1. 서 론
자동차 산업의 미래는 자율주행, 친환경차로 대변되지 만 결국은 그 기술들이 고객에게 가치를 전달할 수 있어 야 한다[2]. 자동차 부품업체는 고객인 완성차 업체의 요 구를 만족하는 제품을 만들어야 하고, 이를 위해서는 품 질과 원가 경쟁력뿐만 아니라 경쟁자보다 빠르게 출시하 는 것이 중요하다. 그러나 2018년 7월부터 주 52시간 근 로제의 시행으로 근로시간 단축에 따른 직무몰입이 중요 해 졌으며[13], 자동차 산업 환경의 변화에 따른 내연기 관차, 하이브리드차, 전기차 파생차의 증가[16]와 근무환 경의 변화로 연구개발 업무의 선택과 집중이 필요해졌 다. 이에, 자동차 부품업체에서는 설계단계에서의 프론 트로딩 요소에 대한 우선순위를 결정하여 효율적으로 업 무수행 방법을 개발할 필요성이 높아졌다. 특히 품질, 원 가 및 시간 단축을 모두 고려하면서 완성차 업체의 요구 사항과 기대를 충족시킬 방법의 필요성은 더욱 크다 할 것이다. 자동차 부품업체는 개발 기간 단축과 비용절감 을 위해 개발 초기에 함께 문제를 검토하고 해결하는 방 법으로 신제품개발 프로세스를 제안하였다[17]. 신제품 개발 프로세스와 관련하여 많은 연구가 이루어졌으나, 주로 품질, 비용, 시간 단축에 관한 연구가 주를 이루고 있다[5, 7, 10, 15, 17, 19, 20, 21, 25]. 효과적인 신제품 개발 방법의 하나로 프론트로딩1)이 있다. Thomke and Fujimoto[22]는 신제품개발 초기에 다양한 설계 대체 안 을 검토하는 프론트로딩에 관한 연구에서 비용과 시간 측면에서 초기 문제 식별과 신속한 시작개발로 도요타 자동차가 개발 기간을 30% 단축한 결과를 보고하였다. Morgan and Liker[18]은 도요타 자동차의 제품개발에 있 어서 문제해결 A3 시트, FMEA(Failure Mode and Effects Analysis, 잠재 고장형태와 영향분석), 체크리스트, 의사 결정 매트릭스와 같은 프론트로딩 요소 적용을 제안하였 다. Imai[12]에 따르면 일본의 잃어버린 20년을 극복한 혁신 중 하나로 프론트로딩을 언급하고 있다. 프론트로 딩 방식에 관한 다른 연구로 Cooper[5]는 마케팅에서 사 전개발 활동이 프로젝트 수익성과 속도에 미치는 영향을 강조하였다. 프론트로딩의 대표적인 사례는 도요타 자동 차를 비롯하여 완성차 메이커에서 찾아볼 수 있다[6, 12, 18, 22, 23, 24]. 그러나 자동차 부품업체 중 이러한 방법 을 도입한 사례는 찾아보기 힘든 것이 사실이다.
본 연구는 완성차 업체인 고객의 요구에 효율적이고 효과적으로 대응하기 위하여 자동차 부품업체에서 프론 트로딩 방식을 도입하고자 할 때 개발 프로세스 초기 단계 에서 프론트로딩 요소의 우선순위 도출을 목적으로 한다. 프론트로딩 요소의 우선순위 선정은 선택과 집중으로 빠른 문제식별과 해결로 설계 완성도를 향상하는 것이다. 이를 위해 자동차 부품회사인 A사 연구개발 부서원을 대상으 로 설문을 시행하고, 그 결과를 AHP(Analytic Hierarchy Process, 계층분석적 의사결정)를 활용하여 분석하였다.
본 연구의 구성은 다음과 같다. 제 2장에서는 자동차 부품 설계단계의 프론트로딩 요소에 관한 선행연구를 조 사하였다. 제 3장에서는 AHP 선행연구 등 연구모형을 도출하였다. 제 4장에서는 분석 결과와 시사점을 제시하 였으며, 마지막으로 제 5장에서는 연구의 요약과 한계점 그리고 향후 연구방안을 제시하였다.
2. 문제 정의
신제품은 기업과 시장 측면에서 참신성 정도에 따라 <Figure 1>과 같이 6가지로 분류한다[1]. Morgan and Liker [18]에 의하면 성숙한 단계인 자동차 산업 내 제품은 파생제품 (Additions to existing products)과 개선제품(Improvements to existing products)으로 분류하였다.
프론트로딩은 개발 초기 단계에 빠른 문제해결로 후기 실물 시작차 제작 횟수를 줄이고 전체적으로 기간 단축을 시도하는 것이다[8, 22]. 프론트로딩의 문제해결 방법은 <Figure 2>와 같이 두 가지가 표시되어 있다. 첫 번째는 “프로젝트 간 지식 전달(Project-to-project knowledge transfer)” 로 이전 프로젝트에서 밝혀진 문제 및 정보를 새로운 프로젝트로 이전함으로써 이전 프로젝트를 최대한 잘 활 용하는 지식 프론트로딩이다. 두 번째는 “신속한 문제해결 (Rapid problem-solving)”로 문제가 확인되고 해결되는 속 도를 높이기 위해 혁신적인 기술과 방법을 활용하는 문제 해결 프론트로딩으로 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하는 것이 하나의 방법이다[23].
자동차 신제품개발은 복잡하여 완성차마다 개발형태 가 조금씩 다르다. 국내 H사의 완성차 제품개발 프로세 스는 <Figure 3>과 같이 기획단계, 설계단계, 시작단계 (Proto), 파일롯단계, 시험양산단계 마지막 양산단계이다.
완성차 업체에서 제품 사양이 확정됨에 따라 자동차 부품업체에서 관련 부품개발이 진행된다. 부품개발은 연 구개발과 양산개발로 구분되고 연구개발에는 기획단계, 설계단계, 시작단계가 있다. H 사에서 부품업체 연구개 발에 요구하는 요소는 <Figure 4>와 같이 여덟2) 개로 구 성된다.
연구개발의 세가지 단계 중 고객요구사항 접수부터 도 면출도까지 범위인 설계단계에서 프론트로딩을 반영한 요소는 <Figure 5>와 같이 여섯3) 가지이다. 여섯 가지 요 소는 다음과 같다. 첫 번째, SR(Sourcing of Requirements) 은 완성차의 차종개발 수행에 필요한 요구사항을 체계적 으로 정리하여 제시함으로써 제안서를 작성하는 데 도움 을 주는 문서이다. 두 번째, 벤치마킹은 측정의 기준이 되 는 대상을 설정하고 그 대상과 비교 분석을 통해 장점을 따라 배우는 행위를 말한다. 세 번째, 과거차 문제(Problems of past project)는 이전 프로젝트에서 밝혀진 문제 로 이전 차종개발 시 발생하는 주요 품질 문제점이나, 개 발 이후 양산 시점에 발생하는 주요 품질 문제점으로 정 의한다. 네 번째, FMEA는 제품의 잠재 고장 및 그 영향 을 파악하고 잠재 고장의 발생 기회를 해소하거나 감소시 킬 목적으로 사용되는 분석적 기법이다. 다섯 번째, 도면 검토(Design Review)는 품질요구사항을 충족시키는 능력 을 평가하고 문제점을 식별하고 해결책을 제안하기 위한 활동으로 설계에 대한 양식화되고 체계적인 조사이다. 여 섯 번째, CAE(Computer Aided Engineering, 전산해석)는 연구개발 연구원을 위한 컴퓨터 기술을 활용하여 제품의 설계 제조 및 공정 설계 사전 검토 지원을 하는 것으로 컴퓨터 지원 공학이라고도 불린다.
여섯 가지 요소를 프론트로딩의 2가지 방법인 지식 프 론트로딩과 문제해결 프론트로딩으로 구분하여 <Figure 6> 에 표시하였다.
3. 연구모형
3.1 AHP
1970년대에 Saaty가 개발한 AHP는 중요도와 우선순위 를 도출하는 방법론으로 의사결정을 비롯하여 여러 분야 에서 사용되고 있다. 다중요인 의사결정 문제는 기본적으 로 어긋나는 다수의 기준 아래에서 최적의 대안을 선택하 는 것으로 AHP는 의사결정 문제를 해결하기 위한 분석 의 틀을 제공해 준다[4]. AHP는 역수성(reciprocal), 동질 성(homogeneity), 종속성(dependency), 기대성(expectation) 4가지 공리(axioms)로 설명된다[3, 9]. 그리고 <Figure 7> 과 같이 네 단계의 작업으로 수행된다[3, 9, 14]. AHP 기 법에서는 분석 자료의 신뢰도를 검증하기 위하여 판단 상 오차 정도를 의미하는 일관성 지표(Consistency Ratio: CR)를 구하는데, 일관성 지표(CR)가 0.1 미만이면 쌍대비 교는 합리적인 일관성을 갖는 것으로 판단한다[11].
3.2 AHP 계층
AHP 방법론을 활용한 연구에서 의사결정계층 모형을 세우는 것은 연구의 목적을 달성하는 데 있어서 가장 중 요한 단계라고 할 수 있다. 본 연구는 3계층으로 구성하 였다. <Figure 8>과 같이 계층 1은 AHP 조사목적인 설계 단계에서 프론트로딩 요소가 도면완성도에 미치는 영향 으로 하고, 연구모형의 계층 2는 자동차 부품업체에 프 론트로딩 도입 효과성이다. 효과성에 관한 선행연구는 <Table 1>과 같이 정리하였다.
계층 3에서는 완성차 업체에서 부품업체로 설계단계 에 요구하는 프론트로딩 요소이다. 즉 SR, 벤치마킹, 과거 차문제 관리, FMEA, 디자인 검토, CAE 여섯 가지로 구성 하였다.
4. 실증분석 결과
본 연구의 AHP 모형 도출과 설문에 참여한 전문가들 은 40년간 부품을 생산하는 자동차 부품 전문 업체의 연 구개발 실무자로 구성되었으며, AHP 모형은 A사가 개발 운영 중인 연구개발 AHP 지침에 의해 도출하였다. 설문 문항은 선행연구에서 제시된 9점 척도로 중요도를 측정 하였으며, 완성차에서 요구하는 프론트로딩 요소를 순차 적으로 질문을 하였다. 설문은 관련자 전체인원 대상으로 설명하고 설문 조사를 진행하였다. 일관성 비율(CR)이 0.1 이상인 12명에 관해서 재설명하고 설문을 진행하였 으며, CR이 0.1 미만인 응답 결과만을 분석대상 자료로 활용하였다. 설문 참여 전문가는 근무경력 7년 이상인 책 임연구원 49명이며, 10년 이상이 37명(70.0%)으로 가장 많았다. 연구개발 기능별 직군으로 <Table 2>와 같이 선 행기술 개발연구원과 기술을 설계에 반영하는 제품설계 연구원 그리고 전산해석으로 검증하는 해석연구원으로 도면출도 이전(Before Design Freeze) 기능 그룹과 시작제 품을 개발하는 연구원과 성능 검증하는 시험연구원 그리 고 새로운 제품을 개발하는 연구원으로 도면출도 이후 (After Design Freeze) 기능 그룹으로 분류하였다.
자동차 부품업체의 부품개발 초기 단계에서 연구개발 실무자를 대상으로 프론트로딩 요소에 대한 중요도를 도출하기 위하여 전문직군별로 나누어 설문조사를 수행 했다. 설문지 일관성 비율(CR) 평균은 0.0596으로 나왔 다. 따라서 0.1 이하로 일관성이 있으며, 전체 평가항목 별 가중치 분석 결과는 <Table 3>, 도면출도 이전 기능 그룹에 대한 분석 결과는 <Table 4>, 그리고 도면출도 이후 기능 그룹에 대한 분석 결과는 <Table 5>로 정리하 였다. 프론트로딩 효과성에 관한 3개 평가항목 중 1순위 는 개발 비용절감, 2순위는 사전 문제해결 그리고 3순위 는 개발 기간 단축이다. 프론트로딩 설계인자에 대한 6 개 평가결과는 <Table 3>을 바탕으로 <Figure 9>와 같이 프론트로딩의 2가지 방법으로 표현하였다. 1순위는 과거 차문제이고 도면검토, CAE, FMEA, 벤치마킹, SR순이다. 2계층에서 개발 기간 단축과 사전 문제해결 측면의 6개 평가항목 중에 1순위는 과거차 문제로 나타났으며, 개발 비용 절감 측면의 1순위는 도면검토 그리고 과거차문제, CAE 순으로 나왔다.
부품개발의 제품설계 단계에서 프론트로딩 요소 우선 순위 도출 분석 결과를 바탕으로 다음과 같은 시사점을 제시할 수 있다.
첫째, 자동차 부품설계단계의 프론트로딩 요소로 1순 위는 이전 프로젝트의 개발과정에 나타난 과거차 문제, 2순위 도면검토로 둘 다 지식 프론트로딩에 포함한다. 자동차 산업은 신제품 분류 중 개선제품과 파생제품으로 프로젝트 간 지식전달의 중요함을 알 수 있다.
둘째, 전산해석 즉 사전 시뮬레이션으로 검증하는 CAE 가 3순위 인자로 도출되었으며, 제품을 설계한 연구원과 성능 해석한 연구원 그리고 성능 및 품질을 검증하는 시 험평가 연구원들이 문제해결 프론트로딩인 CAE에 높은 순위를 부여하였다.
셋째, 선진사와 경쟁사 제품 벤치마킹은 프론트로딩에 서 낮은 순위의 인자로 선정되었다. 낮은 순위로 선정된 사유는 상세설계에 미치는 영향보다는 개념설계의 아이 디어 도출에 영향을 주는 것으로 생각된다. 끝으로, 자동 차 산업의 경쟁 심화에 따른 부품업체의 비용 절감이 절 실하고, 자동차 산업의 변화에 따른 한 종류 차종에 세단, 해치백, 왜건, 가솔린, 디젤, 하이브리드, 전기차와 같이 파생제품의 증가로 이전 프로젝트의 문제를 빨리 식별하 고 해결하는 지식 프론트로딩이 중요하게 되었다.
5. 결 론
본 연구는 주문자 상표 부착 생산(OEM, Original Equipment Manufacturer) 방식인 자동차 부품 산업은 완성차로 부터 수주를 받아 신속하고 정확하게 제품을 개발하고 생 산 납품하는 전 과정 중에서, 많은 투자비가 드는 금형 착 수 전 단계인 부품설계단계에서 프론트로딩 요소의 가중 치를 분석하였다. 프론트로딩 요소 우선순위 결정을 위하 여 실무자 49명을 대상으로 AHP 설문조사를 시행하였다.
설문결과 자동차 부품의 제품설계 시 프론트로딩 요 소 1순위는 과거차문제이고 도면검토, CAE, FMEA, 벤 치마킹, SR 순서로 나타났으며, 상위 계층의 효과성 측 면에서 개발 비용절감이 1순위이고, 사전 문제해결, 개발 기간 단축 순으로 나타났다.
2계층 개발비용 절감 측면의 6개 평가항목 중에 1순위 는 도면검토 그리고 과거차문제, CAE가 도면완성도에 큰 것으로 나타났으며, 사전 문제해결과 개발 기간 단축 측면의 6개 평가항목 중에 1순위는 과거차문제 그리고 도면검토, CAE 순으로 나왔다.
AHP 설문응답자료 49개를 분석함으로써 연구의 신뢰 성 확보에 노력하였으며, 실무적인 관점에서 자동차 부 품을 연구개발하는 연구원 대상으로 기능직군에서 지식 프론트로딩과 문제해결 프론트로딩 영역에 대하여 구체적 으로 연구했다. 순위가 높은 과거차문제, 도면검토 그리 고 CAE에 중요도를 높게 적용하여 차종개발 증가와 주 52시간 업무환경 속에서 조직의 자원을 집중적으로 배치 할 요소를 도출한 것에 의의가 있다. 아울러 이론적인 관 점에서는 자동차 부품설계 프론트로딩에 대한 요소들을 AHP를 활용하여 우선순위를 도출한 것도 의의가 있다고 하겠다.
본 연구는 다양한 시사점에도 불구하고 한계점을 가 지고 있다. 우선 부품개발 프로세스 중 연구개발의 설계 분야에 한정된다는 점과 한 개 업체 전문가 집단으로만 설문 그룹을 구성한 점이 그러하다.
이러한 한계점을 바탕으로 향후, 설문지 방식 외에 사례 연구로 본 연구를 뒷받침하고, 부품개발 전체 프로세스에 서 계층모형 연구와 자율주행과 관련된 혁신제품의 설계 단계에서 프론트로딩 요소 우선순위 도출에 관한 연구를 계속한다면 국부적으로는 가상의 제품인 설계도면에 대한 완성도 향상이 예상되며, 자동차 부품 연구개발 프로세스 를 통한 경쟁력 확보에 이바지할 것으로 기대한다.
