Diseño basado en valores

El diseño orientado al valor ( VDD , por sus siglas en inglés) es una estrategia de ingeniería de sistemas basada en la microeconomía que permite la optimización del diseño multidisciplinario . El Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AAA ) está desarrollando el diseño orientado al valor a través de un comité de programa integrado por representantes del gobierno, la industria y el ámbito académico. ^{[ 1 ]} Paralelamente, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA, por sus siglas en inglés) ha promulgado una estrategia idéntica, denominada diseño centrado en el valor , para el Programa F6 . En la actualidad, los términos diseño orientado al valor y diseño centrado en el valor son intercambiables. La esencia de estas estrategias radica en que las decisiones de diseño se toman para maximizar el valor del sistema en lugar de para cumplir con los requisitos de rendimiento.

Esto también es similar al enfoque basado en el valor del desarrollo de software ágil, donde las partes interesadas de un proyecto priorizan sus necesidades de alto nivel (o características del sistema) en función del valor comercial percibido que cada una aportaría. ^{[ 2 ]}

El diseño orientado al valor es controvertido porque los requisitos de rendimiento son un elemento central de la ingeniería de sistemas. ^{[ 3 ]} Sin embargo, los defensores del diseño orientado al valor afirman que puede mejorar el desarrollo de grandes sistemas aeroespaciales al reducir o eliminar los sobrecostos ^{[ 4 ]} que son un problema importante, según auditores independientes. ^{[ 5 ]}

El diseño impulsado por el valor crea un entorno que permite y fomenta la optimización del diseño al proporcionar a los diseñadores una función objetivo y eliminar aquellas restricciones que se han expresado como requisitos de rendimiento. La función objetivo toma como entrada todos los atributos importantes del sistema que se está diseñando y produce una puntuación. Cuanto mayor sea la puntuación, mejor será el diseño. ^{[ 6 ]} Al describir una versión temprana de lo que ahora se llama diseño impulsado por el valor, George Hazelrigg dijo: "El propósito de este marco es permitir la evaluación de un valor para cada opción de diseño para que las opciones se puedan comparar racionalmente y tomar una decisión". ^{[ 7 ]} A nivel de todo el sistema, la función objetivo que realiza esta evaluación de valor se llama "modelo de valor". ^{[ 8 ]} El modelo de valor distingue el diseño impulsado por el valor de la Teoría de la Utilidad Multiatributo aplicada al diseño. ^{[ 9 ]} Mientras que en la Teoría de la Utilidad Multiatributo, una función objetivo se construye a partir de evaluaciones de las partes interesadas, ^{[ 10 ]} el diseño impulsado por el valor emplea el análisis económico para construir un modelo de valor. ^{[ 11 ]} La base del modelo de valor suele ser una expresión de beneficio para una empresa, pero también se han desarrollado modelos de valor económico para otras organizaciones, como el gobierno. ^{[ 8 ]}

Para diseñar un sistema, los ingenieros toman primero los atributos del sistema a los que tradicionalmente se les asignarían requisitos de rendimiento, como el alcance y el consumo de combustible de una aeronave, y construyen un modelo de valor del sistema que utiliza todos estos atributos como entradas. A continuación, se optimiza el diseño conceptual para maximizar la salida del modelo de valor. Luego, cuando el sistema se descompone en componentes, se deriva una función objetivo para cada componente a partir del modelo de valor del sistema mediante un análisis de sensibilidad. ^{[ 6 ]}

En 2006 se llevó a cabo un taller práctico para implementar el diseño basado en valores para un satélite GPS , que puede servir como ejemplo del proceso. ^{[ 12 ]}

La dicotomía entre diseñar en función de los requisitos de rendimiento y diseñar en función de las funciones objetivo fue planteada por Herbert Simon en un ensayo titulado "La ciencia del diseño" en 1969. ^{[ 13 ]} Simon adoptó una postura ambigua, afirmando que, idealmente, los sistemas de ingeniería deberían optimizarse según una función objetivo, pero que, en la práctica, esto suele ser demasiado difícil, por lo que sería necesario satisfacer ciertos atributos , lo que equivalía a establecer requisitos de rendimiento. Sin embargo, incluyó técnicas de optimización en su plan de estudios recomendado para ingenieros y respaldó "la teoría de la utilidad y la teoría de la decisión estadística como un marco lógico para la elección racional entre alternativas dadas".

La teoría de la utilidad recibió la mayor parte de su formulación matemática actual de von Neumann y Morgenstern , ^{[ 14 ]} pero fue el economista Kenneth Arrow quien demostró el Teorema de la Utilidad Esperada de forma más amplia, que dice esencialmente que, dada la elección entre un conjunto de alternativas, se debe elegir la alternativa que proporciona la mayor expectativa probabilística de utilidad, donde la utilidad es el valor ajustado por la aversión al riesgo. ^{[ 15 ]}

Ralph Keeney y Howard Raiffa extendieron la teoría de la utilidad para apoyar la toma de decisiones, ^{[ 10 ]} y Keeney desarrolló la idea de un modelo de valor para encapsular el cálculo de la utilidad. ^{[ 16 ]} Keeney y Raiffa también utilizaron "atributos" para describir las entradas de un proceso de evaluación o modelo de valor.

George Hazelrigg combinó por primera vez el diseño de ingeniería, el análisis de planes de negocio y la teoría de la decisión en un marco conceptual en un artículo escrito en 1995 y publicado en 1998. ^{[ 7 ]} Mientras tanto, Paul Collopy desarrolló de forma independiente un marco similar en 1997, y Harry Cook desarrolló el Modelo S para incorporar el precio y la demanda del producto en una función objetivo basada en beneficios para las decisiones de diseño. ^{[ 17 ]}

La División de Sistemas de Ingeniería del MIT publicó una serie de artículos a partir del año 2000, muchos de ellos en coautoría con Daniel Hastings, en los que se utilizaron diversas formulaciones de utilidad para abordar diferentes formas de incertidumbre en la toma de decisiones de diseño de ingeniería. Saleh et al. ^{[ 18 ]} es un buen ejemplo de este trabajo.

El término diseño impulsado por el valor fue acuñado por James Sturges en Lockheed Martin mientras organizaba un taller que se convertiría en el Comité del Programa de Diseño Impulsado por el Valor en el Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) en 2006. ^{[ 19 ]} Mientras tanto, el diseño centrado en el valor fue acuñado independientemente por Owen Brown y Paul Eremenko de DARPA en el Anuncio de Agencia Amplia de Fase 1 para el programa de diseño de satélites DARPA F6 en 2007. ^{[ 20 ]} Castagne et al. ^{[ 21 ]} proporciona un ejemplo donde el diseño impulsado por el valor se utilizó para diseñar paneles de fuselaje para un avión regional .

La implementación del diseño basado en el valor en grandes sistemas gubernamentales, como las naves espaciales o los sistemas de armas de la NASA o la Agencia Espacial Europea , requerirá un sistema de adquisición gubernamental que dirija o incentive al contratista a emplear un modelo de valor. ^{[ 22 ]} Dicho sistema se propone con cierto detalle en un ensayo de Michael Lippitz, Sean O'Keefe y John White. ^{[ 23 ]} Sugieren que "una oficina de programa puede ofrecer un contrato en el que el precio es una función del valor", donde la función se deriva de un modelo de valor. La función de precio está estructurada de manera que, al optimizar el diseño del producto de acuerdo con el modelo de valor, el contratista maximizará su propio beneficio. A este sistema lo llaman Adquisición Basada en el Valor .

• Ingeniería de sistemas
• Teoría de la decisión
• Optimización multidisciplinaria