2000년대로 전환되는 과정에서 제조업의 가장 큰 변화는, DFSS에 의해 기존의 “반응적 설계”에서 “예측적 설계”로 설계의 Paradigm이 전환되면서 비로소 올바른 설계가 가능해졌다는 것이다. 미국의 Fortune지의 500대 기업들은 여기에 만족하지 않았다. 2000년대부터 보다 혁신적인 제품을 개발하기 위해 신제품 기획인 FFE에 초점을 맞춘 설계를 함으로써 제조업의 경영방식을 “예측 경영”으로 발전시켰다.
DFSS, DFR, FFE를 3세대 품질이라고 하는데, 이를 통해 미국 기업들은 괄목할 만한 성장을 하고 있다. 1980년대까지만 하더라도 시가 총액으로 일본 기업이 전 세계 50대 기업의 70%를 차지하고 있었으나, 2024년 12월 기준으로 전 세계 30대 기업의 77%를 미국 기업이 차지하고 있다.




그러나 우리나라 대다수의 기업들은 DFSS를 잘못 도입하여 – 다꾸찌 방법을 DFSS로 잘못 알고 도입하거나 예측적 설계의 개념과 방법론 등의 핵심 내용이 빠진 DFSS를 도입하는 등 – 아직도 반응적 설계를 함으로써 올바른 설계를 하지 못하고 있다. 또한, DFSS의 벽을 넘지 못한 상태에서, FFE는 추진방법을 모르거나 중요성을 인식하지 못해 이를 개인적, 암묵적 및 형식적으로 추진하고 있어 혁신보다는 원가절감에 치중하고 있는 실정이다. 이런 상황에서 우리나라 기업들은 올바른 설계를 하기 위해 Digital Twin을 추진하고는 있지만, DFSS가 정착되지 않은 상태에서 Digital Twin만으론 올바른 설계를 할 수 없다. 왜냐하면, Digital Twin은 DFSS를 보완하는 관계이지 이를 대체할 수 없기 때문이다.
현재 우리나라 기업들의 가장 큰 문제는 아직까지 2세대 품질에 머물러 올바른 설계를 하지 못해 지난 20년 간 시행착오를 해온 상태에서 Digital Twin을 도입함으로써 또다른 시행착오를 하고 있다는 것이다. 이에 최고 경영진에게 상기의 상황을 알리고 지금부터라도 3세대 품질을 도입하여 올바른 설계, 혁신적인 제품 개발과 함께 “예측 경영”의 토대를 마련해야 한다. 이는Digital Twin의 성공적인 정착을 위해서 반드시 필요한 전제 조건이라고 할 수 있다.
품질은 다음과 같이 3세대에 걸쳐 발전해왔다. 품질에 산포의 개념이 도입되면서 2세대 품질이 시작되었는데, 그 대표적인 것이 다꾸찌 방법이라고 할 수 있다. 일본은 다꾸찌 방법을 통해 전세계 제품 시장을 석권할 수 있었다. 그러나, 2세대 품질의 한계는 설계단계에서 제품의 산포를 예측하는 방법이 제시되지 못해, 올바른 설계를 할 수 없다는 것이다. 따라서 일단 설계를 한 후, 문제 발생에 따라 개선하는 방식을 취하므로 이를 반응적 설계(Responsive Design)라고 한다.




일본의 품질에 위기의식을 느낀 미국은 산, 학, 연을 연계하여 국가 차원에서 품질을 연구한 결과, GE에서 DFSS를 개발하게 되었다. DFSS는 하위 구성품의 양산 시, 실제 산포를 반영하여 제품의 산포를 예측함으로써 올바른 설계 즉, 목표 품질인 6σ와 하위 구성품의 공차설계를 한다. 이를 통해 설계 단계에서 양산 품질을 보증할 수 있게 되었으며 3세대 품질이 시작되었다.
DFSS에 의한 예측적 설계(Predictive Design)는 기존의 반응적 설계 대비, 설계의 개념과 방법에 있어 혁신적이라고 할 수 있다. 올바른 품질설계를 할 수 있으므로, 이를 기반으로 시간에 따른 품질인 신뢰성을 확보할 수 있게 되었다. 또한, 설계한 대로 구매 및 생산하는 수입검사 및 공정관리 등의 제반 관리체계를 확립할 수 있어 비로소 올바른 제조업 경영이 가능해졌다.
DFSS는 고객 중심의 설계와 생산을 하는 과정으로, 외부 고객의 니즈 뿐만 아니라 내부 고객인 생산 또는 계열/협력사의 공정능력을 반영하여 설계를 한다. 이를 위해서는 모기업의 관련 기능뿐만 아니라 중요 계열/협력사가 설계에 참여해야 한다. 그리고 이를 통해 설계된 하위 구성품의 공차에 맞게 설계ㆍ생산하여 납품할 수 있도록 중요 계열ㆍ협력 사에 DFSS를 전수해야 한다. 즉, DFSS는 단순한 설계 Tool이 아니라, 경영의 3요소인 3P의 경쟁력 제고를 통해, 사업을 성공적으로 이끌 역량을 확보할 수 있는 전략이다. △People: 품질을 예측하기 위한 통계적 능력 확보 △Process: 고객 중심의 설계, 통합적인 설계 참여를 위해 중요 계열/협력사를 포함하여 관련 기능 부분들의 유기적인 연계관계 구축 △Product: 누적 (성능)공차설계를 통한 6σ 품질 확보가 그것이다.
우리나라 자동차가 일본 자동차에 비해 신뢰성의 차이가 나는 것은, 결국 설계상의 차이다. 일본차의 경우 규격 대비 특성치의 산포가 작기 때문에, 사용에 따라 마모나 열화가 진행되어 산포가 커지더라도 규격을 벗어나지 않아 시간에 따른 품질인 신뢰성이 좋을 수밖에 없다. 그러나 우리나라 자동차의 경우 규격 대비 산포가 큰 상태에서 규격을 벗어나는 제품을 개선해서 출하하더라도, 규격 근처에 산포해 있는 제품 특성들은 시간이 지남에 따라 마모나 열화가 되어 규격을 벗어나기 때문에 기능저하나 고장 등의 신뢰성 문제를 일으킬 수밖에 없다. 반도체의 경우도 TSMC에 비해 수율이 낮은 것은, “생산이나 계열ㆍ협력사의 공정능력을 반영하는 설계를 한다”는 DFSS의 기본 원리나 엔지니어가 시장조사에서부터 참여하여 고객의 니즈를 올바로 이해하고 가용한 기술로 차별화된 제품을 설계한다는 FFE의 기본 사고가 결여되어 있기 때문이라 할 수 있다. 따라서, 설계 요원이 어떤 식이든지 자사의 공정능력 수준이나 상황이 고객의 설계에 반영되도록 하거나, 고객의 요구에 맞게 공정조건을 변화시킬 수 있는 능력을 확보해야 생산 초기부터 높은 수율을 확보할 수 있을 것이다.
매년 경제 성장률이 지속적으로 저하되고, 8대 핵심 사업의 Global 수출 점유율 1위를 중국에 모두 빼앗긴 것도, 지난 20~30년 동안 올바른 설계를 하지 못하는 상태에서 시행착오를 반복한 결과라고 할 수 있다.




미국의 선진사들은 FFE에 초점을 맞추고 R&D 자원의 50% 이상을 투자하고 있다. 왜냐하면, 이 단계에서 실질적인 제품의 차별화와 이익이 결정되기 때문이다. FFE는 아이디어 수집, 포트폴리오 관리, 컨셉 설계, 경제성 평가 단계로 구성되는데, 한정된 자원으로 경쟁력 있는 제품을 지속적으로 개발하기 위해서는 우선 PPM(Portfolio Pipeline Management)을 추진해야 한다. 그리고 혁신적인 제품 개발이 문화로서 정착되기 위해서는 FFE 단계에서 최고 경영진이 혁신을 위임하지 않고. 과제선정 및 운영 규정 제정에 참여하며, Gate Review의 각 Milestone에서 팀을 인정하고 격려하는 등의 역할을 해야 한다. FFE는 고객 및 시장을 접하는 기업 경영의 최일선에 위치하며 전체 프로세스 중에서 가장 큰 기회가 있다고 할 수 있다. 이에 시장 및 고객의 행동을 보다 정확하게 이해하고 효과적인 마케팅 전략을 수립하기 위해서는, 고객의 니즈 데이터를 수집하여 다변량 분석을 통해 효과적으로 Segmentation, Targeting, Positioning을 해야 하며, 나아가 “예측 설계”와 “예측 판매”를 할 필요가 있다. 그리고 이 과정에 엔지니어가 참여함으로써 마케팅과 엔지니어링의 융합을 통해, 보다 성공적인 제품을 개발할 수 있다. FFE를 통해 수주에서부터 출하까지 비로소 제조업 경영의 완전체를 갖출 수 있으며, 품질을 통해 일련의 기능을 유기적으로 연계함으로써 낭비 없이 부가가치를 창출할 수 있다. FFE에 대한 보다 자세한 내용은 이후 편에서 다룰 예정이다.
DFSS에 의한 “예측적 설계(예측 생산)”, FFE에서의 “예측 설계”, “예측 판매” 등 3세대 품질을 통해 Big 데이터에 의한 예측 경영을 구현 할 수 있다. 따라서 Digital Twin도 설계에 초점을 맞추어 추진되어야 하는 것은 당연한 일이다. 그러나 우리나라 기업들은 3세대 품질에 제대로 진입하지 못함으로써 타겟을 정확히 맞출 수 없는 총과, 움직이는 타겟을 식별할 수 없는 눈을 가지고 승산이 없는 경영이란 전쟁을 수행하고 있다. 단적인 예로, 하위 구성품의 누적 성능 공차설계를 통해 제품의 목표 성능을 설계할 수 있기 때문에, 제품의 성능이 향상됨에 따라 당연히 하위 구성품의 공차도 달라져야 한다. 그러나 아직까지 대기업의 경우에도 성능공차를 제대로 설계할 수 없어 과거 선진사 제품의 Copy를 통해 설정된 관습 공차를 그대로 사용하는 곳이 많다.
우리나라 기업이 중국에 비해 경쟁력을 가질 수 있는 것은 품질뿐이라고 할 수 있다. 그런데 기업의 역사가 반백 년이 넘었음에도 불구하고, 아직도 Outdate된 설계 개념과 방법론으로 올바른 설계를 하지 못해 설계단계에서 품질을 확보하지 못한다는 것은 경제 규모에도 걸맞지 않는 일로, 이에 대한 심각성을 인식해야 한다. 미국이 일본의 품질을 극복하고 모름지기 최강의 국가로 거듭날 수 있었던 것은 3세대 품질에서 일본을 압도하였기 때문이라고 할 수 있다. 이에 우리나라도 3세대 품질을 통해 올바른 설계, 보다 혁신적인 제품 개발은 물론이고, 이를 Digital Twin과 연계하여 Big 데이터에 의한 예측 경영을 구현해야 할 것이다. 이를 4차 산업혁명과 연계하여 국가 차원에서 지원하고 독려할 필요가 있다.
3세대 품질이야말로 우리나라 기업이 일류기업으로 바로 서고, 우리나라 경제가 한 단계 더 도약하기 위해, 넘어야 할 산이자, 통과해야 할 관문이라고 할 수 있다. 이는 선택의 문제가 아니라 우리나라가 생존하고 번영하는데 필수 과제라고 아니할 수 없다.