다구찌 실험 계획법 소개

다구찌 실험 계획법은 일본의 다구찌 겐이찌가 구현한 제품의 품질 개선 방법입니다.

제어 가능한 인자로 제어할 수 없는 잡음 (환경) 인자에 대한 강건 설계, 영어로는 Robust 설계를 하는 것입니다.

다구찌 실험 계획법으로 알려진 최초의 적용 예로 일본의 타일 생산업체인 Inax 사의 예가 있습니다. Inax 사는 장식용 타일을 만드는 회사였습니다. 타일의 모양을 만든 후 가마에서 굽는 과정을 거치는데, 타일을 굽는 가마 속은 장소에 따라 온도 분포가 다릅니다. 가마 속에서 구워진 후 타일 치수에 편차가 생겨 1등품 (비싸고, 빌딩의 외장내로 사용.) 이 80% 정도, 2등품(1등품에 비해 값이 싸고 주택용으로 사용되었음.) 이 20% 정도 생산되었습니다. Inax 사는 어떻게 하면 2등금을 줄이느냐가 관심이었습니다.

손쉬운 해결 방법으로는 새 가마를 사오는 것이었습니다. 그 당시 Inax 사의 재정 규모로는 새 가마를 구입하는 것은 무리였습니다. 이 문제 해결을 다구찌 박사가 의뢰 받았습니다. 다구찌의 접근은 불량품의 가장 큰 원인인 가마 안의 온도 분포는 그대로 둔 채 (실제로 가마 안의 온도를 모두 일정하게 하는 것은 불가능.) 자유롭게 선택할 수 있는 설계 변수 (이 경우는 타일의 원료배합과 타일의 판금조건 등) 를 바꿔 특성치의 편차를 줄이는 것이었습니다. 이와 같이 불량품의 가장 큰 원인이 제어할 수 없는 경우는 오차 인자로 두고, 제어가능한 요소를 적당하게 조작하여 원하는 목적을 달성하려는 시도였습니다. Inax 사에서는 제어 가능한 원료 배합을 바꾸어 전체가 1등품이 되게 할 수 있었습니다.

다른 예를 하나 더 들어보겠습니다. 일본의 어떤 전자 제품을 만드는 중소기업에서 일정한 시간마다 불량이 발생하는데 원인을 알 수 없었습니다. 담당은 원인을 찾기 위하여 오랫동안 연구했으나 알 수 없었습니다. 퇴근하는 어느 날 철도 건널목에 차단기가 내려졌고, 기적을 울리면서 기차가 지나갔습니다. 담당자는 그 때 갑자기 생각이 나서 공장으로 달려가서 그 순간의 생산품을 보니 불량품이었습니다. 즉, 기차 기적소리가 불량의 원인이었습니다. 그러나 기차의 기적 소리는 제어할 수 없는 잡음입니다. 회사는 기차의 기적 소리를 제어할 수 없고 또한 공장을 기차 소리에 영향을 받지 않는 곳으로 이사할 수도 없는 형편이었습니다. 다구찌 실험계획법을 적용하면 공장에선 기차 소리가 울려도 불량이 되지 않게 공정조건을 바꾸는 방법이 잡음(기차의 기적소리)에 강건한 설계인 것입니다. 

이러한 실험계획법으로 기술개발을 진행하면 잡음에 강한 최적의 조건을 얻을 수가 있습니다.

다구찌 실험계획법은 다음과 같은 순서를 거칩니다.

1) 실험 선정 : 문제점과 목표를 정합니다.

2) Brain storming : 설계 변수, response 특성, noise 에 대한 토론 및 결정입니다.

3) 실험 설계 : 설계 변수와 잡음의 수준과 reponse 종류를 고려하여 효율적인 실험 배열을 선정합니다.

4) 실험 실시 : 실험이나 simulation 을 실시하여 data 를 모읍니다.

5) data 분석 : 평균값, Signal to noise ratio 등을 계산하고 ANOVA table 을 작성합니다.

6) 최적 수준 결정 : 주요 인자에 대한 수준별 평균값을 plot 하고 S/N 비를 최대로 하는 수준을 결정합니다.

7) Confirmation : 신뢰도를 이용하여 최적 수준에 대한 예측을 하며, 반복 실험을 통하여 재확인합니다.

8) 결론 : 실험 결과에 대한 평가와 향후 계획을 세우게 됩니다.