조립라인에서의 6시그마 구축에 관한 연구

A Study of the Six-Sigma Implementation

on Assembly Line Management

徐永周*·咸涍駿**

Young-Joo Suh*·Hyo-Joon Hahm**

Abstract

Providing good quality products and services is at the heart of customer satisfaction. Six sigma provides an effective mechanism to focus on customer requirements, through the improvement of process quality.

This paper describes the application of the six sigma on assembly line management and proposed a method of six sigma implementation efficiently.

The essence of this paper is to design on how to find work defects in the assembly lines based on the implementation of DPO(defects per opportunity).

This paper also proposes a managerial model of maintaining of job standards and finding and feedback of defects of products during working time. Finally this paper shows the validity of the proposed model through an empirical study.

1. 서 론

생산라인에서 6시그마를 도입하여 실시하고 있는 기업들이 많이 있다. 그러나 제조 현장

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*  아주대학교 산업공학과 박사수료

** 아주대학교 기계 및 산업공학부 교수

에서의 6[eqn: sigma] 수준을 달성하기 위해서는 제품 또는 서비스에 관련된 모든 고객만족 요인에 대한 CTQ(critical to quality)를 작업 현장에서 제거함으로써 가능하다[1].

이렇게 하기 위해서는 무엇보다도 현장에

서 생산되고 있는 제품에 대한 작업품질, 협력업체의 부품품질, 설계품질이 중요한 요소가 된다[4]. 특히 조립라인은 산포관리에 의한 공정보다는 작업에 의존하는 공정이 대부분이다. 이와 같은 조립작업의 6시그마 추진은 통계적인 방법을 적용하기보다는 작업자에 대한 표준작업의 유지가 품질을 좌우한다. 그러므로 공정 작업에 대한 작업자의 품질에 대한 책임의식과 작업표준대로 작업이 될 수 있는 작업관리 시스템이 중요하다.

본 연구에서는 이러한 관리시스템을 연구하여 조립라인에서의 6시그마 구축을 위한 관리 모형을 제시하고자 한다. 그렇게 하기 위해서는 작업표준대로 작업이 이루어 질 수 있는 방법을 제시하고, 조립 라인에서의 불량을 발견하여 바로 통제할 수 있는 관리시스템이어야 한다.

6시그마에 대한 기존의 연구는 주로 1990년대 후반에 많이 이루어지고 있으며, 크게 나누어 두 분야로 분류할 수 있다. 하나는 6시그마 추진을 위한 프로세스에 대한 연구분야이고, 둘째는 부문별 6시그마를 적용하여 디자인, 공차 설정 등 테마 개선에 대한 사례연구 분야이다.

Murugappan과 Keeni[18]는 품질 개선을 위한 6시그마 추진 프로세스는 Define, Measure, Analyze, Improve, Control의 5단계로 실시해야 효과가 있었다고 주장을 하고 있다. 또한, Narahari[19] 등은 6시그마 기법을 활용하여 납기 수행의 수준 향상을 위하여 동시공급사슬 디자인을 적용하여 활용하였고, Card[11]는 프로세스를 개선하여 정성분석 방식에 6시그마를 활용하였다. 그리고 Malcos는 제품 설계와 생산과의 가교역할을 하는 데에 6시그마를 응용하였다. 이것은 낭비의 요소, 재작업, 부가가치 없는 활동, 결함의 요소, 프로세스 활동에 대한 로스 등을 없애기 위하여 설계에 활용된 것이다.

국내에서는 Hong[9][10] 등은 6시그마 혁신전략으로 6시그마에 대한 개념과 활동사례, 6시그마 활동 추진자료와 추진방법을 소개하고 있으며, 6시그마 추진사례로서 제조 부문에 표준을 설정하고 데이터를 분석하여 피드백시스템을 구축하였고, Kim[2]은 전사원에 대한 품질자격제도와 프로젝트를 선정하여 CSI (Chart-Solve-Implement) 사이클로 문제를 해결하였다.

6시그마에 대한 위의 연구들은 대부분 6시그마의 적용과 추진 프로세스에 대한 것들이고, 조립라인에서의 6시그마 구축에 관한 연은 별로 없는 실정이다.

따라서, 본 논문에서는 DPO(defects per opportunity)에 의한 관리방법을 도입하여 조립라인에서의 작업 결함을 작업 중에 발견할 수 있도록 설계한다. 또한 작업자의 품질에 대한 책임의식과 작업 중에 작업표준을 유지할 수 있는 관리방법과 작업불량이 발생하였을 때에는 바로 조치가 가능한 관리 시스템의 모형을 제시함으로써 조립라인에서의 효율적인 6시그마 구축이 되도록 한다.

2.  조립라인의 시그마 관리 모형

제조 현장에서의 품질수준을 측정하는 척도로는 표준편차, 그리고 공정능력지수인 Cp, Cpk 또는 불량률, 수율, 혹은 ppm 등이 사용되고 있다. 그러나 제품의 품질을 작업요소별로 보증하기 위해서는 제품에 관련된 CTQ를 통제하고 관리하는 것이 중요하다. 이렇게 하기 위해서는 현장에서의 작업요소별 관리가 이루어져야 하며 작업자의 품질 의식이 감안된 조립작업을 하도록 하는 관리 시스템이 있어야 한다. 그러므로 불량이 발생할 가능성이 있는 모든 공정에서의 작업요소를 관리하고 이것 때문에 생기는 문제를 해결할 수 있는 관리 모형이 필요하다.

2.1 DPO에 의한 관리 모형

그림1은 조립라인에서 제품품질을 효율적으로 6[eqn: sigma] 수준까지 향상시킬 수 있는 DPO에 의한 관리모형이다.

이 모형의 특징은 제조공정에서 불량이 발생할 수 있는 작업의 결함요소를 세분화하여 설정하고 그것을 항상 관리할 수 있는 체제를 유지함으로써 품질수준을 6[eqn: sigma]에 이르도록 관리한다는 것이 타 관리 방식과 차별화된 내용이다.

<그림 1> DPO에 의한 관리 모형

2.2 모형에 대한 내용

DPO는 총결함수를 총기회수로 나누어 산출하는데 총기회수라 함은 결함이 발생할 수 있는 요소를 의미한다[6].

DPO = 총결함수÷총기회수

= DPU÷단위당 기회수

본 모델에서는 이 DPO를 이용하여 조립작업의 모든 결함 요소를 분석하고 이에 대한 결함 요인을 제거함으로써 6[eqn: sigma] 달성을 하고자 하는 관리 방식이다.

Step 1. 제품의 선정 단계 : 이 단계에서는 조립라인에서 관리해야할 제품들을 선정하는 단계이다.

Step 2. 작업표준 설정 단계 : 작업표준 설정을 하는 단계는 작업에 대한 요소 중에서 CTQ(critical to quality)에 의한 분석을 실시하여 결함이 발생할 수 있는 미세한 작업까지의 작업표준을 정하는 단계이다.

(1) 공정별로 작업을 배분한다.

(2) 작업 분석을 통하여 CTQ를 설정한다.

(3) CTQ 발생작업과 제품 사양을 비교검       토하여 작업요소 표준을 정한다. 이 때       에 작업 표준대로만 작업을 실시하면        불량이 발생하지 않도록 주의하여 정하       여야 한다.

Step 3. DPO 관리 단계 : 이 단계에서는 CTQ를 분석하여 결함이 발생하였는가를 관리하는 단계이다.

(1) 공정의 CTQ를 분석한다.

(2) 중점관리 항목을 선정한다.

(3) DPO 관리 양식을 설정한다.

(4) DPO 양식을 기록 관리한다.

(5) 데이터를 집계하여 분석, 관리한다.

(6) 개선을 위한 아이디어를 발상한다.

Step 4. 문제 선정 단계 : DPO 관리 단계에서 나타난 결함의 내용을 해결하기 전에 문제화하여 어느 부문을 해결하면 될 것인지를 분석하여 문제를 선정하는 단계이다.

Step 5. DMAIC에 위한 평가 단계 : 이 단계에서는 6시그마 프로세스 시스템의 일반적인 실시 방법인 DMAIC의 프로세스 순으로 문제를 해결하고 평가한 후에 그 목적이 달성되면 제도화 단계로 넘어가고, 그렇지 않는 경우에는 다시 문제를 해결해야만 한다.

(1) Define(정의) 단계

정의 단계는 문제의 테마를 선정하고 목표를 설정하는 단계이다.

(2) Measure(측정) 단계

측정 단계에서는 목표의 지표화, 평가 기준의 설정, 평가 기준에 따라 고객의 소리에 대한 정보 수집, 기초통계에 의한 결과를 읽을 수 있도록 변환 가공하는 순서로 업무를 추진한다. 즉, CTQ(critical to quality)에 영향을 주는 중요한 사내 프로세스를 발견하여 발생한 결함을 측정하는 것이다[7].

(3) Analyze(분석) 단계

분석 단계에서는 결함이 왜 발생하는가를 찾아내는 단계이다. 이를 위해서는 요인간의 관련짓기, 목표 달성을 위한 주요인의 분석, 강점을 살리고 약점을 보강하는 코어 평가, 문제 요인에 대한 우선 순위의 설정을 하는 방법으로 추진한다[7].

(4) Improve(개선) 단계

개선 단계에서는 주요 변수를 설정하고 그 변수가 CTQ에 미치는 영향을 수량화한다. 주요 변수의 최대 허용한계 영역을 설정한다. 계측시스템이 주요 변수의 불규칙한 산포를 측정할 수 있는지의 여부를 확인하고 허용한계 영역내에 불규칙한 산포가 들어가도록 프로세스를 변경한다. 이 단계에서는 프로젝트의 진척관리를 실시하여 시스템적으로 성과가 나타나는 구조를 정비하는 것이 필요하다.

(5) Control(관리) 단계

관리 단계에서는 프로세스가 변경된 이후 주요 변수가 최대 허용한계 영역에 들어가 있는지를 통계적 프로세스 관리(SPC), 혹은 간단한 중점은 개선된 결과가 계속 유지될 수 있는 관리 체제가 이루어져야 한다는 점이다.

(6) DMAIC 평가 단계 : 이 단계에서는 앞에서 실시한 6시그마 프로세스의 적용이 목표와 그 결과치를 비교해본 후에 만족한 상태이면 제도화로, 혹시 미달되어 문제가 발생하였을시에는 다시 문제 선정 단계로 돌아가서 재개선 해야만 한다.

Step 6. 제도화 단계 : 제도화 단계는 생산 현장의 6[eqn: sigma] 수준 도달을 위하여 업무의 방식이나 표준을 제도화하는 단계이다. 특히 시그마 관리를 테마 위주가 아닌 제조 현장의 전체 혹은 제품별로 시그마 수준 설정을 위하여 DARE(decision alternative ratio evaluation system)법에 의한 시그마 수준을 설정하고 관리하는 단계이다.

각 제품별로 시그마 수준을 설정하고 6시그마를 실시하였지만 현장 전체의 시그마 수준은 어느 정도일지 의문시된다. 또한 6시그마는 테마를 설정하여 진행을 하기 때문에 제품 전체의 시그마 수준 설정은 어려움이 따른다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 상대평가 방법인 DARE기법을 이용하여 각 부문별로 계산된 시그마 수준의 가중치를 계산하여 기업 전체의 시그마 수준을 구하게 된다.

이 적용방법은 평가해야할 항목을 선택한 후에 DARE법을 적용한다. 이 기법은 상대적 평가법의 하나로써 평가요소(혹은 기능)의 가중치를 부여하는 방법이다. 상대적 평가법의 작성순서는 다음과 같다. 첫째, 평가요소를 정한다. 둘째, 한 쌍의 요소를 비교할 때 한쪽을 1이라고 했을 경우에 다른 쪽을 몇 배로 생각할 것인가를 수치로 표시한다. 셋째, 차례로 곱하여 평가요소의 승수(k)를 구한다. 넷째, 승수의 합계를 1로 만들어 각 요소별로 중요도 계수(w)를 구한다. 다음 <표 1>는 DARE기법을 이용한 평가표이다.

<표 1> DARE기법에 의한 평가표

항목	비교 평가				r	k	w(가중치)
A	x4				x4	x1×x2×x3×x4	kA/[eqn: SUM] ki
B	1.0	x3			x3	x1×x2×x3	kB/[eqn: SUM] ki
C		1.0	x2		x2	x1×x2	kC/[eqn: SUM] ki
D			1.0	x1	x1	x1	kD/[eqn: SUM] ki
E				1.0	1.0	1.0	kE/[eqn: SUM] ki
계						[eqn: SUM] ki	1.00

생산 조립 현장 전체의 시그마 수준 결정은 DARE기법에 의하여 평가할 수 있게 된다.

3. 적용 결과

본 논문에서 제시한 DPO 관리 모형을 조립산업 중에서 카메라를 제조하고 있는 라인을 대상으로 하여 현장에서 직접 12개월 이상을 적용한 결과이다.

3.1 작업 표준의 설정

작업하고 있는 전 모델을 한꺼번에 표준을 설정하기가 어려워서 1차적으로는 2개의 모델에 대하여 적용을 하였다. 그리고 1차 적용을 해 본 후에 그 결과를 평가하고 작업 표준을 재조정하였으며, 2차에는 4개 모델을 적용하여 카메라를 생산하는 라인에서의 작업표준을 완료하였다.

<그림 2> 작업표준 설정 모델 수

<그림 3> 중점 관리 항목 수

그림2, 3에서 나타내고 있는 것과 같이 제품 모델별로 작업표준을 설정하고 이에 대한 표준을 확인한 후에는 CTQ에 의한 결함 발생이 가능한 작업들을 파악하여 그것을 중점관리항목으로 선정하였다. 여기에서 나타난 바와 같이 일시에 모든 작업을 하기는 어려움으로 점진적으로 추진하는 것이 효과적이었다. 표2, 3에서는 작업표준의 적용 현황과 중점관리 항목을 나타내 주고 있다.

<표 2> 작업표준 적용 현황

카메라	적용 모델	관리 항목
1차	2	90
2차	4	181
계	6	271

<표 3> DPO 중점 관리 항목

3.2 DPO 관리 모형 적용

앞에서 표준을 정하고 중점관리항목을 선정한 후에 이것을 <그림 1>에서 제시한 DPO 관리 모형을 카메라 조립라인에 1년동안 적용한 결과가 표4에 나타나 있다.

<표 4> DPO 모형의 적용 결과

구 분	시그마 수준	구 분	시그마 수준
1	3.45	7	4.38
2	3.82	8	4.41
3	4.12	9	4.49
4	4.21	10	4.58
5	4.29	11	4.62
6	4.31	12	4.85

그림4는 제조현장에서 DPO 관리체제에 의하여 시그마 수준이 산정되었고 평가된 것이다. 제조 부문의 시그마 수준의 현상을 회귀분석 하면 <그림 4>와 같은 회귀식을 볼 수 있다.

<그림 4> DPO 적용 후 회귀분석 결과

회귀식의 유의성을 분석해보면 유의한 F의값 < 유의수준 = 0.05 이므로 회귀식은 의미가 있다고 판단되며, 기여율 = 0.873 로써 1에 가까움으로 회귀한다고 할 수 있다.

그리고 <그림 4>에서 나타난 결과에서 본 바와 같이 DPO 관리모형을 처음 적용할 때에는 3.45[eqn: sigma] 수준이었으나 본 논문에서 제시한 모형대로 적용을 해본 결과, 시그마 수준이 점차 기울기 0.0967%로 향상되어 12개월 후에는 4.85[eqn: sigma]까지 향상되었다.

따라서 <그림 1>에서 제시한 모형대로 카메라 라인의 DPO 모형 도입은 효과가 있다고 판단됨을 알 수 있었다.

3.3 제도화에서의 시그마 수준 결정

조립라인에서의 DPO 관리 모형을 도입하여  시그마 수준을 평가하여 보았다. 제조라인에서는 제품별 DPO를 설정하여 시그마 수준을 정하고 있으나 다른 부문과의 시그마 수준을 비교한다던지 또는 결합하여 사용할 경우에는 2.2절에서 제시한 DARE기법에 의해서 제품과 테마의 전체적인 견지에서의 시그마 수준을 살펴보면 <표 5>와 같이 평가된다. 제품현장부문은 4.6□, 테마해결부문은 4.9□ 설계부문은 4.0□로 평가되었다. DARE기법으로 계산된 전체의 시그마 달성 수준은 4.6□라고 결론 내릴 수 있다.

<표 5> 전체 시그마 수준 설정

항목	현재 시그마	비교 평가	가중치	시그마 수준
제품 현장 부문	4.6□	1.5	0.5	2.3□
테마 해결 부문	4.9□	1.0 2.0	0.3	1.5□
설계 부문	4.0□	1.0	0.2	0.8□
전체 시그마 수준				4.6□

이와 같이 조립라인에서의 DPO에 의한 관리 모형이 효과가 있게 된 큰 원인은 조립산업은 공정에서 산포가 일어나는 공정보다는 작업을 확인하여 그 품질의 유무를 판정하는 형태의 작업이기 때문에 DPO에 의한 효과가 크다고 판단되었다.

4. 결 론

본 연구는 최근 기업에서 활용하고 있는 6시그마 기법을 적용할 때 조립을 위주로 하고있는 제조 현장에서의 관리 방식은 DPO에 의한 모형의 적용이 효율적으로 6[eqn: sigma] 수준에 도달하는데에 적합하다는 결론을 내렸다.

첫째, 조립 산업은 작업에 있어서 검사, 조정하는 작업이 많기 때문에, 본 논문에서 제시한 DPO 관리 방식이 적합하였으며 공정 불량의 선별관리가 용이해졌다.

<표 6> DPO 도입 전과 후의 비교표

구 분	출하검사 합격율	시료 불량율	작업 불량율
개선 전	95.2	2.0	53.0
개선 후	99.3	0.3	9.0

둘째, 조정, 검사공정 위주의 불량을 체크하는 방법에서 DPO에 의한 불량 가능 포인트를 전부 망라하여 관리됨으로써 전공정으로 검사 영역이 확대되었다.

셋째, 작업자의 주관적인 판정에 의하여 불량을 파악하고 있었다. 그러나 작업 표준을 정하고 체크 시트에 의하여 작업자 본인이 직접 확인하고 관리하는 DPO 방식으로 전환됨에 따라 작업자의 품질에 대한 확고한 마인드 조성이 되었으며, 체크 결과가 전산화 됨으로써 실시간 관리가 가능하게 되었다.

넷째, 결과 체크 위주의 품질관리 방식이 DPO에 의한 사전 중점관리항목 위주로 관리됨에 따라 품질관리의 사전관리가 가능하게 되었다.

다섯째, 제조환경이 생산자 위주의 방식에서 CTQ에 의한 관리 방식의 전환으로 이루어 짐에 따라 고객위주 관리방식이 이루어졌다.

이 분야의 향후 연구 과제로는 장치산업과 같은 산포가 많은 공정에서의 DPO관리 방식에 대한 연구는 기업경쟁력 향상에 많은 기여를 할 수 있을 것이다.

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