[스크랩] 다구치 방법

1. 다구치 방법 개요
Taguchi Method는 다구치 겐이치(田口玄一) 박사에 의해 개발이 추진되어져 온 것으로서 기술을 최적화하기 위한 방법이다.

1980년 타구치 박사가 미국 Bell연구소에서 반도체에 관한 생산기술 개발을

지도하여 대성공을 거둔 것이 미국에서 Tguchi Method가 폭발적으로 보급되는 계기가 되었고 현재는 세계적으로 확산되어 Taguchi Method, Robust Design 등으로 표현하며, 일본에서는 품질공학

(Quality engineering)이라고 칭하고 있다.

 

Taguchi Method는 자연의 유일한 해를 찾으려는 과학이라기 보다는 품질과 Cost의 최적해를 구하려는
의도에서 출발된 것이며, 본 기법은 학자들에 의해 연구되기 보다는 기업의 설계를 중심으로 한 관리자들에 의해 연구되고 활용되어야 할 부분이라고 할 수 있다.

Taguchi Method를 한 마디로 정의하면 고품질의 제품을 낮은 Cost와 빠른 납기를 이루기 위한 R&D단계에서의 생산성 향상을 위한 Engineering Method라고 할 수 있다. 이와 같은 기대 효과 때문에 국내에서도 인천에 소재한 어느 자동차 메이커에서는 부품업체 품질혁신 도구의 하나로 이와 같은 다구치 방법을 채택하고 지도 활동을 전개하고 있는데 그 배경에는 이와 같은 고품질, 고효율, 저Cost를 달성하기

위함이다.

이처럼 Taguchi Method는 과거의 Statistical Experimental Design의 개념을 근간으로 다음과 같은 두 가지 새로운 개념을 접목시킨 가운데 출발한다고 볼 수 있다.

• How to reduce economically the variation of a product's function in the customer's environment.
• How to ensure that decisions found optimum during laboratory experiments will prove to be so in manufacturing and in customer environments.

2. 다구치 방법/Robust Design(강건설계)

1) Robust Design(강건설계) 란?

강건설계는 1950년 초에 다구치 겐이찌(田口玄一) 박사가 시작한 다구찌 기법의 발전된 형태로서 1980년 초에 미국에 도입되어 특히 미국 자동차업계의 경쟁력 강화에 지대한 기여를 해왔다. 이에 보답하기 위하여 미국의 자동차업계는 1997년 10 월에 다구치 박사의 업적을 미국 자동차업계의 명예전당 (Automotive Hall of Fame)에 영구 보존하기로 하였다.
고객의 다양한 사용조건(온도, 습도, 사용방법, 사용빈도, 부품의 공차, 부품의 마모 등)하에서도 제품의 수명기간동안 제 기능을 발휘하는 것을 로버스트니스(Robustness)라 한다. 이러한 제품을 설계하는 것이 강건설계이며 현재의 제품설계와는 근본적으로 상이한 접근방법을 택한다.
예를 들어, 자동차의 엔진에서 소음이나 진동이 발생하면 엔지니어들은 이 문제를 지금 어떻게 해결하고 있을까? 아마도 우선 소음이나 진동을 측정하여 가면서 소음이나 진동에 영향을 준다고 생각 되는 설계변수를 한 개씩 한 개씩 변경시켜 가면서 소음이나 진동이 가장 작게 되는 조건을 찾으려고 노력할 것이다.
하지만, 소음이나 진동은 엔진의 설계가 잘못되어 있다는 증상 (Symptom)에 불과 할 뿐이고 이 증상을 개선시켰다고 해서 엔진의 설계가 개선되는 것은 절대 아니고 오히려 차후에 더 큰 문제를 야기시킬 수 있으므로 엔진의 기본기능을 향상시키는 것만이 소음과 진동을 감소시킴과 동시에 엔진의 성능도 개선시킬 수 있다는 것이 강건설계의 기본 개념이다.
이를 사람의 몸에 비교한다면 이해하기가 쉬울 것이다. 예를 들어, 폐염에 걸린 사람은 고열과 오한의 증상이 나타나는데 이 경우에 의사는 해열제 처방으로만 끝나는 것이 아니다. 고열이나 오한은 몸에 이상이 생겼다는 것을 알리는 증상에 불과할 뿐이고 해열제로 열을 내린다고 해서 문제가 해결되는 것이 아닌 만큼, 의사는 폐염을 근본적으로 치료하는 처방을 내려야 한다.
이에 비교하면 엔지니어들은 지금까지 제품이나 공정설계에 있어서 증상을 문제로 삼아 잘못 정의된 문제를 해결하려고 노력해 왔던 것이다. 그래서 하나의 문제를 해결하더라도 근본적으로 문제가 해결된 것이 아니기 때문에 계속적으로 다른 문제들을 야기시키게 되는 것이다.
강건설계에서는 제품을 하나의 엔지니어링 시스템으로 간주하여 각각의 기본기능을 가진 하부시스템으로 나누고 이 기본기능에 적합한 이상기능(Ideal Function)을 찾아서 문제를 근본적으로 해결하려는 접근방법을 채택하고 있다.
강건설계기법은 제품개발에서 뿐만 아니고 제품개발에 필요한 신기술 개발에 더욱 효과적이며, 또한 제품의 생산공정의 설계나 개선에 활용하여도 효과적이다.

 

2) 강건설계의 기대효과

① 제품의 품질향상 및 원가감소로 경쟁력 제고.
② 개발기간을 1/2 이하로 단축.
이 기법을 오랜 기간동안 활용하여 온 일본의 자동차회사들의 신차 개발기간은 18 개월로 단축 되었다.
③ 설계변경의 원인제거.
④ 신제품 개발 또는 주요부품의 대체시에 요구되는 신뢰성 검사를 일주일 이내에 완료가능.
⑤ 기술 및 제품개발에 Simultaneous Engineering 활용가능.
⑥ 생산설비의 운전조건 최적화.
⑦ 기술축적의 도구로 활용.

 

3) 기본개념

다구치 방법은 공정의 관리 및 품질개선에 대한 새로운 접근방법이라고 할 수 있다. 이 방법은 품질손실함수의 개념과신호 대 잡음비(S/N비)를 이용하여 품질을 향상 시킬 수 있는 수단을 제공한다. 또한 실험설계에 있어 직교 배열표를 사용함으로써 많은 설계의 대안 중에서 최적의 대안을 신속하게 찾을 수 있다.

첫째로, 다구치 방법은 품질에 대한 정의부터 다르게 출발한다. '사용하기에 적합한', '규격에 맞는' 또는 '소비자 만족' 등으로 표현되는 이제까지의 품질에 대한 정의와 달리 다구치는 품질이란 '제품이 출하된 때부터 사회에 끼치는 손실'이라고 정의한다.
여기서 손실이란 제품이 완전하지 못함으로 인하여 발생하는 낭비, 비용, 잠재적인 손해 등을 포함한다. 소비자의 사용상 요구가 만족되지 못하거나 제품이 이상적인 성능을 발휘하기 못하는 것이 손실의 예라고 할 수 있다.
품질을 사회적인 관점에서 보면 품질관리의 목적은 사회에 미치는 총손실을 줄이는 것이며, 이를 위하여 품질관리활동은 사회에 순이익을 가져다 줄 수 있는 혁신적인 기술을 찾아내고 적용하는 기능을 포함하여야 한다. 품질을 개선하기 위한 계획에 투자하는 것은 개선에 드는 비용보다 더 많은 사회에 가져다 주는 한 정당화되는 것이다.

둘째로, 경쟁 경제체제에서 기업이 살아 남기 위해서는 지속적인 품질개선과 비용절감이 필요하다. 현대 산업사회에서 충분한 이익을 내지 못하는 기업은 살아남을 수 없다. 기업의 이익은 제품 판매가격과 생산비용에 의해 결정되며 특히 판매가격은 소비자가 충분한 정보와 선택권을 가질 때 다른 경쟁사의 제품과 시장조건에 의해 주로 결정된다.
따라서 기업의 이익은 제품의 판매량, 즉 시장점유율과 마케팅 비용을 포함한 생산비용에 좌우된다. 시장점유율을 높이는 방법은 고품질의 제품을 저가로 판매하는 것이다. 소비자는 고품질, 저가격의 제품을 구입하기 원하면서도 더 좋은 품질의 제품을 위해서는 약간의 비용을 더 지불하는 것을 망설이지 않는다.
가격에 대한 언급 없이 품질에 대해 말하는 것은 의미가 없다. 따라서 지속적인 품질의 향상과 비용의 절감만이 자유경쟁체제에서 기업이 살아 남는 길이다.

셋째로, 지속적은 품질개선계획을 통해 제품의 성능특성의 목표로부터의 변동을 가능한 줄여야 한다. 제품의 품질을 향상시키기 위해서는 그 품질 특성치를 알고 이를 측정할 수 있어야 하며 이러한 품질특성치의 이상적인 값이 정해져 있어야 한다.
품질 특성치는 제품에 따라 그리고 시간에 따라 변하는 요소이다. 하나의 제품에도 많은 품질특성치가 존재하지만 소비자의 요구를 만족시킬 수 있는 제품의 성능을 결정짓는 주 품질특성치를 성능특성치라고 한다. 예를 들어 TV의 경우 화면의 선명도가 소비자 만족도에 가장 큰 영향을 미치는 품질특성치로 알려져 있다.
목표값이란 성능특성치의 이상적인 값을 의미하며 품질이 높은 제품이란 제품의 수명기간 동안 성능특성치가 목표값 부근에서 크게 벗어나지 않는 제품을 뜻한다. 성능특성치도 다른 품질특성치처럼 변동을 하게되는데 성능특성치의 변동을 '성능변동(Performance Variation)' 이라고 한다. 따라서 목표값을 중심으로 한 성능변동이 작을수록 품질이 더 좋다고 할 수 있다.
성능변동에 대한 평가는 성능특성치가 계량형인 경우에 효과적으로 이루어질 수 있다. 따라서 계량형 성능특성치를 찾는 것이 중요하다. 계량형 성능특성치에 대한 규격은 구간을 이용한 표시보다는 목표값과 허용차를 이용하여 나타내어야 한다. 그 이유는 구간을 이용한 규격표시의 경우 주어진 구간내의 성능특성치를 갖는 제품은 모두 동일한 품질을 갖고 있다고 판단하는데 반해 다구치 방법은 제품의 성능특성치가 이상적인 목표값에서 벗어나기만 하면 벗어난 정도에 따라 손실이 발생한다고 보기 때문이다.

넷째로, 제품의 성능변동에 따른 소비자의 손실은 성능특성치와 목표값과의 차이의 제곱에 근사적으로 비례한다. 다구치가 말하는 손실을 발생시키지 않는 제품이란 제품의 특성치가 목표값에 일치함을 뜻한다. 따라서 출하된 제품으로 인하여 손실이 발생했다는 것은 제품의 특성치가 이상적인 값, 즉 목표값으로부터 벗어났음을 뜻한다. 품질비용에 관한 다구치의 접근방식은 품질특성치가 이상적인 값, 즉 목표값으로부터 멀어짐에 따라 더 많이 발생한다는 것이다.
다구치는 손실함수(Loss Function)란 개념을 도입하여 이를 설명하고 있는데 손실함수는 제품의 성능특성치와 목표값의 차에 대한 이차식의 형태를 갖는다.

다섯째로, 생산된 제품의 최종적인 품질과 비용은 대부분 제품의 설계와 생산공정에 따라 정해진다. 제품의 개발은 일반적으로 제품설계, 공정설계 그리고 생산의 3단계를 거치게 되며 각 단계마다 많은 절차들이 포함되어 있다. 최근에 개발되는 제품들은 흔히 그 구조가 복잡하기 때문에 무엇보다도 제품의 설계와 공정설계가 매우 중요하며 이에 따라 생산 제품의 품질이 좌우된다.
생산제품이 실제로 사용될 때 그 성능에 영향을 미치는 것은 환경적인 요인들과 제품을 작동하는 사람의 차이, 제품의 노후화 정도, 생산과정에서 발생하는 결함 등이 있다. 환경적인 요인과 제품결함은 제조공정의 설계단계에서 해결방법을 찾을 수 있다. 만일 생산공정이 이미 결정된 경우에는 공정관리를 더 강화함으로써 생산과정에서 발생하는 결함을 줄일 수는 있으나 공정관리에 보다 많은 비용이 들게 될 것이다.

여섯째로, 제품(또는 공정)의 성능변동은 성능특성치에 영향을 미치는 제품(또는 공정) 파라미터의 비선형 효과를 파악함으로써 줄일 수 있다. 제품설계 또는 공정설계가 중요하기 때문에 품질관리는 제품개발의 첫단계에서부터 시작되어 마지막까지 계속되어야 한다.
제품이나 공정의 설계단계에서 품질과 비용을 관리하는 것을 오프라인 품질관리(Off-Line QC)라고 부른다. 이에 반해 생산과정에서 품질 및 비용을 관리하는 것을 온라인 품질관리(On-Line QC)라고 한다.
오프라인 품질관리방법은 제품의 품질이나 제조성(Manufacturability)을 향상시키며, 제품의 개발과 생산에 드는 비용 그리고 사용시에 발생하는 손실을 감소시키는데 쓰인다. 효과적인 품질관리를 위해서는 품질의 평가보다는 품질향상에 더 중점을 두는 오프라인 품질관리기법을 많이 사용하는 것이 필요하다.
오프라인 품질관리의 예로서는 민감도시험(Sensitivity Tests), 시작품 시험(Prototype Tests), 가속수명시험(Accelerated Life Test), 신뢰성시험(Reliability Tests) 등이 있다. 성능특성치와 마찬가지로 제품(또는 공정) 파라미터에 관한 규격도 파라미터의 이상적인 값과 이 값으로 부터의 허용차로 나타내야 한다.
제품(또는 공정)의 모든 파라미터 값이 이상적인 값을 가질 때 제품의 성능이 가장 좋게 된다. 다구치는 제품(또는 공정)의 파라미터에 목표값과 허용차를 정하는 3단계 절차를 제시하였는데 이것은 시스템 설계(System Design), 파라미터 설계(Parameter Design) 그리고 허용차 설계(Tolerance Design)의 3단계이다.

일곱째로, 성능변동을 줄이는 제품(또는 공정)의 파라미터 값을 구하기 위해 통계적인 실험설계를 사용한다. 다구치는 제품이나 공정의 성능특성치에 영향을 미치는 변수를 두 가지로 분류하였는데 하나는 설계 파라미터(Design Parameter)이고 다른 하나는 잡음원(Source of Noise)이다.
설계 파라미터란 제품 또는 공정의 파라미터들 중에서 엔지니어가 명목치를 정할 수 있는 파라미터를 의미한다. 잡음원은 성능 특성치를 목표값으로부터 벗어나게 하는 변수들을 가리킨다. 최적 파라미터 값을 구하기 위한 모든 실험에 모든 잡음원을 포함시킬 수는 없으나 잡음원들 가운데 체계적으로 변화시킬 수 있는 주요한 잡음원을 포함시켜 실험하게 된다.
이와같은 잡음원을 특별히 잡음요인(Noise Factor)이라고 한다. 결국 실험의 목적은 성능특성에 대한 잡음요인의 영향을 최소화시키는 파라미터값을 구하는 데 있다. 이러한 값은 파라미터값을 체계적으로 변화시켜가면서 실험을 하고 각 실험에서 잡음요인의 효과를 비교함으로써 찾을 수 있다.
다구치의 파라미터 설계를 위한 실험은 설계 파라미터 행렬(Design Parameter Matrix)과 잡음요인 행렬(Noise Factor Matrix)로 구성되어 있으며, 다구치는 각 행렬을 구하기 위한 방법으로 직교배열을 사용할 것을 제안하고 있다