자동차 산업은 내연기관에서 전기차와 수소차로의 전환이 급격하게 진행되고 있다. 이는 자동차 생태계에 큰 변화를 초래했고, 신기술 적용에 따른 기술적 리스크 해결이 중요한 과제로 떠올랐다. 이를 해결할 솔루션으로 주목받는 것이 바로 AIAG(북미자동차협회)와 VDA(독일자동차산업협회), 주요 완성차 업체의 FMEA 방법론을 통합해 발간된 AIAG VDA FMEA, 이른바 New FMEA의 적용이다.

자동차 생태계의 기술적 리스크 해결이 중요한 과제로 떠올랐다. 이를 해결할 솔루션으로 주목받는 것이 AIAG VDA FMEA 적용이다. [사진=셔터스톡]

지구 온난화의 영향으로 자동차 산업은 내연기관에서 전기차와 수소차로의 변화가 급격하게 진행되고 있다. 2021년 7월 14일 EU 집행위는 2030년까지 탄소배출량을 1990년 대비 55% 감축하기 위한 입법안 패키지 ‘Fit for 55’를 발표하였다. 이에 따라 미국 완성차 업계에서는 2030년부터 내연기관 자동차 생산을 중단할 예정이다. 전기차와 수소차로의 기술적 변화는 자동차 생태계에 큰 변화를 초래하고 있으며, 신기술 적용에 따른 기술적 리스크 해결이 중요한 과제로 떠올랐다.

IATF(국제자동차협회)에서는 이러한 기술적 문제의 해결을 위하여 2023년부터 자동차 산업의 품질경영시스템인 IATF 16949 인증심사에서 AIAG VDA FMEA 적용을 예고하고 있으며, IATF 16949 심사원에게 2023년 3월까지 AIAG VDA FMEA 트레이닝을 완료할 계획이다. 2019년 6월 3일 국제자동차협회에서는 자동차 산업의 기술적 리스크 분석을 위한 AIAG VDA FMEA 1st Handbook을 발간하였다. AIAG VDA FMEA, 일명 New FMEA는 독일 VDA FMEA 4판과 미국 AIAG FMEA 4판을 통합하고, 포드, GM, 폭스바겐 등 완성차 업체의 FMEA 방법론을 반영했다.

New FMEA가 발간된 이후, 포드에는 2022년 7월 신제품부터 New FMEA 적용을 요구했으며, GM은 2023년부터 New FMEA 적용을 예고했다. 이에 따라 2023년 3월 IATF 16949 심사원 트레이닝이 완료되면 본격적으로 IATF 16949 심사에서도 AIAG VDA FMEA 적용이 본격화될 것으로 예상된다.

◆ New FMEA의 탄생

FMEA는 1949년 미 국방성에서 군수무기 개발 시 발생하는 기술적 리스크를 해결하기 위하여 최초로 개발되었다. 자동차 산업의 FMEA는 1977년 포드에서 PINTO 품질문제를 해결하기 위하여 최초로 도입되었으며, 1980년에는 독일에서 자동차 산업의 DIN24448 표준으로 채택하였다.

그동안 FMEA는 포드 중심의 AIAG FMEA와 VDA의 FMEA로 각각 나뉘어 다른 방향으로 발전해 왔다. AIAG FMEA는 자동차 산업의 품질경영시스템인 QS 9000이 탄생하면서 전 세계 자동차 산업에 필수 기법으로 적용되고 발전해 왔다. 독일 기업과 거래하는 자동차 부품사들에게는 VDA FMEA와 AIAG FMEA 두 가지를 적용해야 하는 불편함이 있어 2015년부터 AIAG VDA FMEA 통합 작업이 시작되었다.

하지만 2019년에 발생한 코로나19의 영향으로 FMEA에 대한 트레이닝이 어려워지면서, IATF 16949에서의 적용시점이 지연되었다. 그래도 포드, GM, BMW 등 자동차 제조사에게는 신제품 개발 시 AIAG VDA FMEA 적용을 요구하면서 IATF에서도 심사원 트레이닝을 시작하고, 2023년 3월 이후부터는 IATF 16949 심사에서 AIAG VDA FMEA 적용할 예정이다.

2019년 6월 국제자동차협회에서는 자동차 산업의 기술적 리스크 분석을 위한 AIAG VDA FMEA 1st Handbook을 발간하였다. [사진=셔터스톡]

◆ 주요 변경사항 5가지

AIAG VDA FMEA의 주요 변경사항인 5가지 항목을 요약하여 소개한다. 본 내용은 2019년 4월 4일 AIAG 웨비나에서 발표한 내용을 중심으로 정리했다.

① AIAG VDA FMEA 7 Step

New FMEA는 전개 방법이 7 Step으로 체계화되고 각 단계별로 CFT 활동을 돕기 위한 분석기법들이 잘 소개되어 있다. 기본 구조는 VDA FMEA 4판의 5 Step을 채택하고, 1단계 기획 및 준비 단계와 7단계 문서화 단계를 추가하여 완성되었다.

② FMEA MSR의 추가

전기차와 자율주행차의 전장부품은 SW에 의해 작동된다. 이러한 자동차 부품 변화에 따라 FMEA MSR(Monitoring and System Response)은 SW로 작동되는 부품의 리스크를 분석하기 위해 D-FMEA를 보완해 제시된 새로운 방법론이다.

ISO 26262에서 전자 및 전기 안전 관련 시스템의 수명주기에 적용되는 장비의 기능 안전을 정의하고, 기능 분석 개념 및 ASIL(자동차 안전 무결성 수준)을 SW 설계 단계에서 리스크 분석하는 기법으로 사용될 수 있다.

③ 심각도, 발생도, 검출도 기준 변화

전기차, 수소차는 신소재(리튬이온 배터리 등), 신기술이 많이 적용되고 있다. 이에 따라 새로운 자동차 관련 안전법규가 제정되고, 신재료 채택에 의한 새로운 시험방법이 개발되고, 새로운 공법이 개발·적용되고 있다.

자동차는 휴대폰과 다르게 5년 이상 장기간 사용되며, 사용 환경 또한 매우 다양하다. 따라서 신기술, 신소재를 적용할 경우 탑승자의 안전을 보장하기 위한 수많은 법규 시험을 통과해야 하며, 자동차 수명기간 동안 안전을 보장해야 한다. 이에 따라 개발 단계부터 신기술, 신재료, 신공법 적용에 따라 리스크를 정확히 평가하기 위한 기준을 새롭게 정립했다.

심각도는 자사, 상위 고객, 사용자 측면으로 세분화하고, 사용자 측면의 법규 불만족 사항은 10점, 규제 불만족 사항은 9점으로 명확히 구분함으로써 법규, 규제 불만족에 대한 리스크 평가 오류를 제거했다. 그리고 P-FMEA의 심각도 평가 기준에서는 자사의 불만족사항이 상위 고객에 미치는 영향을 평가하는 기준이 새롭게 추가되었다.

발생도는 D-FMEA의 경우 신기술, 혁신기술, 신공정, 신공법 적용에 따른 고장발생도 기준을 좀 더 세분화하였으며, P-FMEA의 경우 고장 발생을 예방하기 위한 관리형태와 예방관리의 효과성 두 가지 기준을 고려하여 평가하도록 기준을 정교화했다.

검출도는 검출 방법의 새로운 시험법 및 기존 검증된 시험법의 성숙도(고장 형태와 원인의 검출 신뢰성, 적용 경험 등)와 검출 기회를 평가 방법으로 채택하여 새롭게 개발된 시험의 구체성, 신뢰성 및 적용 경험을 고려하여 신규 시험법의 적용 엄격성을 강화했다.

④ P-FMEA 고장 원인 4M 측면 분석

자동차 부품사 대부분은 완성차 업체와 1차 벤더로부터 설계도면을 접수받아 공정을 설계하고 부품을 제조한다. 자동차 결함의 많은 부분이 생산 공정의 불완전성으로 인해 발생한다. 즉 공정 FMEA의 중요성이 매우 높다.

AIAG VDA P-FMEA는 제조 현장의 잠재적인 결함을 예방하기 위하여 생산의 4요소인 4M 측면에서 모든 고장을 분석하도록 변경되었다. 즉 인적 요소(Man), 설비(Machine), 부자재(Indirect Material), 작업환경(environMent) 측면에서 잠재적 고장원인을 도출한다. 실제 적용해 보면 기존 AIAG P-FMEA에 비해 훨씬 많은 잠재적 고장을 도출해낼 수 있는 장점이 있다.

특성요인도를 활용하여 불량을 분석하는 방법과 카테고리 두 가지 측면에서 차이가 있다. 공정 설계 단계에서는 Material은 고객이 지정하거나, 설계 단계에서 결정되기 때문에 D-FMEA에서 고장을 분석하고, P-FMEA에서는 결정된 자재를 가지고 품질과 생산성을 확보하기 위한 부자재 측면에서 고장을 분석하는 것이 다른 점이다.

또 전기차는 미세한 금속 이물질에 의해 전기회로 오작동을 유발할 수 있는데, 이에 따라 청정도 측면의 작업환경에 의한 고장원인을 분석하는 것이 다른 점이다.

⑤ 개선우선순위 AP가 RPN 대체

FMEA는 양산 전에 리스크를 분석하고 개선하기 위한 기법이다. 설계 단계에서 품질의 80%가 결정되기 때문에 양산 전에 리스크를 완벽하게 분석하고 개선해야 품질과 생산성을 확보할 수 있다. 하지만 리스크를 평가하는 RPN은 결함 발생을 낮추지 않고 검출도만 개선해도 리스크가 낮게 평가되어 실질적인 개선에 한계가 있었다.

AP(Action Priority)는 심각도, 발생도, 검출도를 5개 카테고리로 구분하여 High(Shall), Medium(Should), Low(Could)로 리스크를 평가하여 심각도, 발생도, 검출도의 순서대로 실질적인 개선을 실행할 수 있도록 변경되었다.

◆ 국내 부품사 도약의 기회

우리나라의 현대차, 기아와 LG에너지솔루션, SK온, 삼성SDI 등 배터리 3사가 세계적 위상이 높아지며 국내 자동차 부품사도 글로벌 부품사로 동반 성장할 수 있는 기회가 왔다. 우리나라 자동차 부품사들도 글로벌 기업에서 요구하는 AIAG VDA FMEA와 같은 선진 기법 활용 능력을 높이면 글로벌 부품사로 성장할 수 있는 토대가 될 것이다.

신흥섭 AMPSYSTEM 대표 컨설턴트