Um grupo de cientistas desenvolveu um modelo que explica como os sistemas baseados em horários, como as cadeias de abastecimento e os caminhos-de-ferro, podem ser propensos a explosões espontâneas de atrasos em grande escala. Os investigadores recomendam que os operadores do sistema priorizem a resiliência, juntamente com a eficiência, para obter melhores resultados a longo prazo. O estudo foi publicado hoje na revista científica Física da Natureza .
Como é que alguns atrasos locais nos sistemas ferroviários podem provocar perturbações a nível nacional? A pergunta foi respondida em janeiro de 2021 por Mark Dekker, que na época era candidato a doutorado com a cientista de sistemas complexos Deb Panja, autora principal da publicação Nature Physics. Dekker e Panja desenvolveram um modelo que revelou o mecanismo em cascata subjacente à propagação dos atrasos nas ferrovias holandesas. Nesse artigo, eles também especularam que o mesmo mecanismo também deveria ser válido para as cadeias de abastecimento. Pouco depois, na primavera de 2021 – como que para justificar as suas especulações – o navio porta-contentores Ever Given obstruiu o Canal de Suez durante seis dias. O bloqueio da popular rota comercial teve um enorme impacto em cascata, tangível durante alguns meses, segundo a gigante marítima dinamarquesa Maersk.
No novo estudo, Panja, seu atual candidato a doutorado, Matthijs Romeijnders, e colegas de outras instituições, mostram agora que existe um mecanismo de criticidade universal subjacente às cascatas de atraso em sistemas baseados em cronogramas.
Um buffer pode eventualmente absorver atrasos, mas apenas até esse ponto crítico
Deb Panja, autora principal
Horários apertados
O mecanismo de oportunidade, como os pesquisadores chamam, tem a ver com os elementos de qualquer sistema baseado em agendamento estarem presentes no lugar certo na hora certa. Nesses sistemas, os elementos podem ser bens, serviços ou pessoas. Por exemplo, num sistema de produção, são necessárias matérias-primas para a produção de um componente, que por sua vez é utilizado para produzir outra coisa. Se, por algum motivo, a entrega da matéria-prima atrasar, o componente programado não poderá ser feito no prazo, o que por sua vez levará a mais atrasos no processo de produção.
Para maximizar a eficiência em termos de custos e de tempo, muitas vezes reforçada por pressões competitivas, os operadores de sistemas dão prioridade à adaptação dos seus esquemas a prazos cada vez mais apertados. No limite extremo, simplesmente não há espaço para atrasos – em outras palavras, não há buffer.
Ponto crítico
O novo modelo revela a existência de um ponto crítico em sistemas baseados em cronogramas à medida que o tamanho desses buffers é reduzido. Mais precisamente, os autores mostram que acima de um tamanho de buffer crítico (e diferente de zero), os atrasos podem ser interrompidos por buffers. Em contraste, abaixo desse tamanho crítico de buffer, os atrasos se acumulam em todo o sistema sem limites. “O buffer pode eventualmente absorver o atraso, mas apenas até esse ponto crítico”, resume Panja. É importante ressaltar que os pesquisadores descobriram que, embora sempre haja atrasos no sistema, quanto mais próximo do ponto crítico um sistema opera, maiores se tornam as magnitudes dos atrasos e mais duram: os autores chamam isso de “avalanches de atrasos”.
Os operadores devem dar prioridade à resiliência juntamente com a eficiência para obter melhores resultados a longo prazo
Deb Panja, autora principal
Casos do mundo real
Os pesquisadores demonstram a existência do ponto crítico com um modelo estilizado. Tal modelo é uma representação simplificada de um sistema, destacando os elementos-chave dos sistemas e as relações entre eles. Para colmatar a lacuna entre o modelo e o mundo real, os investigadores também analisaram dois exemplos do mundo real, demonstrando que também eles exibem a existência de um ponto crítico.
Priorizando a resiliência
No seu estudo, os investigadores argumentam que a pontualidade é um padrão de qualidade universalmente adotado em sistemas baseados em cronogramas, mas é frequentemente subestimado. “É tendência humana concentrar-se totalmente em poupar tempo ou dinheiro a curto prazo”, afirma Panja. “Os baixos níveis de buffer, como consequência da alta eficiência, resultam no aumento de tensões dentro do sistema, aumentando, por sua vez, a chance de que cada onda possa potencialmente criar uma perturbação em grande escala.” Eles recomendam que os operadores do sistema também priorizem a resiliência juntamente com a eficiência para obter melhores resultados a longo prazo e, ao fazê-lo, envolvam-se no pensamento sistémico.
Sistemas complexos são sistemas compostos por muitos elementos ou atores interconectados. Eles exibem propriedades e comportamentos que não podem ser compreendidos pelo estudo dos elementos individuais isoladamente. A ciência de sistemas complexos é um campo interdisciplinar que estuda esses sistemas, recorrendo a conceitos e métodos de diversas disciplinas, incluindo matemática, física e ciência da computação. Os investigadores pretendem identificar padrões, princípios e mecanismos subjacentes à dinâmica de sistemas complexos, bem como desenvolver modelos, teorias e ferramentas para prever e controlar o seu comportamento. Exemplos de sistemas complexos incluem ecossistemas, sistemas climáticos, mercados financeiros e o cérebro humano.
Em Utrecht, os pesquisadores do Centro de Estudos de Sistemas Complexos (CCSS) abordam questões socialmente relevantes a partir da perspectiva da ciência de sistemas complexos.