머리말

2016년 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼(WEF, World Economic Forum)에서 포럼 의장이었던 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)이 처음으로 사용하면서 이슈화가 된 “4차 산업혁명”은 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 로봇기술, 드론, 자율주행차, 가상현실(VR), 모바일 등 첨단 정보통신기술이 경제·사회 전반에 융합되어 혁신적인 변화가 나타나는 차세대 산업혁명을 말한다. 산업 모든 곳에서 4차 산업혁명 기술을 포함한 혁신적인 업무 변화를 예고하고 있으며 실제로 다양한 분야에서 응용되고 접목되고 있다.

품질 분야 역시 품질경영에 4차 산업혁명 기술을 적용하는 다양한 방법이 시도되고 있다. 본 고에서는 품질4.0을 바탕으로 국내 국방 분야의 특수성을 고려한 국방품질4.0 구현을 위한 세 가지 발전방안을 제시하고자 한다.

품질4.0 진행 현황

국외 진행 현황

미국 품질학회 ASQ(American Society for Quality)에서 2015년 발간한 ”미래 품질보고서(Future of Quality Report)”에 4차 산업혁명이 품질에 미치는 영향을 소개하였으며, 2017년 Dan Jacob이 그의 저서 <Quality 4.0 Impact and Strategy Handbook>에서 “품질4.0”을 처음으로 언급하였다^[1]. Dan Jacob은 공정 변수를 관리하기 위한 관리도와 같은 품질 특성에 실시간 품질 분석과 같은 4차 산업혁명 특성을 접목한 것이 “품질4.0”이라고 정의하면서 프로세스와 문화를 바꾸기 위해 실행하기 위해 그림 1과 같이 ANALYTICS(분석), DATA(데이터), APP DEVELOPMENT(앱 개발), CONNECTIVITY(IT와 OT 상호연결), COLLABORATION(공유), MANAGEMENT SYSTEM(통합), COMPLIANCE(규정 준수), CULTURE(전사적 문화), LEADERSHIP(리더십), SCALABILITY(확장성), COMPETENCY(역량 교육) 등 11개의 축을 제시하였다.

한편 매 2년 주기로 글로벌 품질보고서(World Quality Report)를 통해 품질 분야 방향성을 제시하고 있는 CAPGEMINI사는 2018년~2019년 보고서에서 스마트 검사 자동화 수준 향상, 데이터 관리의 통합적 접근법, AI 적용을 위한 검사 방법 개발에 대한 내용을, 2020년~2021년 보고서에서 AI와 머신 러닝, 테스트 오토메이션, 테스트 데이터 관리와 테스트 환경 관리, QA 오케스트레이션에 대한 내용을 언급하면서 전통적인 품질 기법을 바탕으로 4차 산업기술과의 접목 필요성을 제시한 바 있다^[2]. 한편 BCG(보스턴 컨설팅그룹)와 ASQ(미국 품질학회), DIN(독일표준협회)는 공동으로 진행한 기업들의 품질4.0 현황과 수준을 파악하기 위해 2019년 글로벌 품질4.0 조사를 실시하였으며 그 결과 유럽 기업의 품질4.0 실행 정도는 21%, 미국 기업의 품질4.0 실행 정도는 6% 수준임을 발표하면서 4차 산업혁명 기술을 활용한 품질경영 실천을 강조하고 있다^[3].

국내 진행 현황

국내의 경우 변재현 교수팀이 2021년 한국품질경영학회에 “품질4.0 : 개념, 요소, 수준 평가와 전개 방향”을 발표함으로서 국내 품질4.0에 개념과 방향을 제시하는 등 시기적으로 유럽 및 미국에 비해 다소 늦게 품질4.0에 대한 공감대를 형성하고 있다^[4].

품질1.0 및 품질2.0, 품질3.0의 시대적 과정을 거쳐 품질4.0의 현재 시점에 이른 것이 아니라 앞에서 제시한 4차 산업혁명 기술을 접목한 현재의 추구 방향을 품질4.0으로 정의하고 역으로 품질의 역사를 품질1.0, 품질2.0, 품질3.0 및 품질4.0에 비교해보면 그림 2와 같이 구분할 수 있다.

품질1.0은 품질관리의 초기 개념으로 볼 수 있으며, 품질2.0은 종합적 품질관리 개념으로 생산자 관점의 규격 일치 품질을, 품질3.0은 종합적 품질경영의 개념으로 소비자 관점의 고객만족 품질을 의미하며, 품질4.0은 품질경영의 디지털화(Digital Transformation)로 정의할 수 있다. 이를 바탕으로 국내 국방분야 계약업체의 품질수준을 조사분석한 결과는 그림 3과 같다. 전력지원체계분야 및 무기체계분야의 기동화력, 지휘정찰, 함정, 기동 등 모든 분야를 포함하는 것이 바람직하다고 생각되나 본 고 작성자의 업무 수행 분야인 유도탄약분야로 한정해서 좀 더 면밀하고 정확한 분석을 수행하고자 하였다. 유도탄약분야 전체 계약업체를 대상으로 분석해 본 결과 그림 3과 같이 품질1.0 수준 계약업체가 10%, 품질2.0 수준 계약업체가 55%, 품질3.0 수준 계약업체가 35%를 차지하고 있음을 알 수 있다. 그리고 조사 시점인 2022년 9월 기준 유도탄약분야의 계약업체 중 품질4.0 수준은 아직까지 없는 것으로 조사되었다.

국방 무기체계에 대한 높은 품질요구도를 고려 시 품질1.0 수준과 품질2.0 수준의 계약업체가 전체의 65%를 차지하는 것은 많은 시사점을 주고 있다고 생각된다. 특히 10%를 차지하는 품질1.0 수준 계약업체의 경우 동일인이 생산 및 품보를 병행하거나 분석하거나 대응할 수 있는 품보부서 및 AS부서도 존재하지 않은 계약업체가 많은 부분을 차지하고 있음을 알 수 있었다. 이는 “국가를 당사자로 하는 계약에 관한 법률” 제7조(계약의 방법)에 의거 일반경쟁에 따라 생산 및 납품 비용을 가장 저렴하게 입찰에 참여할 수 있는 업체가 계약을 수주할 수 있는 정부 계약의 특수성에 기인한 것으로 판단된다. 물론 계약업체의 인원 숫자와 품질 수준이 상관도가 높은 비례관계를 갖는다고 속단할 수는 없지만 극히 제한된 인원으로 구성된 경우 업무의 독립성과 문제 발생시 체계적인 접근이 제한될 수 있다는 것은 충분히 예상할 수 있을 것으로 생각된다.

“국가를 당사자로 하는 계약에 관한 법률”은 일반 행정기관의 복사용지 구매나 문구류 구매에서부터 전차나 장갑차, 항공기에 이르기까지 아직까지는 국가를 당사자로 하는 모든 계약에 원칙적으로 적용되는 법률로써 국방분야 종사자들의 의견과 관련 기관의 지속적인 개선 노력에도 불구하고 여러 가지 이유로 아직까지는 일괄적으로 적용되는 법률이다. 향후에 “국가를 당사자로 하는 계약에 관한 법률”을 대신하여 국방 무기체계 분야에 적용하는 별도의 계약법이 제정된다면 국방분야의 품질 수준과 사용하는 군의 만족도 수준 향상에 획기적인 변화를 가져올 수 있을 것으로 예상된다.

품질 특성 및 품질4.0 기반

품질 형성의 특성

무기체계 개발은 개발 기간과 개발이 완료되고 군에서 사용해야 하는 전력화 기한이 이미 정해지고 사업 착수의 승인을 위한 의사결정과 여러 단계를 거친다. 이러한 과정에서 예상하지 못한 변수가 발생 할 경우 실질적인 개발 기간이 줄어들고 개발 과정에서 발생되는 크고 작은 기술적 문제와 사업관리 상의 다양한 외생 변수 등으로 인해 거의 대부분 촉박하게 진행되고 있다.

특수한 운용 환경이나 적용 기술의 복잡성, 사용자의 다양성 등을 이유로 들지 않더라도 무기체계의 품질이 전쟁의 승패와 군인의 생명을 좌우한다는 점을 생각하면 품질이 좋아야 하는 것은 당연하다. 하지만 아직도 품질은 개발이 완료된 후 양산 단계에서 관리되어야 할 업무로 잘못 인식하는 경우도 있다. 실제 개발단계에서 품질이 형성되는 과정을 살펴보면 1)소요군의 요구(작전운용성능, ROC)를 충족하도록 장비를 설계하고 설계된 장비에 대한 검증 과정을 거쳐 생산의 기준이 되는 규격(Specification)을 설정하는 과정과 2)규격에 부합하는 성능이 구현되도록 공정을 개발하는 과정 그리고 3)구현된 성능이 일시적 달성이 아닌 지속적으로 유지되도록 공정을 관리하는 것임을 이해할 수 있다. 이를 개념적으로 요약하면 그림 4와 같다.

앞에서 설명한 개발단계 품질 형성 과정은 각 단계별로 설계 타당성(Validity), 구현 적합성(Fitness), 성능 안정성(Stability)의 검증을 통해 최종 제품을 완성하는 과정이라고 볼 수 있으며 이를 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
“설계 타당성”은 개발된 규격 및 시험방법이 고객의 요구사항(ROC)에 부합하는가를 확인하는 사항으로 관련 업무로는 규격 검토, 형상관리, 시험평가 등이 있다.
“구현 적합성”은 규격에 따라 최종 제품 성능을 바르게 구현할 수 있는가를 확인하는 사항으로 관련 업무로는 공정 개발, 치공구 개발, 협력업체 기술력 등이 있다. “성능 안정성”은 구현된 성능이 일시적인 달성이 아닌 지속성을 가지고 일정하게 나타나는가를 확인하는 사항으로 관련 업무로는 부품 및 협력업체 관리, 품질경영시스템 관리, 통계적 공정 관리 등이 있다.

품질4.0 기반

앞에서 설명한 품질 형성의 상호관계는 그림 5와 같이 나타낼 수 있다.

즉, 고객이 원하는 대로 규격이 결정되었는가를 나타내는 설계 타당성(Validity)은 기준에 대한 의미로서 그림 5의 ①을 나타내며, 구현 적합성(Fitness)은 규격에 부합하는 성능이 구현되는가를 나타내는 것으로 성능의 평균에 대한 의미로서 그림 5의 ②를, 성능 안정성(Stability)은 생산시 편차가 적은 일정한 성능을 지속적으로 나타내는가를 보는 것으로 편차를 가진 그림 5의 ③을 나타낸다. 결국 ①과 ②를 바탕으로 ③을 효과적으로 관리하기 위해 과거에는 수기적 방법으로 자료를 취합하고 별도의 방법으로 분석하고 그 결과를 보고 다시 실행 계획을 수립하는 순차적이고 별개로 진행되던 각각의 과정을 4차산업 기술을 활용하여 자동화, 지능화, 통합화 및 신속하게 처리하는 것이 품질4.0이며 이러한 품질4.0을 국방분야에 적용해서 국방품질4.0을 구현하기 위한 핵심적인 세 가지 방안을 제안하고자 한다.

국방품질4.0 구현 방안

공정 개발

앞에서 언급한 바와 같이 요구사항을 충족하는 기준인 규격(Specification)을 설정한 이후 이 규격에 부합하는 성능이 구현되도록 공정(process)을 개발하는 과정이 무엇보다도 중요하다. 요구된 대로 성능이 충족되었는지 여부는 제품(product)에 대한 개발시험평가와 운용시험평가라는 평가 과정을 거치다보니 개발단계 참여자 모두 많은 관심의 대상이 된다. 반면 성능을 지속적이고 안정적으로 구현할 수 있는 공정(process)에 대한 검증은 아직 국내 국방분야에서 배제되고 있다.

반면 그림 6에서 볼 수 있는 바와 같이 자동차 등 일반 민수 분야에서는 제품(product)에 대한 설계 및 개발과 더불어 공정(process)에 대한 설계 및 개발을 병행하고 있으며 평가 및 검증 대상 역시 제품 및 공정 모두를 포함하고 있다.

한번 달성한 성능에 만족하지 않고 해당 제품을 안정적으로 생산해 낼 수 있는 공정을 개발함으로써 양산 단계에서 해당 제품을 실제로 생산할 수 있는지를 판단하는 것은 매우 중요한 특성이자 기술이다. 예를 들어 병 안에 들어있는 액체의 냄새가 병 밖으로 나가지 않도록 개발하는 과정에서 병의 상단 부분과 병마개와의 밀봉을 위해 제품에 대해 ±0.0001mm 수준의 요구조건이 있으나 공정(process)에서 이 범위를 구현할 수 없거나 구현한다 해도 많은 시간과 많은 비용을 투자해서 10% 수율의 제품(product)을 생산한다고 할 경우는 개발이 완료되었다고 할 수 없다. 공정(process)을 개발해 제품(product)을 생산할 수 있도록 하거나 공정 개발이 불가능할 경우 현재 공정 수준으로 제품을 생산할 수 있도록 제품에 대한 설계변경 등을 실시해야 한다. 민수 분야에서 설계 및 개발을 제품에 한정하지 않고 제품과 공정 모두를 포함하는 이유이다. 반면 국방 분야의 경우 제품에 대한 설계 및 개발에 한정한다. 그리고 개발되지 않은 공정(process)으로 인해 양산단계에서 제품(product)을 만들 수 없는 경우 설계변경을 통해 제품 개발을 다시 하는 경우가 있다. 그 과정에서 특정 부분 변경으로 인해 다른 부분에 영향을 미치거나 비용이 상당 부분 추가되거나 기간적으로 양산 전력화에 영향을 주는 어려움이 있는 경우를 예방하기 위해서 국방 분야도 민수 분야와 같이 개발 과정에서 제품에 대한 개발과 더불어 공정에 대한 개발을 병행하는 것이 필요하다.

기본적인 품질경영시스템인 ISO 9001과 자동차 분야의 품질경영시스템인 IATF 16949를 비교해보면 그 차이점을 명확히 알 수 있다. ISO 9001 “8.3 제품 및 서비스의 설계와 개발”에는 “8.3.1 설계와 개발 입력” 및 “8.3.5 설계와 개발 출력”으로 제품에 대한 설계와 개발을 요구하고 있으나 IATF 16949 “8.3 제품 및 서비스의 설계와 개발”에는 “8.3.3.1 제품 설계 입력”, “8.3.3.2 제조 공정 설계 입력”, “8.3.5.1 설계와 개발 출력”, “8.3.5..1. 설계와 개발 출력”, “8.3.5.2 제조 공정 설계 출력”으로 제품과 공정에 대한 개발을 모두 요구하고 있음을 알 수 있다. 국방 분야 품질경영시스템 역시 제품에 대한 개발과 더불어 공정에 대한 개발을 요구조건으로 포함하는 것이 필요하다고 생각한다.

데이터 획득 및 분석 기반 강화

국방품질4.0 구현을 위해 데이터의 정확성과 데이터 획득의 신속성이 필요하다. 시험자가 시험을 실시하고 결과값을 수기로 시험성적서에 기록하고, 기록한 결과를 종합하여 데이터 분석을 하는 기존의 업무 방식은 시간이 많이 소요될 뿐 만 아니라 값을 기록하고 옮기는 과정에서 결측치가 있거나 오류가 발생될 가능성이 있다. 이를 예방하기 위해 자동시험장비(ATE : Auto Test Equipment)를 개발해서 시험 결과를 자동으로 저장하고 그 값을 실시간 분석하는 것이 국방품질4.0의 중요한 요소라고 생각한다.

자동시험장비의 정확하고 신속한 데이터 획득을 통해 단기공정능력(ZST(Short Term))를 파악하여 변동의 원인이 기술력 부족에 기인한 것인지, 장기공정능력(ZLT(Long Term))과의 차이(Zshift(=ZST-ZLT))를 통해 5M1E(Man, Machine, Material, Measurement, Method, Environment) 관리력 미흡에 기안한 것인지를 판단하고 그림 7에서 보는 바와 같이 ZST 값이 우수하고, Zshift 값미흡할 경우는 5M1E에 대한 관리능력을 개선하고, ZST 값이 미흡하고, Zshift 값이 우수할 경우는 기술력에 문제가 있으므로 핵심인자에 대한 최적화를 수행하는 등 해당되는 적절한 활용이 필요하다.

이와 같이 정확한 실시간 데이터 파악을 통해 의사결정을 위해 자동시험장비(ATE)에 개발이 필요하다고 생각한다.

제도적 개선

우수한 품질의 제품을 개발하고 납품하는 경우 해당 제품에 대한 업체 자율성을 확대하고 관련 데이터 활용이 필요하다. 기술능력이 뛰어난 경우든 그렇지 않는 경우든 정부 품보를 획일적인 기준으로 적용하는 것은 바람직하지 않다고 생각한다. 현재 국방분야에서는 기술능력이 뛰어나고 품질이 우수한 제품을 해당 계약업체가 계약을 할 경우 품보형태 Ⅱ을 적용하여 정부가 직접 품보를 수행하지 않고 업체 자율적으로 품보를 수행하도록 하고 있다. 아쉬운 것은 비용과 시간 투자를 해서 기술과 품질이 우수한 제품을 달성한다해도 실제 그 품목에 대해 다시 계약을 한다고 예측 할 수는 없다. 신뢰성있는 고품질의 제품보다 기본 요구조건을 만족하는 상대적으로 저렴하게 생산하는 불특정 기업의 제품이 정부 계약을 할 가능성이 높기 때문이다.

비용과 시간 투자를 해서 기술과 품질이 우수한 품보형태 Ⅱ형 품목을 달성한 경우 일정기간 계약을 할 수 있는 제도적 뒷받침이 필요하다고 생각한다. 기술능력이 부족한 무분별한 불특정 업체가 참여해서 계약 후 계약을 해제하거나 납품 지체에 따른 전력화에 제한을 초래하는 등의 문제점을 예방하고 업체의 자율성을 확대하기 위해 기술적으로 우수한 품질을 검증 받은 우수 품목에 대한 제도적 지원이 필요하다고 생각한다. “국가를 당사자로 하는 계약에 관한 법률”을 적용할 경우 가격을 기준으로 계약을 할 수 밖에 없지만 별도의 계약법 또는 국가계약법에 대한 특례 적용 등의 방법이 필요하다고 생각된다.

결론

국방품질4.0을 구현하기 위해서는 데이터 분석 기반을 강화하는 것이 필요하다. 이를 위해 데이터를 통해 변동의 원인이 제품(product)인지 공정(process)인지 판단하기 위해 개발단계에서 제품에 대한 설계와 검증을 수행하는 것에 추가하여 공정에 대한 설계와 검증을 수행하는 것이 필요하며, 얻은 데이터를 빠르고 정확하게 종합하여 분석하기 위해 자동시험장비(ATE)를 적극 활용할 필요가 있다. 그리고 뛰어난 기술과 품질을 가진 조달원이 더 많이 참여하여 국방품질4.0을 적극적으로 추진하고 기술과 품질에 기여하는 선순환이 될 수 있도록 계약에 대한 제도적 뒷받침이 된다면 국방품질4.0 실현에 획기적인 기여를 할 수 있을 것으로 판단된다.