품질경영 / 신뢰성공학과

통계적 공정관리

Statistical Process Control (SPC)

공정이 정상일 때의 평균과 표준편차 를 바탕으로 관리상한선(UCL)과 관리하한선(LCL)을 정해두고, 실시간 측정값을 관리도에 계속 찍어 그 범위를 벗어나면 공정에 이상 원인이 생겼다고 즉시 판단하는 감시 기법. 우연에 의한 자연스러운 변동과 실제 이상 신호를 통계적으로 구분하는 게 핵심.

ex) 반도체 공정에서 웨이퍼 두께가 관리도 범위를 벗어나면 즉시 공정을 멈추고 원인을 찾는 것.

6시그마

Six Sigma

공정 산포를 평균에서 규격 한계까지의 거리가 표준편차 의 6배가 되도록 줄여, 결함률을 백만 개당 3.4개 이하까지 낮추는 것을 목표로 하는 품질 경영 방법론. 문제 정의(Define)-측정(Measure)-분석(Analyze)-개선(Improve)-관리(Control)의 DMAIC 절차로 체계적으로 개선을 진행함.

ex) 모토로라·GE가 불량률을 획기적으로 낮추기 위해 전사적으로 도입한 품질혁신 방법론.

신뢰성 공학

Reliability Engineering

제품이나 시스템이 고장 없이 작동하는 시간을 확률분포로 모델링해, 평균적으로 고장 사이 얼마나 오래 작동하는지(MTBF)나 특정 시점까지 고장 없이 작동할 확률을 정량적으로 예측하는 분야. 설계 단계에서부터 목표 신뢰성을 정하고 이를 달성하도록 부품·구조를 선정함.

ex) 항공기 부품이 수만 시간 비행해도 고장나지 않도록 설계 목표 MTBF를 정하는 것.

다변량 관리도

Multivariate Control Charts (Hotelling T²)

기본 SPC 관리도는 변수 하나씩 따로 감시하는데, 실제 공정은 여러 변수가 서로 상관관계를 가지며 함께 움직이는 경우가 많아 개별 변수는 정상 범위 안에 있어도 변수들 사이의 관계가 무너지면 이상인 상황을 놓칠 수 있음. 여러 변수를 하나의 통계량(Hotelling T²)으로 결합해 동시에 감시하면, 개별 관리도로는 못 잡는 다변량 이상까지 탐지할 수 있음.

ex) 반도체 공정에서 온도·압력·유량이 각각은 정상이어도 그 조합이 비정상인 이상을 탐지하는 것.

공정능력지수(Cp/Cpk)

Process Capability Index (Cp/Cpk)

공정의 산포(변동성)가 규격 한계 안에 얼마나 여유 있게 들어가는지를 나타내는 지수로, Cp는 산포의 폭만 규격과 비교하고, Cpk는 여기에 공정 평균이 규격 중심에서 얼마나 치우쳐 있는지까지 함께 반영함. Cpk가 1.33 이상이면 우수한 공정으로 평가하는 게 업계 관행으로, 관리도가 "지금 안정적인가"를 본다면 공정능력지수는 "애초에 규격을 만족할 능력이 있는가"를 평가함.

ex) 신규 생산라인을 가동하기 전 공정능력지수를 측정해 규격을 만족시킬 능력이 있는지 사전 검증하는 것.

신뢰성 시험 분석

Reliability Testing Analysis

실제 사용 환경(온도, 진동, 습도 등)을 재현하거나 그보다 가혹한 조건(가속수명시험)에서 제품을 시험해, 실제 사용 기간을 기다리지 않고도 단기간에 고장 데이터를 얻어 제품 수명을 추정하는 기법.

ex) 자동차 부품을 극한 온도·진동 환경에서 반복 시험해 실제 10년 사용에 준하는 내구성을 검증하는 것.

수명예측모델링

Life Prediction Modeling

고장이 일어나는 패턴(초기고장, 우발고장, 마모고장)에 따라 고장률이 시간에 따라 다르게 변하는 것을 와이블 분포 같은 통계 모델의 형상모수로 표현해, 특정 시점까지 살아남을 확률이나 예상 수명을 정량적으로 예측하는 기법.

ex) 전구·배터리처럼 사용 시간이 늘수록 고장 확률이 높아지는 마모성 부품의 교체 주기를 예측하는 것.

욕조곡선

Bathtub Curve

제품의 시간에 따른 고장률을 그리면 욕조 단면처럼 초반에는 제조 결함으로 고장률이 높다가(초기고장 구간) 점차 낮고 일정한 수준으로 안정되고(우발고장 구간), 수명이 다할 무렵 마모·피로 누적으로 다시 고장률이 치솟는(마모고장 구간) 세 구간의 형태를 보임. 초기고장은 출하 전 번인테스트로, 마모고장은 예방정비로 각각 다른 대응이 필요하다는 인사이트를 줌.

ex) 전자제품이 사놓고 며칠 안에 고장 나거나(초기불량), 아니면 수년간 멀쩡하다가 노후화로 고장 나는(마모고장) 두 패턴이 흔한 이유.

위험성평가

Risk Assessment

작업장이나 공정의 위험 요인을 하나하나 식별한 뒤, 각 위험이 실제로 발생할 가능성과 발생했을 때의 피해 심각도를 곱해 위험도를 수치화하고, 위험도가 높은 순서대로 우선적으로 대책을 마련하는 절차.

ex) 건설 현장에서 고소작업·중장비 작업 등 위험 요인별로 등급을 매겨 안전 대책 우선순위를 정하는 것.

FMEA

Failure Mode and Effects Analysis

시스템의 각 부품이 고장 날 수 있는 방식(고장모드)을 하나하나 나열하고, 그 고장이 발생할 확률·심각도·검출 난이도를 곱한 위험우선순위(RPN)를 계산해 어떤 잠재 고장부터 설계 단계에서 우선 개선해야 하는지 체계적으로 분석하는 기법.

ex) 자동차 브레이크 시스템을 설계할 때 각 부품의 잠재적 고장 모드를 사전에 분석해 가장 위험한 고장부터 설계를 보완하는 것.

결함수분석(FTA)

Fault Tree Analysis (FTA)

"시스템이 이런 큰 사고를 일으켰다"는 최상위 결과에서 출발해, 그 결과가 일어나려면 어떤 하위 사건들이 AND(모두 발생)나 OR(하나라도 발생) 조건으로 결합돼야 하는지 나무 모양으로 거꾸로 분해해 내려가는 하향식 위험 분석 기법. FMEA가 "부품 하나가 고장 나면 무슨 일이 생기는가"를 상향식으로 본다면, FTA는 "이 대형사고가 나려면 무엇이 겹쳐야 하는가"를 하향식으로 분석함.

ex) 원자력발전소가 노심용융 같은 최악의 사고 시나리오가 일어나려면 어떤 안전장치들이 동시에 실패해야 하는지 역으로 분석하는 것.