[논문]K5 방독면 공정품질 수준에 관한 연구

김석기; 변기식; 이상엽; 박재우; 인치연

doi:10.5762/kais.2021.22.1.74

[국내논문] K5 방독면 공정품질 수준에 관한 연구
A Study on the Process Quality Level of K5 Gas Mask 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.22 no.1, 2021년, pp.74 - 80

김석기 (국방기술품질원 전투물자센터) , 변기식 (국방기술품질원 전투물자센터) , 이상엽 (국방기술품질원 전투물자센터) , 박재우 (국방기술품질원 전투물자센터) , 인치연 (한컴라이프케어 품질본부)

초록
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본 연구는 최근 전력화가 완료되어 양산이 진행 중인 K5 방독면에 대한 공정품질 수준을 평가하기 위하여 통계적 공정관리 기법을 활용하여 양산 단계 및 로트 별 분석을 수행하였다. 렌즈의 접착강도는 K5방독면의 기술적 요구사항 중 유일하게 생산 공정 간 평가하는 항목으로, 초도 및 2차 양산간 획득된 고무안면부와 렌즈 사이의 접착정도를 측정한 시험결과를 바탕으로 기술통계 및 통계적 공정관리 기법을 적용하여 분석하였다. 기술통계 분석결과에 따르면 초도 양산 대비 2차 양산 공정에 대한 결과가 더 좋음을 나타내고 있었다. 통계적 공정관리 기법인 관리도 분석과 공정능력지수에 대한 양산 단계 별 분석결과, 공정품질 수준 또한 양산이 진행됨에 따라 향상되고 있음을 확인 할 수 있었다. 이는 공정이 점차 안정화 되고 업무 숙련도에 의해 개선이 되고 있음을 보여주고 있었다. 이에 초도 및 2차 양산 간 획득된 성능시험 결과를 바탕으로 향후 3차 양산을 위한 기초자료로서 활용하고자 한다. 더불어 린6시그마의 DMAIC[Define(정의)-Measure(측정)-Analyze(분석)-Improve(개선)-Control(관리)] 방법론을 통해서 K5방독면의 품질향상 등의 목표달성을 수행할 예정이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the process quality level of a K5 gas mask, which recently acquired its operational capability, through statistical process analysis for the mass production stages and their lots. The tensile adhesion strength was the only operating requirement in the manufacturing process of the K5 gas mask. For this purpose, the results of tensile adhesion strength between the lens and facial rubber during the initial and second mass production stages were analyzed using conventional statistical and statistical process analysis methods. The conventional statistical results indicated that the second mass production stage was better than the initial mass production stage. In cases of a control chart and process capability of tensile adhesion strength, the process quality level was also improved by following the mass production stages. The improvement was caused by process stabilization and work skill elevation. These results and methods are expected to be conducted and utilized in the third mass production stage. Moreover, quality improvement of K5 gas mask mass production can be achieved using the Lean 6 sigma procedure, MDAIC (Define, Measure, Analyze, Improve, Control).

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Gas masks for ROK armed forces. (a) K-1 (b) KM24 (c) KM25 and (d) K5.
표 Table 1. Specification of K-1 and K5 gas masks
그림 Fig. 2. The schematic diagram of research process.
그림 Fig. 3. Test sample preparation
표 Table 2. Experiment parameters for the weathering condition
그림 Fig. 4. Tensile adhesion strength results for pretreatment and ageing, weathering and cold conditioned samples. (a) mean of whole and each mass production stages with standard deviation. (b) median of whole and each mass production stages.
$Fig. 5. <TEX>$\bar{X}$</TEX> - s Chart of tensile adhesion strength by each production stages for pretreatment. Blue dashed line(- - -) indicates boundary of production stages.$ 그림 Fig. 5. $\bar{X}$ - s Chart of tensile adhesion strength by each production stages for pretreatment. Blue dashed line(- - -) indicates boundary of production stages.
표 Table 3. Tensile adhesion strength results.
그림 Fig. 6. Process capability of tensile adhesion strength by (a) whole, (b) initial and (c) 2nd mass production stages for pretreatment.
표 Table 4. Rating standard table of Cpk
표 Table 5. Cpk of tensile adhesion strength

AI 본문요약
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문제 정의

K5 방독면에 대한 통계적 공정관리는 초도 및 2차 양산 간 획득된 성능시험 결과를 바탕으로 K5 방독면 고무 안면부-렌즈 접착 공정에 대한 공정품질 수준을 관리도와 공정능력분석을 통해 평가하였고, 이를 3차 양산 품질관리를 위한 기초자료로서 활용하고자 하였다.
앞서의 기술통계 분석결과에 따르면, 초도 양산 대비 2차 양산 제품에 대한 시험결과 높은 접착강도를 보여주고 있었는데, 관리도 분석을 통해서 공정평균과 산포에 의한 공정 상태를 확인하고자 하였다. Fig.
6 % 내로 큰 차이를 보이지 않았으며, 모든 시험 조건에서 초도 양산 대비 2차 양산에서 높은 접착강도를 보여주고 있었다. 이를 좀 더 정확하게 분석하기 위해서 양산단계의 진행에 따른 관리도 분석을 통해서 각 단계별 공정 상태를 확인하고자 하였다.
따라서 모든 기술적 요구 조건을 만족하기 위해서는 안정적인 공정관리 능력이 필수적으로 요구된다. 이에 본 연구에서는 최근 전력화 후 양산 중인 K5 방독면에 대한 공정관리 수준을 평가하기 위하여 국방규격 KDS 4240-4009의 기술적 요구 조건 중 공정 간 평가 항목인 렌즈의 접착강도에 대한 로트별 시험 결과를 바탕으로 기술통계 및 관리도 그리고 공정능력지수를 통해 분석하였다. 분석결과, 모든 지표에 있어서 초도 양산 대비 2차 양산의 공정능력이 향상되고 있음을 확인 할 수 있었다.
이에 본 연구에서는 통계적 공정관리(Statistical Process Control, SPC) 기법을 적용하여 K5 방독면 공정에 대한 공정품질수준을 평가하고자 하였다. 통계적 공정관리는 ① 공정을 관리상태 유지하고, ② 생산된 제품이 규격 요구조건을 충족하도록 공정을 관리하는 활동[4] 으로 정의되며, 각각 관리도와 공정능력분석을 통해 공정관리를 달성하는 것을 주목표로 하고 있다.

제안 방법

1개 당 4개씩 절단하여 채취하였다. (Fig. 3) 채취된 시료 중 3개를 각각 1개씩 노화, 내후, 내한 처리를 수행하고, 전처리 시료 1개를 포함하여 접착강도 시험을 수행하였다. 접착강도는 KS M ISO 37[7]에서 규정된 시험 장치를 사용하여 분당 300 mm ± 50 mm의 인장 속도로 시험하였다.
대한 등급을 평가하게 된다. (Table 4) 접착 강도의 경우 규격하한만 존재하는 한쪽 규격이므로 공정능력에 대한 기준은 한쪽 규격에 대한 기준을 적용하여 판단하였다.
5시간 저온처리 하였다. 모든 환경처리 이후 접착 강도시험은 시료를 상온에서 안정화 시킨 후 수행하였다.
본 연구과정은 방독면의 안면부로부터 Fig. 3 과 같이 시편을 채취하여 환경 처리 후 만능재료시험기를 이용하여 인장강도를 통해 접착강도를 측정하였다. 이를 통하여 획득한 데이터는 기술통계 및 통계적 공정관리 기법을 적용하여 분석하였다.
중심위치 수치화에는 산술평균(mean)과 중앙값(median)을 활용하였는데, 측정값이 동일 로트 내에서 큰 편차를 보이고 있었기 때문에 두 결과 값의 비교를 통해 데이터의 중심위치를 확인하고자 하였다. 산술평균의 경우에는 각 로트 별 측정값 중 최댓값과 최솟값을 제외한 산술평균을 계산했으며, 큰 편차에서 기인한 산술평균의 왜곡을 확인하고자 중앙값을 함께 비교해 보았다. (Fig.
접착강도 시험결과를 분석하기 위해서 가장 먼저 데이터의 중심위치를 수치화하여 분석하였다. 중심위치 수치화에는 산술평균(mean)과 중앙값(median)을 활용하였는데, 측정값이 동일 로트 내에서 큰 편차를 보이고 있었기 때문에 두 결과 값의 비교를 통해 데이터의 중심위치를 확인하고자 하였다.
3) 채취된 시료 중 3개를 각각 1개씩 노화, 내후, 내한 처리를 수행하고, 전처리 시료 1개를 포함하여 접착강도 시험을 수행하였다. 접착강도는 KS M ISO 37[7]에서 규정된 시험 장치를 사용하여 분당 300 mm ± 50 mm의 인장 속도로 시험하였다.
중심위치를 수치화하여 분석하였다. 중심위치 수치화에는 산술평균(mean)과 중앙값(median)을 활용하였는데, 측정값이 동일 로트 내에서 큰 편차를 보이고 있었기 때문에 두 결과 값의 비교를 통해 데이터의 중심위치를 확인하고자 하였다. 산술평균의 경우에는 각 로트 별 측정값 중 최댓값과 최솟값을 제외한 산술평균을 계산했으며, 큰 편차에서 기인한 산술평균의 왜곡을 확인하고자 중앙값을 함께 비교해 보았다.
특히, 기존 방독면 대비 넓은 시야를 제공함은 물론이고 일반, 전차, 항공용으로 구분되어 있던 방독면을 통합하여 전투효율성을 극대화 하였다. 또한 작용제 방호시간 증가와 통기저항 개선, 기밀성능 향상 등을 통해서 착용자의 생존능력을 강화하였으며 그에 대한 주요성능은 Table 1과 같다.

대상 데이터

렌즈의 접착강도는 시험편의 크기를 접착부위 25 mm ± 2 mm, 길이 50 mm ± 10 mm 인 직사각 형태로 고무 안면부와 접착부위가 각각 절반씩 위치하도록 방독면 1개 당 4개씩 절단하여 채취하였다. (Fig.
시험은 한국건설생활환경시험연구원에서 진행하였으며, 로트 별 16개의 측정데이터가 도출되었다. 시험에 사용된 모든 분석결과는 통계소프트웨어인 MINITAB을통해 산출하였다.
접착강도 시험 및 분석 대상은 총 11개 로트이며, 각각 초도 양산 5개 로트, 2차 양산 6개 로트로 구성되어있다. 시험은 한국건설생활환경시험연구원에서 진행하였으며, 로트 별 16개의 측정데이터가 도출되었다.

데이터처리

시험은 한국건설생활환경시험연구원에서 진행하였으며, 로트 별 16개의 측정데이터가 도출되었다. 시험에 사용된 모든 분석결과는 통계소프트웨어인 MINITAB을통해 산출하였다.
3 과 같이 시편을 채취하여 환경 처리 후 만능재료시험기를 이용하여 인장강도를 통해 접착강도를 측정하였다. 이를 통하여 획득한 데이터는 기술통계 및 통계적 공정관리 기법을 적용하여 분석하였다. (Fig.

성능/효과

6에서는 초도 및 2차 양산 그리고 전체에 대한공정 능력지수 산출결과이다. Cpk를 통한 공정능력 등급 확인 결과, 초도 양산은 B 등급(General), 2차 양산은 A 등급(Good)을 보여주고 있었으며, 전체 양산 단계의 공정능력은 A등급(Good)을 나타내고 있었다. 앞서의 기술통계 분석과 관리도 분석 결과와 마찬가지로 양산 단계가 진행됨에 따라서 점차 공정이 안정화 되고 있음을 정량적으로 파악 할 수 있었으며, 특히 양산 단계가 진행됨에 따라서 공정능력 등급이 상향하였음을 확인할 수 있었다.
관리도 산출결과, 기술통계 분석에서와 마찬가지로 중심선이 실제로 초도 양산 대비 2차 양산에 있어서 더 높은 상태임을 확인할 수 있었다. 다만, 초도양산 마지막 5로트에서 관리 한계선 UCL을 벗어나는 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 양산이 진행됨에 따라서 점차 공정이 안정되고 작업자의 숙련도가 증가함에 의해 기인된 것으로 판단되며, 2차 양산에서 그 수준이 지속적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
상태임을 확인할 수 있었다. 다만, 초도양산 마지막 5로트에서 관리 한계선 UCL을 벗어나는 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 양산이 진행됨에 따라서 점차 공정이 안정되고 작업자의 숙련도가 증가함에 의해 기인된 것으로 판단되며, 2차 양산에서 그 수준이 지속적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실제 공정 불량률의 경우에도 공정이 점차 안정화 되면서 기존의 0.
이에 본 연구에서는 최근 전력화 후 양산 중인 K5 방독면에 대한 공정관리 수준을 평가하기 위하여 국방규격 KDS 4240-4009의 기술적 요구 조건 중 공정 간 평가 항목인 렌즈의 접착강도에 대한 로트별 시험 결과를 바탕으로 기술통계 및 관리도 그리고 공정능력지수를 통해 분석하였다. 분석결과, 모든 지표에 있어서 초도 양산 대비 2차 양산의 공정능력이 향상되고 있음을 확인 할 수 있었다.
분석결과, 산술평균과 중앙값 간 차이는 2.6 % 내로 큰 차이를 보이지 않았으며, 모든 시험 조건에서 초도 양산 대비 2차 양산에서 높은 접착강도를 보여주고 있었다. 이를 좀 더 정확하게 분석하기 위해서 양산단계의 진행에 따른 관리도 분석을 통해서 각 단계별 공정 상태를 확인하고자 하였다.
Cpk를 통한 공정능력 등급 확인 결과, 초도 양산은 B 등급(General), 2차 양산은 A 등급(Good)을 보여주고 있었으며, 전체 양산 단계의 공정능력은 A등급(Good)을 나타내고 있었다. 앞서의 기술통계 분석과 관리도 분석 결과와 마찬가지로 양산 단계가 진행됨에 따라서 점차 공정이 안정화 되고 있음을 정량적으로 파악 할 수 있었으며, 특히 양산 단계가 진행됨에 따라서 공정능력 등급이 상향하였음을 확인할 수 있었다. (Table 5)
다만, 초도양산 마지막 5로트에서 관리 한계선 UCL을 벗어나는 것을 확인 할 수 있었는데, 이는 양산이 진행됨에 따라서 점차 공정이 안정되고 작업자의 숙련도가 증가함에 의해 기인된 것으로 판단되며, 2차 양산에서 그 수준이 지속적으로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실제 공정 불량률의 경우에도 공정이 점차 안정화 되면서 기존의 0.0 % 수준에서 0.0 % 수준으로 감소하였기에, 상기 데이터에 대한 분석 결과를 뒷받침 하는 것으로 확인되었다.
8 %) 수준의 부착강도를 보여주고 있었다. 환경시험 중에서 노화 시험의 경우 접착 강도에 가장 큰 영향성을 미치는 것으로 나타났는데, 이는 노화 시험 자체의 목적이 고온에 대한 촉진 노화를 통해 짧은 시간에 자연노화의 효과를 평가하는 것이기 때문에 가장 낮은 결과를 보여주는 것으로 판단할 수 있었다. (Table 3)
환경시험에 따른 접착강도의 영향성은 전처리 대비 노화의 경우 93.2 %(중앙값의 경우 92.3 %), 내후는 96.8 %(중앙값의 경우 98.3 %) 그리고 내한의 경우에는 98.8 %(중앙값의 경우 99.8 %) 수준의 부착강도를 보여주고 있었다. 환경시험 중에서 노화 시험의 경우 접착 강도에 가장 큰 영향성을 미치는 것으로 나타났는데, 이는 노화 시험 자체의 목적이 고온에 대한 촉진 노화를 통해 짧은 시간에 자연노화의 효과를 평가하는 것이기 때문에 가장 낮은 결과를 보여주는 것으로 판단할 수 있었다.

후속연구

이러한 결과를 바탕으로, 향후 3차 양산에서는 품질개선방법론 중에서도 린6시그마의 DMAIC [Define(정의)- Measure(측정)-Analyze(분석)-Improve(개선)-Control(관 리)] 방법론[10]을 통해서 양산단계 주요 프로세스 최적화를 통한 품질향상, 비용절감, 고객만족 등의 목표달성을 수행할 예정이다.

참고문헌 (10)

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J. H. Oh, "A Study on Improving the Quality Assurance Activities of Raw Materials for Functional Combat Boots through X-control Chart Analysis", Proc. Spring Conference of J. Korean Soc. Qual. Manag., pp. 182, Oct. 2018.
K.-B. Ku, J.-W. Kwon, H.-S. Jin, "A Study on Searching Stabled EMI Shielding Effectiveness Measurement Point for Military Communication Shelter using Support Vector Machine and Process Capability Analysis", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 20, No. 2, pp. 321-328, Feb. 2019. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2019.20.2.321

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KS M ISO 37 Rubber, vulcanized or thermoplastic - Determination of tensile stress-strain properties, Korea Agency for Technology and Standard, 2017.
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KS M ISO 4892-2 Plastics - Methods of exposure to laboratory light sources - Part 2: Xenon-arc lamps, Korea Agency for Technology and Standard, 2017.
George, Michale, L, Lean Six Sigma : Combining Six Sigma Quality with Lean Speed, McGraw-Hill, 2002.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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