[논문]생산수량이 한정된 신제품의 품질수준 평가를 위한 샘플링검사 방법 : 개발단계 유도무기를 중심으로

신병철; 변재현; 이창우; 이기용; 최종수; 우희성; 서보길

doi:10.7232/jkiie.2015.41.5.481

Abstract ▼ AI-Helper

In the product development stage, it is very important to ensure demanded quality level before moving to the full-scale manufacturing. For example, in developing guided weapons, live-fire tests are required to verify the final performance of the weapons which are very expensive. The quality evaluati...

In the product development stage, it is very important to ensure demanded quality level before moving to the full-scale manufacturing. For example, in developing guided weapons, live-fire tests are required to verify the final performance of the weapons which are very expensive. The quality evaluation of the guided weapons needs destructive testing, which makes it necessary to test as small number of samples as possible. This paper presents sampling inspection plans and calculating system for finite population guided weapons, which can meet the demanded quality level and confidence level with the minimum number of performance tests. The result of this paper can be useful for any kind of costly destructive testing.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 개발단계 유도무기를 중심으로 고가의 파괴 시험에 효율적으로 활용할 수 있는 샘플링검사 방법을 제시하고자 한다. 유도무기의 주요 품질특성치인 명중률을 최종적으로 확인하기 위해서는 실제로 사격시험을 해야 한다.
본 논문에서는 생산수량이 한정된 제품의 모집단 품질수준을 평가하기 위한 3가지 샘플링검사 방법을 비교하였고, 가장 효율적인 방법을 선정하여 개발단계 유도무기의 시험평가에 활용할 수 있는 샘플링검사계획을 제시하였다. 주어진 모집단의 크기에 따라, 다양한 보장명중률, 신뢰수준, 허용불량개수 별로 평가에 필요한 최소 시험횟수를 산출표로 나타내었고, 최소의 시험수량 또는 정확한 신뢰수준 등을 계산할 수 있는 산출시스템을 개발하여 제시하였다.
본 절에서는 개발단계 유도무기의 품질을 평가하기 위한 샘플링검사 방법을 편리하게 이용할 수 있도록 ‘최소시험 수량 산출표’와 Excel VBA를 이용해 개발한 ‘시험수량 산출 시스템’을 제시하고자 하는데, 본 산출표와 산출시스템은 유도무기가 아닌 일반 신제품의 품질평가에도 사용할 수 있다.
(2015)은 소량 주문에 따라 생산하는 고가 개발품의 성능시험을 위하여, 유한모집단에 쓰이는 초기하분포와 시험 결과에 근거하여 베이지안 규칙을 활용한 신뢰수준을 산출 하는 방법을 제시하였다. 이 논문이 위에서 언급한 연구방법 들과 가장 큰 차이점은 생산예정 수량을 감안하여 초기하분포를 이용하는 것이다.

가설 설정

∙모든 시행의 성공확률은 같다.
∙시행 횟수는 미리 정해져야 한다.

제안 방법

최소시험 수량 산출표는 다양한 모집단의 크기(생산예정 수량), 보장명중률, 신뢰수준, 허용불량개수 별로 시험수량을 표로 나타내어 부록에 첨부하였다. 모집단 크기는 시험수량의 변화가 거의 없는 구간은 생략하여 50, 75, 100, 200, 300, 400, 500으로 분류하였고, 보장명중률 및 신뢰수준은 60% 이상에서 90% 이하까지 나타내었으며, 허용불량개수는 0, 1, 2까지 고려하였다. 보다 다양한 값을 얻기 위해서는 ‘시험수량 산출 시스템’을 이용하면 된다.
본 논문에서는 유도무기 개발 관련 기관들이 가능한 적은 수의 사격시험으로 개발품의 품질수준을 평가할 수 있는 ‘최소시험 수량 산출표’와 ‘시험수량 산출시스템’을 제공한다.
(2015)의 연구가 가장 우수한 방법임을 확인하였다. 본 절에서는 이 방법에서 이용한 사격횟수 도출 과정을 예를 통하여 소개하고, 제 4.2절에서는 실제 개발단계의 품질평가를 위하여 샘플링검사에서 활용할 수 있는 최소시험 수량 산출표와 산출시스템을 제시한다.
위 조건들을 만족할 때에 불량률을 예측하기 위하여 이항분포식 (1)을 이용하였고, 장비의 로트 허용불량률(Lot Tolerance Percent Defective; LTPD)을 보증하기 위해 n개의 성능시험에서 허용 가능한 불량품의 개수가 k개 일 때에 각각의 불량률의 합을 식 (2)로 계산하였다.
보다 다양한 값을 얻기 위해서는 ‘시험수량 산출 시스템’을 이용하면 된다. 이 산출시스템에는 모집단의 크기, 표본크기, 보장명중률, 신뢰수준, 허용불량개수 등 5가지의 값을 입력할 수 있는데, 모집단 크기(주어지는 값)를 제외한 4개의 값들 중 3개의 값을 정하면 나머지 하나의 값을, 또는 2개의 값이 주어지면 다른 2개의 값을 출력할 수 있도록 하였다. 모집단의 크기는 최대 1,000까지 입력할 수 있고, 허용불량개수는 5개까지 고려할 수 있다.
본 논문에서는 생산수량이 한정된 제품의 모집단 품질수준을 평가하기 위한 3가지 샘플링검사 방법을 비교하였고, 가장 효율적인 방법을 선정하여 개발단계 유도무기의 시험평가에 활용할 수 있는 샘플링검사계획을 제시하였다. 주어진 모집단의 크기에 따라, 다양한 보장명중률, 신뢰수준, 허용불량개수 별로 평가에 필요한 최소 시험횟수를 산출표로 나타내었고, 최소의 시험수량 또는 정확한 신뢰수준 등을 계산할 수 있는 산출시스템을 개발하여 제시하였다. 본 연구의 결과인 시험수량 산출시스템을 이용하면, 향후 개발될 다양한 유도무기의 생산 예정수량, 요구명중률, 신뢰수준에 따라 최소의 시험횟수를 정할 수 있게 되어 국방무기체계 개발 및 시험평가의 효율성을 높일 수 있을 것이다.
최소시험 수량 산출표는 다양한 모집단의 크기(생산예정 수량), 보장명중률, 신뢰수준, 허용불량개수 별로 시험수량을 표로 나타내어 부록에 첨부하였다. 모집단 크기는 시험수량의 변화가 거의 없는 구간은 생략하여 50, 75, 100, 200, 300, 400, 500으로 분류하였고, 보장명중률 및 신뢰수준은 60% 이상에서 90% 이하까지 나타내었으며, 허용불량개수는 0, 1, 2까지 고려하였다.

이론/모형

0 이상으로 추정되는 문제점이 있다. 이를 해소하기 위하여 An(2013)은 식 (3)과 같이 Wilson(1927)의 점수 구간(Wilson score interval) 추정방법을 이용하여 모든 사격 유도탄이 목표물에 명중할 때, 사격시험 수에 따른 추정명중률의 신뢰수준을 제시하였다. An(2013)은 또한 11회의 사격시험 결과, 목표물 타격에 실패한 수에 따른 추정명중률의 신뢰수준을 추가로 나타내었다.

후속연구

향후 연구방향은 1) 과거 유사제품에 대한 품질평가 결과가 있을 때에 이에 근거하여 신제품의 품질을 예측하는 방법, 2) 신제품의 품질수준을 평가함에 있어서 개발품과 생산예정 제품의 생산 환경이 다를 때에 개발품의 시험평가 결과를 가지고 변화된 생산 환경의 변수들을 고려하여 생산예정 제품의 품질을 예측할 수 있는 방법, 3) 대용특성(surrogate variable)을 이용한 비파괴전수검사 방법으로 무기체계의 주요 특성을 평가하고, 그 결과와 실제 파괴시험에서 파악한 샘플링검사 결과 간의 상관성을 제시함으로써 추후 비파괴검사의 적합성을 판단하고 활용성을 높이는 것이 될 것이다.
생산수량이 여러 해에 걸쳐 연도별로 계획되어 있고 생산 환경이 연도별로 다를 때에는, 우선 첫해 납품수량을 모집단 크기로 보고 샘플링검사를 실시한다. 검사결과가 만족스러우면 납품수량만큼 생산을 시작하고, 기준에 못 미칠 경우에는 설계개선을 통해 필요한 수량만큼을 다시 생산하여 검사한다. 그 이후 연도에는 주어진 모집단 크기를 대상으로 품질수준을 평가하면 될 것이다.
검사결과가 만족스러우면 납품수량만큼 생산을 시작하고, 기준에 못 미칠 경우에는 설계개선을 통해 필요한 수량만큼을 다시 생산하여 검사한다. 그 이후 연도에는 주어진 모집단 크기를 대상으로 품질수준을 평가하면 될 것이다. 반면에 생산수량이 연도별로 정해져 있으며 매년 환경을 동일하게 유지할 수 있다면, 모든 생산수량의 합을 모집 단의 크기로 삼아 샘플링검사계획을 수립하면 된다(Byun et al.
본 연구의 결과인 시험수량 산출시스템을 이용하면, 향후 개발될 다양한 유도무기의 생산 예정수량, 요구명중률, 신뢰수준에 따라 최소의 시험횟수를 정할 수 있게 되어 국방무기체계 개발 및 시험평가의 효율성을 높일 수 있을 것이다. 본 연구에서 개발한 시험수량 산출표와 산출시스템은 유도무기 외에도 고가의 한정 생산 신제품의 품질평가에 유용하게 활용할 수 있다.
본 논문에서는 유도무기 개발 관련 기관들이 가능한 적은 수의 사격시험으로 개발품의 품질수준을 평가할 수 있는 ‘최소시험 수량 산출표’와 ‘시험수량 산출시스템’을 제공한다. 본 연구의 결과는 개발단계 유도 무기 외에도 생산수량이 한정된 고가 신제품의 시험평가에 활용할 수 있다.
주어진 모집단의 크기에 따라, 다양한 보장명중률, 신뢰수준, 허용불량개수 별로 평가에 필요한 최소 시험횟수를 산출표로 나타내었고, 최소의 시험수량 또는 정확한 신뢰수준 등을 계산할 수 있는 산출시스템을 개발하여 제시하였다. 본 연구의 결과인 시험수량 산출시스템을 이용하면, 향후 개발될 다양한 유도무기의 생산 예정수량, 요구명중률, 신뢰수준에 따라 최소의 시험횟수를 정할 수 있게 되어 국방무기체계 개발 및 시험평가의 효율성을 높일 수 있을 것이다. 본 연구에서 개발한 시험수량 산출표와 산출시스템은 유도무기 외에도 고가의 한정 생산 신제품의 품질평가에 유용하게 활용할 수 있다.
실제로 국내에서 개발한 장거리 대잠수함 어뢰인 홍상어의 경우, 운용시험평가에서 4발 중 3발을 명중시켜 전투용 적합 판정을 받고 실전에 배치하였으나, 이후 추가 사격시험에서 성능미달로 인해 양산이 중지된 사례가 있다. 현재 객관적인 유도무기 시험평가 방법이 시급히 정립되지 않는다면 이와 같은 품질문제는 향후 계속하여 발생할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유도무기 사격시험에는 어떤 제약이 따르는가?	개발 중인 유도무기를 전력화할지의 여부는 사격시험을 통해 군이 요구한 명중률을 만족하는지에 달려있다. 유도무기 사격시험은고가의 파괴검사라는 특성 때문에 샘플링검사만 가능한데, 개발을 완료하고 나면 일단 필요한 샘플만큼의 수량만 초도 생산하여 시험하게 된다. 그런데 시험평가를 위해 많은 비용이 소요되므로 가능한 시험횟수를 최소화하여 효율적으로 품질 수준을 평가할 수 있어야 한다.
	고가 개발품의 품질을 평가하기 위해서는 무엇이 필요한가?	유도무기 외에도 한정된 생산수량의 고가 개발품의 품질을 평가하기 위해서는 지금까지 연구된 평가방법들 간의 비교분석을 통해 적합한 시험평가 방법을 선정하고, 그에 따라 유도 무기 품질평가 시 가능한 최소의 사격시험횟수를 산출하는 시스템을 구축하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 유도무기 개발 관련 기관들이 가능한 적은 수의 사격시험으로 개발품의 품질수준을 평가할 수 있는 ‘최소시험 수량 산출표’와 ‘시험수량 산출시스템’을 제공한다.
	사격수량 대비 명중발수의 비율으로만 무기테스트를 하면 어떤 문제를 일으킬 수 있는가?	신뢰수준의 개념을 적용 하지 않고 단순히 사격수량 대비 명중발수의 비율만으로 평가하고 있는 것이다. 이런 방법으로는 유도무기의 품질수준을 제대로 평가하지 못하고, 국방무기의 신뢰도 저하를 초래할수 있다. 실제로 국내에서 개발한 장거리 대잠수함 어뢰인 홍상어의 경우, 운용시험평가에서 4발 중 3발을 명중시켜 전투용 적합 판정을 받고 실전에 배치하였으나, 이후 추가 사격시험에서 성능미달로 인해 양산이 중지된 사례가 있다.

참고문헌 (4)

An, D. (2013), Estimation Method of the Success Probability and the Fire Number as Missile Fire Results, Proceedings of the International Military Science and Technology Fair, 87-91.
Byun, J.-H., Shin, B.-C., and Lee, C.-W. (2015), A Study on Small-Sample Inspection Plan for New Product Quality Evaluation of Finite Population, Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, 41(1), 115-120.

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Sherwin, E. R. (2000), Analysis of "One-Shot" Devices, START (Selected Topics in Assurance Related Technologies), A Publication of DoD Reliability Analysis Center, 7(4), 1-4.
Wilson, E. B. (1927), Probable Inference, the Law of Succession, and Statistical Inference, Journal of the American Statistical Association, 22, 209-212.

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