신제품 개발 프로세스 — 어디서 무엇을 정하나
기업이 계속 자라려면 신제품 개발을 소홀히 할 수 없다. 기존 제품군에 품목을 더하든, 새 시장에 들어가려고 전혀 다른 제품을 만들든, 새로운 것을 내놓지 않고 경쟁에서 이기는 방법은 없다.
신제품 개발은 흔히 마케팅과 연구개발의 일로 여겨진다. 그러나 개발에 들어가는 비용과, 양산 체제를 갖출 때 부딪히는 기술적 문제를 생각하면 재무와 생산 부서도 빠질 수 없다. 마케팅이 시장조사로 소비자의 기호와 요구를 모아 연구개발·엔지니어링에 넘기고, 실제 만들 수 있는지를 따지려면 사내 여러 부서의 협조가 필요하다.
개발은 여러 단계의 개발과 테스트를 거친다. 아이디어가 나왔다고 곧장 설계에 들어가지 않는다. 그 사이에 타당성 검토(feasibility study)가 있다.
- 제품의 기대수명주기와 신뢰도
- 지금 갖고 있는 공정·생산기술과의 적합성
- 현재 제품라인과의 적합성
- 개발과 생산에 드는 비용
- 기대이익률과 기대수요
타당성 검토를 지나 예비설계에 들어서면 제품설계부서와 생산기술부서의 의견 교환이 절대적으로 필요해진다. 예비설계는 지금 보유한 설비와 기술을 감안해 만들려는 제품의 품질·신뢰도·형태를 정하는 과정이고, 현실적으로 고를 수 있는 공정의 형태까지 놓고 설계를 구체화한다. 기술적 문제가 풀리고 생산비용에서도 타당성이 인정되면 최종설계로 넘어가 기술 규격과 필요 부품, 그리고 공정 전체를 한눈에 볼 수 있는 흐름도까지 만든다.
여기서 붙잡아 둘 것이 있다. 신제품 개발과정은 공정 설계와 밀접할 뿐 아니라, 많은 경우 고를 수 있는 공정의 폭을 제한한다. 제품을 어떻게 그리느냐가 그 제품을 어떻게 만들 수 있는지를 미리 좁혀 놓는다는 뜻이다.
이 글의 본문은 교재 제2장 「신제품 및 프로세스 개발전략」의 구성을 따른다. 용어와 정의, 분류 체계는 교재 표기를 그대로 쓴다.
교재가 쓰인 뒤에 달라진 것, 또는 현장에서 교재와 다르게 굳어진 것은 본문에 섞지 않고 「번외」로 표시해 따로 적었다. 어디까지가 교재이고 어디부터가 그 밖인지 갈라서 읽을 수 있게 하기 위해서다.
전통적 개발 방식의 문제 — 설계비는 5%, 원가는 70%
교재가 드는 문제는 셋이다. 전체가 아닌 부문별 목표 지향, 부서 간 이기주의, 부문 간 긴밀하지 못한 의사소통. 셋 다 «각자 자기 구간만 잘하면 된다»는 구조에서 나온다.
그래서 교재는 제품 개발과 설계에서 가장 중요하게 볼 것을 이렇게 정리한다.
- 소비자의 욕구와 필요를 감안한다
- 제품설계부서의 고객은 제품제조부서다 — 설계는 만드는 사람에게 넘기는 물건이다
- 제조부서의 생산기술과 양산능력을 감안한다
- 불량품이 생기기 어렵게 설계한다
마지막 항목의 무게를 보여 주는 숫자가 하나 있다. 제품의 설계비용은 원가의 5%에 지나지 않지만, 설계가 제조원가의 70% 정도를 결정한다. 불량이 나기 어렵게 그려 두면 품질과 원가가 한꺼번에 해결된다는 뜻이고, 반대로 설계에서 놓친 것은 제조 단계에서 아무리 애를 써도 잘 회복되지 않는다는 뜻이기도 하다.
리드타임이 만드는 전략적 효과
성숙기에 들어선 품목이나 높은 엔지니어링 역량이 필요한 주문형 제품은 제조공정의 속도만으로는 우위를 지킬 수 없다. 경쟁이 심해질수록 제품의 수명주기는 짧아지고 진부화가 빨라져서, 우위는 새 제품을 빨리 개발해 공급하는 쪽으로 기운다. 생산시스템의 효율을 짜내던 기업들이 그 원리를 개발과 설계 공정에 옮겨 붙이려는 이유다.
스미스와 라이너슨은 이 문제를 두 개의 시계로 설명한다.
시간을 경쟁의 축으로 삼는 기업일수록 두 시계의 시차를 줄이는 데 더 많은 힘을 쓴다. 시장은 이미 뛰고 있는데 회사가 아직 출발하지 않은 구간이 곧 잃는 시간이기 때문이다.
개발 리드타임을 줄이면 무엇이 달라지는지 교재는 구체적으로 짚는다. 남보다 빨리 내놓으면 경쟁자가 따라올 때까지 독점적 위치를 누리고 가격도 높게 잡아 개발비를 빨리 회수한다. 그런데 더 흥미로운 것은 늦게 시작하고도 비슷한 때에 내놓을 수 있다는 점이다.
| 2년 늦게 개발을 시작하면 | 무엇이 유리해지나 |
|---|---|
| 자재 · 기술 · 설비 | 최고 2년 앞선 것을 쓴다. 같은 제품을 더 나은 조건에서 만든다 |
| 개발 기간 | 짧게 끝내면 개발에 붙는 간접비가 준다 |
| 수요 예측 | 2년 더 가까운 미래를 보고 예측하므로 틀릴 여지가 준다 |
결과적으로 소비자는 요구가 더 잘 반영된 제품을 더 싸게 산다. 리드타임 단축이 «빨리 만드는 기술»의 문제로만 보이지 않는 이유가 여기 있다.
컨커런트 엔지니어링 — 직렬에서 병렬로
전통적인 제품개발은 순차적(sequential)·직렬식이다. 기획·개발·설계·생산준비·제조가 부서별로 나뉘어 있고, 앞 부서의 일이 끝나야 다음 부서로 넘어간다. 분업으로 효율과 전문성을 얻으려 한 결과다. 문제는 그 대가로 시간과 소통을 잃는다는 데 있다.
컨커런트 엔지니어링은 이 흐름을 병렬로 바꾼다. 여러 부서의 전문가로 이루어진 다기능팀(cross-functional team)이 설계를 함께 진행하고, 개발과정의 여러 활동을 동시에 수행하도록 설계를 통합한다. 교재가 드는 효과는 개발비용 30% 절감, 개발시간 60% 절감이다.
교재는 일본 유니클로의 사례를 든다. 2014년 영업이익률이 10% 아래로 떨어지자, 건물 일곱 개 층에 흩어져 일하던 수요조사·디자인·개발·기획·마케팅·생산·판매영업·IT의 핵심 인력 1,000여 명을 본사 7층 한 곳에 모았다. 소비자 수요 데이터가 생산·물류와 실시간으로 공유되면서 일주일 단위였던 기획·생산 흐름이 하루 단위가 됐고, 출시 속도가 올라 꼭 필요한 제품만 만들어 재고를 줄일 수 있었다.
이 사례에서 눈여겨볼 것은 도입한 기술이 아니라 «자리를 옮긴 것»이다. 상품 설계의 통합화는 도구 이전에 기업문화의 문제라는 것이 교재의 결론이다.
만들기 쉽게 설계한다 — DFM
DFM(Design for Manufacturability)은 제조 현장의 작업을 쉽게 하려고 설계 단계에서 지켜야 할 기본 원리다. 교재의 가이드라인을 추리면 이렇다.
- 파트의 가짓수를 최소화하고 모듈러 디자인을 적극 감안한다
- 한 파트가 여러 기능을 하도록, 또 여러 용도에 쓰이도록 설계한다
- 가공(fabrication)과 조립·취급이 쉽도록 설계하고, 조립 방법을 평가한다
- 패스너와 커넥터를 여러 개 쓰지 않는다
- 여러 방향에서 조립할 필요가 없게 한다 — 위에서 아래로 조립되도록
- 조립공정에서 조정(adjustment)이 필요 없게 설계한다
맨 앞의 «파트 가짓수 최소화»가 왜 그렇게 강조되는지는 따라오는 효과를 늘어놓으면 분명해진다. 작업 단계가 줄고, 실수 가능성이 낮아지고, 노동력이 절감되고, 훈련과 작업 매뉴얼 작성이 쉬워지고, 협력업체 수가 줄어 거래 업무와 관리 필요성까지 함께 준다. 설계 도면 한 장의 결정이 공장 밖 관계까지 바꾼다.
조립 단순화의 판단 기준도 구체적이다. 중간 조립품이 두 개의 파트와 연결고리로 되어 있다면 설계팀은 세 가지를 묻는다. 둘 중 하나가 움직이거나 회전하는가? 서로 다른 자재를 써야 하는가? 나중에 정비를 위해 빼낼 필요가 있는가? 셋 다 «아니오»라면 그것은 하나의 파트로 다시 설계할 대상이다.
모듈러 디자인과 플랫폼
소비자가 원하는 사양을 빨리 주려면 결국 «선택사양을 얼마나 쉽게 제조공정에 반영할 수 있느냐»로 문제가 좁혀진다. 그 답의 하나가 모듈러 디자인이다.
모듈러 디자인은 여러 개의 독립된 모듈이 하나의 제품을 이루도록 설계하는 방식이다. 각 모듈은 독자적으로 조립·검사되고, 고객이 고른 사양에 따라 최종조립 단계에서 제품의 일부가 된다. 부품의 가짓수가 줄고 생산공정이 단순해지는데, 그렇다고 설계 과정이 더 복잡해지지도 않는다.
플랫폼은 여기서 한 걸음 더 간다. 서로 다른 제품에 표준화된 같은 모듈을 쓰는 방식이다. 소비자가 볼 때는 다른 제품인데 속을 열면 같은 모듈이 들어 있다. 자동차 조립라인에서 네 가지 다른 차가 나오지만 현가장치는 모두 같은 모듈인 식이다. 조립공정의 일정 단계까지는 모두 같은 모듈로 가고, 그 단계를 지나야 각 차에 맞는 브레이크·타이어·쇼크업소버가 붙는다.
모델 A와 B가 플랫폼을 공유한다는 것은 차체는 달라도 주행에 필요한 기계·전자 장치는 같은 것을 쓴다는 뜻이다. A의 부품 설계와 조립공정 설계가 끝나 있으면 B의 개발비는 크게 줄어든다. 그래서 플랫폼 기반 생산은 부품의 표준화를 넘어 조립·생산 프로세스의 구조까지 공유하는 개념이다.
선택사양과 지연전략 — 다양성을 뒤로 미룬다
선택사양은 순차적으로 추가할 수 있게 설계하는 것이 바람직하다. 작업 흐름을 끊지 않고 자연스럽게 끼워 넣을 수 있어야 한다는 뜻이다. 공구 교체만으로 빨리 붙일 수 있다면 흐름은 유지된다.
교재가 드는 예가 선명하다. 어떤 사양을 붙이려고 제품 일부를 뜯어내고 안쪽에 구멍을 뚫어야 한다고 하자. 필요할 때마다 뚫는 것보다 제작 초기에 필요하든 아니든 뚫어 두는 편이 낫고, 나아가 다른 사양까지 대비해 필요한 구멍을 미리 다 뚫어 두는 편이 더 효율적이다. 물론 가장 좋은 답은 구멍 없이도 사양을 추가할 수 있게 설계를 고치는 것이다.
이런 선택사양 설계 전략이 모듈러 디자인과 만나면 매스커스터마이제이션, 곧 최소 비용으로 상품을 다양화하는 길이 열린다. 그리고 다양성이 생산공정의 거의 끝 무렵에 나타나게 하는 지연전략도 함께 쉬워진다. 앞 강에서 본 주문조립생산(ATO)이 바로 이 원리 위에 서 있다.
QFD — 소비자의 말을 기술 규격으로
품질기능전개(Quality Function Deployment, QFD)는 1960년대 말 미쓰비시 고베 조선소에서 처음 적용된 원리다. 설계 전반에 걸쳐 막연하고 추상적인 소비자의 요구·필요·기호를 그에 대응하는 기술적 요구로 바꾸는 과정을 가리킨다.
- WHAT — 소비자의 요구, 필요성, 기호
- HOW — 그 WHAT을 채우기 위한 기술적 요구사항(대용특성)
이 둘을 잇는 도구가 품질의 집(House of Quality)이다. 소비자 요구와 그 상대적 중요도, 요구를 기술 용어로 옮긴 대용특성, 경쟁기업 제품과의 품질특성 비교, 대용특성 사이의 상관관계, 그 목표치와 달성의 기술적 어려움까지를 하나의 일람표로 종합한다. 구축 단계는 이렇게 이어진다.
| 단계 | 하는 일 |
|---|---|
| 1 | 소비자의 요구 분석 |
| 2 | WHAT의 상대적 중요도 결정 |
| 3 | 경쟁기업 제품과의 품질특성 비교 |
| 4 | 소비자 요구를 대용특성으로 전환 |
| 5 | 각 HOW의 정확한 측정치 기록 |
| 6 | 각 HOW 사이의 상관관계 표시 |
| 7 | 각 HOW의 목표치 설정과 추가자료 정리 |
소비자의 요구가 최종 제품으로 형상화되기까지 전 과정에 이 원리를 적용하려면 품질의 집이 여러 개 필요하다. 제품기획 → 부품설계 → 공정계획 → 생산계획의 네 단계로 이어 가며, 앞 단계의 «HOW»가 다음 단계의 «WHAT»이 되는 구조다.
프로세스 테크놀로지와 자동화
프로세스 테크놀로지는 제품이나 서비스를 만들어 내는 방법과 설비를 뜻한다. 생산시스템의 골격을 이루는 가장 중요한 요소이면서도, 이미 고른 제조공정의 유형이 선택의 폭을 크게 제한한다. 반복라인생산으로 표준화 제품을 대량생산한다면 특수설비 위주가 될 수밖에 없고, 다품종 소량을 다루는 개별생산이나 배치생산이라면 범용설비를 고르게 된다.
자동화의 발전 정도로 보면 수동 → 기계화 → 자동화로 나뉜다. 수동은 봉제·의류에서, 기계화는 전기·전자·자동차 같은 대부분의 공산품 제조에서 볼 수 있다. 그리고 자동화는 다시 둘로 갈린다.
| 구분 | 고정형 자동화 | 유연형 자동화 |
|---|---|---|
| 설비투자액 | 엄청나게 많다 | 고정형보다는 적지만 기계화보다 상당히 많다 |
| 생산품목 | 소수 품목 대량생산 | 다품종 소량생산이 가능 |
| 공정 유연성 | 가공순서·품목 변경에 큰 비용 | 가공순서를 프로그램으로 통제해 유연성이 높다 |
| 생산속도 | 단위기간당 생산량이 높다 | 고정형보다 낮다 |
| 사례 | 자동가공라인, 자동조립라인 | NC기계, 로봇, 유연생산시스템(FMS) |
고정형은 성숙기에 든 제품을 대량생산할 때 주로 쓰이고 노무비 절감, 생산량 증대, 공정 전문화, 생산시간 단축을 노린다. 대신 규격 변경이나 신제품에 신축적으로 대응하기 어렵다. 석유화학·제지·펄프 같은 장치산업은 애초에 대체할 생산방법이 뚜렷하지 않아 «쓸 것인가 말 것인가»의 선택지가 없는 경우가 많다.
유연형에 속하는 것들은 이렇게 갈린다. NC기계는 작업 순서와 방법을 컴퓨터가 갖고 있어 한 사람이 여러 대를 운영할 수 있다. 로봇은 1969년 제너럴모터스가 용접용으로 도입한 것이 실용적 시작으로 꼽히며, 무거운 부품이나 도장·용접처럼 환경이 나쁘고 반복적인 작업에서 효율이 높다. 물류센터에서도 바닥의 바코드를 읽고 움직이는 피킹 로봇(AGV), 자동 포장기기, 분류 로봇이 자리를 잡았다. FMS는 NC기계 작업장·자동운반·자동공구교체·컴퓨터통제를 묶은 것으로, 생산준비시간이 거의 필요 없다는 것이 결정적인 장점이다. 여기에 설계를 돕는 CAD와 제조 운영·통제를 돕는 CAM이 붙는다.
스마트 팩토리 — 감지 · 판단 · 수행
독일이 주도한 스마트 팩토리는 내외부 환경 변화에 유연하게 대응하려고 감지(sensing) · 판단(control) · 수행(actuating) 세 기능이 자동화된 생산시스템을 뜻한다. «스마트»가 붙은 이유를 교재는 사람의 몸에 빗대 설명한다.
요약하면 스마트 팩토리는 사람의 결정에 따른 변동을 줄이고 데이터에 기반한 결정이 실시간으로 이루어지도록 설계·운영되는 공장이다.
교재가 드는 사례가 독일의 부엌가구 제조업체 노빌리아다. 하루 평균 2,600세트, 연간 58만 세트의 고급 키친세트를 만드는 유럽 최대 규모의 업체로, 공장 두 곳에서 3,000명 넘는 종업원이 연 1.3조 원이 넘는 매출을 올리고 그중 수출이 45%다. 인건비가 높은 독일에 생산 거점을 남기고도 국제 가격경쟁력을 지키는 힘이 꾸준한 생산 자동화에서 나왔다는 것이 이 사례의 요지다. 재료를 부품으로 가공하는 «앞공정»과 부품을 완성품으로 조립하는 «뒷공정»을 나누고 각각에 고도의 ICT를 붙였으며, 앞공정에서는 부품과 용도마다 다른 조립용 자재의 구멍 위치를 데이터베이스로 관리한다.
본문에 나온 «설계비는 원가의 5%, 그러나 설계가 제조원가의 70%를 결정한다»는 표현은 생산관리 교재와 실무 자료에서 널리 인용된다. 다만 이 비율은 특정 실험에서 나온 상수가 아니라 산업과 제품에 따라 달라지는 어림값이다. 인용처에 따라 70%가 되기도 하고 80%가 되기도 한다.
그래서 숫자 자체를 외우기보다 «원가는 만드는 단계가 아니라 그리는 단계에서 이미 대부분 정해진다»는 방향으로 기억하는 편이 안전하다. 이 명제가 컨커런트 엔지니어링과 DFM이 왜 필요한지를 한 줄로 설명해 준다 — 뒤에서 고치는 비용이 앞에서 정하는 비용보다 훨씬 비싸기 때문이다.
교재는 유연형 자동화의 구성 요소로 CAD와 CAM을 든다. 그 뒤로 두 가지가 실무 용어로 자리를 잡았다.
하나는 디지털 트윈이다. 설비와 공정을 가상으로 똑같이 만들어 두고 실제로 돌리기 전에 시험한다. 교재의 «감지·판단·수행»에서 판단 기능을 공장 밖으로 확장한 것으로 읽으면 이해가 쉽다.
다른 하나는 생성형 설계(generative design)다. 하중·재료·제조방식 같은 조건을 주면 소프트웨어가 여러 형상을 만들어 내고 사람이 고른다. 그런데 여기서도 DFM의 원칙은 그대로다. «만들 수 있게 설계하라»는 조건을 넣지 않으면 만들 수 없는 형상이 나온다. 도구가 바뀌어도 설계가 제조를 위해 존재한다는 전제는 바뀌지 않는다.
요약
- 신제품 개발은 아이디어 → 타당성 검토 → 예비설계 → 최종설계로 간다. 타당성 검토에서는 수명주기·공정 적합성·제품라인 적합성·비용·기대수요를 본다
- 전통적 방식의 문제는 부문별 목표, 부서 이기주의, 소통 부족이다. 설계비는 원가의 5%지만 제조원가의 70%를 결정한다
- 마켓 시계와 회사 시계의 시차를 줄이는 것이 리드타임 경쟁이다. 늦게 시작해도 빨리 끝내면 더 새 기술로, 더 정확한 예측으로 만든다
- 컨커런트 엔지니어링은 직렬을 병렬로 바꾼다 — 다기능팀, 개발비 30%·개발시간 60% 절감
- DFM의 첫 줄은 파트 가짓수 최소화다. 그 효과는 공장 안을 넘어 협력업체 수와 관리 부담까지 줄인다
- 모듈러 디자인·플랫폼·선택사양 설계가 매스커스터마이제이션과 지연전략을 가능하게 한다
- QFD는 소비자의 말(WHAT)을 기술 규격(HOW)으로 옮기는 절차이고, 그 도구가 품질의 집이다
- 자동화는 고정형(소수품목 대량)과 유연형(다품종 소량)으로 갈리고, 스마트 팩토리는 감지·판단·수행이 하나로 이어진 공장이다
