Resumo capítulo 2 - Thinking in Systems

Uma breve visita ao sistema Zoológico

Uma forma excelente para aprender alguma coisa nova é através de bons exemplos. Desta forma, será utilizado um exemplo simples, mas que irá ilustrar vários princípios gerais de um sistema completo.

É apresentado os mesmos pontos fortes e fracos de um zoológico. É apresentado uma ideia da enorme variedade de sistemas que existem no mundo, mas está longe de uma representação completa da variedade. Ele apresentada animais por família - macacos estão aqui, ursos lá - então você pode observar o comportamento dos macacos, em oposição aos ursos. Mas, como um zoológico, estas coleções são muito arrumadas. Assim como animais de zoológico estão mais naturalmente misturado juntos no ecosistema, então os sistemas animal descritos aqui estão normalmente conectados e interagem entre eles e com outros não ilustrados aqui.

Ecosistema vem depois. Primeiramente será observado um sistema animal por vez.

Sistemas de Estoque único

É apresentado como exemplo com dois loops concorrentes buscando equilíbrio - um termostato.

O termostato é o mecanismo que regula o aquecimento de um cômodo (ou resfriamento, se ele estiver conectado a um ar condicionado ao invés de um aquecedor. A figura a seguir ilustra a representação de um termostato.

 

 Quando a temperatura cai abaixo do ajuste do termostato, ele detecta um discrepância e envia um sinal para o sistema de aquecimento, aquecendo o cômodo. Quando a temperatura aumenta, o termostato desliga o aquecimento. Este ciclo é ilustrado do lado esquerdo da figura acima. Entretanto, este não é o único ciclo no sistema, uma vez que o calor também flui para fora do cômodo, que sempre tenta fazer a temperatura do cômodo ser igual a do lado de fora. A suposição é que o sistema isolante do cômodo não é perfeito e assim, algum calor flui para o lado de fora.

Agora, o que acontece quando estes dois sistemas operam ao mesmo tempo? Assumindo que existe isolamento suficiente e o sistema de aquecimento tem porte suficiente, o loop de aquecimento domina o loop de resfriamento. Sendo assim, o cômodo será aquecido e a temperatura atingirá o ajuste feito no termostato. A figura a seguir ilustra a situação.

 Ainda no exemplo do termostato, é importante observar o seu comportamento com a variação da temperatura externa. A figura a seguir mostra um período de 24 horas de operação normal, com a temperatura externa caindo bem abaixo de zero.

 Todo loop de realimentação que busca equilíbrio tem seu ponto de breakdown, onde outros loops puxam o estoque para longe do seu objetivo com mais força do que ele pode puxar para traze-lo de volta. Considerando o exemplo do termostato, se a potência do sistema de aquecimento, a figura a seguir mostra o que acontece considerando a mesma temperatura externa da figura anterior.

Um Estoque com Loop de Reforço e um Loop de Equilíbrio. População e Economia Industrial

O que acontece quando um loop de reforço e um loop de equilíbrio estão puxando o o mesmo estoque? Este é um dos mais comuns e importante estruturas de sistemas. Entre outras coisas, ele descreve toda população viva e toda economia.

 

Uma população ter um loop de reforço causado por seu crescimento através de sua taxa de natalidade, e um loop de equilíbrio causado por mortes através da taxa de mortalidade.

 Por exemplo, a população mundial em 2007 era de 6.6 bilhões de pessoas e tinha uma taxa de natalidade de aproximadamente 21nascimentos para 1000 pessoas na população. Sua taxa de mortalidade era de 9 mortes para cada 1000 pessoas. Nascimentos era maior que mortalidade, assim o loop de reforço dominou o sistema. A figura a seguir mostra esta condição, considerando que a taxa de natalidade e mortalidade se mantém constante.

Se por algum motivo, a taxa de mortalidade fosse superior, como por exemplo, 30 mortes para cada 1000 pessoas, enquanto a taxa de natalidade se mantém em 21, então o loop de mortes dominará o sistema. Mais pessoas morreriam a cada ano que iriam nascer, e a população diminuiria gradualmente conforme a figura a seguir.

Este comportamento é um exemplo de mudança de dominância de loops de realimentação. Dominância é um conceito importante em systems thinking. Quando um loop domina um outro, ele tem um impacto maior no comportamento. Uma vez que sistemas normalmente possuem vários loops de realimentação operando simultaneamente, estes loops que dominam o sistema determinarão o comportamento.

Conforme visto, dependendo do que acontecer no futuro, o comportamento do sistema se altera totalmente. Dessa forma, há questões que você precisa fazer que ajudará a decidir o quão acurada uma representação da realidade será através de um modelo.

• é provável que o fatores dominantes de descobrem desta maneira?
• se o fizessem, o sistema reagiria desta forma?
• o que é está definindo os fatores determinantes?

Os estudos de sistemas dinâmicos normalmente não são desenhados para prever o que irá acontecer. Em vez disso, eles são projetados para exploram o que aconteceria, se um número de fatores determinantes se desdobrem em uma faixa de formas diferentes.

Um Sistema com Atrasos - Inventário de negócios

Considere um estoque de inventário em uma loja - uma concessionária de carro - com uma entrada da entrega das fábricas e uma saída de novas vendas de carros. Por si só, este estoque e carros na concessionária irá se comportar como a água na banheira.

Agora considere um sistema de realimentação regulatório projetado para manter o inventário alto o suficiente que ele pode ser cobrir pelo menos dez dias de vendas. O vendedor precisa mandar algum inventário porque as entregas e as compras não combinam perfeitamente todo dia. Clientes fazem compram que são imprevisíveis em uma base diária. O vendedor de carros também precisa providenciar ela mesmo algum inventário extra (um buffer) no caso que ocorra algum atraso por parte dos fornecedores.

A loja monitora vendas (vendas percebidas) e se, por exemplo, eles vêm aumento, ajusta-se as encomendas para a fábrica para aumentar o inventário para um novo inventário desejado que provê dez dias de cobertura para uma taxa de venda maior. Então, maior vendas significa maior vendas percebidas, que significa maior discrepância entre o inventário e o inventário desejado, que significa maiores encomendas, que irá trazer mais entregas, que aumentará o inventário e então será possível confortavelmente fornecer maiores taxas de vendas. Este sistema é uma versão do sistema do termostato.

Na figura a seguir é mostrado algo a mais neste modelo simplificado - três atrasos que são típicos do que se acontece no mundo real.

Primeiro, há uma percepção de atraso, intencional neste caso. A concessionária de carro não reage a apenas um ponto em vendas. Antes de tomas um decisão de encomendas, considera-se os cinco últimos dias para separar o que é tendência do que é algo apenas temporário.

Segundo, há um atraso na resposta. Mesmo estando claro que as encomendas precisam ser ajustadas, não se tenta fazer todo o ajuste em apenas uma encomenda. Ao contrário, ela faz ajustes parciais nos próximos três dias para se assegurar que a tendência é real.

Terceiro, há um atraso na entrega. Leva-se cinco dias para o fornecedor na fábrica receber uma ordem, processá-la e entregar a concessionária.

Embora este sistema ainda consista de ajuste de dois loops de equilíbrio, como o sistema do termostato, ele não se comporta da mesma maneira. Como mostrado na figura a seguir, um simples aumento de vendas pode causar Oscilações!

Isto aconteceu porque a concessionária aguardou certo tempo para se assegurar sobre a nova taxa de vendas. Assim, iniciou-se as encomendas por mais carros para cobri a nova taxa de vendas e aumentar o inventário. Mas leva tempo para as encomendas chegarem. Durante este tempo o inventário cai ainda mais, então as encomendas aumenta ainda mais para trazer o inventário novamente para dez dias de cobertura. Eventualmente o grande volume de encomendas começam a chegar para recuperar o inventário - e mais do que recuperar, porque devido ao tempo de incerteza sobre a tendência real, o proprietário encomendou em excesso. Agora foi visto o erro, e corta novamente, mas ainda há encomendas chegando, então ela encomenda ainda menos. Inventário cai novamente. E assim por diante, através de uma série de oscilações em torno do nível de estoque desejado.

Parte do problema aqui é não é que a concessionária reagiu muito lentamente, mas sim e forma muito rápida. Dada uma configuração do sistema, ela teve uma sobre reação. As coisas seriam melhor se, ao invés de reduzir o atraso da resposta, ela aumentasse o atraso para seis, como ilustrado na figura a seguir.

Sistema de Dois Estoques

Uma restrição de estoque renovável por um estoque não renovável - uma economia de petróleo

Os sistemas mostrados até o momento não consideram nenhuma restrição. Os sistemas operaram conforme suas dinâmicas internas sem restrições, assim, pudemos ver suas dinâmicas.

Mas em qualquer entidade física real, estas restrições existem. Por exemplo, uma corporação precisa de fornecimento constante de energia, materiais, trabalhadores, gerentes e clientes.

Portanto, qualquer sistema físico e crescente está seguindo para atingir algum tipo de restrição, mais cedo ou mais tarde. Esta restrição levará a uma mudança de dominância do loop de reforço determinando o comportamento de crescimento, seja pelo aumento do outflow (saída) ou pelo enfraquecimento do inflow (entrada).

Para exemplo, vamos considerar um sistema de capital the faz seu dinheiro extraindo um recurso não renovável - é dizer uma companhia  de petróleo the acabou de descobrir uma nova grande reserva de petróleo. Ver figura a seguir.

Veja o loop de reforço: mais capital permite mais recurso para extração, gerando mais lucro que pode ser reinvestido. Assumi-se que a companhia tem um objetivo de crescimento anual de 5% em seu capital de business. Se o lucro não é suficiente para o crescimento de 5%, a empresa investe todo lucro que puder.

Lucro é receito menos custo. Receita nesta representação simples é apenas o preço do petróleo multiplicado pelo total de petróleo extraído pela empresa. Custo é igual ao capital vezes o custo da operação (energia, mão-de-obra, materiais, etc.) por unidade de capital. Por agora, será considerado a simplificação que ambos preço e custo de operação por unidade de capital são constantes.

O que não se assume ser constante é o rendimento do recurso por unidade de capital. Como o petróleo é um recurso não renovável, o estoque alimentando a fluxo de extração não tem um input. Conforme o recurso é extraído, o próximo barril se torna mais difícil para ser obtido.

Aqui está um novo loop de realimentação de equilíbrio que em último irá controlar o crescimento do capital: mais capital, maior a taxa de extração. Maior taxa de extração, menor o estoque de recurso. Menor o estoque de recurso, menor o rendimento do recurso por unidade do capital, então menor o lucro (com o preço assumido como constante) e menor a taxa de investimento - portanto, menor a taxa de crescimento do capital.

Restrição de estoque renovável por um estoque renovável - uma economia pesqueira

Considerando o mesmo sistema anterior, exceto que agora há uma entrada de recurso no estoque, fazendo-o renovável. O recurso renovável neste sistema poderá ser peixe e o estoque de capital pode ser barcos de pesca. Recursos renováveis vivos tais como peixe pode se regenerar a partir de si mesmo com um loop de realimentação de reforço. Recursos renováveis não-vivos como a luz solas, o vento, a água em um rio são regenerado não através de loops de reforço, mas através de entradas constantes que provem alimentação do recurso de estoque não importando o que o estado corrente que o estoque deve ter.

Agora, é utilizado o exemplo de uma pescaria. Mais um vez, assume-se que o ciclo de vida do capital é 20 anos e a indústria crescerá 5% por ano. Como recurso não-renovável, assume-se que, conforme o recurso se torna escasso seu custo aumento. São necessários barcos maiores que podem ir longas distâncias e são equipados com sonar. Sistemas de refrigeração a bordo são necessário para trazer os peixes de longas distâncias. Tudo isto custo mais capital.

Um modelo simplificado se uma economia pesqueira é afetado por três relações não-lineraes: preço, taxa de regeneração e rendimento por unidade de capital.

Este sistema pode produzir muitos diferentes conjuntos de comportamento.