품질관리도

왜 배우는가: 품질관리도는 토목 품질관리에서 공정 상태를 판단하는 기본 도구이다. 용어 문제와 논술 문제에서 모두 다뤄지므로 정의, 종류, 판정 기준을 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제109회 1교시 9번, 제97회 4교시 1번, 제94회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

품질관리도는 공정의 특성치를 시간 순서로 타점하여 공정이 관리상태에 있는지 판정하는 그래프이다.

품질관리도는 중심선, 관리상한선(UCL), 관리하한선(LCL)을 함께 그린 그래프 위에 측정값을 차례로 찍어 공정의 변동을 감시하는 도구이다. 답안 첫 줄에는 이 정의를 두고, 바로 이어서 판정 기준을 제시하면 채점 항목을 빠짐없이 채울 수 있다. 정의에 쓰이는 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 관리도: 특성치를 시간 순서로 타점한 그래프이다.
• 중심선: 특성치의 평균을 나타내는 기준선이다.
• 관리한계선: 관리상한선과 관리하한선을 함께 이르는 말이다.
• 우연원인: 공정에 항상 존재하는 작은 변동의 원인이다.
• 이상원인: 공정을 관리상태에서 벗어나게 하는 특정 원인이다.
• 관리상태: 우연원인에 의한 변동만 존재하는 상태이다.
• 계량형 관리도: 길이나 무게처럼 측정치를 자료로 쓰는 관리도이다.
• 계수형 관리도: 불량 개수처럼 셈으로 얻은 계수치를 자료로 쓰는 관리도이다.

2. 개념 풀이

품질관리도의 정식 정의는 공정의 품질 특성치를 시간 순서로 타점하고 중심선과 관리한계선을 함께 그려, 공정이 통계적 관리상태에 있는지를 판정하는 통계적 공정관리 기법이다. 관리도는 제품을 합격과 불합격으로 가르는 검사와 달리 공정이 어떤 상태로 움직이는지를 보여준다. 그래서 공정의 현재 상태를 근거로 미래 성능을 예측하고, 필요한 시점에 조치하는 데 쓰인다.

원리는 공정의 변동을 두 종류로 나누는 데 있다. 우연원인에 의한 변동은 원료의 미세한 차이, 작업의 자연스러운 산포처럼 공정에 항상 존재하는 변동이다. 이상원인에 의한 변동은 설비 이상, 원료 교체, 작업 방법의 변화처럼 특정하게 찾아낼 수 있는 원인으로 생긴다. 관리한계선은 이 두 변동을 가르는 기준선이다. 관리한계선을 중심선에서 3σ 떨어진 위치에 그리는 이유는, 우연원인만 작용하는 공정에서는 점이 한계선 밖으로 나올 가능성이 매우 낮기 때문이다.

관리한계선을 벗어난 점이나 점 배열의 규칙성이 나타나면 이상원인이 작용한 것으로 보고 원인을 조사한다.

판정 규칙은 다음과 같이 정리된다. 연속 25점이 모두 관리한계 안에 있으면 공정은 관리상태에 있다고 본다. 연속 35점 중 관리한계를 벗어난 점이 1점 이내이거나, 연속 100점 중 벗어난 점이 2점 이내이면 관리상태로 판단한다. 이 기준을 넘는 점의 배열이 나타나면 공정이 이상 상태로 이동했다고 보고 조치한다.

핵심 용어는 다음과 같이 풀이한다.

• 경고한계선: 중심선에서 표준편차 2배 떨어진 선이다. 산포를 더 엄격하게 관리해야 할 때 관리한계선과 함께 그린다.
• x̄-R 관리도: 평균의 변화를 보는 x̄ 관리도와 범위의 변화를 보는 R 관리도를 짝지은 방식이다. 두 관리도를 함께 보면 평균과 산포를 동시에 감시할 수 있다.

관리도는 측정 방식에 따라 여러 형태로 나뉜다. 계량형 자료에서는 x̄-R 관리도가 대표적인 방식이다. 계수형 자료는 불량률이나 불량 개수를 대상으로 하므로 계량형과 작성 방법이 다르다.

3. 등장 배경과 필요성

관리도는 1924년 벨 연구소의 쉬하르트가 처음 제창한 기법이다. 쉬하르트는 제조 공정의 변동을 우연원인과 이상원인으로 구분하는 개념을 세우고, 그 구분을 위한 통계적 도구로 관리도를 만들었다. 그는 공정을 관리상태로 안정시키고 그 상태를 유지해야만 미래의 생산 결과를 예측하고 공정을 경제적으로 관리할 수 있다고 강조하였다.

이후 관리도는 제2차 세계대전 중 군수품 생산과 계약업체의 품질관리에 적용되면서 널리 퍼졌다. 1934년에는 육군 병기 생산 현장에 관리도가 적용되었다. 국제적으로는 ISO 7870 계열 표준이 관리도의 일반 지침(ISO 7870-1), 슈하트 관리도(ISO 7870-2), 누적합 관리도(ISO 7870-4)를 규정하고 있다. 국내에서는 1963년 5월 한국공업규격으로 관리도법(KSA 3201)이 제정되었다.

관리도가 필요한 이유는 검사 위주의 품질관리에서 벗어나 공정 자체를 관리하기 위해서이다. 제품을 검사하는 방식은 불량이 이미 발생한 뒤에야 알 수 있다. 관리도는 공정의 변동이 커지기 시작하는 순간을 미리 탐지하므로 불량 발생을 줄이고 공정 능력을 높이는 데 기여한다. 품질관리의 중심이 사후 검사에서 공정관리로 옮겨 가면서 관리도의 필요성이 커졌다.