주기는 공통적이고 널리 사용되는 공학적 용어로 짧고 간결한 문장으로 설명한다. 또한, 주기는 설계된 제품의 재질이나 표면처리와 같이 도면 전체에 대한 설명이 되거나, 특정 위치에 해당되는 설명이 될 수도 있다(Y. Jeon 2017). 다시 말해서 도면에 있어 주기는 제작될 부품의 기본 정보를 반영하는 역할을 수행하는데, Figure 1. 은 기계 부품 도면의 일반적인 예이다. 1, 2항의 부품의 “재질”, 3항의 도금 및 도장 정보가 포함된 “보호피막처리”, 4, 5항의 부품 전체의 표면 거칠기나 검사될 치수 등 “일반 사항”, 이렇게 3가지 정보가 기본적으로 반영된다. 그 외 경우에 따라 문자의 각인 정보나 반드시 표현하여야 할 설계정보 등 필요한 사항이 기입될 수도 있다.

주기의 작성은 앞서 언급된 3가지 정보 “재질”, “보호피막처리”, “일반 사항”에 대하여 KS, ASTM 등의 정확한 규격이 인용되어야 하고, 일반적 내용은 작성 지침을 준수하여 작성되어야 한다. 세부적인 사항은 다음과 같다.

“재질”의 경우 알루미늄, 스테인리스 등 적합한 소재와 가공될 부품 형상에 맞는 판재, 봉재 등 종류에 맞는 규격을 선정하여 규정된 표기법으로 기술되고, 선정된 규격의 재질이 현재 수급에 문제없는지 확인되어야 한다.

“보호피막처리”는 선정된 재질에 적합한 규격의 도금과 도장이 올바른 표현 방식으로 기입되어야 한다.

“일반 사항”은 표면 거칠기나 날카로운 모서리 제거와 같이 도면 전체에 해당되는 내용을 기입하되 제품을 구성하는 전체 부품 도면이 통일성을 가져야 한다.

“국방규격ㆍ표준서의 서식 및 작성에 관한 지침”(DAPA Regulation No. 606, 2019) 제 4장에서 국방 도면 작성 품질 확보를 위해 이와 같은 사항을 상세하게 규정하고 있고, 한화시스템을 포함하는 일부 업체에서는 이를 기반으로 하는 별도의 도면 작성 지침을 작성하여 운용하고 있다. 설계자는 해당 지침을 따르는 것을 원칙으로 주기를 작성하게 된다.

개발 제품이 규격화를 완료한다는 것은 개발 완료를 의미하며 도면을 비롯한 각종 제품 기술 문서가 검증되어 양산 준비가 완료되었음을 의미한다. 따라서 양산 품질을 확보하기 위해서는 도면 완성도 확보가 필수이다.

만약 양산 단계에서 불량이 발생할 경우 문제의 해결을 위해 기술변경 요구(ECR; Engineering Change Request)와 기술변경 제안(ECP; Engineering Change Proposal) 절차가 수반된다. ECR은 불량의 원인 분석과 개선 방안을 내부적으로 정리하여 준비하는 과정이고, ECP는 ECR 단계에서 준비된 기술 자료들을 고객에게 설명하고 이해시켜 변경을 완료하는 마지막 과정이다. 각 단계를 완수하기 위해서는 상당한 인력 투입이 불가피하며, 만약 ECP 단계에서 고객이 검토하여야 하는 불량이 양적/ 질적으로 문제가 될 수준이라면 회사 이미지에도 상당한 타격을 주게 된다. 2016년 초도 양산 3개 제품에 대한 ECP 분석(Figure 2.) 결과는 성능 개선이나 설계 오류 보완 등 필요한 개선 외에 단순 실수인 주기 작성 불량의 비중이 상당히 높아 양적/ 질적 문제가 있음을 확인할 수 있다.

주기 작성 불량은 분석을 실시한 해당 연도뿐만 아니라 매년 초도 양산 제품에 대해 고질적으로 발생하는 현상이다. 불량의 원인은 개발자 역량 편차 보다는 작성 지침을 확인하지 않고, 이전에 작성된 도면의 주기를 그대로 복사하여 사용하거나 주관적 판단이 개입되는 등 사소한 원인으로 확인되었다.

양산 과정에서 발생 가능한 다양한 불량을 개발 단계에서 사전에 찾아 해소하기 위한 노력이 진행되고 있는데, 개발 단계 기술 자료에 대한 양산성 검토 전담팀이 대표적 사례이다. 전담팀은 상세 설계 완료, 시험 평가 진행 전후, 규격화 직전 등 특정 시점에 단기간 투입되어 운용된다. 그러나 2016년 불량은 전담팀의 검토가 이루어졌음에도 발생된 것으로, 방대한 개발 자료 검토 과정에서 사소한 불량까지 모두 걸러내기에는 한계가 있음을 보여준다.

전담팀이 성능 및 기능상 결함 탐지, 양산성 검토와 같은 중요 사항 검토에 역량을 집중할 수 있도록 하고, 주기 작성 불량은 미연에 방지할 수 있는 방안의 필요성이 요구되었다. 이에 따라 주기 작성 불량을 해결할 수 있는 프로그램 도입이 제안되었고, 린 6시그마 방법론을 적용하여 효율적 운용 방안에 대한 체계적 검증을 실시하였다.

Figure 3. 좌측 순서도는 주기 작성의 기존 프로세스이다.

3차원 모델링을 통해 제품 설계가 완료되면 제작을 위한 도면 작성이 시작된다. 주기 작성은 도면 작성에 필수 과정으로 재질, 보호피막, 일반 사항에 대해 설계자가 검토하여 지정한다. 각 단계별 점검 포인트는 도면 작성자와 검토자가 반드시 확인하여야할 사항으로 기존 사례에서 언급된 규격이나 작성 지침이 기준이 된다.

진행 중인 개발 과제를 선정하여 직접 주기 내용을 검토한 결과 다수의 불량이 식별되었다. 작성자 실수와 지침 미준수가 불량의 대부분인 점에 대해 설계자들은 “지침 확인의 필요성은 알지만, 분량이 많아 시간적 손실에 대한 거부감”과 “재활용한 주기가 잘못되었더라도 검토 과정에서 걸러질 것”이라는 것이 공통 의견이었다. 반면, 전담팀 활동 경험이 있는 검토자들은 “주기 불량을 모두 찾아내는 것은 시간적 손실”로써 “사소한 불량은 설계자 노력으로 해소 가능“하다는 의견이 다수였다. 문제를 인식하지만 해결의 주체를 미루는 상황에서 린 관점의 근본적 해결책으로 시간적 손실이라는 낭비가 제거되면 불량 없는 주기라는 가치를 창출할 수 있다는 목표가 수립되었다.

설계자는 부품 3D 모델링을 진행하면서 가령 “특정 소재, 특정 두께, 판재”라는 정보를 자연스럽게 구상하게 된다. 도면 작성 시에는 구상된 정보에 맞는 규격을 찾아 수급이 원활한지 파악한 후 작성 지침에 맞도록 주기를 작성하는 것이 올바른 기준이나, 이것이 설계자가 시간적 손실이라고 판단하는 부분이다.

설계 과정에서 구상되는 정보의 선택만으로 양질의 주기를 생성할 수 있는 프로그램 도입 관련 설문을 실시하였다. 그 결과 참여한 모든 설계자의 긍정적 반응을 보였고, 개선 프로세스에 대한 동료 검토를 수행하였다.

Figure 3. 의 우측 순서도는 주기 작성 프로세스를 단순화한 것이다.

재질, 보호피막, 일반 사항 관련 모든 기준과 지침을 데이터베이스에 내재화한다. 주기 생성 프로그램은 최소한의 직관적 정보를 선택함으로써 명확한 주기 사항이 산출되도록 구상하였다. 이를 통해 지침 확인에 소요되는 “시간적 손실”이라는 낭비를 제거할 수 있고, 개발 단계에서부터 “완성도를 갖춘 주기”라는 가치 창출이 가능하게 된다.

Define 단계에서는 고객의 반응(VOC, Voice of Customer)과 현장의 반응(VOB, Voice of Buisiness)을 분석하여 프로젝트를 정의하고, 품질 확보에 결정적 영향을 끼치는 핵심품질요소(CTQ, Critical to Quality)를 도출한다. 도면 주기 불량과 관련한 VOC와 VOB는 “지침 미숙지”, “방지 가능한 실수”, “불필요 업무 발생”에 대한 불만이 상당하다. SWOT(Strength, Weakness, Opportunities, Threats) 분석 결과 실수를 미연에 방지할 수 있는 프로그램의 도입이 SO 전략으로 파악되어 “주기 작성 자동화” 라는 프로젝트를 선정하였다. 그리고, “주기 작성의 기준 제공”과 “불필요 업무의 최소화”를 품질 확보에 결정적 영향을 주는 CTQ 로 정의하였다.

정의된 프로젝트의 범위를 정의하고, 간결하게 설명하기 위하여 상위 프로세스맵(SIPOC) 분석을 실시하였다.

개발 업체(Supplier)에서 자원을 투입(Input), 개발 진행(Process)하여 제품(Output)을 고객(Customer)에게 전달되는 과정 중 본 프로젝트는 기구 부품 3차원 상세 설계 후 도면 주기를 작성하는 단계에 해당된다.

프로젝트 Y's 는 CTQ를 대변할 수 있는 측정 가능한 지표로써 정의된다. Measure 단계에서는 Y's의 현재 수준을 파악하여 목표 수준을 설정하고, Y's 에 영향을 미치는 잠재 X's를 도출하여 우선 순위화하는 과정이 포함된다.

본 논문에 있어서 Y's를 1. 과 같이 정의하였다. 부품별 불량 사례(Y₁), 부품별 검토 시간(Y₂)이 정의하였고, 보다 자세한 분석을 위해 지표를 세분화 하였다.

Y₁ 에 대한 현 수준 파악에는을 위해 진행 중인 3개 개발 과제를 대상으로 분석하였다. 2 는 Y's에 따라 불량 비율을 측정한 결과이다. 각 지표에 대한 3개 과제 평균 불량율을 활용하면 현 수준을 측정할 수 있다.

Figure 6. 는 Y₁₁에 대한 정규분포 상 역누적확률(Inverse cumulative probability)을 계산한 결과이다. 동일한 방법으로 계산한 Y₁₂, Y₁₃, Y₁₄ 의 현 수준은 2. 의 마지막 행에서 확인할 수 있다.

Y₂ 에 대한 현 수준 파악을 위해 검토 인력에 의해 식별된 불량을 설계자가 보완하기까지 걸리는 시간을 측정하였다. 기본 사항 및 수급성 검토와 설계자 도면 수정까지 도면 1종 당 약 20분의 시간이 소요되었으며 이상적 수준(6σ)을 1분으로 가정하였을 때 아래 비례식을 통해 현 수준은 0.3 시그마 수준으로 측정되었다.

Y₁에 대한 목표 수준을 설정하기 위해 개발 완료 후 초도 양산이 진행되는 최근 3개의 제품에 대한 “초도 양산 결함율”을 검토하였다. 초도 양산 결함율은 개발 도면 검토를 마치고 규격화된 제품의 최초 양산 시 발견된 결함의 비율이다. 도면 주기에 있어 결함의 비율이 7.2% 수준으로 개선에 대한 관리 한계선(USL) 지표로 활용하였다. Y₁ 의 세부지표에 동일 비율로 발생한다고 가정하면 Y₁₁ 등 4개 지표에 대해 USL 1.8% 가 된다.

“개발 도면 결함 목표 수준 1% 이내“ 로 개발 단계에서 이미 양산 품질 이상의 수준으로 개선되도록 선정하였다. 본 목표는 낮은 공정 능력을 가진 현 수준과 대비할 때 1/9 로써 3.82 시그마 수준이다.

Y₂에 대한 목표 수준은 검토 소요 시간을 기존 20분에서 2분으로 개선하는 조건으로 산출하였다. 이는 기존 대비 1/10 로써 3.0 시그마 수준이다.

3. 는 Y₁, Y₂의 성과척도 Matrix에서 현 수준, USL, 목표 수준이 정리된 결과이다.

다음으로 Y 인자에 영향을 미치는 원인 요소(X's)를 파악하였다

다음으로 Y 인자에 영향을 미치는 원인 요소(X's)를 파악하였다. 우선 C&E 다이어그램(Cause & Effect Diagram) 분석 기법을 활용하였다. 도면 주기의 품질을 인력, 방법, 절차, 환경 관점에서의 인과관계를 분석한 결과 15개의 잠재 원인 요소(X's)를 도출하였다.

FDM(Function Deployment Matrix)은 잠재 X's의 영향성 평가를 위해 활용하였다. 누적 영향성 80% 수준까지 집계하여 Y₁과 Y₂에 영향을 주는 잠재 X's를 찾았다. 그 중에서 통제 가능한 인자(Conrollable X)로 걸러내고, 잡음인자(Noise)에 대해 해소할 수 있는 통제 가능 인자로 통합하여 우선 순위화된 X's를 발굴하였다.

Analyze 단계에서는 우선 순위화된 원인 변수(X's)에 따라 데이터의 수집 및 분석 계획을 세우고, 개선의 대상이 되는 핵심 인자 Vital few X's를 결정한다. X's 와 부품별 불량 사례(Y₁)과 부품별 검토 시간(Y₂) 간의 관계를 명확하게 하기 위해 Y₁, Y₂를 대변할 수 있는 현실적 질문을 정립하였다. 6. 은 X's 와 현실적 질문 간의 관계를 정의하고, 유의미한 결과를 갖는지 분석하기 위한 기법을 정리한 것이다.

X₁ (최신 작성 지침의 접근 용이성) 분석에 활용된 2-sample t-test와 그래프 분석은 질문에 대한 가설이 유의미한 결과를 갖는지 입증하는 기법이다. 예를 들어 X1의 현실적 질문에 대해 “불량에 차이가 없다.” 라는 귀무가설과 “불량을 줄일 수 있다.” 라는 대립가설을 두고 유효성을 검정한다. 등분산성 검정을 통해 P-value가 유의 수준인 5% 보다 작을 경우 두 가설은 동일하지 않은 것으로 판단하여 귀무가설이 기각된다.

X₁ 에 대해 Figure 6 의 절차로 분석한 결과 “차이가 없다”는 귀무가설이 기각되어 유의미한 영향을 주는 핵심 원인 변수 Vital few × 로 채택하였다.

X₂ (규격화 대비 완성도), X3 (원자재 수급성 확인 방안) 분석에는 Process 가 유의미한 결과를 갖는지 개선 전/후 Process map 분석을 활용하였다. Figure 9 과 같이 기존에는 각 단계마다 검증의 절차가 필요하였다면 개선된 프로세스는 작성 기준이 프로그램 내에 데이터베이스로 내재화되어 검토된 결과를 바로 얻을 수 있다. 이를 통해 주기의 완성도, 작성 시간, 검토 시간 등이 감소되므로 Vital Few × 로 채택하였다.

X₄ (프로그램 사용의 직관성/편의성 확보) 분석은 현장 실사와 전문가 인터뷰를 활용하였다. 사내 기계 설계 인력 의견 수렴 결과 자동화된 프로그램에 대해 모든 조사 대상이 긍정적 응답을 보여 X₄를 Vital Few X로 선정하였다.

X₅ (명확한 기준을 갖는 프로그램 확보) 분석은 기술 자료 분석을 활용하였다. 최근 2년 간 발생한 불량 사례에 대한 원인 분석 결과 최신 규격과 지침의 준수는 불량에 영향이 있음을 확인하고 Vital Few × 로 선정하였다.

Improve 단계에서는 선정된 Vital few X's 에 대해 개선 전략을 수립하여 최적화 과정을 거쳐 최적 안을 선정한다. 선정된 최적 안을 적용했을 때의 개선 수준을 산출하여 Measure 단계에서 수립한 목표 수준과 차이를 비교하고, 결과를 검증한다. 7 은 수립된 Vital few X's 에 대한 개선전략이다.

Figure 10 은 Vital few X's에 대한 개선 전략이 반영되어 최적화한 결과이다.

X₁, X₂ 에 해당하는 규격과 지침이 반영된 완성도를 갖추기 위한 개선 전략은 사내 도면 작성 지침을 데이터베이스에 반영하여 구현하였다.

X₃ 주기적 원자재 수급성 확인은 수입 업체로부터 받은 현황 자료를 데이터베이스에 반영되도록 하였다.

X₄ 직관성/편의성의 경우 베타 테스트를 거쳐 사용자 의견을 수렴하여 GUI개선을 통해 구현하였다. 가령 초기 버전에서 많은 버튼이 하나의 프로그램에서 구동되던 것을 기능별로 보조프로그램을 호출하도록 개선하였다. 그리고 재질과 보호피막 선정을 위한 보조프로그램은 정확한 규격이나 지침을 사용자에게 묻는 것이 아니라 알루미늄, 철 등 일반적 범주와 설계자가 원하는 형상을 선택하면 정확한 규격이 불러들여진다. 각 보조프로그램에서 선정된 규격은 주기 작성 메인 프로그램으로 피드백되어 정확한 지침을 갖춘 주기로 조합 작성되도록 하였다. 추가로 선정한 규격에 대한 정보나 주의 사항, 재질의 물성치 등의 정보를 설계자에게 피드백하는 기능도 추가하여 설계 역량을 강화할 수 있도록 하였다(Jeon, 2018).

X₅ 주기 작성 프로그램이 명확한 기준 확보는 유지/보수 관리자를 두어 데이터베이스의 주기적인 관리와 최신화가 이루어질 수 있다.

Improve의 마지막 단계로써 실제 목표 수준에 도달하였는지 검증을 실시하였다. Measure 단계의 현 수준 평가와 동일한 방법으로 공정능력을 분석하고, 지표 Y₁, Y₂에 대한 시그마 수준을 산출하였다. 그 결과 대부분 항목이 목표에 도달하는 수준으로 향상되었으며 특히 시간과 관련된 Y₂ 지표의 경우 이상 수준인 6시그마 수준에 근접함을 확인할 수 있었다. Y₁₁과 Y₁₃에서 목표 수준에 미달하는 경우가 발생하였으나 이는 프로그램 사용 미숙으로 확인되었다. 불량이 발생한 사용자들에 대해 사용법 설명 후 재검증을 실시한 결과 목표 수준에 도달하는 결과를 보였다.

Control 단계에서는 개선의 성과를 지속적으로 유지하기 위해 관리 항목을 선정하여 계획을 수립/ 실행하고 체계적 관리 시스템을 구축하여 프로젝트를 완료하는 단계이다.

프로젝트 성공을 위한 지표 Y는 Vital Few X's 가 반영된 주기 작성 프로그램을 통해 구현됨을 검증하였다. 효과의 검증은 불량의 산포가 관리 범위 이내인지 확인이 필요하다. 프로젝트 적용 전후의 불량 산포가 관리 한계선 (UCL, LCL) 이내로 관리 가능한 영역의 개선 성과를 보여 안정성 또한 입증하였다(Figure 11).