특별기고

부품·소재 신뢰성향상사업 실적 및 계획(1)

박 주 승 기술표준원 기술정보신뢰성과 연구관

1. 신뢰성의 개념
신뢰성이란 제품이 주어진 환경하에서 일정기간 동안 최초의 품질과 성능을 유지하는 특성을 말하는 것으로서, 하나의 제품을 얼마나 오랫동안 안심하고 사용할 수 있는가를 정량적인 수치로 표현하여 ‘제품에 대한 믿음의 정도’를 나타낸 것이다. 약속을 잘 지키거나 언행이 일치하는 사람을 보통 신뢰성이 있는 사람으로 인정하듯이 고장이 잘나지 않고 오래 쓸 수 있어 소비자가 만족하는 제품을 신뢰성있는 제품이라 말할 수 있으며, 이러한 신뢰성은 오랜시간 동안 축적되어 온 산물로 일시에 형성되거나 무너지지 않는 속성을 지니고 있다. 따라서, 제품의 신뢰성은 보이지 않는 요소기술 등이 얼마나 내실있게 축적되어 왔는가에 달려 있다고 볼 수 있다.
또한, 신뢰성은 대상, 조건, 시간, 가능성의 4가지 함수로 구성되며, 이러한 4가지 변수의 조합을 통하여 하나의 제품이 규정된 조건에서 정해진 기간동안 의도한 기능을 수행하는 신뢰성이 결정된다. 먼저 신뢰성의 대상에는 부품·소재, 완제품, 시스템뿐 아니라 서비스분야까지 공급과 수요관계가 존재하는 모든 분야가 광범위하게 포함되며, 요구되는 성능구현을 위해 대상이 사용되는 환경조건(온도, 습도, 햇볕 등 자연환경)과 사용조건(전압, 전류, 부하 등 인위적인 환경)을 사전에 제시함으로써 신뢰성의 범위를 규정하며, 정해진 사용조건을 벗어난 상태에서의 사용으로 인한 고장은 신뢰성의 문제가 아니라고 볼 수 있다.  또한, 신뢰성에서 주어진 시간은 소비자가 고장으로 인해 적어도 불만을 갖지 않을 합리적 기간을 설계하며 제품에 따라 편차가 크나 자동차, 전자제품의 경우 통상 10년을 의미하며, 가능성은 동일조건에서 만들어진 제품이 정해진 기간동안 고장나지 않을 확률을 말한다.
신뢰성은 광의의 품질에는 포함되지만 그동안 우리 산업계가 전사적으로 추진하여 온 품질(quality)경영과는 다소 차이가 있으며 그 초점이 ‘현재의 품질’에 해당하는 ‘불량률’에 보다 많은 무게 중심을 두었다면, 신뢰성은 고장이 잘 나지않고 소비자 만족도가 높은 미래의 품질을 말하여 세계일류상품으로 가기 위하여 경영전반에 걸쳐 신뢰성에 보다 많은 관심과 노력을 집중해야 할 것으로 생각되며, 그 차이점을 다음에 나타낸다.

               <품질(협의)과 신뢰성의 비교>

 구 분            품질(Quality)                 신뢰성(Reliability)
 개   념     공정(현재)품질                   시장(미래)품질
 평가요소  품질(기능, 성능)                 종합성능+사용조건+시간
 평가결과  양·불량                              정상·고장
 평가지표  불량률                               고장률 및 수명, SCR
 시간영역  정적/출하이전(사내)            동적/출하이후(시장)
 주요원인  설계결함, 공정산포              설계/제조결함, 스트레스, 시간
 개선방법  설계품질확보/공정관리         좌동, 고장원인분석 및 설계변경

※SCR:Service Call Rate

2. 신뢰성의 중요성
신뢰성은 제품의 수명기간동안 고장없이 일정기간동안 사용할 수 있는 특성으로 재품의 설계단계에 미리 반영되어야 할 기본사양으로 선진국과 후진국의 기술수준을 차별화하는 질적척도로 활용되고 있으나, 성장위주의 발전을 거듭해온 국내 산업구조는 설계기술의 대외의존성이 높아 원천기술인 신뢰성수준은 선진국대비 상당히 낙후되어 있는 실정이다.
또한, 최근 국제경쟁력이 심화되면서 각 제품의 신뢰성 확보는 매우 시급한 과제로 대두되고 있으며, 국내기업도 신뢰성의 중요성을 인식하기 시작했다고 볼 수 있다.  먼저, 소비자의 품질에 대한 요구수준이 크게 증대되어 과거에는 인식하지 못한 사소한 고장도 최근에는 A/S를 요구하고 있으며, 자동차의 경우 10년/10만마일 수명보장이 기본요구조건이 되고 있다. 둘째로, 소비자의 권리강화로 인해 PL 및 리콜이 발생할 경우 막대한 피해보상은 물론 기업의 브랜드 이미지 하락이 불가피한 실정이다. 셋째, 신기술 및 신소재를 활용한 제품개발 추세가 확대되면서 향후 발생할 고장을 미리 예측하고 이를 보완하기 위한 기술개발이 시급하며, 마지막으로 제품개발기간이 단축됨에 따라 빠른 시간내에 신뢰성평가를 마치고 소비자가 원하는 수명을 보증해야 하는 것이 기업경쟁력의 핵심으로 대두되고 있다. 따라서, 부품·소재의 신뢰성 확보를 통해 고장없이 오래 쓸 수 있는 세계일류상품을 창출하는 것이 선진산업국 진입의 핵심열쇠가 된다고 할 수 있다. 한편, 기술은 설계기술과 제조기술로 크게 나눌 수 있는데 우리나라의 경우 제품을 생산하는데 필요한 제조기술은 6시그마, TQC, 100ppm 등으로 불량품이 거의 없을 정도로 선진국 수준에 손색이 없다. 이에반해 제품의 부가가치 및 가격경쟁력을 높일 수 있는 설계기술은 매우 낙후되어 있는 실정이다. 설계기술은 경쟁자보다 성능이 우수하고 고부가가치의 제품을 만드는 고유설계기술과 사용자가 기대하는 수명까지 고장나지 않게 하는 신뢰성기술로 구성되어 있으며, 이 두가지 원천기술향상에 대한 투자가 시급한 분야라고 볼 수 있다.
최근 선진국의 우리나라에 대한 기술이전 극력기피로 정부와 기업은 제품, 부품마다의 고유 설계기술개발에 역점을 두어 자동차, 전자제품 등 독자모델 개발을 추진하는 등 원천기술인 설계기반을 확보해 나가고 있다.
신뢰성기술은 고유설계기술보다 한 단계 상위의 기술이다.  우리나라에서는 일부 가전제품 및 자동차생산 대기업을 중심으로 하여 수명예측(보증) 및 고장분석기술 등 신뢰성향상에 관한 기술개발을 시작하고 있으나, 국내의 제반관련 기반은 불모지나 다름없다. 예를들어, 신뢰성기술에는 자동차 구동부분의 결합부가 몇 년후에 어떠한 원인으로 어떻게 고장이 날 것인가를 미리 예측하여 설계에 반영하는 고도의 원천기술이 요구된다. 우리나라의 자동차 생산라인이 벤츠 공장라인보다 더 최신형 설비로 되어 있는데도 우리차의 품질이 좋지 않은 것은 부품의 신뢰성에 기인한다. 미국시장에서의 국산자동차 내구신뢰성(차량1대당 문제발생건수) 비교조사에서 선진국에 비하여 2배정도 취약한 것으로 나타났으며, 국산제품의 경우 초기품질지수(IQS)는 선진국수준으로 향상되어 자동차 수출 증가에 기여하고 있으나, 내구신뢰성(VDS, 하위권)은 여전히 낮은 것으로 보이고 있다.  또한, 국산 전자제품의 고장률을 A/S데이터에 의거 분석한 결과, 신뢰성이 확보된 선진국 제품의 경우 초기사용기간이 지나면 시간에 따라 고장률이 감소하나, 국산제품은 초기사용기간이 지나도 고장률이 감소하지 않는 것으로 분석되었으며, 국산제품은 5년간 100대중 평균 25대가 고장을 일으키는 반면, 일본 M사의 경우 5년간 100대중 평균 8대가 고장이 발생하여 년간 고장률이 3배정도로 분석되었다.

후진국 : 기술도입 → 조립생산기술 확보에 주력 → 압축성장 → 원천
           설계기술 미확보 → 하청생산기지화

선진국 : 설계＋생산＋신뢰성평가 → 꾸준히 세계일등 상품 창출 →
           고정고객 증가 → 성장잠재력이 확대 재생산

<국산자동차 내구신뢰성 비교 (J.D Power 조사)>

3. 신뢰성향상 정책의 필요성

※ 신뢰성분석연구센터(한양대학교, 부산대학교)
신뢰성 향상 사업 추진체계

미국의 경우 미사일개발과 같은 군수분야와 우주개발과 같은 공공분야에서 첨단기술 개발 및 적용하는 과정에서 어느정도 믿을 수 있는가를 정량화하고자 신뢰성평가기술이 필요하게 되었으며, 2차대전 당시부터 군사·우주항공 분야에서 개발된 신뢰성기술이 최근 민간으로 급속히 이전되어 세계 최고의 신뢰성평가관련 기술을 보유하게 되었고 세계일류상품 개발에도 적극 활용되고 있으며, 기업의 최대 노하우로 집중관리되고 있는 기술이다. 일본은 1970년대부터 전자제품, 자동차를 중심으로 신뢰성평가기술에 집중 투자하여 신뢰성기술 선진국의 지위를 확보하고 있다. 미국내 일본차의 시장점유율이 25%까지 육박하는 것은 오래 타도 고장이 없고 수리가 적게 들며 되팔았을 때 적정가격을 받을 수 있기 때문이다.
한편, 선진국과 다른 패러다임으로 산업이 발전해온 우리나라의 경우, 독자기술개발을 통한 신뢰성 노하우의 축적보다는 조립산업위주의 성장전략과 국산개발과정을 통해 단기적인 시장확대 및 외형적성장은 거둘 수 있었으나, 신뢰성평가를 마친 설계도면 및 기술을 막 바로 도입함에 따라 수명 및 고장률평가 등 신뢰성정보의 축적기회를 상실하여 기계류, 자동차, 가전제품 등 내구성을 요하는 제품은 물론 life cycle이 비교적 짧은 IT제품에 있어서도 잔고장, 짧은수명과 같은 공통적으로 신뢰성이 문제가 야기되고 있으며, 이같은 대다수 국산제품의 신뢰성결여는 제품·기업 나아가 국가브랜드 이미지의 불신으로 직결되는 양상을 보이고 있다.
국산제품의 전반적인 신뢰성 저하에도 불구하고 신뢰성에 대한 국내산업계의 인식은 크게 저조한 형편이다. 대기업을 비롯한 상당수의 기업들이 품질관리 조직을 별도로 두고 전사적인 품질향상운동(6시그마, single ppm 등)을 전개하고 있으나, 한계수명예측 및 고장원인분석 등 신뢰성평가·향상에 관한 인식과 노력은 크게 부족한 실정으로 이로인해 일부 대기업을 제외하고는 산업계전반에 걸쳐 신뢰성인프라가 취약하고, 전문기술인력도 크게 부족한 실정이다. 신뢰성에 대한 인식부족은 전체 연구개발(R&D)과정에서 신뢰성이 누락되어 잠재적인 결함 및 고장을 내포한 제품을 생산하여 제품의 사용환경변화시 자체적인 제품개선이 어려워 기술의존이 심화되고 있다.
이러한 신뢰성평가기술개발 및 신뢰성향상을 위한 인프라 확충을 위해 초기에 정부지원의 필요성이 매우 크다. 신뢰성기술은 실제 사용환경하에서 모든 부품·소재의 파괴공학적 접근이 필요하므로 공통기술적 요소가 크고, 평가장비·전문인력 등 국내의 열악한 인프라를 공동 활용하는 국가적 차원의 경제적 네트워크를 구축하여 초기투자의 최소화와 조기에 선진국 수준의 신뢰성평가기술개발 보급이 시급한 실정이다.
이에 정부에서는 이러한 시급성을 감안하여, 신뢰성평가기술에 관한 인프라를 조기에 구축하고, 국제시장의 변화에 대응하여 국산제품의 신뢰성향상을 위하여 2000년 시범사업을 시작으로 2001년 부품·소재전문기업 등의 육성에 관한 특별 조치법을 제정·공포하여 제도적 지원근거를 마련하였으며, 지속적으로 정부예산을 투입하여 국내 산업의 신뢰성향상에 도움을 주고자 한다.

◈ 신뢰성 부재 → 각종고장 발생 → 원인분석 불가 → 보완 설계 불가
   능 → 원천기술 재도입 → ‘1등 상품 창출불가’의 악순환이 반복

◈ 신뢰성에 대한 안일한 인식이 세계일류상품과 국산제품에 ‘보이지  
   않는 기술격차’를 만드는 핵심 요인

< 각 분야별 평가기준제정 및 신뢰성인증 현황 >

4. 주요 추진실적
18개 신뢰성평가센터에 신뢰성(고장 및 수명)을 평가할 시험평가설비 구축을 지원함으로써 국가적 신뢰성평가 네크워크를 구축하고, 국산부품·소재에 대하여 신뢰성평가를 실시함으로써 신뢰성을 제고하고 핵심 부품·소재에 대하여 신뢰성인증을 부여함으로써 신규 시장진입을 촉진하기 위하여 부품·소재 신뢰성평가기반구축사업을 수행하고 있으며 그동안의 추진실적을 다음에 나타낸다.

가. 신뢰성향상사업 추진체계
본 사업의 총괄관리기관은 기술표준원이, 실시기관은 기계류부품 등 8개분야에 기계연구원 등 7개 기관이 지정되어 신뢰성평가기반을 중점 구축중에 있으며, 지정평가기관은 상기 실시기관을 포함하여 산업기술시험원 등 18개 연구기관이 중심이 되어 신뢰성인증사업을 추진하고 있다.
한양대학교에 신뢰성 분석연구센터를 운영하여 석박사급 신뢰성전문인력 양성 및 신뢰성 분석기반구축을 한층 강화하기 위하여 산·학·연 기술자원을 결집하여 고장분석 기초연구, 기술지원 및 고급인력 양성을 위한 체계를 갖추기 시작하였다.
나. 신뢰성평가기준 제정 및 신뢰성인증 현황
기술표준원은 18개 지정평가기관을 중심으로 기계류부품 등 8개 분야별로 신뢰성평가센터를 설치하고 유압실린더, 소형정밀모터, PCB 등 430개 핵심품목(별첨 1)을 대상으로 신뢰성평가 기준개발 및 신뢰성평가·인증에 착수하였다.  신뢰성평가기준은 부품·소재의 품질성능 뿐만아니라 내구수명 또는 고장률 data를 산출하기 위한 시험방법 및 평가기준이 포함되어 있으며, 또한 평가기준 제정에 관한 근거를 해설서에 삽입하여 신뢰성향상의 기초자료로 활용되고 있으며, ‘05. 8월말 현재 유압실린더 등 334종의 신뢰성평가기준을 개발하여 제정 공포하였다.
이와함께 지속적으로 신뢰성인증사업을 추진하여 현재까지 공압실린더 등 213건에 신뢰성인증서를 수여하였으며, 신뢰성평가대상품목으로 지정된 301개 품목에 대하여 신뢰성평가장비 등 인프라 구축에 박차를 가하고 있는 동시에 신뢰성평가도 병행하여 향후 신뢰성인증 업체의 수는 상당히 증가될 것으로 판단되며, 신규시장진입 활성화 및 국산제품의 신뢰성수준을 수요업체에 널리 알릴 수 있는 계기가 될 것으로 생각된다.

<교육 과정별 정의, 대상 및 특징>

 구분                 기본교육과정                    심화교육과정                          실용화교육과정
 정의         한양대/부산대 대학원 정규    계절학기 과정으로 방학을        단기 과정으로 맞춤식 교육
                교과과정에 개설                   이용한 전문교육
 대상         한양대/부산대 대학원           대학원생, 학부생,                                  ←
                재학생(석사, 박사과정)         산업체 인력

 수강조건  한양대/부산대 대학원생으로  교육 수강을 희망하는 자          교육 수강을 희망하는 자  
               희망하는 자 모두 수강 가능    모두 수강 가능                      모두 수강 가능

               한양대/부산대 대학 교과
 학교요람  과정내 개설, 기존 대학원 
정규과목   교과목 중 신뢰성 관련 
               과목과 동등한 경우 대체 인정
           

                                                       기본교육과정(대학원 교과 
센터고유                                           과정)을보완하여 고장분석 및     전문분야별 맞춤식 교육으로 
(비정규)                                            신뢰성공학의 핵심내용을         수시로 개최
                                                       기초에서 응용까지 집중 
                                                       심화교육하기 위한 과정을 개설

               대학원에서 상기 개설된 과목  심화, 실용화교육에서 60시간 이수(심화교육과정은 각
 이수조건  중관련 3과목 이수하고 각       수강과목에서 ‘합격’의 성적 취득한 과목만 인정)
               수강 과목에서 B학점 이상을 
               취득한자

 교육일정                                           년 2회(동계 및 하계방학          년 5회 이상 단기적 전문
 (교과개설  학기별 개설                        기간 중 1개월 전후)                분야별 맞춤식
 시기 및                                             교육(1일~3일)

소요일)  (회당 10일, 60시간)       

다. 신뢰성평가장비 구축현황
제품의 수명 및 고장률 예측시 가장 중요한 기반중의 하나가 관련 평가장비 구축정도이며, 지금까지 신뢰성평가장비는 2000년 시범사업을 포함하여 ‘04년사업(’05. 4월 완료)까지 진동시험기 등 총 1,327대를 구축, 완료하였다.  평가장비구축시 성능평가장비는 최대한 억제하고 환경시험 및 신뢰성시험에 직접 소요되는 장비위주로 구축하고 있으며, 신뢰성평가장비에도 관련 평가기술에 관한 노하우가 상당히 내포되어 있어 평가장비개발에 집중노력을 하고 있다. 또한 수명예측을 위한 장비개발에도 박차를 가하여 평가센터가 자체설계(제작)하는 장비의 수도 증가되고 있는 추세이다.

<교육 과정별 이수실적>

라. 신뢰성평가 전문인력양성 교육
일본제품은 고 신뢰성으로 고 브랜드화된 상품으로 하이앤드 시장을 선점하고 중국은 저 임금의 노동력을 기반으로 가격 경쟁력을 갖추고 있으나 국산 부품·소재 산업은 뚜렷한 대응 방안이 없는 실정이므로 국산 부품·소재의 신뢰성 인증사업 등을 통한 경쟁력 강화와 더불어 산업 전반에 신뢰성 전문 교육을 받은 인력의 보급이 병행되어야 한다.
따라서 중소기업의 기술경쟁력은 인적 자원이 바탕이 되므로 신뢰성 전문인력 양성을 위한 정부 또는 민간 주도의 프로그램 개발이 필요함에 따라 한양대학교와 부산대학교에 인력양성 프로그램 개발을 요청하여 대학원생, 산업체 인력 등에 대한 교육을 실시하고 있다.

신뢰성 정보 네트워크 구축 체계

마. 신뢰성 국제협력 및 신뢰성정보센터 운영
신뢰성평가0104인증의 해외신인도 제고를 위하여 Wyle Lab.(미), CALCEcenter(미), TUV(독일) 등 세계일류 연구(인증)기관과의 국제협력을 추진하고 있으며, 주요협력 내용은 신뢰성평가 상호인정, 공동연구 및 평가(평가기준 공동개발), 인력교류 및 정보교환, 기술도입 등에 대하여 상호협력하고 있다. 특히, 기계연-Wyle Lab.(미국), 기계연-TUV(독), 기계연-BV(프), 자품연TUV(독) 및 산업기술시험원DNV(노)간에 마크간 상호인증을 체결하여 신뢰성인증을 받은 제품은 별도의 평가가 없이 서류심사만으로 선진 인증마크를 획득할 수 있도록 협력을 수행하고 있다. 한편, 신뢰성평가기술 중 가장 중요한 부문중의 하나가 신뢰성정보를 수집·보급하는 체계를 형성하는 것이라고 판단되며, 신뢰성정보 공유를 위한 국내외 신뢰성 관련기관, 연구소, 민간업체간 정보공유 네트워크 구축하고 관련기술을 보급하기 위하여 신뢰성정보 홈페이지를 구축하였으며 그 체계는 그림과 같다.
주요내용은 신뢰성인증업체현황, 신뢰성장비, 전문가 등 신뢰성관련 정보 및 신뢰성평가기준 리스트, 세미나자료, 교육자료, 기술자료 등 신뢰성 DB등이 다수 제공되고 있다

바. 산업체 신뢰성마인드를 제고하기 위한 워크샵 개최 및 기타 사항
1)2004 신뢰성 평가기술 워크샵(제5회)
가. 일시 : 2004. 11. 11(목)~12(금)
나. 장소 : 천안 상록리조트 컨벤션센터
다. 참석인원 : 260명(산업체 : 124명, 평가센터 136명)
라. 산업체의 신뢰성 향상 추진사례 및 제품의 고장분석 현황 등
- LG전자의 신뢰성보증 활동 현황
- 자동차 수명보증 및 내구시험방법 개발 등
2)부품소재 신뢰성향상사업 발전방향 워크샵(제6회)
가. 일시 : 2005. 1. 20(목)~21(금)
나. 장소 : 대전 유성호텔
다. 참석인원 : 68명
라. 신뢰성인프라 구축방향 재정립 및 이의 효율적인 활용 등
3)신뢰성전문가 초청 세미나 개최
가. 일시 : 2005.  1. 14(금)
나. 강사 : 한봉태 박사(미국 메릴랜드대학 기계공학과 교수, 칼스센터 전자제품 및 시스템센터 연구부장) 등 2명
다. 참여인원 : 350명(업체 : 182명, 센터 등 연구기관 : 116명, 학계 : 52명)
라. 최근 미국의 신뢰성 추진방향 및 모듈(주로 전자부품)의 신뢰성평가방법, 가속시험방법/사례, 시험효과분석기법, 실험계획법 등
4)신뢰성인증의 수요기업 홍보강화를 위한 인증제품 홍보물 제작배포
가. 일 시 : 2005. 4월
나. 홍보대상 : 라디에이터 등 157업체
다. 배포처 : 수요기업 및 관련업체 등 400업체 배포
라. 내용 : 인증업체 현황, 제품개요 및 특성, 신뢰성평가내용 및 결과                  

(다음호에 계속)