제품의 품질 개선을 위한 공차 분석
 

이번 호에서는 제품의 품질 관리와 개선의 시작 기준이 되는 설계도면의 오류를 줄이고 품질은 높이기 위한 공차 분석(tolerance analysis)에 대해 살펴보도록 한다.

■ 김광수
태성에스엔이 기술본부 구조 1팀의 엔지니어로, 3차원 공차 분석 분야의 기술지원, 교육 및 컨설팅을 당담하고 있다. 
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제품은 설계 → 제작 → 조립 → 검사 → 출하의 과정을 거치면서 소비자에게 공급된다. 오늘날 소비자들은 제품의 기능과 품질을 다양한 매체와 정보 자료를 통해 평가하고 구매 여부를 결정한다. 제조사는 이와 같은 소비자의 호감을 얻을 수 있어야만 기업 이미지 개선 및 매출 증대를 기대할 수 있다. 
고품질의 제품을 만들기 위해서는 수 많은 시제품 제작과 실험을 진행하게 되는데, 개발 비용을 낮추기 위해 다양한 검증 시뮬레이션을 진행하여 성능과 품질을 보완하는 방법을 연구하게 된다.
품질 관리의 7가지 유형별 개선 방안을 살펴보면 다음과 같다. 

■ 문제 기술 : 문제점 기술 
■ 원인 규명 : 불량이 발생한 진인을 규명 
■ 임시 조치 : 생산 중지 또는 생산량 감소 
■ 대책 수립 : 불량 발생을 방지하기 위한 대책 수립 
■ 시정 조치 : 수립된 대책으로 개선 조치를 실시 
■ 효과 파악 : 문제점이 완전히 제거되었는지 검증 
■ 표준화 : 효과가 검증된 개선 방법을 표준화 

품질 이슈는 개발 단계와 제조/사용 환경에 따라 발생한다. 품질 관리와 개선은 무엇을 기준으로 시작할 수 있는가? 바로 설계도면(drawing)이다. 설계도면을 바탕으로 가공, 제작, 조립을 거쳐 완성품이 된다. 품질은 완제품이 도면에 명시된 기준에 부합하는지를 가지고 판단한다. 하지만 필자의 컨설팅 경험에 의하면, 도면에 잘못 표기된 오류가 품질 불량을 유발하는 경우도 매우 많다.

1. 공차와 관련된 문제점과 공차 분석의 목적
공차 분석의 주요한 목적은 조립 품질의 편차를 예측하고, 예측 결과를 바탕으로 디자인을 개선함으로써 품질과 비용을 최적의 수준으로 유지하는 것이다.(balance between design performance & cost)
한편, 공차와 관련된 문제점으로는 다음과 같은 것들이 있다.

■ 조립 및 기능의 문제
• 부품 간의 간섭(조립 후 작동 불가능)
• 다른 부품과 결합 구멍 위치의 차이(체결 불가능)
• 커넥터 핀 구멍 크기의 차이(커넥터 결합 불가능)

■ 성능 문제
• 백래시(backlash)의 양(소음 진동)
• 스위치 조작 간격(압입량, 접촉 불량) 

■ 외관의 문제
• 부품 간 틈새의 균일성(외관 품질 불량)
• 부품 간 단차의 균일성(외관 품질 불량)
 

그림 1