La matriz de estructura de diseño ( DSM ; también conocida como matriz de estructura de dependencia , método de estructura de dependencia , matriz de fuente de dependencia , matriz de resolución de problemas (PSM) , matriz de incidencia , matriz N 2 , matriz de interacción , mapa de dependencia o matriz de precedencia de diseño ) es una matriz de estructura de diseño simple. Representación visual, 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 matrices para resolver sistemas matemáticos de ecuaciones.
Una matriz de estructura de diseño enumera todos los subsistemas / actividades constituyentes y el intercambio de información , las interacciones y los patrones de dependencia correspondientes . Por ejemplo, cuando los elementos de la matriz representan actividades, la matriz detalla qué datos se necesitan para iniciar una actividad en particular y muestra adónde 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 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 de edificios, el desarrollo inmobiliario, los semiconductores, la automoción, la fotografía, la aeroespacial, las telecomunicaciones, la fabricación a pequeña escala, los equipos industriales y la electrónica, por nombrar algunos, así como en muchas agencias gubernamentales. [1]
La representación matricial tiene varios puntos fuertes.
El análisis DSM también se puede utilizar para gestionar los efectos de un cambio. Por ejemplo, si fuera necesario cambiar la especificación de un componente, sería posible identificar rápidamente todos los procesos o actividades que dependían de esa especificación, reduciendo el riesgo de que el trabajo continúe basándose en información desactualizada. [1]
Un DSM es una matriz cuadrada que representa vínculos entre los elementos del sistema. Los elementos del sistema suelen estar etiquetados 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 proyecto.
Las celdas fuera de la diagonal se utilizan para indicar relaciones entre los elementos. Una marca de la celda indica un vínculo dirigido entre dos elementos y puede representar relaciones de diseño o limitaciones 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, se pueden cambiar las filas y columnas (sin 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 se pueden utilizar para representar autoiteraciones (por ejemplo, reelaboración de un código que no pasó la prueba unitaria). Se requieren autoiteraciones cuando un elemento de la matriz representa un bloque de actividades/subsistemas que pueden detallarse más, permitiendo una estructura DSM jerárquica. [4]
Se han propuesto dos categorías principales de DSM: estáticos y basados en el tiempo. [5] 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 . Las marcas en las celdas fuera de la diagonal suelen ser en gran medida simétricas con respecto 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 suelen analizarse 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 "feedforward" y "feedback" 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 acercarlos lo más posible a 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 cronograma y el DSM basado en parámetros se definen como basados en el tiempo, ya que su ordenación implica flujo.
Inicialmente, las marcas de celda fuera de la diagonal indicaban sólo la existencia/no existencia de una interacción (vínculo) entre elementos, utilizando un símbolo (o la cifra '1'). Este marcado se define como DSM binario . La marca se ha desarrollado entonces para indicar una relación cuantitativa DSM numérica que indica la "fuerza" del vínculo, o relaciones estadísticas DSM de probabilidad que indican, por ejemplo, la probabilidad de aplicar nueva información (que requiere la reactivación de la actividad vinculada). [ cita necesaria ]
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 agrupación 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 normalmente se analizan mediante algoritmos de partición, desgarro y secuenciación. [1] [6]
Los métodos de secuenciación intentan ordenar los elementos de la matriz de manera que no queden marcas de retroalimentación. [1] 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 DSM diagonal de bloques (es decir, bloques o grupos de actividades acopladas a lo largo de la diagonal). Los métodos de partición 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 ruptura 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 está influenciado por otros componentes). [1] [7] Después de romper, se vuelve a aplicar un algoritmo de partición.
Minimizar los bucles de retroalimentación obtiene los mejores resultados para DSM binario, pero no siempre para DSM numérico o DSM de probabilidad. Los algoritmos de secuenciación (que utilizan optimización , algoritmos genéticos ) generalmente intentan minimizar el número de bucles de retroalimentación y también reordenar las actividades acopladas (que tienen bucles cíclicos) tratando de tener las marcas de retroalimentación cerca de la diagonal. Sin embargo, a veces el algoritmo simplemente intenta minimizar un criterio (donde las iteraciones mínimas no son los resultados óptimos). [8]
Las interacciones entre varios aspectos (personas, actividades y componentes) se realizan utilizando matrices de vínculos adicionales (no cuadradas). La Matriz de Dominios Múltiples (MDM) es una extensión de la estructura básica de DSM. [9] Un MDM incluye varios DSM (ordenados como matrices diagonales de bloques) que representan las relaciones entre elementos del mismo dominio; y las correspondientes matrices de mapeo de dominios (DMM) [10] 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 asociadas con el trabajo de oficina, que de otro modo serían invisibles. Esta visualización a través de DSM permite aplicar el Lean Body of Knowledge a flujos intensivos de información y de oficina. [11]