La matriz de estructura de diseño ( DSM ; también se conoce como matriz de estructura de dependencias , método estructura de dependencias , matriz de fuente de dependencia , matriz de resolución de problemas (PSM) , matriz de incidencia , N 2 matriz , matriz de interacción , mapa dependencia o matriz de precedencia de diseño ) es un simple , representación compacta y visual de un sistema o proyecto en forma de matriz cuadrada . [1]
Es el equivalente a una matriz de adyacencia en teoría de grafos y se utiliza en ingeniería de sistemas y gestión de proyectos para modelar la estructura de sistemas o procesos complejos, con el fin de realizar análisis de sistemas, planificación de proyectos y diseño de organizaciones. Don Steward acuñó el término "matriz de estructura de diseño" en la década de 1960, [2] utilizando las matrices para resolver sistemas matemáticos de ecuaciones.
Descripción general
Una matriz de estructura de diseño enumera todos los subsistemas / actividades constituyentes y el intercambio de información correspondiente , interacciones y patrones de dependencia . Por ejemplo, cuando los elementos de la matriz representan actividades, la matriz detalla qué piezas de información se necesitan para iniciar una actividad en particular y muestra a dónde conduce la información generada por esa actividad. De esta manera, se puede reconocer rápidamente qué otras actividades dependen de los resultados de información generados por cada actividad.
El uso de los DSM tanto en la investigación como en la práctica industrial aumentó considerablemente en la década de 1990. Los DSM se han aplicado en las industrias de construcción de edificios, desarrollo inmobiliario, semiconductores, automotriz, fotográfica, aeroespacial, telecomunicaciones, fabricación a pequeña escala, equipos de fábrica y electrónica, por nombrar algunas, así como en muchas agencias gubernamentales. [1]
La representación matricial tiene varios puntos fuertes.
- La matriz puede representar una gran cantidad de elementos del sistema y sus relaciones de una manera compacta que resalta patrones importantes en los datos (como ciclos de retroalimentación y módulos).
- La presentación se adapta a técnicas de análisis basadas en matrices, que se pueden utilizar para mejorar la estructura del sistema.
- En las actividades de modelado, la precedencia permite representar vínculos de retroalimentación que no pueden ser modelados por técnicas de modelado de diagrama de Gantt / PERT [3]
El análisis de DSM proporciona información sobre cómo gestionar sistemas o proyectos complejos, destacando los flujos de información , las secuencias de tareas / actividades y la iteración . [1] [4] Puede ayudar a los equipos a optimizar sus procesos basándose en el flujo óptimo de información entre diferentes actividades interdependientes.
El análisis DSM también se puede utilizar para gestionar los efectos de un cambio. Por ejemplo, si la especificación de un componente tuviera que cambiarse, sería posible identificar rápidamente todos los procesos o actividades que habían dependido de esa especificación, reduciendo el riesgo de que el trabajo continúe basándose en información desactualizada. [1]
Estructura DSM
Un DSM es una matriz cuadrada que representa los vínculos entre los elementos del sistema. Los elementos del sistema a menudo se etiquetan en las filas a la izquierda de la matriz y / o en las columnas encima de la matriz. Estos elementos pueden representar, por ejemplo, componentes de productos, equipos de organización o actividades de proyectos.
Las celdas fuera de la diagonal se utilizan para indicar relaciones entre los elementos. Una marca de la celda indica un vínculo directo entre dos elementos y puede representar relaciones de diseño o restricciones entre componentes del producto, comunicación entre equipos, flujo de información o relaciones de precedencia entre actividades. En una convención, leer en una fila revela las salidas que el elemento en esa fila proporciona a otros elementos, y escanear una columna revela las entradas que el elemento en esa columna recibe de otros elementos. Por ejemplo, en el DSM, la marca en la columna A y la fila C indica un enlace de A a C (salida de A, entrada a C). Alternativamente, las filas y columnas se pueden cambiar (sin un cambio de significado). Ambas convenciones se pueden encontrar en la literatura. [1]
Las celdas a lo largo de la diagonal se utilizan normalmente para representar los elementos del sistema. Sin embargo, las celdas diagonales pueden usarse para representar auto-iteraciones (por ejemplo, reelaboración de un código que no pasó su prueba unitaria). Se requieren auto-iteraciones cuando un elemento de matriz representa un bloque de actividades / subsistemas que pueden ser más detallados, lo que permite una estructura jerárquica de DSM. [5]
Se han propuesto dos categorías principales de DSM: estático y basado en el tiempo. [6] Los DSM estáticos representan sistemas donde todos los elementos existen simultáneamente, como componentes de una máquina o grupos en una organización. Un DSM estático es equivalente a un gráfico N 2 o una matriz de adyacencia . La marca en las celdas fuera de la diagonal es a menudo en gran parte simétrica a la diagonal (por ejemplo, en un DSM organizacional que indica interacciones entre equipos, hay una marca del equipo C al equipo E y una marca del equipo E al equipo C, lo que indica que las interacciones son mutuas). Los DSM estáticos generalmente se analizan con algoritmos de agrupamiento .
Un DSM basado en el tiempo es similar a un diagrama de precedencia o la representación matricial de un gráfico dirigido . En los DSM basados en el tiempo, el orden de las filas y columnas indica un flujo a través del tiempo: las actividades anteriores de un proceso aparecen en la parte superior izquierda del DSM y las actividades posteriores aparecen en la parte inferior derecha. Términos como "retroalimentación" y "retroalimentación" adquieren significado cuando se refieren a interfaces. Una marca de retroalimentación es una marca por encima de la diagonal (cuando las filas representan la salida). Los DSM basados en el tiempo generalmente se analizan utilizando algoritmos de secuenciación, que reordenan los elementos de la matriz para minimizar la cantidad de marcas de retroalimentación y hacerlos lo más cerca posible de la diagonal. [1]
Las matrices DSM se clasificaron en DSM basado en componentes o arquitectura; DSM basado en personas (basado en equipos) u organización, ambos considerados como estáticos (que representan elementos existentes). El DSM basado en actividades o programado y el DSM basado en parámetros se definen como basados en el tiempo, ya que su ordenación implica flujo.
Marcado DSM
Inicialmente, las marcas de celda fuera de la diagonal indicaban solo la existencia / no existencia de una interacción (enlace) entre elementos, utilizando un símbolo (o la figura '1'). Dicho marcado se define como DSM binario . Luego, la marca se ha desarrollado para indicar una relación cuantitativa DSM numérico que indica la "fuerza" del vínculo, o relaciones estadísticas DSM de probabilidad que indica, por ejemplo, la probabilidad de aplicar nueva información (que requiere la reactivación de la actividad vinculada). [4]
Algoritmos DSM
Los algoritmos DSM se utilizan para reordenar los elementos de la matriz sujetos a algunos criterios. Los DSM estáticos generalmente se analizan con algoritmos de agrupamiento (es decir, reordenando los elementos de la matriz para agrupar elementos relacionados). Los resultados de la agrupación en clústeres normalmente mostrarían grupos (clústeres) de elementos estrechamente relacionados y elementos que no están conectados o están conectados a muchos otros elementos y, por lo tanto, no forman parte de un grupo. [1]
Los DSM basados en el tiempo se analizan normalmente mediante algoritmos de partición, desgarro y secuenciación. [1] [4] [7]
Los métodos de secuenciación intentan ordenar los elementos de la matriz de manera que no queden marcas de retroalimentación. [1] [4] En el caso de actividades acopladas (actividades que tienen vínculos cíclicos, por ejemplo, la actividad A está vinculada a B, que está vinculada a C, que está vinculada a A) el resultado es un bloque DSM diagonal (es decir, bloques o grupos de actividades acopladas a lo largo de la diagonal). Los métodos de particionamiento incluyen: búsqueda de ruta ; matriz de accesibilidad ; algoritmo de triangulación ; y los poderes de la Matriz de Adyacencia.
El desgarro es la eliminación de marcas de retroalimentación (en DSM binario) o la asignación de prioridad más baja (DSM numérico). La rotura de un DSM basado en componentes puede implicar modularización (el diseño del componente no influye en otros componentes) o estandarización (el diseño del componente no influye ni influye en otros componentes). [1] [4] [8] Después de romper, se vuelve a aplicar un algoritmo de partición.
Al minimizar los bucles de retroalimentación se obtienen los mejores resultados para DSM binario, pero no siempre para DSM numérico o DSM de probabilidad. Los algoritmos de secuenciación (que usan optimización , algoritmos genéticos ) generalmente intentan minimizar el número de bucles de retroalimentación y también reordenar las actividades acopladas (que tienen un bucle cíclico) tratando de tener las marcas de retroalimentación cerca de la diagonal. Sin embargo, a veces el algoritmo solo intenta minimizar un criterio (donde las iteraciones mínimas no son los resultados óptimos). [9]
Uso y extensiones
Las interacciones entre varios aspectos (personas, actividades y componentes) se realizan utilizando matrices de enlace adicionales (no cuadradas). La matriz de dominios múltiples (MDM) es una extensión de la estructura básica de DSM. [10] Un MDM incluye varios DSM (ordenados como bloques de matrices diagonales) que representan las relaciones entre elementos del mismo dominio; y las correspondientes Matrices de Mapeo de Dominios (DMM) [11] que representan relaciones entre elementos de diferentes dominios.
El uso de DSM se ha ampliado para visualizar y optimizar el flujo de información y las interacciones, que de otro modo serían invisibles, asociadas con el trabajo de oficina. Esta visualización a través de DSM permite aplicar el Lean Body of Knowledge a la oficina y a los flujos intensivos de información. [12]
El método DSM se aplicó como marco para analizar la propagación del retrabajo en los procesos de desarrollo de productos y el problema relacionado de convergencia (o divergencia) utilizando la teoría de sistemas dinámicos lineales. [4] [13] [14]
Consulte (Browning 2016) [15] para obtener una encuesta completa y actualizada de las extensiones e innovaciones de DSM.
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j S.D. Eppinger y TR Browning, Métodos y aplicaciones de matriz de estructura de diseño , MIT Press, Cambridge, 2012.
- ^ DV Steward: El sistema de estructura de diseño: un método para gestionar el diseño de sistemas complejos. En: IEEE Transactions on Engineering Management. 28 (3), 1981, S. 71-74.
- ^ Browning TR, Fricke E, Negele H (2006) "Conceptos clave en el modelado de procesos de desarrollo de productos" , Ingeniería de sistemas, 9 (2): 104-128
- ^ a b c d e f Yassine A, Braha D (2003), "Ingeniería concurrente compleja y el enfoque de matriz de estructura de diseño". Archivado el 29 de agosto de 2017 en Wayback Machine Concurrent Engineering: Research and Applications, 11 (3): 165-177
- ^ A. Karniel e Y. Reich, "Simulación de procesos de diseño con actividades de auto-iteración basadas en la planificación DSM", en Actas de la Conferencia internacional sobre ingeniería y modelado de sistemas - ICSEM'07, Haifa, 2007.
- ^ T. Browning: "Aplicación de la matriz de estructura de diseño a los problemas de integración y descomposición del sistema: una revisión y nuevas direcciones". En: IEEE Transactions on Engineering Management. 48 (3): 292-306, 2001.
- ^ A. Karniel e Y. Reich, "Planificación de procesos de diseño utilizando DSM" , en Gestión de la dinámica de los procesos de desarrollo de nuevos productos: un paradigma de gestión del ciclo de vida de nuevos productos, Springer, 2011
- ^ Sered Y, Reich Y (2006), "Estandarización y modularización impulsada por minimizar el esfuerzo general del proceso". Diseño asistido por computadora, 38 (5): 405-416
- ^ T. Browning: "Modelado de los impactos de la arquitectura de procesos en el riesgo de costo y programación en el desarrollo de productos" , en: IEEE Transactions on Engineering Management. 49 (4): 428-442, 2002.
- ^ Maurer M (2007) Conciencia estructural en el diseño de productos complejos. Disertación, Technischen Universität München, Alemania
- ^ M. Danilovic; TR Browning: "Gestión de proyectos de desarrollo de productos complejos con matrices de estructura de diseño y matrices de mapeo de dominio" . En: Revista Internacional de Gestión de Proyectos. 25 (3), 2007, S. 300-314.
- ^ Lejos de la fábrica: Lean para la era de la información . Nueva York: Productivity Press. 2010. págs. 159–180. ISBN 978-1420094565.
- ^ Smith R, Eppinger S (1997) "Identificación de las características de control de la iteración del diseño de ingeniería". Management Science 43 (3): 276–293.
- ^ Yassine A, Joglekar N, Braha D, Eppinger S y Whitney D (2003), "Información que se oculta en el desarrollo de productos: el efecto de abandono del diseño". Investigación en diseño de ingeniería, 14 (3): 131-144.
- ^ Browning, Tyson R. (2016) "Extensiones e innovaciones de la matriz de estructura de diseño: una encuesta y nuevas oportunidades", Transacciones de IEEE sobre gestión de ingeniería, 63 (1): 27-52. [1]
Enlaces adicionales
- Portal web de la comunidad DSM: http://www.dsmweb.org
- Conferencia internacional de matriz de estructura de diseño: http://www.dsm-conference.org
Otras lecturas
- Libro de DSM: http://mitpress.mit.edu/books/design-structure-matrix-methods-and-applications
- Karniel, Arie; Reich, Yoram (2011). Gestión de la dinámica de los procesos de desarrollo de nuevos productos: un paradigma de gestión del ciclo de vida de nuevos productos . Saltador. ISBN 978-0-85729-569-9.