서론

기술의 고도화와 장시간의 수명 보장이 필요함에 따라 무기체계 양산에 활용되는 자동시험장비(ATE: Automatic Test Equipment, 이하 ATE)의 유효성 및 안정도 검증 요구는 증가하고 있다. ATE는 시험 대상 장비(UUT: Unit Under Test, 이하 UUT) 규격 충족 여부와 고장을 자동으로 판단하고 식별하는 하드웨어와 소프트웨어 등으로 구성되는 장비이다[1-2].

컴퓨터 기반의 ATE는 시험 속도, 정확성, 반복성 등을 향상시키며, 수동시험에서 발생할 수 있는 휴먼에러를 줄여준다[2]. 또한, 시험 데이터의 전산 관리를 통해 UUT와 ATE의 품질관리나 개선 및 성적서 전산화에 활용될 수 있다.

본 연구에서는 위성통신장비 ATE를 통해 핵심품질인자(CTQ: Critical To Quality, 이하 CTQ) 시험을 수행했다. 그 결과를 바탕으로 공정능력지수 및 관리도 분석과 같은 통계적 기법을 수행함으로써 CTQ 항목에 대한 ATE 개선 사항 및 효과성을 다룬다[3].

본론

국방 품질관리 방향성

최근 국방 품질관리 방향성이 변화하고 있다. 개발단계 품질관리의 중요성이 강조되면서 기존의 양산단계 품질관리에 대한 효율화가 요구되고 있다.

본 연구에서는 이러한 국방 품질관리 변화에 대한 대응, 최초양산 조기 안정화, 효율적인 양산단계 품질관리를 위해 핵심 성능에 영향을 미치는 요소들을 CTQ로 선정하고 이에 대한 지속적인 관리를 수행했다.

통계적 기법을 활용한 품질 확보

민수 및 국방 분야에서 품질 시스템 구축을 위해 활용되는 요구사항은 KS Q ISO 9001, 국방품질경영체제가 있다. 두 요구사항 모두 제품의 품질 보장 및 지속적인 개선을 위하여, 모니터링 및 측정에서 나온 적절한 데이터와 정보를 통계적인 기법 등의 방법을 통해 분석하고 평가하기를 요구하고 있다[4-5].

통계적 기법 활용에 대한 지침인 KS M ISO TR 10017에서는 통계적 기법 유용성, KS Q ISO 9001 시스템 요구사항별 통계적 기법 적용 필요성, 적용할 수 있는 여러 가지 통계적 기법 등에 대해 다룬다. 지침서에서는 통계적 기법의 유용성을 명확한 안정 조건에서도 관측될 수 있는 변동성 규명과 제품 및 프로세스의 개선에 도움이 된다는 점으로 명시하고 있다[6].

또한, 지침서에서는 적용 가능한 통계적 기법으로 기술통계학, 가설검정, 측정분석, 공정능력분석, 통계적 프로세스 관리 차트, 시계열 분석 등에 대해 다루고 있다.

본 연구에서는 위성통신장비 양산에 활용된 ATE에 대해 공정능력분석과 관리도 분석을 적용하여, 품질 보장 및 지속적인 개선을 수행했다.

CTQ 선정

다양한 산업에서는 품질경영기법으로 6SIGMA를 활용하며, CTQ를 고객 품질 관점에서 가장 중요한 요소로 정의하고 있어 CTQ는 명확하게 규정될 수 없다. 하지만, 적절한 CTQ 선정은 품질문제 개선에 중요한 요인으로 작용한다[7].

본 연구 대상 장비인 위성통신장비는 적절한 CTQ 선정을 위해 신뢰성 평과 활동의 하나인 FMEA와 같은 개발단계 결과를 바탕으로 CTQ를 선정하고 그 중 양산 관점에서 지속적인 관리가 필요한 6가지 CTQ 항목을 표 1과 같이 재선정했다.

공정능력평가

선정된 CTQ 항목은 핵심 성능에 영향이 높으므로, 안정적인 관리가 요구된다. 따라서 공정능력분석을 통해 CTQ 항목에 대한 ATE 유효성 및 안정도 모니터링을 수행했다.

공정능력분석 결과 CTQ 전 항목에 대한 Cpk(분기), Ppk(연간) 값이 표 1과 같이 1.33 이상임을 확인했다. 공정능력지수 1.33은 많은 산업에서 공정능력 평가를 위해 활용되는 값이며, 공정 유지 및 간소화가 가능함을 의미한다.

관리도(Control Chart)

추가적인 ATE 개선 및 안정도 확보를 위해 분기 주기로 관리도 분석을 수행했다. 관리도 분석 결과 UUT 중 하나의 장비인 AGMM Type1의 안정도 시험에서 시험 규격은 충족하나, 그림 1과 같이 관리상한선을 넘어서는 이상요인이 4 포인트 발생했다.

계측기에 UUT를 직접 연결하여 확인한 시험 값은 관리상한선을 넘지 않으나, ATE를 통해 UUT를 시험하는 경우 이상요인이 발생함을 확인하여 ATE 경로에 대한 분석을 수행했다.

AGMM Type1 ATE는 그림 2와 같이 RF Matrix를 통해 신호를 수신하도록 설계되었다.

이상요인이 발생한 CTQ 항목 시험은 UUT 출력 신호 안정도 판정을 위해 장시간 수행되는 시험이지만 ATE 설계 시 시험특성을 고려하지 못하고, 장시간 운용 시 온도 변화에 민감한 RF 부품들이 포함된 경로를 지나도록 설계되었다.

따라서, RF Matrix를 해당 시험 경로에서 제외하여 ATE 유효성 및 안정성을 개선했고 ATE를 통해 UUT 신호를 안정적으로 확보할 수 있었다.

개선 사항에 대한 관리도 분석 결과 그림 3과 같이 관리상한선 내에 분포됨을 확인했다. 공정능력 또한 개선 이후 분기 단위 Cpk는 2.1에서 6.66으로 개선되었고, 반기 단위 Ppk 또한 1.35에서 6.5로 개선되었다.

결론

최근 국방 품질관리 방향성 변화에 발맞추어 위성통신장비 사업에서는 ATE를 구축하고 유효성 및 안정성 개선을 위해 통계적 기법을 활용했다.

6가지 CTQ 항목의 공정능력평가 결과 1.33 이상의 우수한 공정능력지수를 얻었으며, 관리도 분석을 통해 ATE에 대한 추가적인 유효성 및 안정성 개선을 수행했다.

통계적 기법을 통해 ATE 개선되고 유효성 및 안정성을 확보한다면, ATE를 통해 시험 되는 UUT 성능시험 결과는 높은 신뢰도를 가질 수 있다.

개발단계에서의 유효성 있는 CTQ 선정에 더해 유사 양산 및 운용 단계 장비의 실효성 있는 양산 데이터 환류를 통해 적절한 CTQ 선정이 이루어진다면, 더욱 효과적인 ATE 및 장비에 대한 품질 개선을 기대할 수 있다.

또한, 국방 분야에서의 적극적인 ATE 활용을 통해 데이터 전산화를 기대할 수 있으며, 전산화된 데이터에 본 연구에서 제안한 통계적 기법을 적용하여 품질 개선을 수행할 수 있다.