디지털 품질경영을 선도하는 품질 4.0 > 일반교양

머리말

4차 산업혁명으로 많은 국가들의 산업, 경제, 사회구조가 재편성되고, 기업의 경영환경도 급변하고 있다. 기업들에게 이러한 변화는 위기인 동시에 기회를 제공한다.

2016년 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼(WEP)(일명 다보스 포럼)에서 창립자이자 회장인 클라우스 슈밥 회장이 4차 산업혁명을 언급한 이후 인더스트리 4.0(Industry 4.0)이라는 단어는 너무나 흔한 용어가 되었다. 일부에서는 인더스트리 4.0을 4차 산업혁명과 동의어처럼 사용하고 있지만, 이는 독일의 제조경쟁력을 높이기 위한 산업정책의 명칭이다.

하지만 4차 산업혁명을 의미하는 ‘4th Industrial Revoiution’이라는 용어보다 ‘인더스트리 4.0(Industry 4.0)’이라는 용어가 일반인들에게 폭넓게 사용되었다. 이후 인더스트리 4.0은 4차 산업혁명을 대변하는 용어처럼 되어 버렸다.품질은 어떤가? 당연히 품질이나 품질관리에서도 품질 4.0이나 품질관리 4.0이라는 용어로 일부 사용되고 있었다. 우선 이 개념들을 이해하기 위해서 품질관리의 진화과정을 살펴볼 필요가 있다.

품질관리의 역사에 있어 초기단계인 1920년 이전은 감독관의 시대라고 불린다. 이 시기에는 작업감독자들이 작업자들을 관리하며 품질관리를 하는 시기였다. 2단계 1920~1940년에는 관리도와 샘플링기법으로 대표되는 통계적 품질관리가 태동되었으며, 이때 등장한 관리도와 샘플링기법은 현재까지도 품질관리의 가장 기초적인 방법으로 사용되고 있다. 그러나 단순히 생산 위주의 품질개선활동만으로는 품질혁신의 한계가 드러난다. 이를 극복하기 위해 종합적 품질관리(TQC)방법이 제안되었고, TQC가 1950~1970년을 주도하게 된다.

TQC는 회사 내 모든 부분(경영, 지원, 생산, 기술, 연구소 등)이 함께 노력하며 종합적인 품질관리를 추진해야 한다는 개념이다. 그리고 이때부터 무결점(Zero Deffect: ZD)의 개념이 등장하였다. 그리고 1980~1990년에는 품질경영(TQM)의 시대가 열린다. TQM에는 최고경영자의 관심과 역할이 TQC보다 강조된다. 즉 최고경영자를 중심으로 품질중심의 기업문화 창출, 시스템적 사고, 지속적 품질개선 달성을 주요 목표로 삼는다.

1990년부터는 6시그마의 시대였다. 6시그마는 완벽 품질을 목표로, 사업 전체 프로세스에서 불량원인 제거를 지속적으로 수행하는 품질관리운동이며 철학이다. 6시그마는 미국 모토롤라와 GE의 성공적 수행 사례를 바탕으로 전 세계와 국내에 보급되어 삼성, LG, 현대, KT 등에서 실시하는 품질혁신의 대명사가 되었다.

품질관리의 역사를 되돌아보면 통계적 품질관리의 도입과 함께 품질관리활동의 범위가 작업자에서 최고경영자로, 생산중심의 프로세스에서 비즈니스 프로세스 전체로 확대되었음을 알 수 있다.

4차 산업혁명 시대에 진입하면서 빅데이터, 머신러닝(ML), 인공지능(AI) 등의 기술은 기업의 품질활동에 큰 영향을 미치고 있는데, 이 시대에 필요한 품질 개념으로서 품질 4.0(Quality 4.0)이 등장하였다. 품질 4.0은 기존의 품질관리와 무엇이 다른가? 앞서 언급한 품질관리의 진화과정에서 알 수 있듯이 기존의 품질관리방법들은 낭비를 줄이고, 효율성을 높이며 품질관리의 영역을 높여가는 것에 초점이 맞추어져 있다. 하지만 품질 4.0에서는 기술과 방법의 혁신이 핵심이다.

4차 산업혁명이 품질에 미치는 영향에 대해서는 2015년 ASQ의 <미래 품질보고서(Future of Quality Report)>에서 처음으로 소개되었고(ASQ, 2015), 품질 4.0이라는 용어는 댄 제이콥(Dan Jacob)에 의해 처음으로 언급되었다. 품질 4.0은 미래의 공장에서 중요한 역할을 맡고 자동화 및 정보통신기술의 발전을 통하여 기업의 품질을 구현하고 달성하는 틀이며 개선이 필요한 세부사항에 초점을 맞춤으로써 품질비용을 줄이고 품질문제의 원인을 추적할 수 있으며, 고객의 소리(Voice Of Customer: VOC)를 수집, 분석하여 고객의 관점에서 제품과 프로세스를 혁신한다.

ASQ에서는 품질 4.0의 주요 요소로 ‘데이터 획득 및 분석기술’, ‘연결과 통합’, ‘리더십과 조직문화’를 강조하고, 보스턴컨설팅그룹에서는 품질 4.0에 대한 연구결과를 발표하며 제조분야의 세 가지 핵심기술을 언급했다. 첫 번째는 예측 품질분석, 두 번째는 딥러닝에 기반한 머신비전 품질관리, 세 번째는 3D검사의 발전이라고 언급하였다.

하지만 국내에서는 품질 4.0에 대한 논문과 개념은 존재하지만 산업공학을 전공하는 학생이나 기업의 업무에 적용하는 데 필요한 도서는 전무한 실정이다. 이에 따라 저자들은 본서에서 품질 4.0을 이해하고 활용하기 위해 크게 5부분으로 나누어 제시한다.

∙제1부 4차 산업혁명과 품질관리 4.0의 탄생, 추진방법, 활용을 이론적으로 이해하는 데 필요한 정보를 제공한다.

∙제2부 품질관리 4.0의 기본지식체계를 학습하기 위해 품질관리의 역사와 정의를 제공하고 TQM 추진방법, 시스템적 사고와 추진방법을 제공한다.

∙제3부 과거 품질개선에 사용하던 근본 원인 분석내용과 품질관리 도구인 QC 7가지 도구와 신QC 7가지 도구의 개념, 활용방법, 사례를 제공한다.

 제4부 현재 품질수준 확인방법인 통계적 품질관리의 주요 내용인 관리도와 공정능력 활용 및 향상방법들의 내용을 제공한다.

∙제5부 미래 품질혁신을 위한 방법으로 지능화되고 연결화되는 설비의 사전 계획보전 및 유지관리, 예측 및 안전관리, 전수 자동검사를 위한 컴퓨터 비전 머신 등의 내용을 제공한다.

급변하는 기업환경 속에서 모든 기업들은 품질 4.0에 걸맞추어 기업경영시스템을 구축하여야 한다. 디지털 품질혁신을 추진하는 기업만이 생존하고 지속할 수 있다. 품질혁신을 받쳐줄 기술속도 또한 우리가 생각하는 것보다 빠르므로 제조현장에 품질4.0을 선도, 도입, 활용하는 것이 매우 중요하다. 품질 4.0을 선도하면 기업의 디지털 생산성 향상, 품질경쟁력 향상에 도움이 될 것이다.

2025년 3월

저자 일동

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제1부 4차 산업혁명과 품질관리 4.0의 탄생

제1장 4차 산업혁명

1. 개요

2. 디지털혁명: 인더스트리 4.0부터 5.0까지

3. 인더스트리 4.0을 주도하는 핵심 기술

4. 제조업에서의 스마트기술의 역할

5. 결론

제2장 품질관리 4.0

1. 서론

2. 품질 4.0의 배경

3. 품질관리와 인더스트리 4.0 사이의 연결

4. 인더스트리 4.0이 품질관리 개선에 미치는 영향

5. 품질 4.0의 기본사항

6. 품질관리에서 품질 4.0으로의 진화

7. 품질 4.0의 정의

8. 품질 4.0의 이점

9. 품질 4.0 특징

10. 품질 4.0을 구현하는 동기와 장벽

제3장 품질관리 4.0 프레임워크

1. 품질 4.0 프레임워크의 11가지 축

2. 품질 4.0의 개념적 프레임워크

3. 품질 4.0을 성공적으로 구현하기 위한 9가지 요소

4. 품질 4.0의 도구

5. 품질관리에 인더스트리 4.0의 적용 필요성

6. 스마트공장 영역의 품질 4.0과 관련된 주요 요소

제2부 품질관리 4.0의 기본지식체계

제4장 품질관리의 역사와 품질경영 개요

1. 소개

2. 품질의 정의

3. 품질관리의 역사

4. 한국 품질의 역사

5. 주요 품질전문가들

6. 품질의 중요성

7. 품질경영

제5장 전사적 품질관리(TQM)

1. 전사적 품질관리(TQM) 개요

2. 품질관리시스템(QMS)

3. 품질비용(COQ)

제3부 과거 데이터를 활용한 품질개선

제6장 근본 원인분석

1. 문제해결도구

2. A3 방법

3. 8D Report 방법

4. 케프너-트리거(Kepner-Tregoe) 매트릭스

5. 트리즈(TRIZ)

6. PDCA 사이클

7. 6시그마

8. 결론

제7장 품질관리(QC) 7가지 도구

1. 서론

2. 파레토차트(Pareto Chart)

3. 특성요인도

4. 체크시트

5. 히스토그램

6. 산점도

7. 층별(층화)

8. 각종 그래프

제8장 신 품질관리(QC) 7가지 도구

1. 7가지 새로운 관리 및 계획도구

2. 친화도(Affinity Diagram)

3. 연관도(Relations Diagram)

4. 계통도(Tree Diagram)

5. 매트릭스도법(Matrix Diagram)

6. 매트릭스 데이터분석(Matrix Data Analysis)

7. 애로우 다이어그램(Arrow Diagram)

8. 프로세스 결정프로그램차트(PDPC)

제4부 현재 품질수준 확인방법

제9장 관리도

1. 공정관리

2. 관리도

3. 계량형 관리도

4. I-MR 관리도의 개요

5. 계수형 관리도

6. 계수형 관리도에 대한 몇 가지 참고사항

7. 관리도 요약

8. 결론

제10장 공정능력

1. 개요

2. 규격한계 및 관리한계

3. 공정능력분석

4. 자연공차한계

5. 규격 및 공정능력

6. 공정능력지수

제5부 미래 품질혁신을 위한 방법

제11장 유지관리

1. 개요

2. 유지관리의 정의

3. 유지관리의 역사

4. 유지관리의 유형

제12장 TPM과 계획보전

1. TPM 개요

2. TPM의 발전과정

3. TPM의 정의 및 목적

4. TPM의 구조 및 특성

5. TPM의 주요 도구

6. TPM의 성공요인

7. TPM의 주요 활동

8. TPM활동의 주요 실시내용

9. 계획보전의 주요 개념과 내용

10. 스마트공장과 설비 예지보전기술

제13장 PHM(건전성 예측 및 관리)

1. 개요

2. 예후의 정의

3. PHM의 기본개요

4. PHM의 정의

5. 유지관리전략의 진화

6. PHM의 주요 단계

7. PHM의 이점

8. PHM의 문제점

제14장 자동검사: 컴퓨터 및 머신 비전시스템

1. 개요

2. 인간의 눈

3. 컴퓨터 대 인간 시각시스템

4. 컴퓨터 비전의 진화

5. 컴퓨터 및 머신 비전 및 이미지처리

6. 컴퓨터 비전의 응용

7. 품질검사 및 머신 비전

8. 머신 비전시스템 설계

9. 산업용 머신 비전시스템

10. 품질관리에서 머신 비전 활용 사례

‣황인극

미국 Texas A&M University 산업공학 박사

(전) 공주대학교 종합인력개발원장, 학생부처장, 취업지원본부장

한국프로젝트경영학회 회장

대한설비관리학회 회장

(현) 공주대학교 명예교수

‣이경근

산업공학박사

(전) 한국표준협회 제조혁신센터장, 품질경영본부장

(현) 한국표준협회 경영품질원장(전무이사)

한국품질경영학회 부회장

한국설비안전학회 부회장

‣이문영

산업공학박사

(전) 삼성전기 구매기획팀장

삼성인재개발원

(현) 한국표준협회 수석전문위원

(현) 한국표준협회 수석전문위원