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 (PSM) , 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 de 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.
Una matriz de estructura de diseño enumera todos los subsistemas o actividades que la componen y los patrones de intercambio de información , interacciones y dependencia correspondientes . Por ejemplo, cuando los elementos de la matriz representan actividades, la matriz detalla qué información se necesita 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 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 industria aeroespacial, las telecomunicaciones, la fabricación a pequeña escala, los equipos de fábrica y las industrias electrónicas, por nombrar solo algunas, así como en muchas agencias gubernamentales. [1]
La representación matricial tiene varias ventajas.
El análisis DSM también se puede utilizar para gestionar los efectos de un cambio. Por ejemplo, si se tuviera que cambiar la especificación de un componente, sería posible identificar rápidamente todos los procesos o actividades que dependían de esa especificación, lo que reduciría el riesgo de que el trabajo continúe basándose en información desactualizada. [1]
Un DSM es una matriz cuadrada que representa los vínculos entre los elementos del sistema. Los elementos del sistema suelen estar etiquetados en las filas a la izquierda de la matriz o en las columnas que se encuentran por encima de ella. Estos elementos pueden representar, por ejemplo, componentes de productos, equipos de la organización o actividades de proyectos.
Las celdas que no están en la diagonal se utilizan para indicar relaciones entre los elementos. Una marca en la celda indica un vínculo dirigido entre dos elementos y puede representar relaciones de diseño o restricciones entre componentes de productos, comunicación entre equipos, flujo de información o relaciones de precedencia entre actividades. En una convención, la lectura a lo largo de una fila revela las salidas que el elemento de esa fila proporciona a otros elementos, y el escaneo de 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 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 se pueden utilizar para representar iteraciones propias (por ejemplo, la reelaboración de un código que no pasó la prueba unitaria). Las iteraciones propias son necesarias cuando un elemento de la matriz representa un bloque de actividades/subsistemas que se pueden detallar más, lo que permite una estructura jerárquica del DSM. [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 los componentes de una máquina o los grupos de una organización. Un DSM estático es equivalente a un diagrama N 2 o una matriz de adyacencia . La marcación en las celdas fuera de la diagonal suele ser en gran medida 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 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 en 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 sentido cuando se hace referencia 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 cercanas 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, ambas consideradas estáticas (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 orden implica flujo.
Inicialmente, las marcas de las celdas fuera de la diagonal indicaban únicamente la existencia/no existencia de una interacción (enlace) entre elementos, mediante un símbolo (o la figura '1'). Dicha marca se define como DSM binario . La marca ha evolucionado para indicar relaciones cuantitativas DSM numérico que indica la "fuerza" del enlace, o relaciones estadísticas DSM de probabilidad que indica, por ejemplo, la probabilidad de aplicar nueva información (que requiere la reactivación de la actividad vinculada). [ cita requerida ]
Los algoritmos DSM se utilizan para reordenar los elementos de la matriz sujetos a ciertos criterios. Los DSM estáticos se suelen analizar con algoritmos de agrupamiento (es decir, reordenando los elementos de la matriz para agrupar los elementos relacionados). Los resultados de agrupamiento normalmente mostrarían grupos (agrupaciones) 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 un grupo. [1]
Los DSM basados en el tiempo se analizan normalmente mediante algoritmos de partición, desgarro 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 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 alcanzabilidad ; algoritmo de triangulación ; y las potencias de la matriz de adyacencia.
El desgarro es la eliminación de marcas de retroalimentación (en DSM binario) o la asignación de una prioridad más baja (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 ni es influenciado por otros componentes). [1] [7] Después del desgarro, se vuelve a aplicar un algoritmo de partición.
La minimización de los bucles de retroalimentación da los mejores resultados para el DSM binario, pero no siempre para el DSM numérico o el DSM de probabilidad. Los algoritmos de secuenciación (que utilizan optimización , algoritmos genéticos ) normalmente intentan minimizar la cantidad 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 solo intenta minimizar un criterio (donde las iteraciones mínimas no son los resultados óptimos). [8]
Las interacciones entre los distintos 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 de 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 asociadas con el trabajo de oficina, que de otro modo serían invisibles. Esta visualización a través de DSM permite que el Lean Body of Knowledge se aplique a los flujos de información y de oficina intensivos. [11]