System Dynamics
System Dynamics is one approach to modeling the dynamics of complex
systems such as population, ecological and economic systems, which usually
interact strongly with each other.
Systems Dynamics was founded in the early 1960s by Jay W. Forrester of the
MIT Sloan School of Management with the establishment of the MIT System
Dynamics Group. At that time, he began applying what he had learned about
systems during his work in electrical engineering to everyday kinds of systems.
What makes using System Dynamics different from other approaches to studying
complex systems is the use of feedback loops. Stocks and flows are the basic
building blocks of a System Dynamics model. They help describe how a system is
connected by feedback loops which create the nonlinearity found so frequently in
modern day problems.
Computer software is used to simulate a system dynamics model of the situation
being studied. Running "what if" simulations to test certain policies on such a
model can greatly aid in understanding how the system changes over time.
USO DE MODELOS INTEGRADOS
"modelo é um sistema de representação intencionalmente empobrecido e
simplificado da realidade".
MONTMOLLIN (1978)
“modelo é uma abstração da realidade e que, portanto, assim deve ser
tratado. Porém, permite através de seus resultados inferirmos sobre o
mundo real que estamos simulando. “
SILVEIRA & QUADROS (2006)
Histórico
- Avanço da informática
- Modelos em sistemas de produção: (Jones, 1997)
- Antes 1950: Contabilidade
- Entre 50 e 60: programação linear (respostas
das propriedades as políticas publicas
(econômicas), redução de custos,etc)
- Começo década 80: programação linear híbrida
(simulação das interações entre os componentes
de uma propriedade e considera decisões
seqüências ao longo do tempo - mais realísticos)
*ênfase em modelos de lavouras (comerciais),
raros integram produção animal.
Estes consideram que o produtor tem multi-objetivos a
serem alcançados e procuram maximizar lucro, fatores
ambientais, prioridades sociais do produtor, etc. Para isto
usam a metodologia de multi-objetivos proposta por
ROMERO & REHMAN (1989).
Esta proposta continuava a apresentar certas deficiências:
- os modelos biológicos têm somente a função de gerar
dados para o programa de maximização;
- modificações nos resultados dos modelos biológicos são
obtidos a partir de manejos pré-concebidos;
- o modelo econômico é altamente afetado pelo manejo
biológico pré-escolhido.
A integração de modelos socio-bio-econômicos deve
considerar que o produtor toma decisões muitas vezes
diferentes daquelas pré-concebidas inicialmente. Este fato
decorre de que o ambiente biológico e econômico vivido
pelo produtor a cada dia é resultante de ações praticadas por
ele em dias, semanas, meses ou anos anteriores (decisões) e
de outras, fora de seu controle direto, mas que irão
influenciar nas suas decisões.
Portanto, podemos observar como ocorreu a evolução dos
modelos desde os simples (analise financeira) a modelos
complexos considerando culturas (crescimento, produção,
etc), animais, objetivos do tomador de decisão (produtor),
etc..
Fator determinante foi o avanço nas diversas áreas do
conhecimento
(nutrição
animal
e
da
planta,
solo,
reprodução, sanidade, economia, etc), mas principalmente
neste caso, da informática (computadores e programas).
- Tipos de modelos:
Empíricos (local dependente)
Mecanisticos (princípios fisiológicos)
Mixtos
- Objetivos
….
Célula
Órgão
Sistema
Animal
Rebanho
….
Conhecimento Ordenado
BANCO DE DAD OS
Utilizando
os
dados
disponíveis
foi
desenvolvido
a
metodologia de modelos integrados de decisão (MID) para
gerar cenários que permitam entender os complexos
sistemas socio-bio-econômicos da região sudoeste do
estado do Rio Grande do Sul, com ênfase naqueles que
envolvem o binômio
bovinos de corte (as fases de
recria/terminação) - lavoura de arroz.
Sistemas socio-bio-econômicos = Ecossistema
Brazil
Argentina
Uruguay
Campos
North Norte
Campos
Campos
doPlata
Rio de la Plata
Rio de La
grassland
Figura 1. Campos do norte no ecossistema do Rio de La Plata.
“...Diversos autores tem discutido ausência de arvores neste ecossistema... A situação do
balanço negativo de água em parte do ano e solo com uma textura fina e com deficiência
de aeração são condições que beneficiam as pastagens em relação as arvores...”
Soriano, (1992). Rio de la Plata grassland. In: Ecosystems of the world. v. 8A.
Amsterdam: Elservier Scientific publishing company. pp. 367-407.
Sub- Modelo
Decisão do Produtor
Econômica:
-Empréstimo
-Pagamento
Animais:
Planta:
-Comprar/Vender
-Suplementar
-Mover animais
-Cortar
-Colher
-Fogo
Solo:
-Adubar
-Irrigar
Sub-modelo
Abiotico
Temperatura
Fotoperiodo
Irradiação
Temperatura
Fotoperiodo
Chuva
Vento
Temperatura
Chuva
Vento
Sub-modelo
Econômico
Temperatura
Fotoperiodo
Irradiação
-Preços
Sub-modelo
Solo
Sub-modelo
Planta
Ingestão
Seleção
Massa
Verde
-Balanço
Sub-modelo
Animal
Sub-modelo
Arroz
Figura 2. Modelo Integrado de Decisões (MID), modelos envolvidos.
As informações usadas pelo produtor podem ser classificadas como
“natural” e “simuladas”:
Natural - são aquelas baseadas em experiências, informações e
conhecimento e que são adaptadas à novas circunstâncias para a
resolução de seus problemas.
Simuladas
-
quantitativos.
são
aquelas
baseadas
em
dados
científicos
Variáveis (t=0)
Variáveis (t=1)
- Disponibilidade de
Pasto
- Rebanho:
- Peso
- Lotação
- Balanço
- N e P no solo
- ….
- Disponibilidade de
Pasto
- Rebanho:
- Peso
- Lotação
- Balanço
- N e P no solo
- ….
Natural
Decisão
Natural (t=0)
- Atitudes
- Objetivos
t
=
0
Decisão
Natural (t=1)
- Atitude
- Objetivos
Simulado
t
=
1
Decisão
Fusão
Inputs
Projeções:
Influência
- Clima
- Preços produtos/insumos
Figura 3. Modelo Integrado de Decisão a nível de Propriedade
A operacionalização do Modelo Integrado de Decisões
(MID), como pode ser percebido pelo exposto anteriormente
passa por algumas etapas:
- reconhecimento dos sistemas praticados na região;
- concepção teórica das vantagens e desvantagens dos
sistemas;
- desenvolvimento, adaptação ou validação de modelos
biológicos e econômicos;
- geração de dados e análise dos resultados.
Os modelos envolvidos produzem resultados diários,
pois os mesmos simulam produções para o tempo de
um dia. Cada potreiro da propriedade simulada gera
saídas, como por exemplo: minerais e água no solo,
produção de matéria seca, peso dos animais, etc.
Para testar a operacionalidade do enfoque
proposto, tomou-se, para simulação, a propriedade
rural de 100 hectares, com três potreiros e mesmas
condições econômicas e biológicas iniciais,
havendo uma diferença entre as duas situações: o
comportamento do produtor (informação “natural”),
PRODUTOR1 e PRODUTOR2.
PRODUTOR1 pode ser descrito como mais
“conservador”, enquanto PRODUTOR2 adota
algumas tecnologias.
Tabela 1- Plano de Decisão dos produtores
Mês
Fazenda1
Fazenda2
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
3
3
3
3
2
1
1
1
2
2
3
3
Mínimo peso p/ venda
animais (kg)
Suplementa animais
460
460
460
460
460
460
460
450
450
450
460
460
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
Fertiliza potreiros
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
Diferimento
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
Venda do Arroz
não
não
não
não
não
sim
sim
não
não
não
não
não
Mínimo peso p/ compra
animais (kg)
Intervalo decisão*
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
3
3
3
3
2
1
1
1
2
2
3
3
Mínimo peso p/ venda
animais (kg)
Suplementa animais
450
450
450
450
450
450
450
420
420
420
450
450
não
não
não
não
sim
sim
sim
sim
não
não
não
não
Fertiliza potreiros
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
não
Diferimento
não
não
não
não
não
não
não
sim
sim
sim
não
não
Venda do Arroz
não
não
não
não
sim
sim
sim
sim
sim
sim
não
não
Mínimo peso p/ compra
animais (kg)
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
Intervalo decisão*
*1=cada semana,2= cada 2 semanas,3= cada 4 semanas.
Modelo:
Climatico
Pastagem Azevém / arroz
Modelos:
-Solo
- Solo
-Planta
- Planta
-Animal
Modelo:
Econômico
Decisão do
Produtor
Campo Nativo
Modelos:
-Solo
-Planta
-Animal
Figura 4. Modelo de Decisões Integradas (MID) aplicado ao caso do sistema de
produção da região sudoeste do Rio Grande do Sul.
Condições Iniciais 10 de Janeiro:
Potreiro 1 (20 Ha): Arroz
Potreiro 2 (50 Ha): 50 Novilhos em recria ( 300 kg), campo nativo
Potreiro 3 (30 ha): 20 Novilhos em terminação ( 400 kg), campo nativo
Gasto Família: US$ 200,00
Gasto 1 empregado: US$ 180,00
Banco: US$ 1.000,00
Divida: US$ 2.000,00
MID
Fazenda 1 – Condições dos animais e econômicas no momento da toma de decisão
Mês
Dia
Animais
Pot1
Jan
Jan
Feb
Mar
Apr
Apr
May
May
May
Jun
Jun
Jul
Jul
Jul
Jul
Jul
Aug
Aug
Sep
Sep
Sep
Sep
Oct
Oct
Oct
Nov
Dec
Dec
1
28
54
80
106
119
125
132
146
158
172
184
190
197
203
210
223
236
249
255
262
268
275
281
294
318
339
365
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
20
20
20
20
20
20
20
0
20
20
20
0
0
0
0
0
*venda animais, ** compra animais
Media Pot1
(Kg)
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
379.98
392.49
410.36
428.45
440.10
472.78
483.22
0.00
341.95
350.38
362.05
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Animais
Pot2
50
50
50
50
50
50
50
30
30
30
30
30
30
10
10 20**
30
30
30
30
30 20
50
50
50
50
50
50
50
50
Media Pot2
(Kg)
300.12
304.63
311.37
318.55
326.16
333.91
335.24
324.72
325.86
324.37
321.64
318.19
317.40
291.41
290.56 250.00
259.56
256.43
255.35
257.62
257.95 250.00
260.85
264.01
271.94
278.64
287.78
296.45
299.74
304.13
Animais
Pot3
20
20
20
20
20
20*
0
20
20
20
20
20
0
20
20
20
20
20
20
20
0
0
0
20
20
20
20
20
Media Pot3 Arroz Debito
(Kg)
(Ton) (US$)
400.06
409.74
424.65
440.19
450.79
462.21
0.00
368.80
372.19
373.21
371.83
370.76
0.00
324.08
320.77
317.97
314.77
314.03
317.19
317.98
0.00
0.00
0.00
373.18
388.01
402.73
410.75
417.17
0
0
0
0
0
0
0
0
0
15
15
15
15
15
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2000.00
2000.00
2016.00
2032.13
2392.94
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Balanço
(US$)
1000.00
1000.00
586.29
47.70
0.00
0.00
4880.17
4880.17
4880.17
4346.36
4346.71
3934.55
3934.40
3934.23
3934.23
3350.34
2954.30
2954.30
2559.30
11790.30
7894.80
7894.80
7408.35
7408.35
7408.35
7015.22
6484.11
6092.72
Fazenda 2 – Condições dos animais e econômicas no momento da toma de decisão
Mês
Dia
Animais
Pot1
Jan
Jan
Feb
Mar
Apr
Apr
Apr
May
May
Jun
Jun
Jul
Jul
Jul
Jul
Aug
Aug
Aug
Aug
Sep
Oct
Oct
Oct
Oct
Nov
Nov
Dec
Dec
1
28
54
80
106
112
119
132
146
158
172
184
197
203
210
223
229
236
242
268
281
288
294
301
307
314
340
365
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
20
20
20
0
20
20
20
20
0
0
0
0
0
0
0
Media Pot1
(Kg)
*venda animais, ** compra animais
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
413.29
431.27
443.60
0.00
364.83
376.43
404.15
409.27
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Animais
Pot2
Media Pot2
(Kg)
50
50
50
50
50
50
30
30
30
30
30
30
30
30
10
10
10
10 40**
50
50
50
50
50
50
30 20
50
50
50
300.12
304.63
311.37
318.55
327.52
328.66
322.46
325.54
326.31
324.17
321.76
318.97
314.18
313.29
286.43
282.25
280.80
280.54 250.00
257.67
263.59
274.46
281.49
290.25
292.90
286.62 250.00
282.83
286.92
291.01
Animais
Pot3
20
20
20
20
20*
0
20
20
20
20
20
20
20
0
20
20
20
0
0
0
0
20
20
0
20
20
20
20
Media Pot3 Arroz Debito
(Kg)
(Ton) (US$)
400.06
409.74
424.65
440.19
450.79
0.00
366.01
372.97
376.32
377.45
377.44
383.12
392.30
0.00
326.76
336.84
347.18
0.00
0.00
0.00
0.00
428.58
432.24
0.00
339.58
347.47
353.63
358.60
0
0
0
0
0
0
0
0
0
15
15
15
5
5
5
5
5
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2000.00
2000.00
2016.00
2032.13
2392.94
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
Balanço
(US$)
1000.00
1000.00
586.29
47.70
0.00
5124.75
5124.75
4726.61
4726.61
4192.24
4168.05
5686.97
5505.99
5479.53
5327.98
4818.56
12977.90
12914.80
6509.81
6114.86
5625.24
5625.24
5625.24
14123.00
13730.00
9623.64
9103.73
8712.34
Tabela 2. Produção e utilização de matéria seca (MS) simulada por potreiro.
Potreiro
Fazenda
Potreiro1
Fazenda1
Fazenda2
Fazenda1
Fazenda2
Fazenda1
Fazenda2
Potreiro2
Potreiro3
Produção
MS/ha/ano
2948,4
2818,2
6088,1
6071,6
5992,8
5825,2
Ingestão
MS/ha/ano
666,1
601,4
1530,2
1489,1
1371,4
1198,6
Utilização
%
22,6
21,4
25,1
24,5
22,8
20,6
Kg/Ha
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
J
F
M
A
M
J
Producao de MS
J
A
S
O
N
D
Consumo de MS
Figura 5. Relação mensal entre a produção de MS e o consumo animal no
Potreiro 3 da Fazenda 1.
Tabela 3. Renda bruta produzida por cada potreiro nas duas fazendas.
Potreiro
Fazenda
Peso vivo
Arroz*
Renda bruta
kg/ha/ano
kg/ha/ano
US$/ha/ano
Potreiro1
Fazenda1
141,00
750,00
293,60
Fazenda2
113,40
750,00
264,70
Potreiro2
Fazenda1
80,78
75,10
Fazenda2
95,14
84,70
Potreiro3
Fazenda1
77,13
71,70
Fazenda2
96,21
85,60
* 15% do total de 5 ton/ha/ano
Apesar das mesmas condições físicas inicias, ao final do
ano o cenário para as duas fazendas é diferente. Este fato
demonstra a capacidade do MID em incorporar o sistema
“natural” de decisão do produtor. Portanto, o cenário final
gerado para cada produtor e o resultado de decisões que
o mesmo toma durante o ano considerando as suas
preferências e crenças.
Exemplo de uso do modelo animal
SubModelo
Abiótico
Temperatura
Fotoperíodo
Irradiação
Temperatura
Fotoperíodo
Chuva
Vento
Temperatura
Chuva
Vento
SubModelo
Solo
SubModelo
Pasto
Consumo
Seleção
Massa
Verde
Submodelo
Animal
Figura 7. Diagrama do modelo pastoral biológico.
Objetivos:
-Disponibilizar o módulo de simulação de produção
animal em todas as fases de produção: crescimento,
engorda,
gestação e lactação, num software
desenvolvido em Visual Basic, como ferramenta de apoio
a tomada de decisão por produtores e extensionistas;
-Incrementar o
banco de dados de parâmetros
alimentares
utilizados
em
alimentação
animal,
principalmente através da inclusão de dados de produção
e composição do campo natural oriundos de solos
areníticos e basaltícos.
MO DE LO AN I MAL
Restrição de consumo:
- Disponibilidade < 1200 kg/ha
- Estresse térmico
- Degradabilidade do alimento
Degradabilidade do alimento:
- Qualidade e Parâmetros de degradabilidade
- Restrição Física
Ganho de Peso:
- Relação proteína digestivel e energia metabolizavel
Para a simulação das condições dos animais a campo, seis
diferentes situações podem estar ocorrendo:
1 - Suprimento de energia e proteína abaixo da mantença
2 - Suprimento de proteína abaixo da mantença
3 - Suprimento de energia abaixo da mantença
4 - Suprimento de energia e proteína em equilíbrio para ganho
5 - Suprimento de energia e proteína acima da mantença, com
proteína limitando ganho
6 - Suprimento de energia e proteína acima da mantença, com
energia limitando ganho
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
kg/ha
J
F
M
A
Máximo
M
J
Média
J
A
S
O
N
D
Mínimo
Figura 9. Produção de Matéria Seca do campo nativo em Bagé-RS, 1985-1989
Percentagem
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
J
F
M
A
Máximo
M
J
Média
J
A
S
O
N
D
Mínimo
Figura 10. Percentagem de Proteína do campo nativo em Bagé-RS, 1985-1989
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Percentagem
J
F
M
A
Máximo
M
Média
J
J
A
S
O
N
D
Mínimo
Figura 11. Digestibilidade “in vitro”do campo nativo em Bagé-RS, 1985-1989
Figura 12. Comparação do ganho de peso de animais em campo nativo,
simulado para três anos, em Bagé-RS
330
310
290
270
250
230
210
190
170
150
01/jan
29/jan
26/fev
26/mar
23/abr
21/mai
18/jun
1986
16/jul
1987
13/ago
1988
10/set
08/out
05/nov
03/dez
31/dez