Successful future surface combatants in the US Navy must embrace the growing integration and interdependency of propulsive and combat systems. Traditionally, the development of Hull, Mechanical and Electrical systems has been segregated from the development of weapons and sensors. However, with the incorporation of high energy weapons into future ship configurations, ship design processes must evolve to embrace the concept of a System of Systems being the only way to achieve affordable capability in our future fleets. This thesis bridges the gap between the physical architecture of components within a ship and the way in which they are logically connected to model the energy flow through a representative design and provide insight into sizing requirements of both system components and their connections using an Architecture Flow Optimization (AFO). This thesis presents a unique method and tool to optimize naval ship system logical and physical architecture considering necessary operational conditions and possible damage scenarios. The particular and unique contributions of this thesis are: 1) initially only energy flow is considered without explicit consideration of commodity flow (electric, mechanical, chilled water, etc.), which is calculated in post-processing; 2) AFO is applied to a large and complex naval surface combatant system of systems, demonstrating its scalability; 3) data necessary for the AFO is extracted directly from a naval ship synthesis model at a concept exploration level of detail demonstrating its value in early stage design; and 4) it uses network-based methods which make it adaptable to future knowledge-based network analysis methods and approaches. / Master of Science

Existe uma comprovada correlação positiva entre a utilização de design e o desempenho comercial das empresas. Portanto, é desejável que o design industrial seja integrado à engenharia no processo de desenvolvimento de produtos (PDP). Este trabalho investiga a integração entre design industrial e engenharia no PDP, com ênfase em empresas brasileiras de pequeno porte, pois existem evidências de negligência desta abordagem integradora e dificuldades práticas, uma vez optado pela integração. Foram propostos um framework, que buscou estabelecer as classes de fatores ou dimensões que podem ter alguma influência no fenômeno, e um conjunto de boas práticas, que pudesse ser utilizado como parâmetro comparativo para a realidade e para a aplicação prática em estudos de caso. Também foram levantados, na revisão bibliográfica, e utilizados um modelo de maturidade de design e uma ferramenta de auditoria do produto. A pesquisa de campo, do tipo pesquisa-ação, utilizou uma amostra de 180 empresas e 10 estudos de caso em profundidade, envolvendo visitas às empresas, entrevistas com empresários e participantes do processo de desenvolvimento, análise documental e participação ativa em casos reais de desenvolvimento de produtos. Os resultados demonstram que a grande maioria das empresas de pequeno porte brasileiras situa-se nos dois níveis mais baixos, entre os quatro possíveis, do modelo de maturidade, o que é uma situação indesejável. A distribuição das empresas de base tecnológica é muito semelhante, o que torna ainda mais preocupante o quadro, pois este tipo de empresa é considerado um instrumento para transformação de conhecimento em riqueza. Os estudos de caso de desenvolvimento de produtos, com ênfase na integração precoce do design industrial à engenharia no PDP, permitem afirmar que os produtos desenvolvidos desta forma tendem a obter melhor desempenho tanto na performance técnica quanto de interface, o que potencialmente melhora suas chances de competição no mercado atual. Foram identificados benefícios e barreiras, adaptações nas boas práticas propostas para sua aplicação nas especificidades das pequenas empresas e implicações da situação observada. / There is a proved positive correlation between design use and business performance. Therefore, it is desirable to integrate industrial design to engineering design in product development process (PDP). This study investigates the integration between industrial design and engineering design in PDP, giving emphasis on brazilian small businesses. There is evidence about the neglect of this integrated approach and difficulties in practice. It has been proposed a framework - trying to stablish the classes of factors or dimensions that have influence on the phenomenon - and a set of best practices to use as a comparative parameter to empirical data and to pratical aplication on case studies. Also, it has been used a design maturity model and a product audit tool, based on the literature review. The field research - action-research type - used a sample of 180 companies and 10 case studies, involving visit to businesses, interviews with business owners and product development process participants, documental analysis and active participation on real cases of product development. The results show that most of brazilian small businesses take place on the two lower levels, among four possible, what is an undesirable situation. The technology-based business distribution on the model is very similar, becoming more concerning this situation, because this kind of enterprise is considered as an instrument to transform knowledge in wealth. The product development case studies with emphasis on early integration of industrial design in the PDP allow to state that products that were developed with this approach tend to gain better results on both technical and human interface performance, what potentially improve the chances to compete in actual market. It was identified benefits and barries, adaptations in proposed best practices for aplication on small businesses and consequences of the observed situation.

Existe uma comprovada correlação positiva entre a utilização de design e o desempenho comercial das empresas. Portanto, é desejável que o design industrial seja integrado à engenharia no processo de desenvolvimento de produtos (PDP). Este trabalho investiga a integração entre design industrial e engenharia no PDP, com ênfase em empresas brasileiras de pequeno porte, pois existem evidências de negligência desta abordagem integradora e dificuldades práticas, uma vez optado pela integração. Foram propostos um framework, que buscou estabelecer as classes de fatores ou dimensões que podem ter alguma influência no fenômeno, e um conjunto de boas práticas, que pudesse ser utilizado como parâmetro comparativo para a realidade e para a aplicação prática em estudos de caso. Também foram levantados, na revisão bibliográfica, e utilizados um modelo de maturidade de design e uma ferramenta de auditoria do produto. A pesquisa de campo, do tipo pesquisa-ação, utilizou uma amostra de 180 empresas e 10 estudos de caso em profundidade, envolvendo visitas às empresas, entrevistas com empresários e participantes do processo de desenvolvimento, análise documental e participação ativa em casos reais de desenvolvimento de produtos. Os resultados demonstram que a grande maioria das empresas de pequeno porte brasileiras situa-se nos dois níveis mais baixos, entre os quatro possíveis, do modelo de maturidade, o que é uma situação indesejável. A distribuição das empresas de base tecnológica é muito semelhante, o que torna ainda mais preocupante o quadro, pois este tipo de empresa é considerado um instrumento para transformação de conhecimento em riqueza. Os estudos de caso de desenvolvimento de produtos, com ênfase na integração precoce do design industrial à engenharia no PDP, permitem afirmar que os produtos desenvolvidos desta forma tendem a obter melhor desempenho tanto na performance técnica quanto de interface, o que potencialmente melhora suas chances de competição no mercado atual. Foram identificados benefícios e barreiras, adaptações nas boas práticas propostas para sua aplicação nas especificidades das pequenas empresas e implicações da situação observada. / There is a proved positive correlation between design use and business performance. Therefore, it is desirable to integrate industrial design to engineering design in product development process (PDP). This study investigates the integration between industrial design and engineering design in PDP, giving emphasis on brazilian small businesses. There is evidence about the neglect of this integrated approach and difficulties in practice. It has been proposed a framework - trying to stablish the classes of factors or dimensions that have influence on the phenomenon - and a set of best practices to use as a comparative parameter to empirical data and to pratical aplication on case studies. Also, it has been used a design maturity model and a product audit tool, based on the literature review. The field research - action-research type - used a sample of 180 companies and 10 case studies, involving visit to businesses, interviews with business owners and product development process participants, documental analysis and active participation on real cases of product development. The results show that most of brazilian small businesses take place on the two lower levels, among four possible, what is an undesirable situation. The technology-based business distribution on the model is very similar, becoming more concerning this situation, because this kind of enterprise is considered as an instrument to transform knowledge in wealth. The product development case studies with emphasis on early integration of industrial design in the PDP allow to state that products that were developed with this approach tend to gain better results on both technical and human interface performance, what potentially improve the chances to compete in actual market. It was identified benefits and barries, adaptations in proposed best practices for aplication on small businesses and consequences of the observed situation.