공차는 매우 공학적인 숫자다.

공학을 전공하고 20년에 가까운 시간을 엔지니어로 살아왔지만 공학의 의미는 최근에야 이해하게 되었다. 수학이나 과학은 유일한 정답이 존재하지만 공학은 정답이 없을 수도 있고, 정답이 너무 많을 수도 있다. 따라서 엔지니어가 하는 일은 여러 가지 가능한 대안 중에서 가장 적합하고 실현가능성이 있으며, 가장 경쟁력이 있는 해결책을 찾는 것이다. 공학은 실용적이면서 최선인 솔루션을 찾는 과정이다.

 

공학의 궁극적인 목적은 현재의 문제를 해결하는 것에 있다. 엔지니어의 일은 문제를 도출해내고 해결책을 찾는 것이다. 엔지니어는 수학과 과학을 이용하여 설계를 한다. 설계는 도면을 그리는 작업만을 의미하지 않는다. 제품개발을 계획하고, 경제성을 분석하여 최종적으로 만들어낸 결과물이 도면이다. 엔지니어는 과학지식과 아이디어를 총동원해서 공학적인 문제를 해결한다. 

 

'한 장의 도면이 백 마디의 말보다 낫다'

 

도면은 시각적인 방법으로 제품에 대한 정보를 분명하게 전달할 수 있다. 도면은 제품의 형상을 비롯해 소재나 제작에 필요한 상세한 정보를 포함한다. 도면은 의사소통을 위한 수단이기 때문에 오해없이 단 하나의 의미로 읽힐 수 있도록 작성해야 한다. 이를 위해 ASME와 ISO는 도면 작성에 대한 표준을 마련하고 있다. 엔지니어들은 도면을 작성하고 이해하기 위해 이러한 표준을 배운다. 처음부터 상세한 도면을 작성하지는 않는다. 처음에는 .....하고 점점 모든 치수들이 구체화되면서 상세한 설계도면이 완성된다.

 

설계의 궁극적인 목표는 무엇일까?

 

설계는 원하는 기능을 수행할 수 있는 제품을 만들어내는 것을 목표로 한다. 하지만 여기서 더 중요한 것은 원하는 기능을 수행할 수 있는 제품을 경쟁력 있게 만들어내는 것을 목표로 한다. 우리는 원하는 기능을 수행할 수 있는 제품을 만들어낼 수 있는 능력이 있다. 무언가를 원한다는 것은 이미 그것을 알고 있을 때만 가능하다. 알지 못하는 것을 원할 수는 없다. 최소한 상상할 수 있는 것만 원할 수 있다. 그리고 항상 우리는 그 답을 찾을 수 있다. 아니, 항상 그 답을 찾을 수 있다고 믿는다. 그것이 공학이 이제까지 걸어온 길이니까.

 

하지만 경쟁력이 있는 제품을 만드는 것은 꿈에 그리던 것을 만드는 것과는 다르다. 세상에 만들어지는, 만들고자 하는 모든 것들은 늘 가치가 있기 때문에 만들어진다. 어떤 것을 만든다는 것은 많은 요소들에 영향을 받는다. 

 

공차란 표시된 치수에 얼마나 가깝게 만들어야 하는지 알려주는 수치이다. 공차에 따라 비용이 달라지고, 제품 품질이 달라지고, 체결 상태가 달라진다. 체결하는 방식에 따라 여유맞춤, 천이맞춤, 간섭맞춤, 강제맞춤 등이 있고 그에 맞는 공차가 따로 정해져 있다.

부품에는 항상 편차가 있다. 완벽한 부품은 제작할 수 없다. 부품에 편차가 있더라도 부품은 필요한 기능을 수행해야 한다. 이는 부품의 존재이유이다. 부품이 필요한 기능을 수행하는 데 얼마까지의 편차를 허용할 수 있는지를 공차로 나타낸다. 공차는 필요한 부품을 얼마나 경제적으로 만들 수 있는가를 나타낸다. 공차가 작아지면 만들 수 없는 것이 아니라 비싸게 만들어야 하기 때문에 만들 수 없는 것이 되는 것이다.

공학은 만들 수 있느냐 없느냐의 문제가 아니다. 얼마나 경쟁력이 있게 만들 수 있느냐 없느냐의 문제이다. 공차가 아주 작아도 만들 수는 있다. 다만 아주 비싸게 만들게 될 뿐이다.

 

부품이 수행해야 할 기능을 수행할 수 있는 편차의 크기를 공차로 나타낸다. 공차는 필요한 부품을 얼마나 경제적으로 만들 수 있는가의 문제이다. 세상이 완벽하다면 공차는 필요하지 않다. 하지만 우리가 사는 세상은 물건을 경제적으로 만들기 위해 공차가 있어야 한다. 필요한 기능을 수행하는 것을 보증하기 위해 공차와 기능이 어떤 관계를 가져야 하는지 이해해야 한다. 공차는 부품이 얼마나 잘 기능할 것인지와 직접적으로 관련이 있고, 공차의 크기는 부품을 생산하고 검증하는 비용에 영향을 미친다.

각각의 피쳐에 올바른 크기의 공차를 정의하는 것이 핵심이다. 파트에 공차를 정의할 때 기억하여야 할 중요한 말이다.

"당신의 안전마진이 너무 크거나, 너무 작다면, 당신은 늘 경쟁력이 없을 것이다"

공차가 너무 작다면, 그것을 생산하는 데 비싼 비용이 요구되고, 측정하는데도 비싼 비용이 들어간다. 파트의 기능상 작은 공차가 필요할 때는 피할 수 없겠지만, 작은 공차를 명시하였지만, 기능상 그렇게 작은 공차가 필요하지 않다면, 불필요한 작은 공차를 획득하기 위해 자원이 낭비된다. 공차는 파트를 제작하는데 비용의 80%정도의 영향을 미친다.

공차를 크게 부여하면 만들기 쉽고, 검증이 쉬워지겠지만 원하는 기능을 수행할 수 없을 수 있다. 쉽게 만들 수 있지만, 원하는 기능을 수행할 수 없는 제품은 가치가 없다. 낮은 가격으로 높은 품질의 제품을 생산할 수 있는 회사가 미래에 성공하는 회사가 될 것이다. 낮은 가격, 높은 품질의 제품은 파트가 기능할 수 있는 범위 안에서 공차를 최대한 크게 정의함으로써 얻어질 수 있다.

공차를 적절하게 정의하는 것은 쉬운 일이 아니다. 많은 엔지니어들이 다양한 현실에서 공차를 정의한다. 공차는 아래의 내용들을 고려하여 정의된다.

- 제조방법
- 측정방법
- 기능요구사항
- 유사한 제품 참고

많은 조직에서, 공차를 정의하는 것에 대해 부서마다 입장 차이가 있다. 심지어 프로젝트마다 공차를 정의하는 방법을 다르게 사용하기도 한다. 이는 조직에 부정적인 영향을 미치게 한다. 하나의 조직에서 공차를 정의하는 여러가지 방법을 사용하게 되면, 목적지에 이르는 길에 혼란이 가중된다. 결국 제품을 만들어내고, 목적지에 이르게 되겠지만, 많은 노력과 시간이 소비될 것이다.

 

그림에서 왼쪽은 치수정의에 있어서 다양한 인식이 혼합된 조직을 나타내고, 오른쪽은 공통된 인식을 가지고 있는 조직을 보여준다. 어떤 조직이 너 빠르고, 더 적은 노력으로 목표에 도달할 것인가? 공차를 정의하는 공통의 방법을 가지고, 당신의 설계는 파편화되지 않고, 통합될 것이다.