[ REGULAR ]

Journal of the Korean Society for Precision Engineering - Vol. 35, No. 9, pp.881-885

ISSN: 1225-9071 (Print) 2287-8769 (Online)

Print publication date 01 Sep 2018

Received 02 Sep 2017 Revised 20 Sep 2017 Accepted 29 Sep 2017

DOI: https://doi.org/10.7736/KSPE.2018.35.9.881

설계 평형상수를 이용한 제품개발프로세스의 해석

안정훈¹ ; 차성운¹^{, #}

1연세대학교 기계공학과

Product Development Process Analysis Using Design Equilibrium Constant

Jeonghun Ahn¹ ; Sung Woon Cha¹^{, #}

1Department of Mechanical Engineering, Yonsei University

Correspondence to: ^#E-mail: swcha@yonsei.ac.kr, TEL: +82-2-2123-7224

Copyright © The Korean Society for Precision Engineering
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Conceptual design is the process to determine the basic concept, to define the overall function, to establish the functional structure, and to develop and complete the structure of the product, which is to be designed. In the existing conceptual design studies, however, it has not been verified that there is a theory regarding the product development process, with figuring out the correlation among Worth (W), Cost (C), and Satisfaction (S), and drawing the design equilibrium constant. Therefore, this paper presents the design equilibrium constant which explains the product development process, but can also be utilized in the conceptual design process. The design equilibrium constant is derived through defining the ideal product, its market competitiveness, and utilizing the process of the formulating Kano model. When utilizing the derived design equilibrium constant, it helps explain how the development process of the product makes progress in the market, and clarifies the change of an aspect of product life cycle.

Keywords:

Design equilibrium constant, Ideal product, Kano model, Product Life Cycle

키워드:

설계평형상수, 이상제품, 카노 모델, 제품수명주기

1. 서론

1.1 Concept Design

개념설계는 설계하고자 하는 제품의 기본적인 개념을 잡는 것부터, 전체기능을 정의한 후, 기능구조를 확립하여 적용 구조 개발 및 완성을 하는 단계로써 공학설계에 있어서 가장 중요한 요소라 할 수 있다.^1,2

이 개념설계 부분은 가장 핵심적인 부분이기 때문에 설계자는 개념설계에 중점을 맞추어 공학설계를 진행하여야 한다.³ 이러한 개념설계를 간편히 하기 위하여, Axiomatic Design, TRIZ, 6-Sigma, Kano Model, QFD등의 대표적인 설계 도구를 이용한다. 하지만 이러한 기존의 설계 도구는 시장에서 비용을 지불함으로써 매매되는 제품의 모든 요소를 반영하고 있지 못하며, 제품개발 프로세스를 전반적으로 설명할 수 있는 이론이 존재하지 않는 것이 현실이다.^4,5

1.2 Kano Model⁶

Kano Model은 제품과 서비스에 대하여 고객들이 느끼는 만족도를 조사하는 이원적인 인식방법을 제시하는 모델로써, 제품 및 서비스 개선을 위해 필요한 모델이라 할 수 있으며, 품질기능전개(Quality Function Deployment)의 이론적 배경이 된다.

Fig. 1과 같이 카노모델에서 제품의 기능은 크게 Delighter 요소 Performance 요소 Basic 요소로 나뉘며, Delighter 요소의 경우 고객의 요구 수준을 조금만 만족시키더라도 고객만족도가 크게 향상되는 매력적인 품질요소이며, Performance의 경우 제품의 주요기능으로 고객의 요구수준을 만족시킴에 비례하여 고객만족도가 증가하는 요소이다. Basic의 경우 당연한 품질요소로, 고객의 요구수준을 만족시키지 못할 경우에 고객불만족이 크게 증가하는 품질 요소이다.

Fig. 1

Kano model

1.3 Products in Market

제품(Products)이란 사전적으로 원료를 써서 만들어낸 물품을 의미한다. 하지만 관점에 따라 다양한 정의가 존재한다. 욕구를 만족시켜주는 수단의 관점으로서는 돈을 주고 사는 모든 것, 일상생활에서 필요로 하는 것, 농어민이 생산하거나 공장에서 생산하는 모든 것을 의미한다. 마케팅 관점에서는 교환에 자발적으로 참여함으로써 상대방이 원하는 것을 제공하고 그 대가로 얻는 것으로 제품뿐만 아니라 제품에 관련된 서비스, 포장, 디자인, 브랜드 등을 포함하는 의미를 내포한다. 이러한 다양한 의미를 갖고 있는 제품은 시장에서 거래되기 위해서는 가치가 존재하여야 하며, 그 가치는 재료가치(Material Worth, W_m)와 기능가치(Functional Worth, W_f)로 구분된다. Fig. 2에서 보다시피, 재료가치의 경우 해당 제품을 구성하는 원료들이 가지고 있는 존재자체로서의 가치를 의미하며, 기능가치의 경우 소비자의 요구사항을 만족시켜주는, 제품이 만들어지면서 부가되는 가치로 제품의 기능, 디자인, 브랜드, 서비스, 포자의 개념을 포함한다 할 수 있다.

Fig. 2

Product (material worth & functional worth)

사용자는 요구를 만족시키기 위하여, 혹은 원하는 것을 제공받기 위해 제품의 가치(Worth)에 해당하는 값(Cost)을 생산자에게 구매하게 되는데 이러한 거래행위가 이루어지는 추상적인 영역을 시장이라 한다. 이러한 시장에서, 제품이 거래될 때 변수를 제품이 가지는 가치: Worth (W), 그리고 이를 구매하기 위해 소비자가 지불하는 값: Cost (C), 마지막으로 물건을 구매하는 이유이자, 물건을 구매함으로써 소비자가 얻게 되는 만족감: Satisfaction (S) (만족감은 물건을 구매하는 이유가 되므로, 소비자들이 더 많은 만족감을 느끼는 제품의 경우 높은 판매량을 가지게 된다.)의 3가지 변수로 분류할 수 있다.

본 논문에서 이 3가지 변수간의 상관관계를 밝히고 해당관계로부터 설계평형상수를 도출하여 제품개발프로세스 전반적으로 설명할 수 있는 이론을 제시하고자 한다.

2. Ideal Product

2.1 Definition of Ideal Product

시장에서 동일한 가치를 가지는 제품(Product)을 저렴한 값으로 구매할 수록 소비자는 큰 만족감을 느낄 것이다. 또한 같은 값으로 더 많은 가치를 가지는 제품을 구매할수록 소비자는 더 큰 만족감을 느낄 것이다. 그리고 높은 가치를 가지는 제품을 높은 값을 주고 구매하더라도, 소비자는 불만을 가지지 않을 것이다.⁷

따라서 본 논문에서는 설계평형상수를 도출하기 위하여 1.3에서 제시한 3가지변수, W, C, S간의 상관관계가 식(1)과 같이 거동하는 제품을 이상제품(Ideal Product)으로 정의하였다.

W = R P S C

(1)

R_P는 Ideal Product Constant로 하나의 제품군내에서는 같은 값을 갖는 상수이다. 이상제품의 경우, 만족감(Satisfaction)이 일정할 경우 값(Cost)과 제품이 가지는 가치(Worth)는 비례하며, 값(Cost)이 일정할 경우 만족감(Satisfaction)과 제품이 가지는 가치(Worth)도 비례한다. 제품이 가지는 가치(Worth)가 일정할 경우 만족감(Satisfaction)과 값(Cost)은 반비례하며, 이를 그래프로 나타내면 Fig. 3와 같다.

Fig. 3

Ideal product equation

2.2 Ideal Product in Kano Model

제품의 가치는 재료가치와 기능가치 두 가치의 합으로 표현 가능하다. 제품이 원재료가 아닌 경우에 기능가치가 재료가치보다 매우 큰 가치를 가지기 때문에 제품의 가치는 제품의 식(2)와 같이 기능가치로 근사 될 수 있다.

W = W m + W f W m ≪ W f ∴ W ≈ W f

(2)

제품의 기능가치는 Kano Model에서 Delighters, Performance, Basic의 3가지로 분류 가능하다. Delight적 요소의 기능가치(Functional Worth)의 경우에는 가치(Worth)의 수준이 올라갈수록 소비자의 만족도가 지수적으로 증가하며, Performance적 요소의 기능가치(Functional Worth)의 경우에는 가치(Worth)의 수준이 올라갈 수록 소비자의 만족감이 선형적으로 증가하게 된다. Basic요소에 해당하는 기능가치(Functional Worth)의 경우에는 해당 가치(Worth)를 만족시키지 못할 경우, 불만족도가 지수적으로 증가하게 된다. 이를, 식(3)으로 표현이 가능하다.⁸

S d = e K W d S p = k K W p S b = - D S b = - e K - W b

(3)

식(3)에서 S는 Satisfaction을, DS는 Dissatisfaction을, W는 Worth를 의미하며, 아래첨자의 d, p, b은 각각, Delighter, Performance, Basic에 해당된다. 또한 e_K와 k_K의 경우에는 Kano Model에서 이상제품(Ideal Product)의 가치(Worth)와 만족감(Satisfaction) 간의 상관관계를 표현하기 위한 상수이다.

기능가치(Functional Worth)는 Delighter, Performance, Basic 각 요소의 가치(Worth)의 합으로 표현이 가능하다.

W f = W d + W p + W b

(4)

식(3)의 각 식의 양변에 밑이 e_K인 로그를 취하여 W_d, W_p, W_b를 S_d, S_p, DS_b에 관하여 정리한후, 이를 식(4)에 대입하고 식(2)를 이용하여 정리하면 식(5)와 같이 표현할 수 있다.

W ≈ W f = log e K ⁡ S d D S b + S p k K

(5)

2.3 Ideal Product Market Competitiveness

시장에서 제품은 가치(Worth)가 높을수록, 값(Cost)이 낮을 수록, 만족감(Satisfaction)이 높을수록 Market Competitiveness는 증가할 것이다. 설계평형상수를 도출하기 위하여 이를 Ideal Product Market Competitiveness Constant: R_M을 적용하여 이상제품의 Market Competitiveness: M_C는 식(6)와 같이 정의한다.

M C = R M W S C

(6)

3. Design Equilibrium Constant

하나의 제품은 다양한 기능가치(Functional Worth)를 가지고 있으며, 이를 수식으로 표현하면 식(7)과 같다.

W m + W f 1 + W f 2 + W f 3 + ⋯ = W

(7)

각각의 기능가치(Functional Worth)는 각각 Delighters, Performance, Basic 요소를 가지고 있으며, 재료가치(Material Worth)는 매우 근소하므로, 식(8)과 같이 표현이 가능하다.

W f 1 d + W f 1 p + W f 1 b + W f 2 d + W f 2 p + W f 2 b + ⋯ ≈ W W = W d + W p + W b

(8)

Delighter와 Basic에 해당하는 요소들의 가치에 대해 식(4)에서 식(6)을 정리하면 식 (9)와 같이 표현 가능하다.

W d = W b = 12 log e K ⁡ M C d M C b

(9)

식(8)에서 양변의 W_p를 소거하고, 식(9)를 이용하여 정리하면 식(10)을 구할 수 있으며, 양변의 log를 정리하여 식을 간단히 하면 식(11)과 같이 정리 가능하다.

log e K ⁡ M C f 1 d M C f 1 b + log e K ⁡ M C f 2 d M C f 2 b + ⋯ = log e K ⁡ M C d M C b

(10)

M C f 1 d M C f 2 d M C f 3 d ⋯ M C f 1 b M C f 2 b M C f 3 b ⋯ = M C d M C b

(11)

양변의 분자와 분모를 이항하여 정리하게 되면 식(12)로 표현할 수 있으며 이를 설계평형상수(Design Equilibrium Constant): K_P

M C d M C f 1 d M C f 2 d M C f 3 d ⋯ = M C b M C f 1 b M C f 2 b M C f 3 b ⋯ = K P

(12)

4. Product Development Process Analysis

식(12)에서 구해진 K_P는 Ideal Product의 경우 Ideal Product를 구성하는 각 기능의 Delighter (Basic)적 요소들의 시장경쟁력과 이로 구성된 이상제품의 Delighter (Basic)적 요소의 시장경쟁력의 비가 일정하게 유지됨을 보여주고 있다.

식(1)과 식(6)을 정리하여 얻은 식(13)과 식(12)를 이용하게 되면 Design Equilibrium Constant를 이용하여 시장에서 거래되며 존재하는 제품개발 프로세스를 설명할 수 있다.

M C = R M W S C = R M R P S 2 = R M R P W C 2

(13)

4.1 Engineering Design from Customer Requirements

기존에 존재하던 개념설계이론들에서, 공학설계는 소비자요구사항에서부터 제품개발 프로세스 가 진행되었다. 식(12)와 식(13)을 정리하여 식(14)와 같이 정리하면 소비자요구사항을 반영시킨 제품의 경우 제품에 대한 소비자의 만족감(Satisfaction)이 증가된 형태로 개발되어야 할 것이다.^9-11 이러한 상황에서 제품을 설계하고자 하는 설계자는 제품을 구성하고 있는 각 기능가치(Functional Worth)를 증진시키거나, 각 기능가치(Functional Worth)의 값(Cost)을 절감시킴으로써 K_P를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

R M R P S d 2 R M R P W f 1 d C f 1 d 2 × R M R P W f 2 d C f 2 d 2 × R M R P W f 3 d C f 3 d 2 × ... = K P

(14)

4.2 Engineering Design from Engineer

제품의 마케팅적 측면에서, 혹은 자연과학적 발견에 의해 소비자 요구사항이 존재하지 않은 채로 개발되는 기능들이 존재한다.¹² 이와 같은 경우는 기존의 개념설계이론으로는 설명이 되지 않는 방식의 제품개발프로세스라 할 수 있다. 이는 식(15)로 설명이 가능하다. 설계자 는 제품을 구성하고 있는 각 기능가치(Functional Worth)를 증진시키거나, 각 기능가치(Functional Worth)의 값(Cost)을 절감시키는 방향으로 기술을 발전시킬 것이다. 이 경우에는 해당제품의 시장경쟁력이 상승함으로써 K_P를 일정하게 유지하게 된다.

M C d R M R P W f 1 d C f 1 d 2 × R M R P W f 2 d C f 2 d 2 × R M R P W f 3 d C f 3 d 2 × ... = K P

(15)

4.3 Product Family

제품의 가치(Worth)는 해당 제품을 구성하는 각 기능가치(Worth)의 합으로 나타낼 수 있으며, 제품군(Product Family)의 가치(Worth)도 해당 제품군(Product Familly)를 구성하는 각 제품의 가치(Worth)의 합(식(16))으로 표현이 가능하다.

W ≈ W f = W d + W p + W b W P F = W P 1 + W P 2 + W P 3

(16)

예산을 편성할 시에 제품군의 경우에도 시장에서 거래되는 구매대상으로 볼 수 있으므로 이 경우에도 설계평형상수를 적용할 수 있다.

4.4 Product Life Cycle

제품수명주기(Product Life Cycle)은 Fig. 4와 같이 크게 4가지로 구분할 수 있으며 각 단계는 1단계 Introduction 단계, 2단계 Growth 단계, 3단계 Stabilization 단계, 4단계 Decline로 구분된다. 각 단계별 도래 시기와 판매량간의 상관그래프는 Fig. 4와 같으며, 각 단계를 설계 평형상수를 통해 설명할 수 있다.

Fig. 4

Product life cycle curve (from wikipedia)Product life cycle curve (from wikipedia)

Introduction과 Growth 단계에서는 제품개발로 인하여, 식(14)의 좌변의 분모가 증가한 상태로, Stabilization 단계까지 K_P를 일정하게 유지하기 위해, 판매량이 증가하는 형태를 보이게 된다. 이 후 동 제품군의 타 제품의 시장경쟁력 향상으로 인하여 해당 제품의 경쟁력이 하락하는 Decline 단계를 거치게 된다.

STEP 1. Product Development

M C P 1 d R M R P W f 1 d C f 1 d 2 × R M R P W f 2 d C f 2 d 2 × R M R P W f 3 d C f 3 d 2 × ... = K P

(17)

제품에 포함된 기능가치(Functional Worth)의 향상을 통해 식(17)의 좌변의 분모가 향상됨.

STEP 2. Introduction & Growth

설계평형상수를 일정하게 유지하기 위해 제품자체의 시장경쟁력이 향상되며, 식(17)의 좌변의 분자가 커지며 판매량이 증가됨.

STEP 3. Stabilization

설계평형상수를 만족시키는 단계

STEP 4. Decline

해당 제품이 포함되어있는 제품군 의 타 제품의 경쟁력이 향상됨으로 인해, 해당제품의 시장경쟁력이 하락함.

M C P F d M C P 1 d M C P 2 d M C P 3 d ... = K P

(18)

5. 결론

본 논문에서는 제품개발프로세스를 전반적으로 설명할 수 있으며 개념설계단계에서 활용할 수 있는 설계평형상수를 제시하였다. 설계 평형상수는 이상제품(Ideal Product)과 이상제품 시장경쟁력(Market Competitiveness)를 정의하고, 정의된 내용을 바탕으로 Kano Model의 수식화 과정을 통하여 유도하였다.

유도된 설계평형상수를 이용하여 제품의 개발과정이 시장 내에서 어떻게 진행되는지를 설명하였으며, 특히 제품수명주기의 양상변화를 명확히 설명하였다.

추후 연구에서 Design Equilibrium Constant의 활용 방안에 대해서 더욱 고려해 보아야 할 것이며, 본 논문에서 제시한 Ideal Product와 Real Product간의 상관관계 분석 및 실 제품에서 Design Equilibrium Constant를 어떻게 구해야 할지 추가적인 연구가 필요하다.

NOMENCLATURE


W :	Product worth
S :	Customer satisfaction
C :	Cost
M :	Market competitiveness
K_P :	Ideal product constant

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