실험계획법 중에서 현장에서도 쉽게 적용할 수 있는 다구찌 방법에 대하여 설명하고, 이를 적용하여 사출성형 조건이 도광판의 품질 특성인 휘도와 휘도의 균일도(이하 균일도)에 미치는 영향을 연구하고, 최적의 공정조건을 도출하는 과정에 대하여 기술한다. 짧은 시간 안에 최적의 조건을 찾아내기 위해 강건설계 방법(robust design)인 다구찌 방법을 사용하였다. 강건설계는 연구 개발 단계에서 생산성을 향상하기 위한 공업적 방법론으로 좋은 품질의 제품을 신속 저렴하게 생산할 수 있게 하는 방법이다. 이 방법을 적용함으로써 시장의 요구에 부응하고, 개발 및 제조비를 낮게 유지하면서 고품질의 제품을 공급하여 조직의 능력을 크게 향상할 수 있다. 강건설계의 기초 원리는 변동의 원인을 제거하지 않고 원인의 영향을 최소화하여 제품의 품질을 향상하는 것이다. 이것은 여러 가지 변동요인에 영향을 가장 적게 받는 성능을 얻도록 제품과 공정설계를 최적화하는 인자 설계라는 과정을 통해 이루어진다. 강건설계의 두 가지 중요한 수단은 품질을 측정하는 SN비와 여 러 가지 설계인자를 동시에 연구하기 위한 직교 배열이다. 다구찌는 품질에 대해 "제품이 출하된 시점부터 제품 성능 특성의 기능적 변동(functional variation)과 부작용(harmful side effects)등으로 인한 총 손실"이라 하였다. 지금까지 생산된 제품이 "규격 내의 제품"으로서 품질을 보장받아온 것과는 달리, 제품에 대한 소비자의 욕구가 점차 다양해지고 고급화됨에 따라 더욱더 신뢰성 있는 제품을 요구하게 되어 "목표치에 근접한 제품"의 개념을 사용하게 된 것이다. 여기서는 품질을 손실로 평가함으로써 생산자에게 품질 손실을 줄이기 위한 계속적인 품질향상에 노력을 기울이게 하고, 제품을 낮은 원가로 생상 및 판매가 가능해지도록 하였다. 여기서 손실로 정의된 품질을 품질손실(quality loss)이라고 하고 품질손실을 화폐단위로 계량화함으로써 객관화하였으며, 품질손실과 비용의 함수로 표현된 손실을 손실 함수(loss function)를 2차 함수로 근사화시켜 사용하였다.
품질 특성이나 생상 물의 결과에 영향을 미치는 변수(인자)들은 다음과 같이 분류할 수 있다. (1) 제어 인자(control factor) 설계자에 의해 자유롭게 조절이 가능하며 최적 설계조건 또는 최적 공정조건을 찾기 위하여 사용되는 인자로써 온도, 압력, 시간, 작업방법 등과 같이 실험에서 자유롭게 조절될 수 있는 인자이다. 제어 인자는 몇 개의 수준을 가지며 수준의 선택은 통제가 가능하다. (2) 신호 인자(signal factor) 목표에 인접한 특성을 얻을 수 있도록 목표에 따라 선택되는 인자로써 목표에 대하여 언급하고 목표 달성을 위해 조절되는 인자이다. 즉, 제품을 사용할 때 필요에 따라 소비자가 조정하여 원하는 제품의 성능을 조절할 수 있는 인자이다. 예를 들어 선풍기의 속도 조정, 자동차의 핸들 각도, 복사기에 의해 복사되는 원본, 라디오와 같이 주파수 조정을 위해 주 조정 손잡이와 미세 조정 손잡이를 모두 사용할 수 있는 경우 등을 들 수 있다. (3) 잡음 인자(noise factor) 설계자가 통제하기 어려운 인자와 통제하는데 비용이 많이 드는 인자를 말하는 것으로, 생산되는 제품 품질특성을 목표치로부터 벗어나게 하는 원인을 말한다. 잡음 인자의 수준은 제품별로, 환경별로, 시간별로 변화하기 때문에 잡음 인자의 통계적 특성으로써 인식하는 것이지 실제 값을 알 수는 없다. 잡음 인자는 반응 y가 신호 인자 M에 대해 규정된 목표치를 벗어나게 하는 원인이 되며 품질손실을 야기한다.
품질 특성(quality characteristic)이란 강건설계의 연구에서 품질을 평가하거나 최적화하기 위해 측정되는 제품의 응답을 뜻한다. 예를 들면 제품의 평균 수명, 제조 시간, 원가의 감소 등이며 본 연구에서는 도광판의 휘도와 휘도의 균일도를 그 특성치로 하였다. 품질 특성은 크게 다음과 같이 두 가지로 나눌 수 있다.
(1) 정특성 : 입력이 일정하게 유지되는 경우를 말하며 치수 강도, 출력 전압, 손도, 온도특성 등이 있다. 이는 다시 다음과 같이 셋으로 나눌 수 있다. ① 망소 특성 : 음수가 아니며 작을수록 좋은 특성을 말하며 자동차의 배기 가스등이 이에 해당한다. ② 망대 특성 : 음수가 아니며 클수록 좋은 특성이다. 예를 들면 자동차의 연비, 생산 속도, 수확량 등이다. ③ 망목 특성 : 특정한 목표 값이 있어서 이에 근접할수록 좋은 경우를 말한다. 이런 경우는 증착증의 두께, 타일의 규격 등이 있다.
(2) 동특성 : 입력 신호에 대응하여 출력 신호가 변화하는 경우를 말한다. 예를 들면 자동차 브레이크의 성능이 자동차의 주행속도에 따라 변하거나 자전거의 속도와 같이 페달을 밟은 정도에 따라 변하는 경우 등이다.
SN비 : 다구찌 방법의 목적은 잡음에 강한 설계를 하는 것이다. 실제 생산 현장은 재료의 다양함, 작업자의 부주의, 통제 불가능한 외부 환경 등 제어할 수 없는 조건이 너무 많다. 다구찌 방법은 이러한 잡음에 대한 오차를 없애거나 줄이려는 목적보다는 잡음의 영향을 받지 않으려는데 있다. 즉 제어할 수 있는 영향력이 강한 인자를 찾아내 이 인자들의 영향력을 최대로 하여 잡음의 영향력을 최소로 하는 것이 다구찌 방법의 강건설계이다. 따라서 SN 비는 신호 대 잡음의 비율(signal-to-noise-ration)로 정의된다. 신호는 목적을 수행하기 위하여 전달되어 산출물의 품질 수준에 영향을 주는 것이며, 잡음의 산출물의 품질에 변동을 초래하는 영향력이다. SN 비는 통신 부분에서 신호 대 잡음을 의미하며 통신 분야에서 사용하는 데시벨(dB) 단위를 사용한다. 여기서 잡음은 랜덤 한 것이 아니라 확실한 차이가 나는 편차 원인이다. SN 비는 기본 기능의 편차에 대한 다수의 계측치로부터 단 하나의 수치로 기능성을 종합적으로 평가하는 것이다. SN 비는 계측치의 집합을 하나의 수치로 집약하는 기능성이라는 새로운 평가치를 작성하는 기술로 판단의 능률화를 목적으로 하고 있다. 망목 특성인 경우 우선 분산을 줄이기 위한 SN비를 구한 후 품질특성에 대한 비례 인자를 사용하여 평균값을 목표치에 근접시키는 것이 필요하다. 이때 비례 인자로는 SN비에는 영향을 주지 않지만 평균값에 영향이 큰 인자를 선택한다.
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