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INTRODUINTRODUÇÃÇÃO O ÀÀ AN ANÁÁLISE DELISE DESISTEMAS AMBIENTAISSISTEMAS AMBIENTAIS
DIAGRAMAS CAUSAISDIAGRAMAS CAUSAIS
LEA - População, Recursos e Ambiente1º Ano / 1º Semestre - 2006-07
Bernardo Augustobra@civil.ist.utl.pt
8 de Novembro de 2006
Sistemas e Análise de SistemasO que são Modelos?O que são modelos conceptuais?Diagramas causaisLinks úteis
Índice
Análise de Sistemas Sistema – conjunto de partes inter-relacionadas
(ou elementos constituintes, entidades ouobjectos) e relações entre estes;
A Análise de Sistemas é a disciplina que estudaos sistemas de carácter complexo, de largaescala e as interacções dentro dessessistemas.
Processos industriais, gestão, processos dedecisão, processos ambientais, etc.
A abordagem sistémica (i) “The process of breaking down our otherwise highly
complex environment into a number of more or lessdiscrete systems, each of which is comprised of inputs,outputs and interconnected components, in order that itmight be more easily studied…” (Hardisty et. al, 1993).
Pressupostos:
É possível sub-dividir o mundo real em sistemas discretos,delimitados ou parcialmente delimitados;
É possível determinar inputs, outputs e inter-relações entre asvárias componentes de um sistema.
A abordagem sistémica (ii)
Oposto da abordagem reducionista, permite uma visãode conjunto;
Privilegia as inter-relações e interdependênciasexistentes em detrimento das componentes individuais;
Privilegia as tendências de mudança em detrimento das“fotografias” estáticas;
Permite detectar as relações de causalidade; Trabalha com a complexidade e com as demoras; Permite abordar diversos tipos de componentes.
Características dos sistemasambientais
A maior parte dos sistemas ambientaissão dinâmicos (i.e. o estado dos sistemasaltera-se ao longo do tempo).
Os sistemas e os problemas ambientaisque lhes estão subjacentes são denatureza complexa e obrigam a respostasnão lineares.
O que são modelos? Um modelo é qualquer explicação que é
utilizada para chegar a uma determinadaconclusão ou solução;
Apenas existem modelos mentais, todos osmodelos residem na mente humana;
Não existem modelos computacionais, estessão apenas meras “fotografias” mecânicas ematemáticas dos modelos mentais;
Se um modelo está “errado”, significa que oraciocínio mental subjacente a esse modeloencontra-se também ele errado.
Componentes de um modelo
Taxa de natalidade,taxa de mortalidade
Regulador, conversor,constantes de sistema
Mortalidade, natalidadeFluxo, processo
População, jazidamineral, etc.
Stock, reservatório
ExemploComponente
Modelo Conceptual É representado graficamente como um sistema
compartimentado; Os compartimentos são definidos de acordo
com a sua morfologia, estado físico, químicoou biológico;
Conexões entre compartimentos significamtroca de matéria, energia, informação;
Compartimentos podem conter sub-modelos.
Tipos de Modelos Conceptuais
Textuais; Pictoriais; Modelos de Caixa; Dinâmica de retroacção, Diagramas Causais; Diagramas de circuito de energia (Odum).
O que é um Diagrama Causal?
É uma explicação simples de um problemacomplexo;
Uma linguagem comum para convencionar aexplicação de problemas;
Uma forma de explicar relações causa-efeito; Uma explicação dos mecanismos de retroacção
subjacentes aos sistemas; Auxilia-nos na compreensão do comportamento
geral do sistema.
Variáveis, Taxas e Parâmetros Variável de nível (População,
stock de um recurso, contabancária, etc.) – representamacumulações.
Taxas (fluxos como osnascimentos, lucros anuais,etc.) – unidades da variávelde nível/tempo;
Parâmetros (factores deconversão como poluição percapita; multiplicadores comofactores de fertilidade;parâmetros em equaçõesempíricas e teóricas).
Fonte: Forrester, 1997
Ciclo de efeito retroactivo (i) Cadeia fechada de conecções causais. Geralmente,
os ciclos de efeito retroactivo têm origem num stock,através de um conjunto de decisões ou acçõesdependentes da concentração desse stock, eregressam para provocar alterações no stock.
• Quanto maior a população, maior o nº de nascimentos(+);
• Quanto maior for o dinheiro depositado, maior a taxa dejuro (+);
• Quantidade limitada de nutrientes (-);• Intensidade de competição (-);
Ciclos de retroacção (ii) Ciclos de Retroacção Positivos
Característicos de sistemas em crescimento (e.g. contabancária; crescimento populacional, crescimentoexponencial)
Ciclos de Retroacção Negativos;
Característicos de sistemas em que existe um agenteque retarda ou limita o crescimento( e.g. limitações denutrientes no solo, carência de luz ou espaço paracrescimento, etc.)
Relações de causalidade Se B depende de A, então
Se A e B variam na mesma direcção (coeficiente=1)
A B
A B
+
Descrição verbal de problemasElabore um modelo para simular o comportamento de um ditador benevolente que
governa umaantiga cidade-estado.
Obtém-se informação cada ano sobre a população, área agrícola e reserva dealimentos.
Torna-se necessário decidir para o período seguinte qual a área de terra a semear e asquantidades de cereal destinadas para o consumo e para a venda. É também
necessáriodecidir qual a quantidade de terra a comprar ou vender. O cereal é a única forma de
pagamento.Note as relações de interdependência: o abastecimento de alimentos para a populaçãoinfluência a sua mortalidade; a densidade populacional influência e fertilidade. Factoresaleatórios como o clima podem ser introduzidos para fazer variar o rendimento e preço
daterra.
Formule estratégias que lhe permitem manter a população estável e aumentar a suariqueza
em termos de cereal per capita e terra per capita.
Como definir diagramas causais
Para definir o diagrama causalidentificam-se as palavras chave dadescrição verbal. Elas serãoprovavelmente as variáveis do modeloque queremos descrever.
Cereal paraconsumo
Cereal paravenda
Terra asemear
Terra a comprar
Terra avender
Reservaalimentos
PopulaçãoRiqueza
Cereal
Fertilidade
NatalidadeMortalidade
RendibilidadeTerra
Preço Terra
Clima
Figura 1 – Diagrama causal, representando o jogo do governo.
+ _(-)
+
+
+
+
+ +(+)
_
+(-)
_+
+
+
+
_
+
+
+
+
_
_+ (-)
+
_
(-)
//
_
+
//+
Legenda:
Relação directa
Relação inversa
Delay positivo
Delay negativo
Ciclo de retroacção positivo
Ciclo de retroacção negativo
+
+
(+)(-)
_
_////
ExercícioDesenhar ciclos de retroacção entre as seguintes
variáveis, classificando os ciclos de (+) ou (-):
Dinheiro numa conta bancária (saldo bancário) equantidade de juros ganhos mensalmente;
População total de um país e número total denascimentos nesse país (assuma que a taxa denatalidade é constante);
Frequência respiratória e concentração de oxigénio nosangue;
População de peixes, rentabilidade das frotas de pesca,quantidade de barcos.
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