Matriz de estructura de diseño

La matriz de estructura de diseño ( DSM ; también denominada matriz de estructura de dependencia , método de estructura de dependencia , matriz de fuente de dependencia , matriz de resolución de problemas , matriz de incidencia , matriz N ² , matriz de interacción , mapa de dependencia o matriz de precedencia de diseño ) es una representación simple, compacta y visual de un sistema o proyecto en forma de matriz cuadrada . ^{[ 1 ]}

Es el equivalente a una matriz de adyacencia en la 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 organizacional. Don Steward acuñó el término "matriz de estructura de diseño" en la década de 1960, ^{[ 2 ]} utilizando las matrices para resolver sistemas de ecuaciones matemáticas.

Una matriz de estructura de diseño enumera todos los subsistemas / actividades que la componen y los patrones correspondientes de intercambio de información , interacciones y dependencias . Por ejemplo, cuando los elementos de la matriz representan actividades, esta detalla la información necesaria para iniciar una actividad específica y muestra a dónde conduce la información generada por dicha actividad. De esta forma, se puede identificar rápidamente qué otras actividades dependen de la información generada por cada una.

El uso de DSM tanto en la investigación como en la práctica industrial aumentó considerablemente en la década de 1990. Los DSM se han aplicado en la construcción, el desarrollo inmobiliario, los semiconductores, la automoción, la fotografía, la industria aeroespacial, las telecomunicaciones, la fabricación a pequeña escala, los equipos de fábrica y la electrónica, entre otros sectores, así como en numerosas agencias gubernamentales. ^{[ 1 ]}

La representación matricial tiene varias ventajas.

• La matriz puede representar un gran número de elementos del sistema y sus relaciones de forma compacta, resaltando patrones importantes en los datos (como bucles de retroalimentación y módulos).
• La presentación se presta a técnicas de análisis basadas en matrices, que pueden utilizarse para mejorar la estructura del sistema.
• En el modelado de actividades de precedencia permite representar vínculos de retroalimentación que no pueden ser modelados por las técnicas de modelado de diagramas de Gantt / PERT ^{[ 3 ].}

El análisis DSM también puede utilizarse para gestionar los efectos de un cambio. Por ejemplo, si fuera necesario modificar la especificación de un componente, sería posible identificar rápidamente todos los procesos o actividades que dependían de dicha especificación, reduciendo así el riesgo de que el trabajo continúe basándose en información obsoleta. ^{[ 1 ]}

Un DSM es una matriz cuadrada que representa las relaciones entre los elementos del sistema. Estos elementos suelen estar etiquetados en las filas de la izquierda de la matriz o en las columnas superiores. Por ejemplo, pueden representar componentes de un producto, equipos de una organización o actividades de un proyecto.

Las celdas fuera de la diagonal se utilizan para indicar relaciones entre los elementos. Una marca en 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 una fila revela las salidas que el elemento de esa fila proporciona a otros elementos, y escanear una columna revela las entradas que el elemento de esa columna recibe de otros elementos. Por ejemplo, en el DSM, la marca en la columna A y la fila C indicaba un vínculo de A a C (salida de A, entrada a C). Alternativamente, las filas y columnas pueden intercambiarse (sin que cambie el significado). Ambas convenciones se pueden encontrar en la literatura. ^{[ 1 ]}

Las celdas de la diagonal se utilizan normalmente para representar los elementos del sistema. Sin embargo, también pueden utilizarse para representar autoiteraciones (por ejemplo, la reelaboración de un código que no superó las pruebas unitarias ). Las autoiteraciones son necesarias cuando un elemento de la matriz representa un bloque de actividades/subsistemas que pueden detallarse aún más, lo que permite una estructura jerárquica de la matriz de diseño de sistemas (DSM). ^{[ 4 ]}

Se han propuesto dos categorías principales de DSM: estáticas y basadas en el tiempo. ^{[ 5 ]} Las DSM estáticas representan sistemas donde todos los elementos existen simultáneamente, como los componentes de una máquina o los grupos en una organización. Una DSM estática es equivalente a un diagrama N ² o una matriz de adyacencia . El marcado en las celdas fuera de la diagonal suele ser en gran medida simétrico a la diagonal (por ejemplo, en una 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). Las DSM estáticas se suelen analizar con algoritmos de agrupamiento .

Un DSM basado en el tiempo es similar a un diagrama de precedencia o a la representación matricial de un grafo 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 en un proceso aparecen en la esquina superior izquierda del DSM y las actividades posteriores aparecen en la esquina inferior derecha. Términos como "feedforward" y "feedback" cobran sentido al referirse a las 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 se analizan típicamente utilizando algoritmos de secuenciación, que reordenan los elementos de la matriz para minimizar la cantidad de marcas de retroalimentación y hacerlas lo más cerca posible de la diagonal. ^{[ 1 ]}

Las matrices DSM se clasificaron en DSM basadas en componentes o arquitectura; DSM basadas en personas (o equipos) u organización, ambas consideradas estáticas (que representan elementos existentes). Las matrices DSM basadas en actividades o cronogramas y las basadas en parámetros se definen como basadas en el tiempo, ya que su orden implica flujo.

Los algoritmos DSM se utilizan para reordenar los elementos de la matriz según ciertos criterios. Los DSM estáticos suelen analizarse con algoritmos de agrupamiento (es decir, reordenando los elementos de la matriz para agrupar elementos relacionados). Los resultados del agrupamiento suelen mostrar grupos (clústeres) de elementos estrechamente relacionados, y elementos que no están conectados o que están conectados a muchos otros elementos y, por lo tanto, no forman parte de ningún grupo. ^{[ 1 ]}

Los DSM basados ​​en el tiempo se analizan típicamente utilizando algoritmos de partición, división y secuenciación. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

Los métodos de secuenciación intentan ordenar los elementos de la matriz de tal manera que no queden marcas de retroalimentación. ^{[ 1 ]} En el caso de actividades acopladas (actividades que tienen enlaces cíclicos, por ejemplo, la actividad A está vinculada a B, que está vinculada a C, que está vinculada a A), el resultado es una matriz de estados distribuidos (DSM) diagonal por bloques (es decir, bloques o grupos de actividades acopladas a lo largo de la diagonal). Los métodos de partición incluyen: búsqueda de rutas; matriz de alcanzabilidad ; algoritmo de triangulación ; y potencias de la matriz de adyacencia.

El desgarro es la eliminación de marcas de retroalimentación (en DSM binario) o la asignación de menor prioridad (DSM numérico). El desgarro 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 en otros componentes ni es influenciado por ellos). ^{[ 1 ] [ 7 ]} Después del desgarro, se vuelve a aplicar un algoritmo de particionamiento.

La minimización de los bucles de retroalimentación ofrece los mejores resultados para DSM binario, pero no siempre para DSM numérico o DSM probabilístico. Los algoritmos de secuenciación (que utilizan optimización y algoritmos genéticos ) suelen intentar minimizar el número de bucles de retroalimentación y también reordenar las actividades acopladas (con bucles cíclicos) para que las marcas de retroalimentación estén cerca de la diagonal. Sin embargo, a veces el algoritmo simplemente intenta minimizar un criterio (donde el mínimo de iteraciones no es el resultado óptimo). ^{[ 8 ]}

Las interacciones entre diversos aspectos (personas, actividades y componentes) se realizan mediante matrices de enlace adicionales (no cuadradas). La Matriz de Dominios Múltiples (MDM) es una extensión de la estructura básica de la DSM. ^{[ 9 ]} Una MDM incluye varias DSM (ordenadas como matrices diagonales por bloques) que representan las relaciones entre elementos del mismo dominio; y las correspondientes Matrices de Mapeo de Dominios (DMM) ^{[ 10 ]} que representan las relaciones entre elementos de diferentes dominios.

El uso de DSM se ha extendido para visualizar y optimizar el flujo de información y las interacciones, de otro modo invisibles, asociadas al trabajo de oficina. Esta visualización mediante DSM permite aplicar el Cuerpo de Conocimiento Lean a los flujos de oficina y de información intensiva. ^{[ 11 ]}

^{En [ 12 ]} se ha ilustrado una personalización de MDM para el análisis de sistemas insuficientemente especificados.

• Portal web de la comunidad DSM: http://www.dsmweb.org
• Conferencia Internacional sobre la Matriz de Estructura de Diseño: http://www.dsm-conference.org

• Libro sobre DSM: http://mitpress.mit.edu/books/design-structure-matrix-methods-and-applications
• Karniel, Arie; Reich, Yoram (2011). Managing the Dynamics of New Product Development Processes: A New Product Lifecycle Management Paradigm . Springer. ISBN 978-0-85729-569-9.