MSA

왜 배우는가: 측정값은 공정과 제품 상태를 판단하는 근거이므로, 측정 과정에서 생긴 변동을 먼저 분리하지 않으면 공정 판단이 흐려진다. 이 개념은 측정 변동 분해, %R&R 계산, 판정 기준을 묻는 문제로 기출에 반복해서 나왔다.

출제 이력: 제139회 1교시 2번, 제137회 1교시 11번, 제136회 3교시 3번, 제134회 3교시 6번, 제128회 1교시 8번, 제121회 2교시 5번, 제116회 2교시 2번, 제115회 1교시 3번, 제109회 1교시 2번, 제94회 1교시 10번, 제89회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

측정시스템분석(MSA)은 측정 과정에 존재하는 변동의 양을 실험적·수학적 방법으로 결정하여 측정시스템의 사용 타당성을 평가하는 활동이다.

다음 키워드는 MSA 답안 전반에 공통으로 쓰이는 용어이다.

• 측정시스템분석(MSA): 측정 장비, 절차, 소프트웨어, 측정자가 측정값 부여에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 분석이다.
• 측정 변동: 같은 대상을 측정할 때 측정값이 흩어지는 정도로, 측정 과정에서 생기는 산포이다.
• 반복성: 동일 측정자·측정기·부품·조건에서 반복 측정할 때 나타나는 변동이다.
• 재현성: 측정자 등 측정 조건이 바뀔 때 측정 평균이 달라지는 변동이다.
• 게이지 R&R: 반복성과 재현성을 합친 측정 변동이며, 영문으로 Gage R&R이라고 한다.
• %R&R: 총변동에 대한 게이지 R&R 변동의 백분율이다.
• 구별 가능 범주 수(ndc): 측정시스템이 공정 부품의 산포를 구분해 낼 수 있는 범주의 개수이다.

2. 개념 풀이

측정시스템분석은 측정 시스템을 구성하는 장비, 작업 방법과 절차, 소프트웨어, 측정자가 측정 특성에 수치를 부여하는 과정에 미치는 영향을 분석하는 방법이다. 분석은 올바른 측정 방법을 선택하는 것에서 시작하며, 측정 장비와 절차, 작업자를 각각 평가한 뒤 측정 요소 간 상호작용과 측정 불확도까지 확인한다. 실무에서는 교정 연구, 분산분석, 게이지 R&R 등 측정 시스템의 특성에 맞는 도구를 골라 쓴다.

측정 변동을 먼저 분리해야 공정 변동을 올바르게 판단할 수 있다.

측정 결과는 측정 대상의 실제 변동과 측정 과정이 더한 변동이 합쳐진 값이다. 따라서 관측된 총변동은 부품 간 변동과 측정 변동의 합으로 분해된다. 측정 변동을 떼어 내야 공정 자체의 산포와 측정 과정이 만든 산포를 구분할 수 있다. 이 관계를 식으로 쓰면 다음과 같다.

$$ \sigma_{total}^2 = \sigma_{part}^2 + \sigma_{gage}^2 $$ $$ \sigma_{gage}^2 = \sigma_{EV}^2 + \sigma_{AV}^2 $$

σ_total은 총 표준편차, σ_part는 부품 간 표준편차, σ_gage는 측정 변동의 표준편차이며 모두 같은 단위를 쓴다. σ_EV는 장비 변동인 반복성의 표준편차이고, σ_AV는 측정자 변동인 재현성의 표준편차이다.

• 반복성: 같은 측정자가 같은 측정기로 같은 부품을 반복 측정할 때 생기는 변동이며, 장비 자체의 정밀도와 관련된다. 부품별 측정 범위의 평균 R을 d2로 나눈 값으로 \sigma_{EV} = R/d_2와 같이 추정한다.
• 재현성: 측정자나 측정 시기 등 조건이 바뀔 때 측정 평균이 달라지는 변동이다. 최고 평균과 최저 평균의 차이를 이용해 σ_AV를 추정한다.
• %R&R: 측정 변동을 총변동으로 나눈 백분율이다. %R&R = 측정변동 ÷ 총변동 × 100 으로 계산하며, 값이 작을수록 측정시스템의 변동이 작다는 뜻이다.
• 구별 가능 범주 수(ndc): 측정시스템이 공정 산포를 구분해 낼 수 있는 범주의 수이다. 식으로 쓰면 ndc = 1.41 \times \sigma_{part}/\sigma_{gage}이다.

3. 등장 배경과 필요성

품질관리는 측정 데이터를 근거로 공정이 안정적인지, 제품이 규격을 만족하는지 판단한다. 그러나 측정 과정이 흔들리면 측정값에 측정 불확도가 섞여 공정 변동이 실제보다 크게 또는 작게 보인다. 측정 데이터의 신뢰가 확보되지 않으면 공정능력 분석과 관리도 판정 결과도 함께 믿기 어려워진다.

측정 과정의 변동은 전체 공정 변동에 중요한 기여 요인이 될 수 있으며, 특수원인 변동을 유발할 수도 있다. 이 때문에 측정 변동은 공정 데이터를 수집하기 전에 평가되어야 하고, 그 평가 활동이 측정시스템분석이다. MSA는 Six Sigma와 기타 품질경영 체계에서 필수 요소로 자리 잡았다.

측정시스템분석 절차는 자동차 산업에서 체계화되었다. 자동차 기업들의 비영리 협회인 AIAG가 MSA 매뉴얼에 권장 절차를 정리했고, 이 매뉴얼은 FMEA, 관리계획서, SPC, PPAP 매뉴얼과 함께 발행된다. 이후 측정시스템분석은 여러 산업의 품질관리와 식스시그마 프로젝트의 측정 단계에서 공통으로 쓰이는 도구가 되었다.