[2편] '용접 달인'도 못한 문제 해결, 가장 쉬운 DOE(2의 3승)로 끝내다

지난 1편에서 엔지니어에게 실험계획법(DOE)이 왜 필요한지 이야기했습니다. 오늘은 그 이론이 실제 현장에서 얼마나 강력하고, 또 생각보다 얼마나 쉬운지 제가 겪은 생생한 사례로 보여드리려 합니다.

1. "용접은 달인, 문제 해결은 아마추어"

당시 우리 공장 생산팀에는 두 명의 팀장이 있었습니다. 두 분 다 평생을 용접기만 잡고 살아온, 그야말로 '용접의 달인'들이었습니다. 불꽃만 봐도 온도를 알고 소리만 들어도 비드 상태를 아는 베테랑이었죠.

하지만 알루미늄 용접 불량 사태가 터지자 상황이 달라졌습니다. 평소에는 그들의 '감'이 기가 막히게 맞았지만, 복합적인 불량 문제가 발생하니 속수무책이었습니다.

냉정하게 말해, 손기술은 프로였지만 문제를 해결해가는 과정은 아마추어였습니다.

"어제는 잘 됐는데 오늘은 날씨 탓인가?"

"자재가 좀 이상한 것 같은데?"

이런 추측만 난무했습니다. 고객사는 논리적인 원인 분석을 요구하는데, "팀장님들의 감으로 조절했습니다"라고 답변할 수는 없는 노릇이었습니다.

2. 1960년대 일본 논문을 꺼내들다

이 막막한 상황에서 저는  용접 기능사 책을 사서 밤새 공부를 했습니다. 그리고 학교(방송통신대 대학원)에서 배운 방식을 떠올렸습니다. 도서관 데이터베이스를 뒤져 찾아낸 것은 1960년대 일본에서 작성된 낡은 알루미늄 용접 논문이었습니다.

"최첨단 시대에 웬 60년대 논문이냐" 하겠지만, 용접의 물리적 법칙은 60년 전이나 지금이나 변하지 않았습니다. 저는 팀장님들의 '감' 대신, 이 논문이 제시하는 기초 이론을 믿기로 했습니다.

3. 통계 박사가 될 필요 없다: '2의 3승'이면 충분하다

많은 엔지니어들이 실험계획법(DOE)이라고 하면 일단 머리부터 아파합니다. 복잡한 수식과 이론을 다 알아야 한다고 생각하기 때문입니다.

하지만 우리는 통계학자가 될 게 아니라, 당장 현장의 문제를 해결하면 그만입니다. 그래서 저는 가장 쉽고 단순한 방법을 택했습니다. 바로 '2의 3승(2^3) 완전요인 배치법'입니다.

방법은 아주 간단합니다.

가장 중요하다고 생각되는 인자 3개를 고릅니다.

1. 전류 (Ampere)
2. 전압 (Voltage)
3. 용접 속도 (Speed)

그리고 각 인자마다 '높은 값'과 '낮은 값' 딱 두 가지만 정합니다. 이렇게 조합하면 (2 X 2 X 2), 총 8번의 실험만 하면 됩니다.

수십, 수백 번 실험할 필요 없이 딱 8개의 시편만 만들면, 어떤 인자가 불량의 주범인지, 어떤 조합이 최적인지 통계적으로 명확히 드러납니다. 복잡하게 할 필요 없습니다. 잘만 가져다 쓰면 됩니다.

4. 결과: 데이터는 거짓말을 하지 않는다

실험 결과는 잔인할 정도로 명확했습니다.

두 팀장님이 고수하던 '경험적 조건'은 불량이 발생하기 쉬운 불안정한 영역에 있었습니다. 반면, 2의 3승 실험을 통해 찾아낸 최적 조건은 1960년대 논문의 이론과 일치했고, 불량률은 획기적으로 줄어들었습니다.

무엇보다 가장 큰 수확은 고객 대응이었습니다.

"우리가 감으로 잡은 게 아닙니다. 주요 인자 3가지를 DOE로 분석해서 최적점을 찾았습니다."

이 한마디와 데이터 그래프 앞에 고객의 불만은 신뢰로 바뀌었습니다.

5. 도구의 변화: 미니탭에서 파이썬으로

물론, 실험은 쉬워도 그 데이터를 분석하는 계산 과정(ANOVA 등)은 손으로 풀기엔 벅찹니다. 당시 저는 '미니탭(Minitab)'이라는 비싼 소프트웨어의 도움을 받아야 했습니다. 성능은 좋았지만, 가격 때문에 누구나 쓸 수는 없었지요.

하지만 지금은 세상이 더 좋아졌습니다. 우리에겐 파이썬(Python)이 있으니까요.

그 비싼 미니탭이 해주던 분석을, 이제는 무료인 파이썬으로 누구나 할 수 있습니다. 제가 나이 든 임원이 되어서도 파이썬을 붙들고 있는 이유가 바로 이것입니다.

과거의 제가 1960년대 논문과 미니탭으로 현장을 바꿨다면, 지금의 여러분은 파이썬이라는 더 강력하고 쉬운 무기로 현장을 혁신할 수 있습니다.

(다음 편 예고)

"말은 좋은데, 파이썬으로 그걸 어떻게 분석합니까?"라고 묻고 싶으시죠?

그래서 다음 3편에서는, 오늘 말씀드린 이 '2의 3승' 데이터를 가지고 실제 파이썬 코드로 어떻게 1초 만에 분석하는지 보여드리겠습니다.