DSM do Produto

As terminologias relevantes para as DSM de produto são apresentadas nos itens seguintes:

• Produto ou sistema: Um produto complexo ou sistema de engenharia. Tais sistemas vêm em muitas formas e incluem automóveis, aviões, eletroeletrônicos, software, mecatrônica, máquinas, equipamentos de capital, ambientes construídos, etc;

• Arquitetura do Produto: A disposição dos componentes interagindo para gerar funções específicas. A arquitetura de um produto é incorporada em seus componentes, suas relações entre si e com o ambiente do produto, e os princípios orientadores da sua concepção e evolução;

• Componentes: Os elementos que compõem um produto. Dependendo do ponto de vista, um componente pode ser um produto ou sistema complexo;

• Interações: As relações entre os componentes ou elementos de um sistema. As interações podem ser de vários tipos, dependendo da natureza do sistema. Muitas interações ocorrem através de interfaces entre os componentes,

• DSM de Arquitetura do Produto: Um mapeamento da rede de interações entre os componentes de produto, também conhecido como DSM de arquitetura de sistema, DSM do produto ou componente base da DSM;

• Agrupamento: Um conjunto de componentes agrupados por causa de certas relações, sugeridas pela análise da arquitetura do produto da DSM, e definido como sendo um módulo ou subsistema.

Na definição da arquitetura de produtos e sistemas complexos, é comum se decompor o produto ou o sistema em elementos menores, como subsistemas, módulos e componentes. Estes elementos devem estar integrados para trabalhar em conjunto, a fim de obter o desempenho do sistema como um todo.

De acordo com a definição de Eppinger (2012), a arquitetura de um produto está conectada à maneira como seus componentes trabalham em conjunto para desempenhar suas funções. Para desenvolver a arquitetura do produto envolve-se três mapeamentos:

1. Decomposição hierárquica do produto em módulos e componentes frequentemente representados por um WBS (estrutura analítica de projetos) do produto;

2. Atribuição de funções aos módulos e componentes, às vezes mapeados usando um diagrama de matriz retangular;

3. Interações entre os módulos e componentes.

A pesquisa da DSM do produto foi motivada por dois objetivos principais para Eppinger 2012: Projeto de arquitetura superior e implementação aprimorada da arquitetura através de sistemas de integração mais eficazes.

As vantagens decorrentes da melhoria da arquitetura e integração são:

• permitir decomposição e segmentação do processo de desenvolvimento associado a um produto e estrutura da organização (facilita a terceirização e gerenciamento de projetos);

• normalização da guia de interfaces internas, facilitando a integração e testes nos níveis de componentes e sistemas, abordando os potenciais problemas de qualidade do produto durante desenvolvimento;

• permitir que plataformas de produtos e famílias com porcentagens adequadas de componentes comuns e reduzindo os custos de adaptação de produtos e re- projeto.

A DSM tem sido usada por uma série de pesquisadores e profissionais para análise de produto compreendendo os componentes de um produto e as relações entre eles.

O primeiro exemplo de uma matriz quadrada utilizado para representar os componentes do sistema e os suas relações é o que a engenharia de sistemas chama de gráfico ou diagrama N2. A primeira fonte escrita em diagramas N2 que pode ser considerada data de 1977 em um relatório de Lano, também publicado como um livro (Lano, 1979). Os diagramas N2 têm sido usados internamente por várias empresas

americanas aeroespaciais desde 1950 (juntamente com diagramas de arquitetura de blocos e diagramas de relação entre entidade, que podem mostrar conteúdo semelhante em mais de um formato de fluxograma). A Figura 13 mostra um exemplo de um diagrama N2, semelhante ao do DSM. Este uso de matrizes quadradas para modelar as interfaces do sistema continua como ferramenta da engenharia de sistemas, através da inclusão em estruturas de arquitetura.

Figura 13. Diagrama N2 para engenharia de sistemas adaptado Lano (1979)

Em 1994, pesquisadores do MIT publicaram um modelo DSM representando a arquitetura de um produto na forma de uma rede de componentes e suas interações (Pimmler e Eppinger, 1994). Este estudo demonstrou benefícios em distinguir os diferentes tipos de interações entre os componentes, e o de analisar o modelo para prescrever arquiteturas alternativas com maior modularidade.

Utilizando modelos de DSM para arquitetura do produto, muitos pesquisadores e profissionais da indústria têm sido capazes de compreender melhor as redes de interações em sistemas complexos, produzindo dois principais tipos de benefícios:

• Benefícios da Arquitetura: Planejamento subsistemas ou módulos, compreendendo ligações em subsistemas ou módulos, identificando o impacto da nova tecnologia, avaliando a correspondência entre arquiteturas técnicas e organizacionais, projetadas para modularidade e adaptabilidade;

• Benefícios da Integração: Planejar integrações necessárias e atividades de teste no componente, módulo, e níveis de subsistema, identificando interações problemáticas que possam apresentar desafios de integração.

Segundo Eppinger (2012), o procedimento básico para a construção de uma DSM de arquitetura do produto é:

1. Decompõe-se o produto ou o sistema em seus subsistemas e/ou componentes. Coloca-se a DSM quadrada com seus componentes rotulando as linhas e colunas, agrupadas em subsistemas ou módulos se for o caso;

2. Identificar as interações conhecidas entre os componentes e representá-los utilizando marcas, cores ou valores nas células da DSM.

O modelo apresentado na Figura 14 ilustra este procedimento básico. O sistema é decomposto em 16 componentes, representados pela DSM 16x16. As interações mostradas podem ser fortes ou fracas. Comparando a Figura 13 com a Figura 14, pode- se perceber melhora visual significativa que facilita a compreensão de interralações de componentes.

Figura 14. DSM de Produto para um sistema de controle automotivo Adaptado de Eppinger (2012)

Algumas ressalvas feitas por Eppinger (2012) que devem ser consideradas na criação de modelos de DSM de arquitetura de produto:

• Limites: Os limites do sistema designado podem ou não ser bem compreendidos. Escolher os limites do sistema, de modo a incluir todos os componentes relevantes e interações que deseja-se representar no modelo DSM. Os primeiros esboços do modelo podem solicitar uma ou mais revisões da fronteira do sistema conforme torna-se evidente que a inclusão ou exclusão de certos componentes fará com que o modelo torne-se mais útil;

• Tipos de interação: Ao considerar os vários tipos de interfaces, relações e interações que podem existir entre os componentes, algumas podem ser bem definidas, tais como a adjacência física de peças de encaixe ou o fluxo de materiais entre os subsistemas. Outras interações podem ser mal compreendidas, ocultas ou ocorrem apenas sob certas condições, tais como transferência de calor, vibrações, interferências elétricas ou efeitos ambientais. Diferentes marcas,

valores, ou cores nas células da DSM podem ser utilizados para indicar os vários tipos de interações;

• Forças de interação: Ao considerar o nível, a força ou grau de interação entre os componentes, ao invés de uma DSM binária, uma DSM numérica pode ser usada para mostrar vários níveis de interação nas células fora da diagonal. Por exemplo, pode ser usada uma escala simples como fraca, forte ou mesmo numérica com níveis adicionais de distinção. Valores positivos e negativos podem distinguir interações desejáveis das indesejáveis;

• Simetria: A maioria das interações nas DSMs de arquitetura de produto são simétricas. Isto é, se um componente A interage com o componente B, então B também interage com A. Interações assimétricas podem também estar presentes dependendo dos tipos de interação no modelo. Por exemplo, o componente C pode criar ruído, o que afeta a componente D, mas não vice- versa;

• Granularidade: Há um embate entre maior riqueza do modelo decompondo-o em componentes menores ou optar por uma modelagem simples e de fácil interpretação limitando a granularidade do modelo. Pode-se encontrar um ponto ideal representando o compromisso mais importante, por isso recomenda-se começar com um tamanho gerenciável da DSM de 20 a 50 componentes, e apenas adicionar componentes e interações em que qualidade adicional é necessária. Aqui é especialmente importante manter o objetivo do modelo, também como o apoio a uma decisão específica, e os recursos disponíveis para a construção do modelo, os quais ajudarão a determinar a quantidade adequada (ou possível) de detalhes. Uma análise subsequente do DSM pode revelar partes do modelo em que a granularidade adicional é necessária, bem como porções que podem ser diminuídas com menos detalhes, sem muita perda de informação ou conhecimento;

• Identificar as interações: dados de interação para a DSM podem vir de documentações do produto, especificações de interface, e semelhantes. No entanto, para a maioria dos modelos de DSM de produtos, a coleta de dados exige pelo menos uma certa quantidade de discussão direta com especialistas no assunto a fim de extrair o conhecimento tácito e em nível de sistema que pode não

ter sido capturado na documentação. Especialistas também devem ser consultados para verificar e validar o modelo.

Além dos especialistas, modelos de DSMs bem-sucedidos tendem a seguir os seguintes critérios segundo Eppinger 2012:

• Propósito claro (não modelar somente pela modelagem);

• Quantidade de detalhe apropriada para a finalidade pretendida;

• Os modeladores têm acesso ao conhecimento ou experiência suficiente sobre o sistema;

• A DSM é mantida como um "modelo vivo", sendo melhorada continuamente, incorporando novos conhecimentos uma vez que se tornam disponíveis;

• O modelo DSM muitas vezes leva ao surgimento de conhecimento de outra forma latente.

Um pouco de visão útil pode ser adquirida apenas através da construção de um DSM de Arquitetura de Produto. Novas perspectivas podem ser obtidas através de uma análise cuidadosa do modelo. O método mais comum de análise aplicada aos modelos de DSM de Arquitetura de Produto é chamado agrupamento. Esta é uma forma de análise de particionamento que reordena as linhas e colunas de DSM para agrupar os componentes de acordo com alguns objetivos, que normalmente se referem ao número e força das interações. Agrupamentos podem ser formados para juntar componentes que podem alcançar eficiências por meio da associação comum no aglomerado. Por exemplo, vários componentes produzidos por um fornecedor comum, compartilhando múltiplas interfaces ou tendo interações complexas podem ser candidatos para um agrupamento.

Uma das heurísticas importantes na arquitetura de sistemas é escolher módulos de tal forma que eles sejam o mais independentes possível, isto é, módulos que contenham relativamente poucas interações externas e relativamente mais interações internas (Rechina, 1991). No entanto, é bastante comum em sistemas complexos ter-se ambos os subsistemas modular e integrador, como foi explicado por Sosa, Eppinger e Rowles (2003).

A Figura 15 mostra o resultado do agrupamento da DSM do sistema de controle de temperatura. Esta análise apresentada indica três grupos de componentes com muitas interações intragrupo fortes e relativamente poucas interações intergrupais. Os grupos são rotulados: ar frente-fundo, refrigerante e ar interior. Tais grupos foram chamados de aglomerados, pedaços, subsistemas ou módulos por vários autores e em vários contextos. O resultado da aglomeração também identifica cinco componentes altamente integrativos no sistema de controle de temperatura, formando um conjunto distribuído rotulado de controles/conexões.

Aglomerar é essencialmente um tipo de problema de atribuição de buscar a melhor alocação de N componentes para M aglomerados. Algoritmos de agrupamento têm muitas aplicações além da DSM, e uma variedade de algoritmos estão disponíveis. No entanto, uma análise de agrupamento da DSM apresenta vários desafios potenciais.

Figura 15. Modelo de DSM para agrupamento de sistema de controle. Adaptado de Hardingan (1975).

Funções objetivas de agrupamento para análise de DSM levam a dois objetivos conflitantes: (1) minimizar as interações (número e/ou força) externas aos agrupamentos, e (2) minimizar o tamanho dos aglomerados. A determinação das melhores funções objetivas para vários DSM aplicativos em agrupamentos é uma importante área de investigação em curso. No entanto, comparar os agrupamentos obtidos por diversas funções objetivas diferentes muitas vezes pode guiar um analista a informações úteis sobre a arquitetura do produto.

A Figura 16 fornece uma ilustração de análise de agrupamento com base em uma simples função. Para este exemplo, apresenta-se uma parte da DSM do sistema de controle. Nesta ilustração, mostra-se quatro soluções possíveis de agrupamento, com dois ou três grupos, com ou sem sobreposição.

Figura 16. Análise de agrupamento baseada numa função simples e objetiva para minimizar ambos os tamanhos dos grupos e o número de interações fora dos grupos.

A análise de agrupamento, de acordo com Eppinger, também requer atenção para as seguintes considerações:

• Número de agrupamentos: Quais devem ser os limites de M sem quaisquer limites? Uma função objetiva pode encontrar que é melhor apenas chamar toda a DSM de um único grupo (M = 1) ou ligar cada componente de um grupo separado (M = N), embora nenhuma destas soluções extremas seja tipicamente desejável. O analista pode ganhar melhor visão comparando as diferentes soluções encontradas ao especificar números variados (ou intervalos) de agrupamentos como uma restrição.

• O tamanho do agrupamento: Uma consideração relacionada é se e como limitar tamanho de cada aglomerado. Normalmente, um limite inferior de um conjunto constituído por um único componente deve ser permitido. No entanto, pode ser necessário limitar o número máximo de componentes que podem ser atribuídos a um aglomerado. Permitindo que o tamanho dos agregados aumente essencialmente limita o número máximo de aglomerados.

• Sobreposição de agrupamentos: Os agrupamentos se sobrepõem na Figura 16. No entanto, a maioria dos algoritmos de agrupamento não-DSM não suportam a adesão de um componente em dois ou mais grupos. Como a identificação e destaque de tais componentes de ligação fornece uma importante visão na arquitetura, a análise de agrupamento DSM geralmente permite a possibilidade de cruzamento nos agrupamentos se estas soluções são de interesse no caso em particular (por exemplo , Yu et al. 2007). • Tipos de interação: o modelo da Figura 16, na verdade, representa quatro diferentes tipos de interações entre os componentes. Aglomerar o DSM com base em qualquer um desses tipos de interações por si só é susceptível de sugerir um conjunto diferente de agrupamentos de agregação em combinação de interações. Isso evidencia a importância de saber se determinados tipos de interações devem ser mais ponderados do que os outros pela função objetiva. Por exemplo, interações de proximidade espacial podem ser mais difíceis de atingir através de uma interface padrão de informações de interações de fluxo, o que pode ser mais favorável a um protocolo padrão. Novamente, o analista pode muitas vezes obter informações de entrada úteis, comparando as diferentes soluções ótimas encontradas quando se considera os diferentes tipos de interações em conjunto e separadamente.

• Integrando elementos: A Figura 16 mostra um número de componentes na parte superior esquerda do DSM que não estão explicitamente atribuídos a um agrupamento, pois cada um tem significativas interações com muitos componentes. Esses componentes de integração muitas vezes servem funções coletivas (como o monitoramento e controle) ou como canais de interação. Assim, alguns algoritmos de agrupamento permitem ao analista definir um limite, uma quantidade de interação acima do qual um componente é atribuído a um agrupamento de integração (para o qual seria direcionado ao canto superior esquerdo ou no canto inferior direito da DSM). Tal como com as outras considerações anteriormente discutidas, o analista pode ganhar introspecção através da análise de sensibilidade dos limites.

• Agrupamento manual: Embora os métodos de agrupamento automáticos estejam disponíveis em programa de software, muitos DSMs de arquitetura do produto podem ser analisados diretamente, movendo as linhas e colunas manualmente em um aplicativo de planilha ou usando as funções de ordenação manual fornecidas na maioria dos softwares de DSM. Ajuste manual também é útil para a análise de sensibilidade em torno das soluções propostas por algoritmos de agrupamento.

• Soluções Múltiplas de Agrupamentos: Como modularização envolve o equilíbrio de vários fatores, ela é considerada útil para sugerir várias soluções e considerar a interpretação de cada agrupamento antes de aceitar qualquer resultado.

• Aumento da modularidade do produto, que determina os limites de subsistemas, relata a partilha de componentes entre linhas de produtos, e afeta a dificuldade de terceirização e integração do sistema;

• Examinar cuidadosamente os agrupamentos sugeridos pela análise DSM e compará-los aos subsistemas estabelecidos, subconjuntos ou módulos;

• Identificação e aplicação de "regras de projeto", que arquitetos de sistemas e engenheiros utilizam para orientar e fazer cumprir as normas em toda a arquitetura do produto (Baldwin e Clark, 2000);

• Utilizar conhecimentos da arquitetura do produto para informar o projeto de desenvolvimento do produto, processo e/ou organização. Planejamento e gestão do processo de integração de sistemas com base na rede de interações.

• Compreender a dinâmica da arquitetura de produtos, evolução e adaptação em várias gerações. Sosa et al. (2007) descreveu algumas métricas para o número de componentes novos, excluídos e alterados e interações de uma nova versão ou geração do produto para a seguinte. Engle e Browning (2008) exploraram a modularização em apoio do projeto para adaptabilidade e descreveu uma abordagem em que a função objetiva de contabiliza cada valor da opção de cada componente e custo de mudança, que tende a separar os componentes dinâmicos dos estáveis para facilitar a mutabilidade, atualizar capacidade, etc., no projeto de plataformas de produtos e famílias;

• Gestão de Interface: A DSM pode ser utilizada para identificar e controlar as interfaces fundamentais. Ela pode ser aumentada com atributos como o nome e proprietário de cada interface. Cada uma dessas interfaces poderiam mesmo gerar um documento de controle da interface formal;

• Gestão de Portfólio de Produtos: DSMs de Arquitetura do Produto podem ser sobrepostos para determinar componentes comuns e variantes em um portfólio de produtos;

• Além de modelar arquiteturas e produtos, DSMs estáticas também têm o potencial de ser utilizadas mais amplamente para aplicações em muitos outros domínios fora da engenharia, como a análise das políticas públicas e de portfolio de segmentação/diversificação em produtos financeiros.