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배터리 생산시스템 개발자의 과제관리 방법론 최적화 방안 연구 : S사 실증 연구 중심으로

  • 박신철 (아주대학교 일반대학원)

초록/요약

본 연구는 배터리 생산시스템 전 생애주기에 걸쳐 개발, 개선, 변경 및 유지 보수 과제를 책임지는 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리 방법론 최적화 방안에 대한 실증 연구이다. 배터리 생산시스템 개발자 과제는 일반적인 제품 또는 프로세스 개선과제와 다르게 과제 수행에 있어 반드시 고려해야 하는 요구사항들이 있다. 이러한 요구사항이 있는 상황에도 불구하고 배터리 생산시스템 과제유형과 요구사항 분석이 미흡하고, 과제관리 방법론의 적합성을 판단하는 기본요소와 원리에 대한 연구 역시 미흡하다. 아울러 배터리 생산시스템 개발자 과제관리 방법론의 적합성 평가 방법조차 부재한 것이 현실이다. 이런 가운데 배터리 생산시스템 개발자가 과제관리를 위해 선택할 수 있는 방법론은 일반적인 과제관리방법론으로 이러한 과제관리방법론은 다양하게 존재하며, 각 방법론의 옹호론자들은 선 호하는 과제관리방법론이 마치 만능통치약인 것처럼 홍보한 결과, 배터리 생산 시스템 개발자들이 본인 과제에 맞는 과제관리방법론 선택을 어렵게 만들고 있 다. 이에 따라 각자 경험에 기초한 과제관리방법론을 채택하여 활용하게 됨에 따라 과제 진행 시 지속적인 시행 착오가 발생하고, 심지어 과제가 중단되거나 취소되고, 결과적으로 당초 기대 목표성과 보다 미흡한 결과를 초래한 경우가 발생하고 있다. 배터리 생산시스템 개발자의 바람직한 과제관리방법론의 연구의 필요성은 과 제 수행에 있어 반드시 고려해야 하는 요구사항들을 외생적으로 비즈니스 환경 적 요인과 배터리 제조업과 생산시스템 자체 고유의 내생적 요인으로 나누어 볼 수 있다. 우선 외생적 요인으로 친환경 자동차 배터리 시장의 폭발적인 성 장에 따른 전체 배터리 생산시스템 최적화와 관련 이해관계자의 다양한 요구 적합성 이슈이다. 배터리 시장의 급격한 성장에 따라 파트너 간 생산시스템 연계 증대로 개발, 개선, 변경 및 유지보수 등 모든 유형의 배터리 생산시스템 개발자 과제 추진 시 전체 배터리 생산시스템 최적화 필요성이 높아지고, 주요 국가의 정책과 규제에 따른 친환경, 안전 규제 강화 등과 같은 핵심요구사항에 효과적이고 용이하게 대응하는 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리방법론 최적화 필요성이 지속적으로 높아지고 있다. KDB미래전략연구소 산업기술리서치센터 신유라 선임연구원(2021)은 ‘전기차용 이차전지의 시장 트렌드 및 기술 개발 동향조사’ 9월 연구보고서에서 ‘20년 글로벌 배터리 출하량은 221GWh로 집계되었으며, 연평균 32% 성장하여 ’30년 에는 3,670GWh에 이를 것으로 전망하였다. 배터리 용도별 시장 규모를 살펴보면 ‘30년 자동차용 배터리가 ‘20년 65%에서 89%로 확대가 예상되었고, ESS를 포함한 중대형 배터리 수요는 전체 배터리 시장에 97% 수준으로 예상하였다. 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리방법론 최적화 방안 연구의 필요성으로 내생적 요인을 살펴보면 자동차 배터리 시장의 경우 엄격한 품질경영시스템 (IATF16949, VDA)의 룰과 원칙 준수를 요구하며, 배터리 생산시스템 개발 활동에 있어 시스템 엔지니어링 국제 표준(INCOSE 4.0, CMMI, A-SPICE)을 따라 수행해 줄 것을 요구한다. IATF16949와 같은 품질경영시스템은 개발부터 운영까지 전 제품 생애주기에서 각 단계에 해야 할 활동과 표준 산출물, 표준도구 활용을 요구한다. 아울러 개발 프로세스까지 CMMI, A-SPICE와 같은 국제적인 표준을 따라서 V-Model 방식으로 개발할 것을 요구한다. 종전에 개발된 일반적인 과제관리방법론은 자동차와 ESS 산업에서 요구하는 품질경영시스템(IATF16949, VDA)와 시스템 엔지니어링 표준(INCOSE 4.0, CMMI 3,0, A-SPICE 2.0) 준수와 요구사항에 대한 반영이 없는 방법론으로 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리에 적용 시 불필요한 중복 활동과 산출물 작성, 커뮤니케이션 오류 등 다양한 문제를 발생시킬 수 있는 조건을 갖추고 있다. 요약하면 바람직한 배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론은 외생적 요인인 주요 국가의 높은 시민의식에 따른 다양한 이해관계자의 안전과 환경 관련 한 요구사항 증가와 글로벌 파트너쉽 증대에 따른 생산시스템 연계 복잡성 증가에 대한 효과적인 대응과 자동차와 ESS 산업에서 요구하는 엄격한 품질경영시스템과 국제적인 시스템엔지니어링 표준 가이드 준수 및 활용 요구와 같은 내생적인 요인 대응이 필요하다는 것이다. 아쉽게도 아직까지 배터리 산업과 배터리 생산시스템의 이러한 특성을 반영하여 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리에 맞춘 최적화된 방법론이 없는 상태로 국내 모 대기업, S사의 경우도 배터리 생산시스템 개발자를 대상으로 ‘19 년부터 과제관리방법론과 기술교육으로 구성된 다양한 과제관리방법론 교육을 제공함에도 불구하고, 23년 9월부터 11월까지 실시한 생산시스템 개발전문가 Expert 델파이 1, 2차 조사 결과에서도 ‘배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론으로 적합한 방법이 없다, 우리는 분석할 Data가 부족하다, 다양한 이해관계자의 요구가 있고 과제의 해결 난이도가 높다.’라는 다양한 유형의 VOC(Voice of Customer)가 나타났다. 이러한 문제는 근본적으로 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리 방법론 최 적화 방안에 대한 연구 부재에 따른 결과로 볼 수 있다. 배터리 생산시스템 개 발자의 과제관리에 대한 현실적인 고충과 요청에 따라 ‘배터리 생산시스템 개 발자의 과제관리방법론 최적화 방안’ 연구는 시급히 요청되는 연구 주제 중 하나이다. 이러한 연구 필요성에 따라 Newell과 Simon(1972)의 ‘이상적인 과제관리방법 론’ 연구에서 ‘다양한 이해관계자의 목표 상태, 즉 고객의 요구사항을 보다 효과적이고 용이하게 소화할 수 있는 기능(Actions)과 구조(Conditions)을 과제관리방법론이 갖추고 있는가?’로 이상적인 과제관리방법론을 판단할 수 있다는 연구 결과를 참고하였다. 이러한 이상적인 과제관리방법론, 다시 말해서 과제관리방법론의 적합성을 판단할 수 있다는 연구 근거로 홍종이 외(2012)의 ‘BSC와 ANP를 기초한 기술 선정 평가 개발’ 연구에서 활용한 3단계 연구 절차를 보다 세분화 활용하여 6단계로 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리 방법론 최적화 방안을 연구하였다. 1단계로 배터리 제조업과 배터리 생산시스템의 차별화 요구사항을 도출하여 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리방법론에 반영해야 하는 4개의 핵심요구특성CTQ, Critical to Quality)과 21개의 하위특성을 정리하였다. 배터리 생산시스템 개발자 과제관리에 있어 핵심요구특성(CTQ) 도출은 1차 문헌조사 실시하고, 하위특성 21개 도출하여 전문가 설문조사를 통해 적합도 평가 (8.4점/10점) 결과 ‘다소 높음’ 수준으로 평가되었다. 이러한 핵심요구특성을 과제관리방법론에 반영하기 위하여 INCOSE 4.0와 삼성 6시그마 DMAIC Rev.1.0 등 문헌조사를 기초하여 과제관리방법론의 5개 기본요소(기능과 구조)로 ‘로드맵, 개발목적, 전제조건, 산업별 가이드, 로드맵 프 레임워크’ 도출하여 설비 전문가 18명 설문조사 결과, 7.6점/10점 수준으로 기본요소의 적합도는 ‘다소 높음’로 파악되었다. 2단계로 배터리 제조업의 차별적 요구특성, 생산시스템의 특화 요구특성을 반영할 수 있도록 생산시스템 과제관리 방법론의 기본요소의 설계 방향 수립하는 단계로 Tyler의 ‘바람직한 교육과정과 수업계획’ 평가 방법과 PZB(Parassuraman, Zeithaml and Berry)이 제안한 “서비스 품질 Gap평가’ 인 SERVQUAL과 같은 평가체계를 참고할 때 ‘배터리 생산시스템 개발자 과제관리 방법론 적합성’ 은 ‘기본요소의 완성도와 핵심요구특성의 적합성’을 높이는 설 계 방향이 합리적이라고 판단하였다. 3단계는 과제관리방법론 최적화 방안으로 첫째 ‘핵심요구특성과 기본요소’ 맞 춤 최적화 방안으로 업의 특성을 고려한 과제관리방법론 최적화 방안을 구상하는 단계로 핵심요구특성을 과제관리방법론 기본요소에 적재적소에 맞춤 최적화 를 위하여 이정우 외(2013)의 ‘스마트 워크 적합성 평가 2〮 2 Matrix’ 프레임워 크와 Karsten(2018)의 산업시스템의 3〮 3 Matrix 프레임 설계를 참고하여 배터리 생산시스템의 핵심요구특성 (비즈니스 특성과 시스템 특성)에 맞춰 기본요소 차별화 반영하도록 ‘핵심요구특성과 기본요소의 상관 Matrix’을 구상하였다. 전문가 설문조사 결과 적합성 분석 7.94점/10점으로 ‘다소 높음’ 수준으로 나타났다. 핵심요구특성의 기본요소 Mapping를 통해 맞춤 최적화하면서, 배터리 업의 비즈니스 특성을 고려하여 생산시스템 개발자 방법론을 효과적으로 운영하기 위해서는 비즈니스의 특성을 요구사항의 복잡성(엄격성)과 생산시스템의 복잡성을 기준으로 과제관리방법론의 차별화 운영이 합리적으로 판단되어 ‘업의 특성을 고려한 운영 Matrix’ 모델을 구상하여 산업특성에 따른 과제관리방법론의 운영 최적화 방안을 수립하였다. 산업별 특성을 ‘요구사항 복잡성과 시스템의 복잡성’에 따라 업의 특성을 고려한 로드맵 설계 수준과 운영의 유연성을 최적화하는 방안을 구상하였다. 4단계는 3단계에서 도출한 배터리 생산시스템 개발자 과제관리에 적합화 방안을 적용한 ‘7단계 방법론’을 체계화하였다. S사의 ‘19년에서 ‘22년까지 4년간 과제관리방법론 사례와 다양한 과제관리방법론의 기능과 구조를 검토한 결과 INCOSE(2015)의 로드맵 프레임워크와 AIAG-VDA FMEA의 시스템 구조적, 기능적 접근법이 가장 합리적이라고 판단하고 참고하였다 기본적인 로드맵은 1단계 비즈니스 분석에서, 7단계 표준화 단계로 ‘7단계 방법론’을 체계화하였다. 상세 수준의 로드맵과 로드맵 프레임워크, 참고사항과 주요개념, 사례분석을 추가하 여 ‘7단계 방법론’ 활용을 위한 이해도를 높였다. 5단계로 배터리 생산시스템 과제 중 대표적인 2개 유형인 개발과제와 개선 과제 중 한 개 과제를 각각 선정하여 실제 사례에 ‘7단계 방법론’을 적용해 봄으로써 실제 사례 적용 가능성을 검정하였다. DMAIC 방법론과 ‘7단계 방법론’ 의 로드맵 단계별 방법론의 정성적 비교분석을 통해 보다 효과적인 실제 적용 가능성을 확인하였다. ‘7단계 방법론’을 적용한 결과 배터리 생산시스템 개발자에게 가장 친숙한 DMAIC 방법론 적용 보다 용이하고 효과적으로 개발과제를 마무리할 수 있었고 품질개선 과제 역시 설비의 구조와 기능 관점에서 원인을 보다 효과적으로 용이하게 찾을 수 있었다. 배터리 생산시스템 개발전문가 18명 델파이 조사한 결과, DMAIC 방법론의 적합성은 리커트 10점 척도 평가 시 5.80점, ‘7단계 방법론’은 8.44점으로 Paired T Test 검정 결과(P-Value: “0.000”)로 ‘7단계 방법론 ‘이 보다 효과적이라고 주장하였다. 마지막 6단계는 S사의 설비전문가의 설문을 통한 ‘7단계 방법론’의 유효성 검정 단계로 적합성 평가지수를 활용하여 DMAIC 방법론 대비하여 정량적으로 유효성 검정하는 단계로 구성하였다. 객관적이고 정량적인 과제관리방법론의 적합성 평가를 위하여 정진하 외(2010)의 ‘신제품 개념설계 평가를 위한 품질지 수 산출방정식’을 참조하여 배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론의 ‘적합성 평가지수 (CAI: Conformity Assessment Index) ’을 도입하였다. ‘CAI, 적합성 평가지수’로 DMAIC와 ‘7단계 방법론’을 비교 평가한 결과 DMAIC의 CAI 지수 는 ‘2.11’ 점인데 대비하여 ‘7단계 방법론’의 CAI 지수가 ‘5.00’ 점으로 ‘7단계 방법론’이 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리방법론으로 보다 적합하다고 평가할 수 있었다. 본 연구를 통해 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리 방법론으로 맞춤 최적화 설계한 ‘7단계 방법론’ 활용하면 보다 더 효과적인 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리가 기대된다. 본 연구를 통하여 다음과 같은 연구 성과를 도출할 수 있었다. 학문적 시사점으로 첫째 배터리 생산시스템 개발자 과제에 대한 과제관리방법론의 적합성에 영향을 주는 요소를 4개의 핵심요구특성과 방법론의 5개의 기본요소로 구체화하였다. 둘째 핵심요구특성을 산업간 일반특성과 차별화특성, 생산시스템의 일반특성 과 차별화특성으로 유형화(2·2 Matrix)하여 과제관리방법론 맞춤 최적화 방안을 제공하였다. 셋째 다양한 이해관계자 요구의 엄격성(복잡성)과 생산시스템의 연관 복잡성 기준으로 과제관리방법론의 로드맵 상세 설계 수준을 결정하고, 방법론 적용의 유연성을 결정할 수 있는 운영 최적화 방안을 제시하였다. 넷째 본 연구 결과인 ‘7단계 방법론’은 하나의 방법론으로 배터리 생산시스템 개발자 과제를 보다 용이하고 효과적으로 관리할 수 있다고 판단된다. 다섯째 배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론의 적합성 평가지수(CAI)를 수립하여, 과제관리방법론의 정량적인 적합성 평가와 지속적인 향상이 용이하도록 하였다. 실무적 기여도로, 첫째 본 연구 결과인 ‘7단계 방법론’은 배터리 업과 배터리 생산시스템의 차별화 특성을 반영하여 특화 설계된 배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론으로 다양한 고객의 요구 수용과 전체 생산시스템 최적화’을 보다 효과적이고 용이하게 해준다. 둘째, 산업 현장에서 모든 유형의 업무를 담당하는 배터리 생산시스템 개발자가 과제관리방법론 선정의 혼선이 없이 하나의 방법론으로 효과적으로 과제 관리를 할 수 있다. 셋째 배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론의 적합성평가지수를 활용하여 시대적 변화에 대응하여 과제관리방법론의 지속적인 적합성 향상과 평가가 가능하게 되었다. 넷째 업의 특성에 맞춘 운영 최적화 방안 제시로 ‘7단계 방법론’의 적용시 유연성을 판단하는 하나의 기준을 가지게 되었다. 다섯째 배터리 산업 외 다른 산업에도 ‘7단계 방법론’의 최적화 방안에 따라 업의 특성에 맞는 생산시스템 개발자 과제관리방법론을 용이하게 최적화할 수 있다고 판단된다. 결과적으로 ‘7단계 방법론’의 맞춤 설계 최적화방안과 운영 최적화방안, 적합성 평가방법 활용을 통해 배터리 생산시스템 개발자의 과제관리방법론 최적화를 위한 개발 및 개선이 지속적으로 이루어질 것으로 기대된다. 주제어: 배터리 생산시스템, 생산시스템 개발자, 방법론, 기본요소, 핵심요구특성, 적합성 평가지수, 로드맵, 7단계 방법론

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목차

Ⅰ. 서 론 1
1. 연구의 필요성 1
2. 연구 목적 9
3. 연구의 구성 11
Ⅱ. 이론적 배경 15
1. 생산시스템 개발자의 공통 역할과 요구 역량 15
2. 배터리 생산시스템 개발자 과제관리방법론 특별 요구사항 27
3. 이상적인 과제관리방법론의 구조와 기능 67
Ⅲ. 연구방법 76
1. 연구방법 76
2. 자료 수집과 분석 80
Ⅳ. 연구결과 84
1. 핵심요구특성과 기본요소 도출 84
2. 기본요소의 설계 방향 103
3. 과제관리방법론 최적화 방안 123
4. 최적화 방안을 적용한 과제관리방법론 (7단계 방법론) 135
5. 실제 사례 적용 203
6. 유효성 검정 213
Ⅴ. 결론 218
1. 연구 시사점 및 기여도 218
2. 향후 연구과제 및 한계점 221
참고 문헌 224
부록 Ⅰ 239
부록 Ⅱ 248
Abstract 250

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