1. 서 론
1.1 연구의 배경 및 필요성
최근 제조업은 기술 고도화, 소비자 요구 다양화, 제품 수명 주기 단축, 긴급한 납기 요청, 그리고 고객 맞춤형 수요 확대 등 복합적이고 급변하는 외부 환경 변화에 직면하고 있다. 이러한 변화는 설계 단계부터 전략적 운영 체계 개선을 통한 생산성 향상을 실현할 수 있는 구조적 전환과 효율적인 설계 운영 프로세스가 필수적으로 요구되고 있다. 특히 대부분 중소기업에서 활용 중인 전통적인 순차공학설계(Sequential Engineering Design, SED)는 정보 전달의 지연, 반복 설계의 증가, 품질 예측력의 저하 등 다양한 구조적 한계를 포함하고 있으며, 결과적으로 제품 경쟁력 약화로 이어질 수 있다.
이는 각 기능부서가 정해진 순서에 따라 독립적으로 업무를 수행하는 구조적 특성으로 인해, 설계 변경이나 정보 전달의 지연이 발생하면 재작업이 불가피하게 이루어지며, 결과적으로 프로젝트 전체 일정에 병목 현상을 유발할 수 있는 구조적 한계를 가진다.
동시공학설계(Concurrent Engineering Design, CED)는 설계 초기 단계부터 관련 부서들이 병렬적으로 협업하는 구조를 기반으로 하여, 설계 오류를 사전에 방지하고 리드타임을 효과적으로 단축할 수 있는 전략적 접근 방식이다. 반면, SED는 각 기능부서가 정해진 순서에 따라 독립적으로 업무를 수행하기 때문에 설계 변경이나 정보 전달 지연 시 재작업이 발생하고, 프로젝트 전체 일정에 병목 현상이 발생할 수 있는 구조적 한계를 내포하고 있다. 이에 반해 CED는 설계, 제조, 품질 등 다양한 부서가 제품 개발 초기 단계부터 동시에 참여함으로써 실시간 피드백과 정보 공유가 가능하며, 이는 설계 효율성과 제품 품질 향상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다(Eppinger, 1991).
CED의 개념은 1986년 미국 국방부 고등연구계획국(DARPA)과 NASA(National Aeronautics and Space Administration)에 의해 처음 사용되었으며, 이후 항공우주 및 자동차 산업을 중심으로 확산되었다. 보잉의 드림라이너 787 개발 사례에서는 다기능 팀의 병렬적 협업을 통해 개발 주기를 약 30% 단축하는 성과를 달성함으로써, CED 기반의 협업형 개발 프로세스가 실질적인 효과를 발휘함을 입증하였다(Smith, 1997).
이처럼 설계 및 제품 개발 효율성을 향상시킬 수 있는 CED 방식이 다양한 산업 군에서 도입·확산하고 있음에도 불구하고, 국내 중소 제조 기업의 실제 설계 환경에 이를 적용한 실증적 연구는 매우 제한적이다. 이는 중소기업의 구조적 특성상 설계 현장에서 데이터 수집이 어렵고, 기능 간 협업 시스템이 부재하며, 설계 부서와 생산 부서 간의 정보 단절 현상이 지속되고 있기 때문이다. 이러한 제약 요인으로 인해 다수의 중소기업은 여전히 전통적인 SED 방식에 의존하고 있으며, 이는 설계 효율성과 품질 개선 측면에서 구조적인 한계로 작용하고 있다.
이에 본 연구는 중소 제조 기업의 제품 설계 과정에서 발생한 실측 데이터를 기반으로 SED와 CED 간 구조적 차이를 정량적으로 비교·분석하고, 중소기업 환경에 적합한 설계 운영 방안을 도출하고자 한다. 특히 본 연구는 실무 기반의 실증적 접근을 바탕으로 기존 연구와의 차별성을 확보하며, 학술적 기여와 더불어 중소 제조 기업의 설계 생산성 제고에 실질적인 도움을 주는 것을 목적으로 한다.
1.2 연구 목적 및 연구 문제
CED는 1990년대 후반 이후 미국, 독일, 일본 등으로 대표되는 주요 제조 강국에서 표준 설계 방식으로 자리 잡았으며 다양한 선행 연구들은 CED가 설계 리드타임 단축, 설계 오류율 감소, 생산 준비 기간의 단축 등 실질적 성과를 얻었음을 제시하였다(Eppinger, 1991). 반면 국내 중소 제조 기업들은 여전히 SED 기반의 설계 프로세스를 유지하고 있으며 이에 따라 생산 부서 간 소통 부재, 설계 변경에 따른 반복적 재작업, 부서 간 정보 단절, 생산 정보 누락 등 다양한 문제가 지속적으로 발생하고 있다.
이에 본 연구는 중소 제조 기업 설계 데이터를 기반으로 SED 방식의 단계별 설계 시간을 체계적으로 분석하고 CED 방식과 비교하여 설계 시간, 설계비용, 재설계율 등, 설계 효율성 측면에서 정량적 비교·분석을 수행하였다. 특히 설계 방식의 구조적 전환 필요성과 CED 적용 가능성을 실증적으로 도출함과 동시에 각각의 주요 원인과 관련 비용 요소를 중심으로 비교·분석을 수행함으로써 중소 제조 기업 설계 운영의 전략적 개선 방향을 제시하고자 한다.
1.3 연구 방법 및 논문 구성
본 연구는 중소 제조 기업에서 수행된 비규격 설계 데이터를 기반으로 SED와 CED 방식 간 구조적 특성과 성과 차이를 실증적으로 비교·분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 2024년 1월부터 12월까지 12개월 동안 축적된 총 1,151건의 실제 설계 시간 데이터를 수집하였으며 설계 시간, 설계비용, 재설계율 등 주요성과 지표를 정량화하여 두 설계 방식의 효율성을 체계적으로 비교하였다.
본 논문은 총 다섯 장으로 구성되어 있다. 제2장에서는 SED와 CED 설계 방식에 대한 이론적 배경과 선행 연구를 고찰하고, 제3장에서는 설계 효율성 비교를 위한 설계 성과 분석 수식 모델과 핵심 성과 변수의 측정 모델을 제시한다. 제4장에서는 실측 데이터를 바탕으로 한 정량적 분석 결과를 제시하고, 마지막 제5장에서는 연구 결과의 종합적 해석과 함께 시사점 및 연구의 한계와 향후 과제에 대한 방향을 제안하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1 순차공학설계(Sequential Engineering Design, SED)개념과 한계
SED는 제품 개발 전 과정을 요구사항 분석부터 생산에 이르기까지 선형적으로 수행하는 전통적인 설계 방식으로 각 단계별로 기능부서의 역할이 명확히 구분되는 구조적 특성을 보인다(Akao, 1990), (Andreasen, 2000). 이와 같은 방식은 문서화 및 일정 관리 측면에서 절차적 안정성을 제공하고, 설계 초기 단계에서 발생한 오류나 요구사항의 누락이 후속 단계에서 발견될 경우, 전체 설계에 대한 재작업이 불가피하게 발생하는 구조적 한계를 갖는다(Putnik & Putnik, 2019). 특히 자원과 인력이 제한된 중소 제조 기업의 경우, 정보 전달 지연, 부서 간 피드백 부족, 기능 간 의사소통 단절 등이 복합적으로 작용하여 반복 설계와 수정 요청이 빈번히 발생한다(Andreasen, 2000), (Smith, 1997). 이에 따라 전 단계의 설계 변경이 후속 단계의 재작업으로 이어지며, 역방향 의사결정과 반복 작업이 전체 프로세스 지연의 원인이 되고 있다(Lee et al., 2001).
결과적으로 SED는 절차 중심의 통제에는 유리하나, 실시간 협업과 유연한 변경 대응이 요구되는 현대의 맞춤형 제조 환경에서는 설계 리드타임의 증가라는 시간적 비효율성을 초래할 수밖에 없는 구조적 취약성이 존재한다.
이에 본 연구는 중소 제조 기업의 비규격 설계 프로세스를 대상으로 협의 단계부터 기본설계, 상세설계, 외주 발주, 생산공정에 이르기까지 전 설계 단계를 정량적으로 분석하고자 한다. 이를 통해 설계 성과 지표의 도출을 위한 기초 데이터를 확보하고, 향후 병렬 설계 구조와의 비교·분석 기반을 마련하고자 한다.
[Table 1]은 SED 방식의 설계 단계별 주요 작업과 관련 협업부서를 도식화한 것으로 각 단계의 작업 순서와 세부 내용은 다음과 같다.
2.2 동시공학설계(Concurrent Engineering Design, CED)개념과 이론적 기반
CED는 설계, 생산, 품질, 구매, 물류 등 다기능 부서가 제품 개발 초기 단계부터 병렬적으로 참여함으로써 실시간 피드백과 정보 통합이 가능하도록 구성된 전략적 협업 설계 방식이다(Boothroyd et al., 2010), (Dongre et al., 2017). 이와 같은 병렬 구조는 설계 초기 단계에서 실시간 피드백과 정보 공유를 가능하게 하여, 오류 발생을 조기에 발견하고 개선함으로써 재설계를 최소화하고 개발 리드타임을 단축한다(Eppinger, 1991), (Eppinger & Browning, 2012).
CED는 병렬 설계 구조와 협업 메커니즘을 통합적으로 구현함으로써 설계 오류 감소와 설계 불량률 저하, 설계 효율성 향상, 그리고 전반적인 설계 품질 제고라는 주요 목표를 달성할 수 있다. 이 방식은 병렬 프로세스 이론, 피드백 루프 기반 설계 통제 모델, 기능 간 통합 조직 이론 등을 기반으로 프로세스가 진행되며, 실제 업무에서는 조기 문제 인식, 협업 시뮬레이션, 통합 설계 관리 체계와 같은 실무 요소들을 포함함으로써 설계 업무의 전반적인 효율성을 증대시킨다(Eppinger & Browning, 2012), (Lee, 2018).
[Fig. 1]은 CED의 병렬 구조를 나타내며, 설계 초기 단계에서 다양한 부서와 정보가 동시에 연결되어 실시간 피드백과 상호작용이 이루어지는 구조를 나타낸다. 이 구조는 사용자 요구사항, 설계 정보, 제조 방식 등의 요소가 통합적으로 반영되도록 함으로써 설계 효율성을 높이고 전략적 의사결정을 지원하는 핵심 메커니즘으로 작용한다.
2.3 기존 연구 고찰
기존의 선행 연구들은 SED와 CED의 구조적 차이에 주목하여 두 설계 방식이 설계 성과에 미치는 영향을 다양한 관점에서 분석해왔다. SED는 제품 개발 과정을 단계별로 수행함으로써 문서화와 절차적 통제 측면에서는 일정한 강점을 지니지만 정보 전달의 지연과 피드백 부족으로 인해 반복 설계, 오류의 누적, 일정 지연 등의 문제가 빈번히 발생한다는 구조적 한계가 지속적으로 지적되었다(Putnik & Putnik, 2019).
반면, CED는 설계 초기 단계부터 다 부서 간의 동시 협업을 통해 실시간 정보 공유와 신속한 의사결정을 가능하게 함으로써 설계 시간의 단축, 품질 향상, 생산 비용 절감, 리드타임 감소 등 실질적인 성과를 달성할 수 있음을 다수의 연구에서 입증하고 있다(Choi & Lee, 2007), (Eppinger, 1991). 특히 모델 기반 접근법에서는 CED가 부서 간 의존성 관리의 효율성을 높임으로써 설계 리드타임을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 보여주고 있으며(Ullman, 2010), 다른 연구에서는 Design Structure Matrix(DSM)를 활용하여 설계 요소 간 상호작용 관계를 체계적으로 분석함으로써 병렬 설계 과정에서 발생할 수 있는 복잡성을 관리하고 전체 일정의 최적화에 기여할 수 있음을 보여주고 있다(Browning, 2001).
Zamanloo와 Mansour는 지속가능성을 고려한 3차원 동시공학(3D Concurrent Engineering) 모델을 제안하면서, 시간, 비용, 품질, 지속가능성과 같은 복합성과 지표를 통합적으로 관리하는 접근이 중장기적인 경쟁력 확보에 효과적이라고 하였다(Zamanloo & Mansour, 2024).
CED 기반의 연구는 제조업을 넘어 건설, 항공, 기계, 선박 등 다양한 산업 분야로 확산하고 있으며, 설계 오류의 감소, 납기 단축, 생산성 향상 등 실질적인 성과를 통해 그 효과를 보여주고 있다(Choi & Lee, 2007). 그러나 이러한 연구들은 대부분 대기업 또는 특정 산업 군을 중심으로 수행되어왔으며, 국내 중소 제조 기업을 대상으로 한 실증적 연구는 매우 제한적이다. 특히 실제 설계 데이터를 기반으로 SED와 CED 설계 방식을 비교하여 설계 시간, 설계비용, 재설계율 등 구체적인 구조적 특성과 성과 차이를 정량적으로 분석한 연구는 매우 드물다.
이에 본 연구는 국내 중소 제조 기업의 비규격 설계 데이터를 활용하여 두 설계 방식 간 설계 효율성 차이를 실증적으로 규명하고, 두 설계 방식의 정량적 비교·분석을 통해 구조적 전환의 필요성과 적용 가능성을 제시하고자 한다.
[Fig. 2]는 SED와 CED의 설계 흐름을 비교하여 도식화한 것으로 SED는 단계별 순차 작업을 통해 전체 개발 소요 시간이 길어지는 반면, CED는 병렬적 작업 수행을 기반으로 실시간 협업과 피드백이 가능하여 개발 시간을 효과적으로 단축할 수 있음을 보여준다.
본 연구에서 활용된 주요 설계 성과 변수는 설계 시간, 설계비용, 재설계율이며, 각각의 설계 성과 변수의 정의와 계산 방법은 제3장에서 구체적으로 제시한다.
2.4 본 연구의 차별성
본 연구는 다음의 세 가지 측면에서 기존 연구들과 명확한 차별성을 지닌다.
첫째, 기존 연구의 대부분이 대기업 사례를 중심으로 정성적 분석을 수행한 것과 달리, 본 연구는 국내 중소 제조 기업의 실제 설계 현장에서 수집된 1,151건의 실측 데이터를 기반으로 하여, SED와 CED 간의 구조적 차이를 정량적으로 실증 분석하였고, 이를 통해 실무 환경에 더욱 밀접한 연구 기반을 확보하였다.
둘째, 두 설계 방식의 구조적 차이를 실증적으로 분석하기 위해 설계 시간, 설계비용, 재설계율을 핵심 성과 지표로 설정하고, CED의 병렬적 설계 구조를 바탕으로 각 항목에 대한 정량 비교를 수행하여, 중소 제조 기업 환경에서의 설계 전략 전환에 필요한 실무적 근거를 제시하였다.
셋째, 기존 연구에서는 다양한 성과 지표를 단일 목적함수 Z = αT+βC+γR 형태로 통합하여 해석하는 방식이 일반적으로 채택되었으나, 이러한 접근은 변수 간 단위 불일치, 비선형 상관관계, 지표별 중요도 편차 등으로 인해 실제 설계 환경에서는 분석 왜곡 가능성을 내포하고 있다(Pahi & Beitz, 1988). 이에 본 연구는 단일 목적함수의 적용을 배제하고, 각 지표를 독립적으로 정의하여 비교·분석함으로써 해석의 정밀성과 실무 적용의 타당성을 동시에 강화하였다. 이와 같은 분석 틀은 실무 중심의 해석 정합성을 확보함과 동시에, 학문적 타당성을 충족할 수 있는 대안적 접근 방식이라 할 수 있다.
본 연구는 SED와 CED의 단순 비교를 넘어 중소 제조 기업의 실제 설계 환경에 적용할 수 있는 전략적 설계 전환의 근거를 제시한다. 아울러 정량화되고 통합된 부서 간 협업 체계로써 제품 설계 프로세스 전환을 모색하는 기업들에게 실질적인 정책 수립과 의사결정 지원 도구로 활용될 수 있는 이론적 기반을 제공할 것이다.
3. 연구 설계
3.1 연구 모형 개요 및 변수 체계
본 연구의 목적은 중소 제조 기업에서 활용되는 SED와 CED 간의 구조적 차이를 정량적으로 분석하고, 이들이 설계 성과에 미치는 영향을 실증적으로 비교·검증하는 데 있다. 이를 위해 2024년 1월부터 12월까지 총 12개월간 수주 산업에 종사하는 중소 제조 기업으로부터 1,151건의 비규격 설계 데이터를 수집하였다.
본 연구는 설계 시간 (T), 설계비용 (C), 재설계율 (R)을 핵심 성과 지표로 설정하고, 각 항목을 단일 목적함수로 통합하지 않고 독립적으로 정의함으로써 설계 방식 간 차이를 정량적으로 비교·분석하였다. 이와 같은 접근은 기존의 통합 목적함수 방식에서 나타날 수 있는 단위 불일치, 비선형 상관성, 지표별 중요도 왜곡 등의 문제를 방지하기 위한 것이다.
특히 본 연구에서는 통합 목적함수를 직접적으로 활용하지 않는 대신 상대적 중요도를 해석적으로 판단할 수 있도록 보조적 개념 변수인 α, β, γ를 분석 프레임 내에서 설정하였다. 이 변수는 설계 전략 수립 시 시간, 비용, 품질 요소 간의 상대적 우선순위를 비교하기 위한 개념적 지표로 기능하며 수리적 분석 과정에는 직접적으로 포함되지 않는다.
[Table 2]에는 본 연구에서 사용된 주요 변수 정의가 제시되어 있으며 각 설계 방식의 시간 구조와 병렬 그룹 내 대표 시간 개념 M(Gj)을 기반으로 구성되었다. 특히 CED의 병렬 설계 구조에서는 각 설계 단계 (k)에 대응하는 재설계율 (rk)을 반영하여 단계별 소요 시간 aij = tk(1 + rk)을 계산에 적용하였다. 이를 통해 SED와 CED의 구조적 차이가 설계 성과에 미치는 영향을 수식 기반으로 정량화하고, 두 설계 방식 간 전략적 전환의 효과를 수리적으로 표현하였다.
3.2 설계 성과 지표와 시간 모델
3.2.1 설계시간 모델
설계시간은 설계 방식에 따라 누적 또는 병렬 구조로 구성되며, 다음과 같이 정의된다.
(1) SED 설계 시간 모델
SED는 각 설계 단계가 직렬적으로 연결되어 있어, 각 단계의 설계 시간이 누적되어 전체 설계 소요 시간이 결정되므로, (1)과 같이 표현할 수 있다.
여기서 TSED는 순차 설계 총시간, ti는 설계 단계 i에서 발생하는 순차적 소요 시간, n은 전체 설계 단계 수를 나타내며, ri는 i건의 재설계 발생률이다. 이는 설계 반복에 따라 누적 설계 시간을 나타낸다.
(2) CED 설계 시간 모델
CED는 병렬 수행이 가능한 설계 단계들을 그룹화하여 각 병렬 그룹 내 가장 오래 소요되는 작업 시간을 반영되므로 (2)와 같이 표현할 수 있다.
여기서 m은 병렬 그룹의 총개수이며, Gj는 j번째 병렬 그룹에 포함된 설계 단계들의 집합을 나타낸다. tk는 설계 단계 k의 기본 소요 시간을 의미하며, rk는 해당 단계에서 발생하는 재 설계율을 나타낸다. 재설계율은 설계 단계에서 발생한 추가 작업의 비율을 의미하며, 그 값은 0 ≤ rk ≤ 1 범위 내에서 정의된다. 이는 재설계로 인해 기존 소요 시간 대비 추가로 요구되는 시간의 비율을 나타내는 무차원 계수로, 단위 없는 상대적 지표이다.
3.2.2 모델의 정의와 성과 지표
설계 성과 지표는 설계 시간(T), 설계비용(C), 재설계율(R)로 구성되며, 리드타임, 자원 소모, 품질과 직결되어 설계 전략 평가의 핵심 기준이 된다. 설계비용은 각 설계 단계의 단위 비용 ci에 따라 (3)과 같이 표현할 수 있다.
재설계율은 재작업으로 인해 증가한 시간 비율을 의미하며, (4)와 같이 전체 평균값으로 표현된다.
여기서 ri는 설계 단계 i의 재설계율을 의미하며, 해당 단계에서 발생한 재작업으로 인해 기본설계 시간이 증가하는 정도를 무차원 계수로 나타낸다. 이는 설계 정확도, 사양 일치율, 오류 발생률 등 다양한 품질 관련 하위 지표를 통합적으로 반영하는 수치로, 본 연구에서는 전체 평균 재설계율 R을 무차원 품질 지표로 사용하였다. 재설계율은 각 설계 단계에서 발생한 설계 오류의 빈도를 기반으로 수치화된 지표로, 그 값이 낮을수록 설계 초기의 정확성과 품질의 안정성이 높다고 해석할 수 있다.
설계 전략 계수 α, β, γ는 설계 시간, 설계비용, 품질 요소 간의 상대적 중요도를 반영하기 위한 가중 변수로, 복수 성과 지표 간의 해석적 비교 또는 전략적 의사결정을 지원하기 위한 기준으로 사용된다. 이 계수들은 실제 설계 성과 계산에 직접 반영되지는 않으나, 다양한 실무 환경에서 설계 전략 수립 시 자원 배분, 납기 준수, 품질 개선 등의 우선순위를 조정하는 기준 값으로 활용될 수 있다.
이러한 가중 계수는 다음의 조건을 만족해야 하며, 이를 통해 다기준 의사결정 체계 내 정량적 우선순위 판단이 가능해진다. 그 조건은 (5)와 같이 정의된다.
[Table 3]은 SED와 CED의 설계 방식 구조를 요약한 것이다.
4. 설계 시간 분석 및 성과 데이터
4.1 실험 설계 개요 및 성과 분석
본 연구는 12개월간 중소 제조 기업에서 수행된 비규격 가구 설계 데이터를 기반으로 총 1,151건의 설계 사례를 대상으로 하였으며, 설계 방식에 따른 설계 시간(T), 설계비용(C), 재설계율(R)을 중심으로 비교·분석하였다. [Table 4]는 본 연구에서 수행된 실험 설계의 개요를 요약한 것이다.
월별 설계 성과 데이터는 설계 시간, 재설계 건수, 설계비용을 기준으로 분석되었으며, 수주량 및 월별, 계절적 수요 변화에 따라 일정한 변동성이 관측되었다. 특히 10월의 총설계 시간은 208.83시간으로 연중 최고치를 기록하였는데 이는 해당 시기에 수주 물량이 집중되고 복잡한 설계가 병행 수행된 것으로 분석된다.
[Table 5]는 월별 설계 단계별 평균 소요 시간을 정리한 자료이며, 이는 후속 병렬 설계 시간 모델과의 비교 기준으로 활용된다.
또한, 재설계 건수는 총 207건(17.98%)이며, 재설계 소요 시간은 86.75시간으로 전체 설계 시간의 6.65%를 차지하였다. 재설계는 주로 정보 누락 및 타 부서 간 협의 부족에 기인하며, 10월의 재설계 건수(28건)와 시간(13.33시간)이 가장 많은 것으로 분석되었다. 월별 설계 시간과 평균 설계 시간에 대한 정리는 [Table 6]이다.
4.2 실제 적용 기반 성과 분석
4.2.1 병렬시간 모델의 적용 사례
본 절에서는 병렬 설계 모델(CED)의 구조를 실제 사례에 적용하여 타당성을 분석하였다. 병렬 설계는 전체 설계 공정을 병렬 그룹 G1, G2, G3, G4로 구분하고, 각 그룹 내 최고 소요 시간을 대표 시간으로 판단하여 전체 설계 시간을 추산한다. 작업 항목 aij는 (6)과 같이 표현할 수 있다.
여기서 tk는 순수 설계 시간, rk는 재설계율이며, 병렬 그룹 Gj의 시간은 (7)과 같이 표현할 수 있다.
CED 방식의 총설계 시간은 (8)과 같이 표현할 수 있다.
적용 예시로 사용된 사례는 4개 그룹으로 구성되었고, 각 그룹별 시간은 다음과 같다고 가정하면,
⦁사양협의, 기본설계 : M(G1) = 10.48 × (1 - 0.081) = 11.34
⦁상세설계, 부품검색 : M(G2) = 22.08 × (1 + 0.094) = 24.17
⦁설계검토, 도면검토, 설계품질 : M(G3) = 8.17 × (1 + 0.042) = 8.52
⦁발주정보, 생산공정 : M(G4) = 10.14 × (1 + 0.032) = 10.47
이에 따라 병렬 설계 방식의 총설계 시간은 (9)와 같이 계산된다.
한편, 동일 사례에 대해 SED 모델을 적용할 경우 총설계 시간은 T S E D = ∑ i = 1 n t i ( 1 + r i )
4.2.2 재설계율 절감 효과
CED의 병렬 구조는 실시간 피드백과 협업을 가능하게 하며, 각 단계의 재설계율을 실질적으로 감소시킨다. 전체 재설계율의 절감률은 (10)과 같이 표현할 수 있다.
[Table 9]에 따르면, 도면검토 단계에서 54.74%의 재설계율 감소가 확인되었으며, 이는 CED가 품질 점검 단계에서 오류 예방 효과를 가장 크게 유도함을 시사한다.
단계별 재설계율 비교 결과에 따르면, 사양협의(38.84%), 상세설계(40.11%), 부품검색(40.78%), 설계검토(44.94%), 도면검토(54.74%), 발주정보 작성(43.55%) 단계에서 유의미한 절감 효과가 나타났다. 전반적으로 모든 설계 단계에서 재설계율이 평균 43.16% 감소하였으며, 이는 CED가 설계 오류를 초기 단계에서 실시간으로 식별하고 제어할 수 있는 체계를 제공함을 실증적으로 보여준다.
이러한 수치는 단순한 절감 효과를 넘어서는 다차원적인 의미를 지닌다. 재설계 감소는 설계 리드타임 단축, 설계 품질의 안정성 확보, 반복 작업의 감소에 따른 인적 자원의 효율적 활용 등 다양한 긍정적 효과를 동시에 유발하며, 이는 설계 생산성 향상의 핵심 요인으로 작용한다. 결과적으로 CED 구조가 자원과 인력이 제한된 중소제조기 업과 같은 현실적 제약 조건에서도 실질적인 성과를 도출할 수 있음을 실증적으로 입증하였다. 특히 CED 기반 설계 방식은 전략적 대안으로서 실무적 타당성을 확보하고 있으며, 중소 제조 기업의 설계 전략 전환에 있어 핵심적인 전환 프레임워크로 작용할 수 있을 것이다.
4.3 연구 결과 요약
본 연구는 중소 제조 기업을 대상으로 전통적인 SED의 구조적 한계를 분석하고, CED 방식의 실무 적용 가능성과 정량적 효과를 실증적으로 검증하였다. 실측된 설계 데이터를 기반으로 SED와 CED의 설계 성과를 비교한 결과, CED 방식은 평균 30.33%의 설계 시간 단축과 43.16%의 재설계율 감소를 달성하였으며, 이는 설계 품질의 안정성과 설계 유연성 제고에도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
특히 CED 구조는 설계 초기 단계에서의 피드백과 협업을 통해 반복 설계 및 품질 저하 문제를 구조적으로 개선하였으며 이러한 개선 효과는 정량 분석 수식 모델과 실증 분석 결과를 통해 수리적으로 검증되었다.
이러한 연구 결과는 CED 방식이 단순한 시간 절감 효과를 넘어, 전략적 설계 품질 향상과 협업 유연성 확보 측면에서도 실질적인 성과를 창출할 수 있음을 보여주며, 자원이 제한된 중소 제조 기업의 설계 전략 전환에 있어 실무적·정책적 대안으로서의 전환 전략으로 작용할 수 있음을 나타낸다.
5. 결론 및 향후 연구 방향
5.1 연구 결과의 종합적 해석
본 연구는 중소 제조 기업의 비규격 제품 설계 프로세스를 대상으로 SED와 CED 간 구조적 차이가 설계 성과에 미치는 영향을 실증적으로 분석하였다. 이를 위해 설계 시간(T), 설계비용(C), 재설계율(R)을 핵심 성과 지표로 설정하고, 해당 지표들을 중심으로 수식 기반의 설계 성과 모델을 구조화하여 두 설계 방식의 효율성 차이를 정량적으로 검증하였다.
비규격 제품을 중심으로 한 수주 산업에서는 고객 맞춤형 요구에 따라 설계 복잡성과 불확실성이 증가하므로, 신속하고 정확한 설계 대응 체계가 필수적이다. 그러나 전통적인 SED 방식은 단계 간 설계 흐름이 순차적으로 진행되기 때문에 사양 변경에 따른 피드백 지연, 설계 오류 누적, 생산 일정 지연, 품질 저하 등의 문제가 발생할 가능성이 높다. 반면 CED는 병렬 설계 구조를 바탕으로 부서 간 소통과 협업에 의한 실시간 정보 공유와 피드백을 할 수 있으므로 설계 리드타임 단축과 설계 오류 예방 측면에서 구조적으로 유리한 방식을 제공하고 있다. 이러한 구조적 특성은 수식 기반의 성과 분석모델을 통해 실증적으로 검토되었으며, 설계 대응 체계의 실질적 차이를 정량적으로 확인할 수 있었다.
그 결과, CED 방식은 SED에 비해 평균 30.33%의 설계 시간 단축과 43.16%의 재설계율 감소를 달성하였다. 이는 단순한 수치적 개선을 넘어 제한된 인력과 자원으로 운영되는 중소 제조 기업에서 설계 병목 현상을 완화하고 반복 설계를 최소화하는데 CED가 구조적 대안이 될 수 있음을 실증적으로 보여주고 있다. 특히 기존 대기업 대상의 사례 연구와 달리, 본 연구는 중소 제조 기업의 실제 설계 데이터를 활용하여 CED 적용 효과를 실증적으로 분석했다는 점에서 중요한 학술적 차별성과 실무 적용 가능성을 동시에 가지고 있으며, 이러한 연구 성과는 단순한 시간 절감 뿐만 아니라, 설계 품질의 안정성 확보와 부서 간 협업 유연성 강화라는 측면에서도 실질적 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
이러한 관점에서 CED는 중소기업의 설계 전략 수립과 품질 통제 체계 구축에 있어 전략적으로 매우 유용한 대안이 될 수 있다. 중소 제조 기업에서는 부서 간 협업 지연으로 인한 재작업 비용이 크게 증가하는 경우가 많으므로 설계 초기 단계부터 병렬적으로 정보가 통합되는 CED 구조는 이러한 문제를 효과적으로 완화할 수 있다. 이에 따라 CED는 조직 전체의 설계 효율성을 높이는 데 직접적으로 기여할 수 있으며 향후 중소 제조 기업의 설계 혁신과 디지털 전환을 위한 실무적 기반으로도 활용될 수 있다.
본 연구의 학문적 및 실무적 기여는 다음과 같다. 첫째, 국내 중소 제조 기업의 1,151건에 달하는 실측 설계 데이터를 기반으로, SED와 CED 간의 구조적 차이를 실제 산업 환경에서 정량적으로 비교·분석함으로써 현실 적용성을 확보하였다. 둘째, 설계 성과를 다변수 지표(설계 시간, 설계비용, 재설계율)로 정량화하고, 개별 지표 간의 비교 분석을 통해 해석의 정밀도와 분석의 신뢰도를 동시에 제고하였다. 셋째, CED의 도입이 단순한 기술적 성과에 그치지 않고, 조직 구조 개선과 효율적인 설계 업무 프로세스 전략 수립에도 실질적으로 기여할 수 있음을 실증적으로 입증하였다.
5.2 연구 한계 및 향후 과제
본 연구는 단일제조기업의 실측 데이터를 기반으로 분석을 수행하였기 때문에 다양한 산업군과 제품 유형을 포함한 후속 연구를 통해 연구 결과를 확장할 필요가 있다. 본 연구에서 정의된 재설계율은 단순 오류 발생 건수를 기준으로 산정되었으나, 향후 연구에서는 설계 구조의 복잡성이 전체 설계 성과에 미치는 영향을 더욱 정밀하게 규명할 필요가 있으며, 이를 위해 병렬화 수준, 각 설계 단계별 작업량, 피드백 구조 등의 요소가 설계 시간과 재작업률에 미치는 영향을 반영하는 수식 모델로 확장하고, 그 영향을 실증적으로 검증하는 연구가 필요하다. 또한, 직렬 및 병렬 단계가 혼합된 복합 설계 구조, 실시간 재설계 정보를 반영하는 적응형 설계 모델, 시뮬레이션 기반의 설계 최적화 방안, 그리고 비규격 설계 난이도를 수치화하는 설계 난이도 지수 등 다양한 변수와 분석 틀을 접목한 확장 연구가 요구된다. 이러한 접근은 설계 프로세스를 보다 체계적이고 정량적으로 해석할 수 있는 기반을 제공할 것이다.
본 연구를 통해 국내 중소 제조 기업의 SED 기반 설계 프로세스에서 반복적으로 발생하는 구조적 문제들, 즉 생산 부서 간의 소통과 협업의 부재, 잦은 설계 변경에 따른 재작업, 부서 간 정보 단절, 생산 정보의 누락 등이 생산성에 미치는 부정적 영향력을 다시 확인할 수 있었다. 이러한 문제는 단순한 설계 차원을 넘어 기업 전반의 설계 효율성과 경쟁력을 저해하는 주요 요인으로 작용하며, 이를 구조적으로 개선하기 위한 심층적 연구가 절실히 요구된다.
향후 연구에서는 CED 도입을 위한 중소기업 맞춤형 실행 전략을 구체화할 필요가 있다. 설계 시간 분석 범주를 재설계율의 발생 유형과 영향 범위로 확장하여 다차원적이고 정량적인 지표 체계를 구축하고자 한다. 이 체계는 설계 시간, 설계비용, 재설계율과 같은 복수의 성과 지표를 독립적으로 계량화하고, 각 성과 요소 간의 상충 관계를 구조적으로 분석함으로써 기존의 단일 지표 기반 평가 방식이 지니는 해석적 한계를 극복하는 것을 목표로 한다. 이와 같이 구축된 다차원적 지표 체계를 분석에 통합적으로 적용함으로써 설계 품질 평가의 정밀도와 해석의 신뢰성을 동시에 향상시킬 수 있으며, 나아가 재설계를 최소화할 수 있는 실증 기반 전략을 마련하고, 설계 전략 전환을 위한 합리적인 의사결정 체계 수립에도 실질적으로 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 CED 방식이 단순히 설계 일정을 단축하는 수단에 국한되지 않고 설계 품질, 비용 효율성, 부서 간 협업 역량 등 다양한 측면에서 중소 제조 기업의 전사적 경쟁력 강화를 위한 핵심 전략임을 정량적으로 입증하였다. 이러한 연구 결과는 중소 제조 기업이 기존 SED 기반 설계 구조에서 CED 협업 체계로의 전략적 전환을 통해, 제한된 자원 환경에서도 경쟁력 있는 설계 품질을 확보할 수 있음을 시사한다. 특히 다기능 협업 기반 설계 방식의 도입은 부서 간 정보 단절, 반복 설계, 일정 지연 등의 구조적 문제를 근본적으로 완화하는 전략적 대안이 될 수 있다. 더불어 병렬 설계 기반 협업 체계는 설계 시간 및 오류율 감소를 통해 실질적인 경쟁력 강화 효과를 입증하였으며, 이는 향후 중소 제조 기업의 설계 전략 수립에 있어 타당한 이론적 및 실무적 근거가 될 수 있을 것이다.
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