidad de una estación meteorológica permanente situada en la Antárdida, podremos llegar a considerar que no tiene dependencia de su entorno geológico o atmosférico y limitarnos a los aspectos internos.
De igual forma podemos considerar que una lámpara de sobremesa es un sistema cerrado, con sus múltiples elementos y relaciones, a pesar de que reciba electricidad del exterior, y hacer un completo y correcto estudio sobre su diseño y estabilidad.
También podríamos considerar como un sistema cerrado a una persona que se halla en un quirófano para ser operada, y así mientras dure la operación no son relevantes otros aspectos sobre esa persona que no sean los relativos al motivo de la operación.
Este método de análisis es adecuado para analizar los sistemas cerrados. Sin embargo Ludwig Von Bertalanffy sabía que muchos sistemas por su propia naturaleza y definición no son sistemas cerrados. Si separamos un organismo viviente de su entorno morirá debido a la carencia del oxígeno, agua, y alimentos. Los organismos, las empresas incluidas, son sistemas abiertos que no pueden sobrevivir sin intercambiar de forma contínua materia y energía con su entorno.
Hacia 1920 Bertalanffy escribía: "Ya que el carácter fundamental de un objeto viviente es su organización, el acostumbrado examen de las partes y procesos aislados no puede darnos una explicación completa de los fenómenos vitales. Este examen no nos informa acerca de la coordinación de partes y procesos. Así, la tarea primordial de la biología deberia ser la de descubrir las leyes de los sistemas biológicos a todos los niveles de organización. Creemos que los intentos de hallar un fundamento para la biología teórica apuntan a un cambio básico en la concepción del mundo. A esta nueva concepción, considerada como un método de investigación, la llamaremos "biología organísmica" y en tanto y en cuanto se propone ser explicativa, "Teoría de Sistemas del Organismo".
El concepto organísmico fue el germen de lo que más tarde se conocería como la Teoría General de Sistemas remplazando el término organismo por entidades organizadas tales como grupos sociales, personalidad, o ingenios tecnológicos.
Según Bertalanffy: "En determinadas condiciones, los sistemas abiertos se aproximan a un estado independiente del tiempo, el llamado estado uniforme". Este estado uniforme se caracteriza por un orden relativamente alto expresado en la existencia de desniveles acusados entre los componentes del sistema.
La Teoría General de Sistemas
La "Teoría General de Sistemas" fue desarrollada por Bertalanffy, que por cierto era biólogo, en el año 1940. Al principio esta teoría no estaba enfocada a los fenómenos de regulación y mucho menos a la noción de la información, pero disponía de más ventaja epistemológica para conseguir la unidad de la ciencia que la cibernética. Contrariamente de la cibernética, Bertalanffy se interesaba particularmente en sistemas abiertos.
El enfoque sistémico pone en primer plano el estudio de las interacciones entre las partes y entre éstas y su entorno. Aparecen relaciones comunes en distintos sistemas de diferente naturaleza, lo que lleva a la construcción de Sistemas Generales: se puede considerar un Sistema General como una clase de Sistemas Particulares con la misma estructura de relaciones, de modo que cualquiera de ellos puede tomarse como modelo de los demás. De allí viene la necesidad de construir distintas Teorías para distintos Sistemas Generales, según el contexto formal en el que los diversos autores desarrollan sus investigaciones. Ahora bien, podemos construir también una Teoría General de Sistemas para el tratamiento sistemático de las propiedades de cualquier Sistema General. Será una teoría matemática formal, sin contenido material específico.
Una Teoría General de Sistemas, idealmente aplicable a cualquier sistema real o imaginable, deberá poder tratar sistemas con cualquier número de variables de carácter continuo o discreto. Así, por ejemplo, según Mesarovic, un sistema es cualquier subconjunto de un producto cartesiano generalizado.
La importancia de las interacciones en el enfoque sistémico hará necesario distinguir entre las variables de entrada generadas por el entorno y las variables de salida generadas por el propio sistema. A su vez, en los sistemas complejos con diferentes estados internos deberemos tomar en consideración la evolución temporal entre los mismos. En los casos de mayor interés sistémico, la salida de un sistema se relaciona con la su entrada a través de un bucle de retroalimentación que provoca un proceso no lineal. Por tanto, los procesos derivados de la regulación y el equilibrio que son usuales en sistemas abiertos vivos o electrónicos serían de especial interés para la Teoría General de Sistemas.
En 1954 se crea la Sociedad para la Investigación de los Sistemas Generales, cuyo programa era:
- Investigar el isomorfismo de conceptos, leyes y modelos en varios campos, y promover transferencias útiles de un campo a otro
- Investigar el isomorfismo de conceptos, leyes y modelos en varios campos, y promover transferencias útiles de un campo a otro.
- Favorecer el desarrollo de modelos teóricos adecuados en aquellos campos donde faltaran.
- Reducir en lo posible la duplicación de esfuerzo teórico en campos distintos.
- Promover la unidad de la ciencia, mejorando la comunicación entre los especialistas.
La Dinámica de Sistemas
La Dinámica de Sistemas se entiende, en el sentido de Forrester (1968), como una metodología para entender el cambio, utilizando las ecuaciones en diferencias finitas o ecuaciones diferenciales. Dada la representación de estos procesos podemos estudiar la dinámica del conjunto de los estados disponibles por el sistema que es el tema central de la modelación. La Dinámica de Sistemas tiene su origen en la década de los años 30 cuando se desarrolló la teoría de los servomecanismos, que son instrumentos en los que existe una retroalimentación desde la salida a la entrada.
En la década de los años 50, aprovechando los iniciales avances de la Informática, Jay Forrester desarrolla en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) la Dinámica Industrial. Con este instrumento, que aúna el enfoque sistémico y la simulación por ordenador, consigue avanzar en la resolución de problemas que se producen en el seno de la empresa industrial. Al final de la década publica "Industrial Dynamics" (1961).
La década siguiente, los años 60, es la década de traspaso desde el mundo de la industria al ámbito social, al final de la década aparecen los primeros resultados "Principles of Systems" (1968), "Urban Dynamics" (1969), "World Dynamics" (1971) para el Club de Roma, "Counterintuitive Behavior of Social Systems" (1971) y "The life Cycle of Economic Developement" (1973). Cabe mención aparte el libro de D.L.Meadows "Dynamics of Growth in a finite World" (1972). El gran mérito de este libro es haberse publicado un año antes de la crisis de materias primas de 1973, y haber vaticinado en parte sus consecuencias.
A partir de entonces las aplicaciones, que se pueden seguir a través de los títulos publicados, se extienden a múltiples ámbitos, incluso a la ecología, que encuentra en la Dinámica de Sistemas una ayuda muy válida para el estudio de los complejos fenómenos que se producen en la naturaleza. Recientemente se observa una cierta publicidad de las aplicaciones de esta metodología a la ecología. Así aparecen en la prensa artículos que comentan los feed-backs entre diferentes elementos de los ecosistemas, su complejidad, la existencia de puntos-palanca o leverage-points, la existencia de puntos sin retorno, etc.
Su generalización al estudio de procesos socioeconómicos basada en modelos mentales no cabe duda que comporta notables dificultades, aunque es innegable que viene a cubrir una laguna existente entre los instrumentos de análisis de estos procesos que se caracterizan por su complejidad y por la existencia de múltiples relaciones de retroalimentación.
La aplicación de la Dinámica de Sistemas a la socioeconomía se basa en que en este ámbito, también se pueden definir sistemas, compuestos por unos elementos que se relacionan entre sí de forma estable, entre los cuales rigen o se cumplen unas leyes, como son las de la lógica, las de mercado, las de la demografía, etc.
De 1977 encontramos un comentario al respecto de Jaime Terceiro el cual indica que "La principal desventaja de la Programación Dinámica, excepto para casos relativamente simples en los que es posible obtener una relación analítica a la relación recurrente, es que se requiere una capacidad de memoria que supera los límites prácticos de los computadores actuales". Si bien esto era verdad en 1977, la espectacular evolución del software y del hardware de los últimos años permite que con un PC y conocimientos básicos de informática sea posible crear este tipo de modelos. Por ello podemos decir que se abre la puerta a la aplicación generalizada de esta metodología.
A medida que este instrumento ha ido adquiriendo experiencia y se han multiplicado sus aplicaciones, dentro de un ámbito limitado, aquellos que más lo utilizan lo han ido desarrollando en aspectos parciales, más o menos según sus gustos y necesidades.
Retroalimentación
La Cibernética introduce la idea de circularidad a través del concepto de retroalimentación, bucle o feed-back, rompiendo con la ciencia newtoniana clásica en la que los efectos se encadenan de forma lineal.
La idea de circularidad desarrollada por Wiener se centra en el feed-back negativo que permite la autorregulación del sistema antes posibles perturbaciones. En 1963, Maruyama estudió el feed-back positivo que, a diferencia del negativo, amplifica la desviación fomando los “sistemas amplificadores".
La utilización de este concepto puede permitir explicar la evolución de los sistemas sociales en los cuales existen los dos tipos de retroalimentación.
La Cibernética y las ciencias sociales
Norbert Wiener, el padre de la Cibernética, era firmemente partidario de la aplicación de la Cibernética a las ciencias sociales y la sociedad. Wiener se muestra convencido en sus libros "The Human Use of Human Beings" y "Cybernetics, or the study of control and communication in the animal and machine" de que el comportamiento humano, el de los animales y el de las maquinas puede explicarse mediante los principios de la Cibernética: comunicación, control de la entropía a través del aprendizaje mediante bucles de retroalimentación, etc.
Los cibernéticos estudiaron el sistema nervioso con el fin de entender la cognición Humana, llegando a la conclusión de que las observaciones independientes del observador no son físicamente posibles. Cuando un escritor escribe en inglés está usando una estructura en su sistema nervioso que es resultado de la interacción con el lenguaje que ha tenido desde que era niño.
Aparte de la desventaja obvia de la subjetiva influencia del investigador en sus modelos sociales, a veces puede actuar como catalizador en procesos de cambio. En la psicología el campo de la terapia familiar rastrea sus orígenes directamente de la Cibernética (Watzalwick, 1967). En la terapia familiar los comportamientos inusuales pueden ser resultados de interacciones dentro de la familia. "Sostenemos básicamente que los sistemas interpersonales -grupos de desconocidos, parejas matrimoniales, familias, relaciones psicoterapéuticas, o incluso internacionales, etc.- pueden entenderse como circuitos de retroalimentación, ya que la conducta de cada persona afecta la de cada una de las otras y es, a su vez, afectada por éstas" (Paul Watzalwick).
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Ciencias de la complejidad
© Juan Martín García
ISBN 9781723935428
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