Draft:Holón

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Clarification activity	Sistemas e información
Author(s)	Diego Guizán López, German Alonso Aguiar, José María Díaz Nafría
Creation date	4 dic 2025
Status	🔵 Listo para publicar
Reviews	Rev.1

1. Definición

El concepto de holón constituye una pieza clave para explicar cómo las entidades pueden ser simultáneamente partes y totalidades. Etimológicamente, deriva del griego ὅλον (hólon, equivalente a todo o entidad completa) y el sufijo -ον (-on, forma neutra que se refiere a algo que es). En la teoría de sistemas, esta noción supera la tradicional dicotomía entre el atomismo, que explica los fenómenos a partir de sus componentes mínimos, y el holismo, que sólo comprende el sistema como un todo indivisible.

Arthur Koestler (1967) introdujo el término holón para describir unidades que se comportan a la vez como todo autónomo y parte dependiente dentro de un sistema superior. Cada holón posee una identidad propia, pero está también orientado hacia la cooperación en estructuras más amplias. Esta ambivalencia no es meramente estructural, sino también funcional, informacional y ontológica, ya que implica una visión recursiva de la realidad: cada elemento contiene el reflejo estructural del todo del cual forma parte. En el artículo Holón (IESC) puede encontrarse las explicaciones aportadas por Koestler.

Desde una perspectiva epistemológica, el enfoque holónico se alinea con las corrientes constructivistas y sistémico-cibernéticas (v. artículo Cibernética en glossariumBITri), en tanto reconoce la co-evolución entre observador y sistema, así como la emergencia de propiedades globales a partir de interacciones locales no lineales. En ciencias de la información, esto se traduce en modelos de representación donde cada componente integra conocimiento, control y comunicación.

No obstante, debe tenerse que el uso del término holón si bien es frecuente en teoría de sistemas e ingeniería, no constituye un concepto canónico ni como término general en informática, inteligencia de negocio o análisis de datos. En efecto, el término presenta una cierta redundancia conceptual respecto a sistema, subsistema, agente y componente, aunque también es cierto que aporta una serie de distinciones que los conceptos de "sistema" y "agente" no captan plenamente.

1.1 El “Efecto Jano”

El comportamiento de un holón obedece al llamado efecto Jano, que integra dos fuerzas funcionales complementarias:

• Autonomía o autoafirmación (self-assertion): refleja la tendencia del holón a mantener estabilidad, coherencia interna y control local sobre sus operaciones. En ingeniería de software, se vincula con el principio de encapsulamiento y alta cohesión.
• Integración (integrative tendency): expresa la disposición del holón para cooperar con estructuras superiores y alcanzar metas colectivas, equivalente a un acoplamiento flexible e interoperable.

El comportamiento de un holón  depende de la función de equilibrio entre ambas fuerzas: $B(H)=f(A,I)$ donde $B(H)$representa el comportamiento observable del holón $H$, $A$su grado de autonomía funcional como totalidad, e $I$ su grado de integración como parte de una estructura superior.

Si la autonomía excede la integración, el sistema tiende al caos; si ocurre lo contrario, se vuelve monolítico y frágil. Por tanto, la estabilidad funcional del sistema depende de un equilibrio dinámico entre independencia y cooperación .

2. La holarquía: Topología de la complejidad

Una holarquía no es una jerarquía clásica basada en control vertical, sino un orden inclusivo. Mientras que la jerarquía impone autoridad unidireccional, la holarquía integra niveles en los que cada holón posee autonomía interna pero también una función cooperativa dentro del conjunto.

En una holarquía, los niveles superiores definen restricciones o metas globales, y los niveles inferiores implementan adaptativamente esas metas mediante decisiones locales. Esta estructura refleja los principios de escalabilidad y robustez observados en sistemas biológicos, redes neuronales y organizaciones fractales.

Entre sus propiedades destacan:

• Recursividad estructural: cada nivel reproduce la organización sistémica a menor escala. Los sub-holones reproducen, a su escala, las relaciones funcionales del sistema mayor, lo que permite extender modelos y reglas de forma coherente entre niveles.
• Emergencia funcional: las propiedades globales del sistema no pueden inferirse linealmente de las partes, sino que emergen por acoplamiento y retroalimentación.
• Tolerancia a fallos: la independencia de los sub-holones garantiza continuidad parcial del sistema ante la caída de un nodo superior. Esto habilita modos de operación degradados o autoconfiguraciones transitorias.
• Adaptabilidad topológica: permite la reorganización dinámica, añadiendo o retirando holones sin alterar la consistencia global.

En consecuencia, las holarquías constituyen una topología óptima para sistemas que integran componentes computacionales y físicos (o "sistemas ciber-físicos" a los que nos referiremos más abajo), y entornos distribuidos en los que el comportamientos locales coordinados.

3. Formalización de la arquitectura: Modelos de referencia

El modelo PROSA (Product, Resource, Order, Staff Architecture), formulado por Van Brussel et al. (1998), es el marco conceptual más consolidado para la organización holónica de sistemas de manufactura e información. PROSA desacopla la lógica funcional de los recursos físicos, garantizando modularidad, interoperabilidad e independencia de plataforma.

3.1 Tipología de holones en PROSA

• Holón Producto (PH): representa el conocimiento asociado a la fabricación, propiedades y ciclo de vida del producto. Actúa como gemelo digital que contiene la receta de proceso, parámetros y reglas de calidad
• Holón Recurso (RH): abstrae una máquina, un robot o un servidor físico. Gestiona su disponibilidad, mantenimiento y rendimiento operativo. Constituye la capa de ejecución material.
• Holón Orden (OH): orquesta las tareas operativas mediante contratos con los RH, optimizando tiempo, carga de trabajo y consumo de recursos.
• Holón de apoyo (Staff Holon, SH): proporciona inteligencia o asesoramiento global (por ejemplo, planificación o rutas óptimas), sin ejercer control directo, funciona como un sistema experto que maximiza la eficiencia global.

3.2 Protocolos de interacción

La comunicación entre holones sigue el paradigma de cooperación basada en contratos (Contract Net Protocol, FIPA). Este modelo de interacción evoluciona en cuatro fases:

1. Anuncio de Tarea (Call for Proposal): el OH publica un requerimiento.
2. Licitación (Bidding): los RH interesados evalúan disponibilidad y envían sus ofertas.
3. Adjudicación: el OH compara propuestas según métricas de coste, tiempo o energía y selecciona la más eficiente.
4. Ejecución y confirmación: el RH asume la tarea, informa su estado y devuelve resultado o excepción.

Este mecanismo soporta la autoorganización dinámica y la gestión autónoma del flujo de tareas .

4. Distinción crítica: Holones (HMS) vs Agentes (MAS)

En el contexto de la Inteligencia Artificial y sistemas de software, un agente es un sistema computacional situado en un entorno, que es capaz de actuar de forma autónoma y flexible en ese entorno para cumplir sus objetivos de diseño.

Pese a sus similitudes tecnológicas, los Sistemas de Fabricación Holónicos (Holonic Manufacturing Systems, HMS) y los Sistemas Multi-Agente (MAS) difieren en su ontología y estructura .

Dimensión	Sistema Multi-Agente (MAS)	Sistema Holónico (HMS)
Estructura	Plana o federada	Recursiva y anidada (holarquía)
Foco	Comportamiento y negociación social	Composición física e informacional sistema/subsistema
Identidad	Entidades autónomas independientes	Holones compuestos con encapsulamiento estructural
Interfaz externa	Visible en su totalidad	Gestionada a través de interfaces únicas
Propósito principal	Lograr objetivos cooperativos entre agentes	Mantener equilibrio entre autonomía y cohesión jerárquica

Desde un punto de vista ingenieril, los sistemas holónicos ofrecen una integración más sólida de la dimensión informacional con la estructura física y operativa.

5. Aplicaciones en la Industria 4.0 y en los sistemas Ciber-Físicos

Las arquitecturas holónicas constituyen la base de las soluciones Industria 4.0 por su capacidad de reconfigurarse y adaptarse dinámicamente.

Su aplicación abarca diversos ámbitos:

• Sistemas de Control Distribuido (DCS): Cada Controlador Lógico Programable (PLC) actúa como holón autónomo, posibilitando el paradigma plug & produce, donde módulos nuevos se integran automáticamente sin necesidad de reprogramación central.
• Manufactura Inteligente Adaptativa: Los holón de producto (PH) comunican especificaciones de producción mientras los de recurso (RH) ajustan parámetros en tiempo real mediante técnicas de aprendizaje automático y control adaptativo basado en datos.
• Gestión de Cadenas de Suministro: Las empresas operan como holones que negocian con proveedores (sub-holones) y clientes (supra-holones), permitiendo resiliencia organizativa ante perturbaciones externas.
• Sistemas Ciber-Físicos (CPS): Integran redes de sensores, controladores y dispositivos IoT en un ecosistema holárquico interoperable que vincula los mundos físico y digital

En estos escenarios, la holarquía actúa como principio rector de autoorganización y sostenibilidad estructural, garantizando tanto autonomía local como coherencia global.

6. Modelo de Control: Desacoplamiento y Control Distribuido

La implementación de una holarquía requiere un cambio de paradigma desde el control centralizado y determinista (típico de las arquitecturas jerárquicas clásicas) hacia un control distribuido, reactivo y cooperativo. Esta es una de las principales diferencias funcionales respecto a los modelos de automatización tradicionales.

El control holónico se basa en los siguientes principios operativos:

• Desacoplamiento funcional: El control se divide y distribuye a lo largo de los holones. Cada holón mantiene el control local sobre sus propios recursos y operaciones (reflejando la fuerza de Autonomía), lo que le permite reaccionar rápidamente a perturbaciones o fallos internos sin necesidad de consultar constantemente un supervisor central.
• Sistemas de información locales: La inteligencia (información de estado, históricos de rendimiento, reglas de operación) se encuentra embebida en cada holón. La toma de decisiones local es posible porque la información relevante se mantiene y gestiona en el propio subsistema.
• Control de flujo por contrato (o mercado): La interacción entre holones para lograr metas globales no se basa en órdenes jerárquicas directas, sino en mecanismos de negociación o "mercado" (como el Contract Net Protocol mencionado en el punto 3.2). El holón superior (por ejemplo, un Holón Orden) no dicta el cómo, sino el qué y el cuándo, dejando la elección de la mejor implementación al Holón Recurso con base en sus capacidades locales.
• Auto-organización y robustez: Este modelo distribuido confiere al sistema una alta robustez. Si un holón falla, solo se ve afectada su función específica. Los holones restantes pueden, a menudo, reorganizarse o renegociar tareas para mitigar el impacto, garantizando un funcionamiento degradado en lugar de un fallo catastrófico de todo el sistema.

En esencia, la estructura holárquica permite que el control global emerja de la coordinación de muchos controles locales autónomos, en lugar de ser impuesto desde un único punto. Esto optimiza la capacidad de respuesta y la escalabilidad del sistema en entornos dinámicos como los de la manufactura moderna o las redes de IoT masivas.