Матрица структуры дизайна
Образец DSM с 7 элементами и 11 знаками зависимости.

Матрица структуры проектирования ( DSM ; также называемая матрицей структуры зависимостей , методом структуры зависимостей , матрицей источника зависимостей , матрицей решения проблем (PSM) , матрицей инцидентности , матрицей N2 , матрицей взаимодействия , картой зависимостей или матрицей предшествования проектирования ) — это простое, компактное и наглядное представление системы или проекта в виде квадратной матрицы . [1]

Это эквивалент матрицы смежности в теории графов , и используется в системной инженерии и управлении проектами для моделирования структуры сложных систем или процессов, чтобы выполнить системный анализ, планирование проектов и проектирование организаций. Дон Стюард ввел термин «матрица структуры проектирования» в 1960-х годах [2] , используя матрицы для решения математических систем уравнений.

Обзор

Матрица структуры проекта перечисляет все составляющие подсистемы / действия и соответствующие им шаблоны обмена информацией , взаимодействия и зависимости . Например, если элементы матрицы представляют действия, матрица детализирует, какие фрагменты информации необходимы для начала определенного действия, и показывает, куда ведет информация, генерируемая этим действием. Таким образом, можно быстро распознать, какие другие действия зависят от выходных данных, генерируемых каждым действием.

Использование DSM как в исследовательской, так и в промышленной практике значительно возросло в 1990-х годах. DSM применялись в строительстве зданий, развитии недвижимости, полупроводниковой, автомобильной, фотографической, аэрокосмической, телекоммуникационной, мелкосерийном производстве, производстве заводского оборудования и электроники, и это лишь некоторые из них, а также во многих государственных учреждениях. [1]

Матричное представление имеет несколько сильных сторон.

  • Матрица может представлять большое количество элементов системы и их взаимосвязей в компактном виде, выделяя важные закономерности в данных (например, контуры обратной связи и модули).
  • Представленная информация поддается обработке с помощью методов матричного анализа, которые можно использовать для улучшения структуры системы.
  • При моделировании приоритетов действий это позволяет представлять обратные связи, которые не могут быть смоделированы с помощью диаграммы Ганта / методов моделирования PERT [3]

Анализ DSM также может использоваться для управления эффектами изменения. Например, если спецификация компонента должна быть изменена, можно будет быстро определить все процессы или действия, которые зависели от этой спецификации, что снизит риск продолжения работы на основе устаревшей информации. [1]

Структура DSM

DSM — это квадратная матрица , представляющая связи между элементами системы. Элементы системы часто маркируются в строках слева от матрицы и/или в столбцах над матрицей. Эти элементы могут представлять, например, компоненты продукта, организационные группы или проектные мероприятия.

Недиагональные ячейки используются для обозначения связей между элементами. Маркировка ячейки указывает на направленную связь между двумя элементами и может представлять отношения проектирования или ограничения между компонентами продукта, коммуникацию между командами, поток информации или отношения предшествования между действиями. В одном соглашении чтение по строке показывает выходные данные, которые элемент в этой строке предоставляет другим элементам, а сканирование столбца показывает входные данные, которые элемент в этом столбце получает от других элементов. Например, в DSM маркировка в столбце A и строке C указывает на связь от A к C (выходные данные от A, входные данные к C). В качестве альтернативы строки и столбцы могут быть поменяны местами (без изменения смысла). Оба соглашения можно найти в литературе. [1]

Ячейки вдоль диагонали обычно используются для представления элементов системы. Однако диагональные ячейки могут использоваться для представления самоитераций (например, переделки кода, который не прошел модульное тестирование). Самоитерации требуются, когда элемент матрицы представляет блок действий/подсистем, которые могут быть дополнительно детализированы, что позволяет создать иерархическую структуру DSM. [4]

Были предложены две основные категории DSM: статические и основанные на времени. [5] Статические DSM представляют системы, в которых все элементы существуют одновременно, например, компоненты машины или группы в организации. Статическая DSM эквивалентна диаграмме N 2 или матрице смежности . Маркировка в недиагональных ячейках часто в значительной степени симметрична диагонали (например, в организационной DSM, указывающей на взаимодействие между командами, есть как отметка от команды C к команде E, так и отметка от команды E к команде C, что указывает на то, что взаимодействие является взаимным). Статические DSM обычно анализируются с помощью алгоритмов кластеризации .

Временная DSM похожа на диаграмму предшествования или матричное представление направленного графа . В временных DSM порядок строк и столбцов указывает на поток во времени: более ранние действия в процессе отображаются в верхнем левом углу DSM, а более поздние действия отображаются в нижнем правом углу. Такие термины, как «прямая связь» и «обратная связь», приобретают смысл при упоминании интерфейсов. Знак обратной связи — это наддиагональный знак (когда строки представляют выход). Временные DSM обычно анализируются с использованием алгоритмов секвенирования, которые переупорядочивают элементы матрицы, чтобы минимизировать количество знаков обратной связи и сделать их максимально близкими к диагонали. [1]

Матрицы DSM были разделены на категории: DSM на основе компонентов или архитектуры; DSM на основе людей (команд) или организации, обе считаются статическими (представляющими существующие элементы). DSM на основе действий или расписания и DSM на основе параметров определяются как основанные на времени, поскольку их порядок подразумевает поток.

маркировка DSM

Первоначально маркировка ячеек вне диагонали указывала только на наличие/отсутствие взаимодействия (связи) между элементами с помощью символа (или цифры «1»). Такая маркировка определяется как Двоичная DSM . Затем маркировка развилась для указания количественной связи Числовая DSM, указывающая «силу» связи, или статистические связи Вероятностная DSM, указывающая, например, на вероятность применения новой информации (которая требует повторной активации связанной активности). [ необходима цитата ]

Алгоритмы DSM

Алгоритмы DSM используются для переупорядочивания элементов матрицы в соответствии с некоторыми критериями. Статические DSM обычно анализируются с помощью алгоритмов кластеризации (т. е. переупорядочивания элементов матрицы для группировки связанных элементов). Результаты кластеризации обычно показывают группы (кластеры) тесно связанных элементов и элементы, которые либо не связаны, либо связаны со многими другими элементами и, следовательно, не являются частью группы. [1]

Временные DSM обычно анализируются с использованием алгоритмов разбиения, разрыва и секвенирования. [1] [6]

Методы секвенирования пытаются упорядочить элементы матрицы таким образом, чтобы не оставалось никаких следов обратной связи. [1] В случае связанных действий (действий, которые имеют циклические связи, например, действие A связано с B, которое связано с C, которое связано с A) результатом является блочно-диагональная DSM (т. е. блоки или группы связанных действий по диагонали). Методы разбиения включают: поиск пути; матрицу достижимости ; алгоритм триангуляции ; и мощности матрицы смежности.

Разрыв — это удаление меток обратной связи (в двоичном DSM) или назначение более низкого приоритета (числовой DSM). Разрыв компонентно-ориентированного DSM может подразумевать модуляризацию (дизайн компонента не влияет на другие компоненты) или стандартизацию (дизайн компонента не влияет и не находится под влиянием других компонентов). [1] [7] После разрыва алгоритм разбиения применяется повторно.

Минимизация циклов обратной связи дает наилучшие результаты для двоичного DSM, но не всегда для числового DSM или вероятностного DSM. Алгоритмы секвенирования (использующие оптимизацию , генетические алгоритмы ) обычно пытаются минимизировать количество циклов обратной связи , а также переупорядочить связанные действия (имея циклический цикл), пытаясь получить метки обратной связи близко к диагонали. Тем не менее, иногда алгоритм просто пытается минимизировать критерий (где минимальные итерации не являются оптимальными результатами). [8]

Использование и расширения

Взаимодействие между различными аспектами (людьми, действиями и компонентами) осуществляется с помощью дополнительных (неквадратных) матриц связей. Матрица множественных доменов (MDM) является расширением базовой структуры DSM. [9] MDM включает несколько DSM (упорядоченных как блочно-диагональные матрицы), которые представляют отношения между элементами одного домена; и соответствующие матрицы сопоставления доменов (DMM) [10] , которые представляют отношения между элементами разных доменов.

Использование DSM было расширено для визуализации и оптимизации иначе невидимого информационного потока и взаимодействия, связанного с офисной работой. Эта визуализация через DSM позволяет применять Lean Body of Knowledge к офисным и интенсивным потокам информации. [11]

Ссылки

  1. ^ abcdefghi SD Eppinger и TR Browning, Методы и приложения структурной матрицы проектирования, MIT Press, Кембридж, 2012.
  2. ^ DV Steward: Система структуры проектирования: Метод управления проектированием сложных систем. В: Труды IEEE по управлению проектированием. 28(3), 1981, С. 71-74.
  3. ^ Браунинг ТР, Фрике Э., Негеле Х. (2006) «Ключевые концепции моделирования процессов разработки продукции», Системная инженерия, 9(2):104-128
  4. ^ А. Карниел и Й. Райх, «Моделирование процессов проектирования с помощью самоитерационных действий на основе планирования DSM», в Трудах Международной конференции по системной инженерии и моделированию - ICSEM'07, Хайфа, 2007.
  5. ^ Т. Браунинг: «Применение матрицы структуры проектирования к проблемам декомпозиции и интеграции систем: обзор и новые направления». В: Труды IEEE по управлению проектированием. 48(3):292-306, 2001.
  6. ^ А. Карниел и И. Райх, «Планирование процесса проектирования с использованием DSM», в книге «Управление динамикой процессов разработки новых продуктов: новая парадигма управления жизненным циклом продукта», Springer, 2011 г.
  7. ^ Sered Y, Reich Y (2006), "Стандартизация и модуляризация, обусловленные минимизацией общих усилий процесса". Computer-Aided Design, 38(5):405-416
  8. ^ Т. Браунинг: «Моделирование влияния архитектуры процесса на стоимость и риск графика при разработке продукта», в: IEEE Transactions on Engineering Management. 49(4):428-442, 2002.
  9. ^ Маурер М (2007) Структурная осведомленность при проектировании сложных изделий. Диссертация, Технический университет Мюнхена, Германия.
  10. ^ М. Данилович; Т. Р. Браунинг: «Управление сложными проектами разработки продукции с помощью матриц структуры проектирования и матриц отображения доменов». В: Международный журнал управления проектами. 25(3), 2007, С. 300-314.
  11. ^ Вдали от завода: бережливое производство для информационной эпохи . Нью-Йорк: Productivity Press. 2010. С.  159–180 . ISBN 978-1420094565.
  • Веб-портал сообщества DSM: http://www.dsmweb.org
  • Международная конференция по матрицам структур проектирования: http://www.dsm-conference.org

Дальнейшее чтение

  • Книга DSM: http://mitpress.mit.edu/books/design-structure-matrix-methods-and-applications
  • Карниел, Ари; Райх, Йорам (2011). Управление динамикой процессов разработки новых продуктов: новая парадигма управления жизненным циклом продукта . Springer. ISBN 978-0-85729-569-9.
Получено с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Матрица_структуры_проектирования&oldid=1239307286"