Teoría de Sistemas en Ingeniería Civil

Departamento de Ingeniería Industrial
Universidad de Santiago de Chile
TEORÍA DE SISTEMAS
INGENIERIA CIVIL INDUSTRIAL
I Semestre de 2012
Profesor: Mario Iván Tarride Fernández
Ingeniero Civil Industrial
Magister en Salud Pública
Dr. en Ciencias – Salud Pública
Líneas de Investigación: Sistémica, Complejidad, Organizaciones, Salud.
Proyecto Actual: Organizaciones Saludables.
Ayudante: Ariel Zamorano Rojas
Ingeniero Civil Industrial
Magister en Cs. Ingeniería, mención Ing. Industrial
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¿Qué es la Teoría de Sistemas?
¿Porqué, Cómo, Cuándo surge?
2
Profesor Dr. Mario Tarride F. – Curso Teoría de Sistemas, Ing. Civil Industrial
TEORÍA DE SISTEMAS
Introducción

TEORÍA DE SISTEMAS
Según la RAE:
• Conocimiento especulativo considerado
con independencia de toda aplicación.
• Serie de leyes que sirven para relacionar
determinado orden de fenómenos
• Hipótesis cuyas consecuencias se
aplican a toda una ciencia o a parte muy
importante de ella.
• Entre los antiguos griegos, procesión
religiosa.
Según la RAE:
• Conjunto de reglas o principios sobre
una materia racionalmente entrelazados
entre sí.
• Conjunto de cosas que relacionadas
entre sí ordenadamente contribuyen a un
determinado objeto.
• En biología: conjunto de órganos que
intervienen en alguna de las principales
funciones vegetativas. Ej. Sistema
nervioso.
• En lingüística: conjunto estructurado de
unidades relacionadas entre sí que se
definen por oposición; por ejemplo, la
lengua o los distintos componentes de la
descripción lingüística.
3
TEORÍA DE SISTEMAS

 Conjunto de elementos interrelacionados de alguna manera.
 Conjunto de partes dinámicamente interrelacionadas.
 Conjunto de partes coordinadas para alcanzar ciertos objetivos.
 Construcciones mentales de las situaciones que un observador percibe
en el mundo real.
Ejemplos:
Una célula, el hombre, el lenguaje, las matemáticas, un reloj, una
organización, la sociedad…
4
TEORÍA DE SISTEMAS
¿Qué es un Sistema?

Sistema
Medio Ambiente
Observador
Interrogación Epistemológica
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TEORÍA DE SISTEMAS

 Existencia de más de un elemento componente
 Existencia de relaciones entre los elementos
 Existencia de objetivos que persigue el sistema
 Existencia de un entorno que enmarca al sistema
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TEORÍA DE SISTEMAS
Características de un Sistema

 Según el tipo de componentes:
• Sistemas concretos
• Sistemas abstractos
 Según si intercambian materia, energía o información con su entorno
(Ludwig von Bertalanffy):
• Sistemas abiertos
• Sistemas cerrados
 Según su predictibilidad:
• Sistemas determinísticos
• Sistemas probabilísticos o aleatorios
• Sistemas caóticos
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TEORÍA DE SISTEMAS
Clasificaciones de Sistemas

 Según su complejidad (Kenneth Boulding):
• Estructuras estáticas o marcos de referencia: un cristal, un edificio.
• Dinámicos simples: poleas, palancas, relojes.
• Mecanismos de control: termostato.
• Sistemas autosostenidos: célula.
• Sistemas sociogenéticos: semillas, ramas, plantas.
• Animal: Aparece el sentido de la existencia (instinto) y el
comportamiento guiado por objetivos.
• Humano: Conciencia de existencia. Lenguaje y simbolismo.
• Sistemas sociales
• Sistemas trascendentales
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TEORÍA DE SISTEMAS

 Según la complejidad y el carácter determinista o probabilista que
exhiban los sistemas (Stafford Beer):
• Simples determinísticos: un cerrojo.
• Complejos determinísticos: un computador.
• Simples probabilísticos: lanzamiento de una moneda.
• Complejos probabilísticos: un sistema de inventarios.
• Excesivamente complejos y determinísticos: categoría vacía.
(sistemas caóticos).
• Excesivamente complejos y probabilísticos: economía de un país,
una organización, el cerebro.
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TEORÍA DE SISTEMAS

 Según el comportamiento que exhiben los sistemas (Russel Ackoff):
• Sistemas que mantienen su estado: termostatos.
• Sistemas que persiguen una meta: una institución que desea
mantener un nivel de inventario constante.
• Sistemas que persiguen metas múltiples: idem. al anterior, pero
persiguen más de una meta.
• Sistemas con propósito: un computador programado para jugar
varios juegos.
• Sistemas con voluntad: las personas.
55
TEORÍA DE SISTEMAS

• La complejidad: de la realidad que llevó a la división de las ciencias.
Cantidad de partes y relaciones entre las partes constitutivas de un objeto.
• El reduccionismo: explicaciones desde una determinada ciencia, en
particular de la física, o por la fragmentación de la realidad en virtud del
enfoque analítico.
• El método científico: proceder analítico que fragmenta y reconstituye.
Interacciones débiles o ausentes entre las partes. Aditividad para la
recuperación del todo (emergencias, sinergia).
• Lo sistémico: los sistemas están constituidos por partes en interacción no
lineal; desafío metodológico para la teoría de sistemas. Se mueve la
atención desde un tratamiento mecanicista de la realidad a uno de
carácter organísmico.
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TEORÍA DE SISTEMAS
Enfoque de Sistemas

 Emergencia: comportamientos que aparecen y que no pueden ser
explicados.
 Jerarquía: sistemas contenidos en sistemas y que contiene sistemas.
 Comunicación: sistemas en interacción informacional.
 Control: comportamiento teleológico.
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TEORÍA DE SISTEMAS
Pensamiento de Sistemas

En 1954 se organiza la Sociedad para la Investigación General de Sistemas
con el propósito de impulsar el desarrollo de sistemas teóricos aplicables a
más de uno de los compartimientos tradicionales del conocimiento.
Objetivos de la Sociedad:
 Investigar el isomorfismo de conceptos, leyes y modelos en varios campos
y fomentar provechosas transferencias de un campo a otro.
 Estimular el desarrollo de modelos teóricos adecuados en los campos que
carecen de ellos.
 Minimizar la repetición de esfuerzo teórico en diferentes campos.
 Promover la unidad de la ciencia mejorando la comunicación entre
especialistas.
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TEORÍA DE SISTEMAS
La Teoría General de Sistemas

 Estudio de los sistemas como tales
• Desarrollo teórico en el pensamiento de sistemas.
• Soluciones de problemas: aplicaciones del pensamiento de
sistemas a problemas del mundo real.
– Trabajo con sistemas „hard‟ (Ing. de Sistemas)
– Ayuda a la toma de decisiones (Análisis de sistemas „hard‟)
– Trabajo con sistemas „soft‟ (Metodologías de sistemas „soft‟)
 Aplicación del pensamiento de sistemas en otras disciplinas.
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TEORÍA DE SISTEMAS
El Movimiento de Sistemas

La teoría de sistemas no es una unidad monolítica ya que comprende un
conjunto de enfoques que difieren en estilo y propósitos, a través de los
cuales se busca resolver el desafío metodológico planteado por el
pensamiento de sistemas. Entre otros es posible citar:
- Teoría Clásica de los Sistemas - Cibernética
- Computarización y Simulación - Teoría de la Información
- Teoría de los Compartimientos - Teoría de Autómatas
- Teoría de los Conjuntos - Teoría de los Juegos
- Teoría de Grafos - Teoría de Decisiones
- Teoría de Redes - Teoría de Colas
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TEORÍA DE SISTEMAS
Las Teorías de Sistemas

A través del uso de las matemáticas clásicas; del cálculo infinitesimal, busca:
• Enunciar principios aplicables a sistemas y subsistemas.
• Proporcionar técnicas para la investigación y descripción de sistemas y
subsistemas.
• Aplicar las técnicas desarrolladas.
Ejemplos:
• Principios de cinética aplicados a poblaciones de moléculas o entidades
biológicas (i.e. sistemas químicos y ecológicos).
• Principios de difusión aplicados a la fisicoquímica y a la información.
• Modelos de equilibrio dinámico y mecánica estadística aplicados al tráfico.
• Análisis alométrico de sistemas biológicos y sociales.
61
TEORÍA DE SISTEMAS
Teoría Clásica de los Sistemas (L.v. Bertalanffy, 1968)

62
• Se sustituye el engorroso camino de la resolución de sistemas de
ecuaciones diferenciales lineales y no lineales por modelos de simulación,
expresados a través de algoritmos de simple solución.
• Se pueden modelar y simular sistemas para los cuales no existe teoría o
modos de solución matemáticos.
• Permite experimentar con sistemas que en la realidad sería imposible. El
laboratorio es el computador.
Ejemplos:
• Simulación de sistemas ecológicos.
• Simulación de sistemas económicos
• Simulación de sistemas sociales.
• Simulación de sistemas productivos.
TEORÍA DE SISTEMAS
Computarización y Simulación (J. Forrester, 1961)

63
• Se refiere al estudio de los fenómenos de transporte que se dan entre los
distintos componentes de un sistema, a través de sus fronteras.
• Dependiendo de la estructura que asuman los compartimientos
(“catenaria” o “mamilar”) serán las dificultades de modelamiento
matemático (considérense sistemas de tres o más componentes).
• Las herramientas típicas a usar son Transformadas de Laplace y Teoría
de Redes y Grafos.
TEORÍA DE SISTEMAS
Teoría de los Compartimientos (Rescigno y Segre, 1966)

64
• Propiedades generales de sistemas, pueden ser axiomatizadas en términos
de la Teoría de Conjuntos.
• Se refiere al modelamiento relacional estructural, topológico (más que
cuantitativo) de los componentes constitutivos de un sistema.
• Se vincula con el algebra de matrices, la teoría de los compartimientos
(sistemas permeables) y teoría de los sistemas abiertos.
Teoría de Grafos
TEORÍA DE SISTEMAS
Teoría de los Conjuntos (Mesarovic, 1964)

65
• Integra teoría de compartimientos con teoría de conjuntos y teoría de grafos
y se aplica a sistemas en red. Por ejemplo, sistema nervioso, redes
comunicacionales (telefónicas, internet).
Teoría de la Información (Shannon y Weaver, 1948)
• Asocia la idea de información al segundo principio de la termodinámica,
entropía.
• Su extensión ha llevado a pensarla como medida de organización de un
sistema.
• Se refiere al comportamiento exhibido por sistemas antagónicos,
‟jugadores racionales‟, que desean maximizar sus beneficios y/o minimizar
sus pérdidas conforme a estrategias de juego adecuadas.
Teoría de Juegos (Von Neumann y Morgenstern, 1967)
TEORÍA DE SISTEMAS
Teoría de las Redes (Rapoport, 1949)

66
• Su origen estaría en el sueño de hacer un hombre artificial.
• Algunos hitos claves son: los homunculus (Edad media); el ajedrecista (el
turco) de Kempelen (1769); la mujer pianista de Droz (1791); el flautista y
el burro tejedor de Vaucauson (1782).
• Le Mettrie señalaba: “el organismo humano sólo es una máquina
complicada y las aptitudes espirituales del hombre son funciones naturales
e intrínsecas de la materia orgánica”
• Se refiere a autómatas abstractos con entradas y salidas (cajas negras) y
aprendizaje por ensayo y error.
• Todo proceso puede ser simulado si es expresable en un número finito de
operaciones lógicas.
• Todo lo que sea posible lógicamente, puede ser construido por un
autómata.
TEORÍA DE SISTEMAS
Teoría de Autómatas (Minsky, 1967)

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• Se refiere al uso de las matemáticas para el estudio de los procesos
decisionales, permitiendo la selección de la mejor opción entre distintas
alternativas.
• Conceptualización matemática de sistemas que muestran un
comportamiento determinado por la disposición de sus componentes en
estructuras alineadas y tiempos de llegada y permanencia en los mismos
de carácter aleatorios.
Cibernética
TEORÍA DE SISTEMAS
Teoría de Decisiones
Teoría de Colas

TEORÍA BIOLÓGICA DEL CONOCIMIENTO
 Admitimos conocimiento cada vez que observamos una conducta efectiva (o
adecuada) en un contexto señalado, es decir, en un dominio que definimos
con una pregunta (explícita o implícita) que formulamos como observadores.
 La teoría biológica del conocimiento debe ser vista como una invitación a
suspender el hábito de caer en la tentación de la certidumbre, dado que:
• Si no se suspenden las certidumbres nada podría ser comunicado, nada
quedaría incorporado a la experiencia como una comprensión efectiva
del fenómeno en conocimiento.
• Y, porque toda experiencia cognoscitiva involucra al que conoce de una
manera personal, enraizada en su estructura biológica, donde toda
experiencia de certidumbre es un fenómeno individual ciego al acto
cognoscitivo del otro, en una soledad que sólo se trasciende en el mundo
que se crea con él.
151
El Conocer

Experiencias como las denominadas "punto ciego", o de emergencia de colores
no esperados, o del suave frote de los dedos anular y mayor cruzados sobre la
nariz, contienen de una manera capsular el sabor esencial de lo que se quiere
aquí decir. Porque muestran de qué manera nuestra experiencia está amarrada
a nuestra estructura de una forma indisoluble. No vemos el "espacio" del
mundo, vivimos nuestro campo visual; no vemos los "colores" del mundo,
vivimos nuestro espacio cromático. Sin lugar a dudas, estamos en un mundo.
Pero cuando examinamos más de cerca cómo es que llegamos a conocer ese
mundo, siempre nos encontramos con que no podemos separar nuestra
historia de acciones -biológicas y sociales- de cómo nos aparece ese mundo.
Es tan obvio y cercano que es lo más difícil de ver.
Aforismos:
“Todo hacer es conocer y todo conocer es hacer”
“Todo lo dicho es dicho por alguien”
152
El Conocer

153
Una explicación siempre es una proposición que reformula o recrea las
observaciones de un fenómeno en un sistema de conceptos aceptables para
un grupo de personas que comparten un criterio de validación.
Se pueden distinguir, esencialmente, cuatro condiciones que deben ser
satisfechas en la proposición de una explicación científica, las que no
necesariamente ocurren secuencialmente, sino en algún orden imbricado:
Criterio de Validación Científica

a) Descripción del o los fenómenos a explicar de una manera aceptable para
la comunidad de observadores;
b) proposición de un sistema conceptual capaz de generar el fenómeno a
explicar de una manera aceptable para la comunidad de observadores
(hipótesis explicativa);
c) deducción a partir de b de otros fenómenos no considerados
explícitamente en su proposición, así como la descripción de sus
condiciones de observación en la comunidad de observadores;
d) observación de estos otros fenómenos deducidos de b.
Sólo si se satisface este criterio de validación, una explicación es científica. Y
una afirmación es científica sólo si se funda en explicaciones científicas.
154

155
Ejemplo:
"Conocer es acción efectiva, es decir, efectividad operacional en el dominio de
existencia del ser vivo".
Explicación:
a) Fenómeno a explicar: Acción efectiva del ser vivo en su medio ambiente;
b) Hipótesis explicativa: Organización autónoma del ser vivo; deriva
filogenética y ontogenética con conservación de la adaptación
(acoplamiento estructural);
c) Deducción de otros fenómenos: Coordinación conductual en las
interacciones recurrentes entre seres vivos y coordinación conductual
recursiva sobre la coordinación conductual.
d) Observaciones adicionales: Fenómenos sociales, dominios lingüísticos,
lenguaje y autoconciencia.

156
Los seres humanos tenemos dos tipos de experiencias fundamentales. La mentira y el
error. Sabemos cuando mentimos, pero no cuando nos equivocamos, porque el error es
siempre a posteriori. Lo mismo pasa con las ilusiones. Uno se da cuenta del error
después, atendiendo a otras dimensiones distintas de aquellas desde la cual se vivió la
experiencia. Estas experiencias constituyen el fundamento del darse cuenta que uno
no puede hacer referencia a una realidad independiente de uno. En la experiencia, no
se puede distinguir entre ilusión y percepción porque tal distinción es a posteriori;
Ontologías Constitutivas.
Sin embargo, no obstante darnos cuenta de que no podemos hacer referencia a una
realidad independiente de nosotros y sabiendo que habitamos un mundo de acuerdos
de acciones, surgen las Ontologías Trascendentales como consecuencia de creer
que sí podemos hacer esa referencia y, en el apego a ella, a través de creer que uno
puede dominar a los otros reclamando para sí el privilegio de saber cómo son las cosas
en sí.
Las Ontologías Trascendentales y Constitutivas
(Fundamento de la Teoría Biológica del Conocimiento)

157
La emoción es una dinámica corporal que se vive como un dominio de
acciones; se está en una emoción o no.
La emoción se vive y no se expresa, porque al poner atención a su
expresión se le niega, estableciendo una dicotomía entre el vivir y el parecer.
”Te veo triste”, hace una apreciación sobre el emocionar de alguien,
distinguiendo el dominio de acciones en que se encuentra, y hace una
distinción en el dominio del hacer.
”Sientes pena”, hace una apreciación sobre como se siente en su
emocionar, y hace una distinción en el dominio de la reflexión.
Confundimos frecuentemente emoción con sentimiento y en el proceso
negamos la emoción buscando la expresión de nuestro sentir.
Las Emociones

 La naturaleza es un todo unificado, integrado, con leyes regularmente uniformes y
temporalmente duraderas.
 Una consideración fundamental acerca de la naturaleza es su complejidad.
 Las disciplinas científicas son modos diversos de mirar (modelar) la naturaleza.
 La unidad de la naturaleza persiste independientemente de las divisiones que hace
el hombre de ella.
 Modelamos la naturaleza por medio de lenguajes, que pueden ser formales o
sociales.
 Dado el problema de incompletitud de los lenguajes, que no puede eliminarse,
deben buscarse los metalenguajes. No obstante, totalidad no es sinónimo de
completitud.
 Conceptual y epistemológicamente se considera útil usar el término sistema como
una forma de modelar la naturaleza en su aspecto de totalidad o integralidad.
158
TEORÍA DE SISTEMAS
Once Tesis para una Teoría General de Sistemas

 Los sistemas son separables de su ambiente dado que tienen identidad y
coherencia a través del tiempo y que son definidos por un observador.
 El control en sistemas, se define como la mantención de los valores de
determinadas variables del sistema controlado, dentro de rangos dictados por el
controlador.
 La filosofía de la administración cibernética de sistemas, dice que debemos
enfrentar las situaciones reales como un todo; no podemos comprender o controlar
los sistemas, comprendiendo o controlando sus partes. La complejidad de la
naturaleza hace que no se le pueda tratar de modo enumerativo.
 Una Teoría General de Sistemas se concibe como un meta-concepto o meta-
disciplina. Es decir, permite referirse a todas las otras disciplinas, científicas y
sociales, y en particular al método científico.
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TEORÍA DE SISTEMAS
Once Tesis para una Teoría General de Sistemas

Consiste, básicamente, en tres momentos de distinción efectuados por un
observador y fundados en sus respectivas leyes sistémicas.
I. Diferenciación: se estudian las componentes del sistema que interesa,
con base en las siguientes leyes:
Ley de la unidad: “todo sistema es una unidad simple, indescomponible"
Ley de composición: “todo sistema es una unidad compuesta,
descomponible”
160
TEORÍA DE SISTEMAS
Método Sistémico

II. Complementación: Se estudian las relaciones inmediatas que tiene el
sistema con otros sistemas, con base en las siguientes leyes:
Ley de estructura: “nada existe aislado, sino en relación dinámica con otros
seres dentro de ámbitos condicionantes“
Ley de concomitancia: “todo proceso está determinado por relaciones de
simultaneidad con procesos del mismo ámbito, y no
por causas lineales del movimiento anterior del que
precede"
161
TEORÍA DE SISTEMAS
Método Sistémico

III. Síntesis: Se pone al sistema en proceso, en movimiento, comprendiendo
de dónde viene y hacia dónde va, bajo las siguientes leyes:
Ley del ciclo: “todo el universo está en evolución y va de lo más simple a lo
más complejo y organizado, según tiempos y ritmos cíclicos"
Ley de la trasmutación: “la continua evolución del universo muestra el ritmo
de diferencias, combinaciones y síntesis hacia
una cada vez mayor complejidad. Nuevas
síntesis asumen las diferencias anteriores y
eliminan materia y energía cualitativamente no
aceptable para pasos más complejos“
162
TEORÍA DE SISTEMAS
Método Sistémico

 Nombrar el sistema
 Fijar el punto de vista e interés del observador (es)
 Distinguir el quehacer del sistema
 Distinguir el medio ambiente inmediato del sistema, nombrando los
principales sistemas que lo componen
 Distinguir las relaciones del sistema con los otros sistemas de su medio
ambiente inmediato.
 Distinguir el medio ambiente distante del sistema, nombrando los
principales sistemas que lo componen.
 Distinguir las relaciones del sistema con los otros sistemas de su medio
ambiente distante.
163
TEORÍA DE SISTEMAS
Método Sistémico

 Distinguir los componentes del sistema.
 Distinguir relaciones entre componentes del sistema.
 Distinguir regulación en el sistema:
• Identificar los objetivos del sistema
• Identificar variables esenciales
• Identificar bandas de normalidad
• Identificar posibles perturbaciones al sistema
• Diseñar estrategias de regulación
 Distinguir la evolución del sistema.
164
TEORÍA DE SISTEMAS
Método Sistémico

Fin
165

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