제 6 장 개념 생성

제 6 장 개념 생성

설계 개념의 창출

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제 6 장 개념 생성

혁신적인 제품 : 창의적인 사고방법과 설계 절차

창의성 증진 : 체계적인 훈련을 통하여 습득 가능

6 장에서 다루는 내용

- 인간의 뇌에서 창의적 사고의 진행과정

- 창의적 결과를 증진시키는 사고방법 : Brain Storming, Synectics

- 창의적인 공학설계방법 : 기능분해 및 합성

형태학적 방법

TRIZ TIPS

공리설계

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6.1 창의적 사고의 소개

제품 개발 조직

- 과거 : 소수의 창의적 팀원과 다수의 세부내용을 다루는 전문가

- 최근 : 구성원 모두가 창의적인 사고를 해야 [ 극심한 경쟁 ]

창의성에 대한 사회의 관점

- 19 세기 : 낭만적이고 신비로운 특성

소수의 개인적인 재능의 선물 -> 천부적인 선물

- 20 세기 : 과학적 접근법의 발전

측정이 가능하며 통제할 수 있음

개인과 그룹을 위해 교육이 가능한 기술

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6.1.1 두뇌와 창의성 모델

- 창의적인 사람의 뇌가 문제를 해결하거나 가능성 있는 설계를 상상할 때

거치는 단계를 관찰하거나 검사하는 것이 불가능

과정의 결과와 제작자에 의해 기록된 것을 보고 평가

- 신경과학의 발전 : 두뇌의 활동을 관찰 가능

기능성 MRI 와 양전자 방사 단층촬영법 (PET)

창의적 사고의 개발 가능성을 확인

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(1) 정신의 단계에 대한 Freud 의 모델

뇌가 어떻게 정보를 처리하고 생각을 만드는지에 대한 모델

- 의식정신 : 즉각적 기억 (1/100 초 지속 ) 과 작동기억 (1 분간 지속 )

현재 사고와 주의의 객체가 일어나는 정신의 부분 의식경험을 말로 표현 , 논리적인 형태로 사고 기억에 정보를 저장하는 데 있어 상대적으로 적은 용량

- 전의식 정신 : 장기 기억 (1 시간 ~ 수년 ) 과거의 경험과 교육에 기반한 정보 , 아이디어 저장소 의식 정신으로 언제든지 호출 가능

- 잠재의식 정신 : 의식정신으로 벗어남 의식정신과 독립적으로 행동 상징의 제어와 편견의 생성을 통해서 의식과 전의식의 관계를 왜곡시킬 수 있음

많은 거동은 잠재의식 정신으로부터 직접 기인하고 , 이러한 행위들은

의식정신에 의해 통제될 수 없다 .

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(2) 두뇌지배 이론

노벨상 수상자 Roger Sperry 가 좌뇌와 우뇌간의 관계 연구

• 좌뇌 : 분석적 , 이성적 , 논리적 및 순차적 방법으로 정보를 처리

좌뇌를 사용하는 사고 : 비판적 , 분석적 혹은 수렴적 사고

개인의 교육받은 분야와 관련 [ 엔지니어는 좌뇌 형 ]

• 우뇌 : 관계를 인지하고 , 정보를 종합하고 직관적인 통찰력

우뇌를 사용하는 사고 : 창의적 , 관념적 혹은 발산적 사고

예술이나 사회과학을 교육받은 사람에게서 자주 발견

두 개의 반구 [ 좌뇌와 우뇌 ] 간에 또한 같은 반구 내에 서로 연결되어 있으며

연결이 많을 수록 다중 작업능력이 우수 : 여성이 더 다중작업능력 가능

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(3) 정보처리와 전산모델링

컴퓨터의 작동과 두뇌의 작동을 비교

- 두뇌는 컴퓨터처럼 단기와 장기 기억장치를 소유

카테고리에 따라 정보를 저장하며 , 필요할 때 정보를 불러옴

- 두뇌는 논리적 연산 업무 ( 수학적 계산 ) 처리 용량이 컴퓨터보다 낮음

- 두뇌는 컴퓨터보다 많은 입력장치 ( 시각 , 청각 , 후각 , 촉각 ): 더 많은 정보처리

입력을 처리하는 동안 출력 가능 [ 말 , 글 ]

- 두뇌는 관찰된 현상으로부터 정보를 처리하는 능력은 더 복잡하고

기억 , 연상 및 추출 능력이 우수

과거의 경험과 기억 사이에 연상작용을 통하여 문제에 대한 창의적인

해결책을 추출해낼 수 있다 . [ 연상 심리학 ]

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6.1.2 창의적 아이디어로 이르게 하는 사고과정

- 창의적 아이디어를 창출해내는 과정

일상적으로 사용하는 사고과정과 동일

- 창의적 사고를 위한 질문 :

“ 저 사람은 어떻게 해서 다른 사람보다 창의적으로 생각하는가 ?”

- 창의적인 사람과 창의적인 발명과정에 대하여 연구

창의성 절차 기법 배움 : 유추기법 , TRIZ

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6.2 창의성과 문제해결

창의적 사고자 : 아이디어와 개념을 새롭게 조합하여 유용한 형태로 만들 수

있는 능력 소유

창의적인 엔지니어 : 많은 아이디어를 창출해 낼 수 있는 사람

기존의 아이디어를 조합

기존의 문제와 관계가 없는 듯한 관찰 혹은 사실들 간의 연계

창의적 아이디어

- 번갯불과 같이 순간적으로 떠오르는 소수의 전유물 : 대중적 신화

- 학습과 훈련에 의하여 배양되는 느리고 정교한 절차로 창출

창의적 사고에 가장 도움이 되는 조건과 상황을 인식해야

창의적 과정 : 무정형 아이디어가 형상화되면서 서서히 명백해지는 과정

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6.2.1 창의적 사고를 위한 방법

창의적 사고를 증진시키기 위한 방법

1. 창의적 자세를 개발하라 : 문제에 대한 창의적 해결책을 제공할 수 있을 것이라는 믿음을 개발하는 것이 필수적

2. 상상을 위한 질문을 하라 : “ 왜”혹은 “ 만약에 ~ 라면”하고 질문하라 . 상상력의 자물쇠를 열고 창의적 능력을 키워주는 연습을 한다 .

3. 아이디어를 얻을 때까지 인내하라 : 문제의 창의적인 아이디어를 찾는 과정이 힘들지만 , 끊임없이 추구해야 한다 . [ 에디슨의 말 , “발명은 95% 의 땀과 5% 의 영감이다” ( 전구 필라멘트 개발에 6 천 번 시험 )]

4. 열린 마음을 가져라 : 모든 출처로부터 나온 아이디어에 귀 기울인다 .

5. 판단을 미루라 : 아이디어에 대한 비판은 창의적 절차를 방해한다 .

6. 문제의 경계를 정하라 : 문제의 경계를 확립하는 것은 문제정의의 필수적인 부분이다 . 경계가 너무 엄격해도 안 되고 너무 열려 있어도 안 됨

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창의적 사고과정과 문제해결 : 4 단계 모델

•준비 (1 단계 ) : 문제의 구성요소를 파악하고 , 그들의 상호관계를 연구한다 .

• 보육 (2 단계 ) : “문제 속에서 잠든다”

무의식정신이 문제에 자유롭게 작용하도록 한다 .

• 영감 (3 단계 ) : 해결책 혹은 해를 찾는 경로가 떠오른다 .

• 증명 (4 단계 ) : 영감으로부터 얻은 해가 원하는 결과를 얻을 수 있을지

검토한다 . 문제에 대한 창의적인 해결안을 얻기 위한 사고 스타일 [ 수렴적 사고 ,

발산적 사고 ] 을 잘 활용

6.2.1 창의적 사고를 위한 방법

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6.2.2 창의적 사고에 대한 장애

- 정신적 장애물이 창의적 사고에 미치는 영향을 이해

[1) 지각적 장애 – 문제 정의를 못함 , 필요한 정보 인식 못함

• 고정관념 :“ 상자 밖으로 나오는”사고

• 정보과부하 :“ 나무들 때문에 숲을 보지 못함”

• 문제를 불필요하게 제한함

• 고착 : 이전 경험이나 다른 편견

•벼락공부 혹은 암시의 제공 : 일치 효과

(2) 정서적 장애

• 위험을 감수하는 것에 대한 두려움

•혼돈에 대한 불편함

• 새로운 아이디어를 보육하지 못하거나 하지 않으려고 함

• 보상이 있어야

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(3) 문화적 장애

• “ 왜”와 “ 어떻게”라는 질문을 억제하는 교육시스템

• 이익이 줄어드는 경우에도 변화를 싫어하고 전통에 안주

•국가의 정치와 기업의 문화가 새로운 해결책을 기피하게

(4) 지적 장애

• 문제해결언어 혹은 문제 표현의 잘못된 선택

• 기억장애

• 불충분한 지식기반

• 부정확한 정보

(5) 환경적 장애

• 물리적 환경 : 창의성을 발휘할 수 있는 장소와 시간의 제약

• 비판 : 비우호적인 비판

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6.3 창의적 사고 방법

창의성 개선방법의 목표

•민감성 : 문제가 존재함을 인식할 수 있는 능력

• 유창성 : 많은 수의 대안들을 창출할 수 있는 능력

• 유연성 : 광범위한 접근법을 개발할 수 있는 능력

• 독창성 : 독창적인 해를 창출할 수 있는 능력

6.3.1 브레인스토밍

창의적인 잡지 광고를 자극하기 위하여 개발

SCAMPER 기법 – 브레인스토밍을 돕는 체크리스트

•첫 번째 SCAMPER 질문을 크게 읽어라

• 질문에 의해 자극되는 아이디어를 쓰거나 아이디어를 스케치하라 .

• 질문을 다른 용어로 쓰거나 문제의 다른 점에 대하여 적용하라 .

• 아이디어가 흐름을 멈출 때까지 질문을 계속하여 적용하라 .

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SCAMPER 기법

① 대체하기 (Substitute) : 제품의 본질적인 기능을 유지하면서 다른 재료나

부품으로 대체하기 ( 예 , 종이컵 , 고무장갑 )

② 결합하기 (Combine) : 다른 기능을 가지는 두 가지 이상의 제품들을 결합하기 ( 예 , 지우개 달린 연필 , 시계 겸 라디오 , 복합 프린터기 )

③ 적용시키기 (Adapt) : 다른 물건이나 제품의 기능을 적용하기 ( 예 , 장미덩굴 → 철조망 )

④ 수정 , 확대 , 축소하기 (Modify-magnify-minify) : 기존 제품을 수정 , 확대 , 축소하기

( 예 , 휴대용 카셋트 )

⑤ 용도 변경하기 (Put to other uses) : 기존 용도를 변경하기 ( 예 , 톱밥 → 합판제작 )

⑥ 제거하기 (Eliminate) : 기존 제품의 불필요한 부분을 제거하기 ( 예 , 씨 없는 수박 )

⑦ 재정리하기 (Rearrange) : 기존 제품의 기능 또는 특성을 재정리하거나 역으로 배치하기

( 예 , 장갑 → 발가락 양말 )

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http://creatingminds.org/tools/brainwriting.htm

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6.3.2 브레인스토밍을 능가하는 아이디어 창출기법

창의성에 대한 다른 정신적 장애를 극복하기 위한 주요 질문

(1) 6 가지 주요 질문

•누가 ? - 누가 사용하고 , 그것에 의해 이익을 얻는가 ?

• 무엇 ? - 무엇이 성공을 초래하는가 ? 무엇이 실패를 초래하는가 ?

• 언제 ? - 빠르게도 혹은 느리게 해도 좋은가 ? 더 빨리 하는 것이 더 나은가 ?

• 어디에 ? - 어디에서 발생할 것인가 ? 어디에 사용할 수 있나 ?

• 왜 ? - 왜 이것이 이뤄졌는가 ? 왜 이 문제를 고려해야 하는가 ?

• 어떻게 ? - 어떻게 그것이 이루어졌나 ?

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(2) 5 가지 왜

• 왜 그 기계가 멈추었는가 ? 송풍기에 과부하가 걸려 휴즈가 끊어졌다 .

• 왜 거기에 과부하가 걸렸는가 ? 베어링에 윤활이 부적절했다 .

• 왜 거기에 충분한 윤활이 없었는가 ? 윤활펌프가 작동하지 않았다 .

• 왜 펌프가 작동하지 않았는가 ? 펌프의 축이 닳아서 진동하고 있었다 .

• 왜 마모가 있었는가 ? 윤활펌프에 필터가 없어서 파편이 펌프로 들어갔다 .


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(3) 체크리스트


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(4) 환상 혹은 희망적 사고

• 만약 … 하면 좋지 않겠는가 ?

• 내가 진정으로 하고 싶은 것은 …

• 내가 경비를 고려하지 않는다면 …

• 나는 …를 바란다 .

6.3.3 임의 입력기술

- 한 패턴으로부터 다른 패턴으로 전환하는 데 도발행위가 필요

새로운 임의의 단어 소개 : 강제적인 연관 짓기가 작동


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6.3.4 시넥틱스 : 유추에 기반한 발명적 방법

“ 창의적 활동에 기본적인 심리학적인 메커니즘을 찾는 것”

시넥틱스 : 서로 다른 것들을 유추하여 하나로 결합하는 것

1. 문제를 이해하는 것

“낯선 것을 친숙하게 만들기”

2. 창의적인 해를 탐색

네 가지 형태 [ 직접 , 환상 , 의인 , 상징 ] 의 유추에 깊이 의존

3. 문제들을 결합

“강제로 짜맞추기”

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• 직접 유추 : 현재 상황에 가장 가까운 물리적 유추에 대하여 탐색

[ 예 ) 생체모방학 : 접착식 테이프 ]

물리적 거동 혹은 도형적 형태나 기능 등에서 유사성의 형식

•환상 유추 : 제약 조건들과 자연의 법칙 , 물리 혹은 전제를 무시

• 의인 유추 : 생각중인 물건 혹은 공정을 사람의 몸으로 생각

• 상징 유추 : 문제의 특정한 것을 상징으로 대체하며 상징을 조정

상징영역에서 다른 영역으로 전환되는 수학적 문제

6.3.4 시넥틱스 : 유추에 기반한 발명적 방법

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6.3.5 콘셉트 맵

- 브레인스토밍에서 아이디어를 창출하고 기록하기 위함

• 중심의 문제 제목을 둘러싸고 팀에서 창출한 생각들을 기록한다 .

• 그것들에 밑줄을 긋든지 원을 그리든지 하고 중심 초점에 연결한다 .

• 어떤 논점이 무엇을 초래하는지를 보여주기 위하여 화살표를 사용한다 .

• 주요한 부제목들을 표시하기 위하여 개념들의 새로운 가지를 만든다 .

• 만약에 과정 중 2차 혹은 별도의 맵을 만들게 된다면 그것에 명칭을 달고 맵의 나머지에 연결한다 . 파일카드나 포스트잇을 이용

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6.4 설계를 위한 창의적 방법

- 창의적 기법 : 가능한 한 많은 아이디어를 창출 ( 양이 질보다 중요 )

- 대체설계를 위한 개념의 초안을 비평적으로 검토

실질적인 해결안으로 개발될 수 있는 아이디어를 찾음

6.4.1 아이디어의 정제 및 평가

아이디어 평가 목적 : 아이디어의 창의성 , 타당성과 실용성을 확인1) 친화도에 따라 영역별로 분류

• 있는 그대로 타당한 아이디어

• 더 많은 사고와 연구 후에 가능성이 있는 아이디어

• 타당성이 없으며 좋은 해결책이 될 수 없는 아이디어

2) 각 영역별로 조사하여 서로 결합하고 정렬하여 새 아이디어를 구상

비평적 사고 요구

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6.4.1 아이디어의 정제 및 평가

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6.4.2 설계 개념의 창출

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설계 이론과 방법 (Design Theory and Methodology) 공학설계를 생성하기 위한 체계적인 방법

생성적 설계 (Generative design): 주어진 제품설계사양에 대하여 타당한 대안을 창출하는 설계 전략

문제공간 , 설계공간 n- 차원 가상 공간

가용한 설계

6.4.2 설계 개념의 창출

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6.4.3 설계를 위한 체계적인 방법

• 기능분해 및 합성 : 제품의 논리적 분류

• 형태학적 방법 : 필요한 부분품의 구조를 이해

• TRIZ [ 발명적 문제해결이론 ] : 발명원리

• 공리설계 : 설계의 독립성과 정보 공리

• 설계최적화 : 최적화 전략을 사용하여 설계공간을 실제적으로 검색

• 결정기반설계 [Decision-Based Design]

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6.5 기능분해 및 합성

- 복잡한 시스템 : 관리하기 쉬운 작은 단위로 분해

[ 예 ) 자동차의 분해 : 엔진 , 구동부 , 현가장치 , 조향장치 , 차체 ]

- 전체적 거동을 달성하는 데 필요한 기능과 하부기능을 확인

- 기능분해 : 특정한 기능과 하부기능으로 정제되는 하향식 전략

- 분해된 기능 도표 작성 : 집중된 설계 문제의 지도

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6.5.1 물리적 분해

- 시스템 , 하부조립품 , 물리적인 부품을 스케치

- 각 부품의 작용과 제품의 거동을 파악

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물리적 분해 블록 다이어그램을 생성하는 단계

1. 전체 물리적 시스템을 정의하고 , tree 선도를 기본 블록으로 그린다 .

2. 기본 블록으로 표시되는 시스템의 첫 번째 주요 하부조립품을 확인하여 정의하고 기본 블록 밑에 새로운 블록을 그린다 .

3. 새로이 그려진 블록에 의하여 표시되는 하부 조립품과 분해도에서 차상위 단계의 계층구조에서의 모든 다른 블록들 간에 물리적 연결을 확인하여 그린다 .

4. 하부조립품과 분해도 구조에서 같은 계층단계의 하부조립품들 간에 물리적 연결들을 확인하여 그린다 .

5. 분해도의 현재 완성된 단계에서 첫 번째 하부 조립품 블록을 검사한다 .

6. 계층도에서 의미 있는 정도로 물리적으로 분해시킬 수 있는 블록이 어디에도 없을 때 과정을 끝낸다 .

6.5.1 물리적 분해

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6.5.2 기능표시

1920 년대 Gerhard Pahl 과 Wolfgang Beitz 가 공식화 :

“ 기술적 시스템에 대하여 제품 기획 , 설계 및 개발 과정의 전단계에 대하여 포괄적인 설계 방법론을 확립하는 것”

기술적 시스템 :

에너지 , 재료 및 신호의

흐름으로 구성

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6.5.3 기능적 분해를 수행하기

기능적 분해 기능 구조 도표 : 에너지 , 재료 및 신호의 흐름 블록도

기능 구조 :

기계부품들과 그들의 물리적 배치의 결합된 거동

단일기능블록

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기능구조를 만드는 단순화된 방법

1. 기능 기반 단어를 사용하여 완수되어야 할 전체 기능을 확인

2. 일상적 언어를 사용하여 필요한 개별 기능에 대한 설명 작성

3. 블랙박스에 설명된 기능을 수행하기 위한 상세한 내용을 확인

4. 필요한 기능들이 발생할 수 있는 순서대로 기능블록을 정렬

5. 기능블록간에 에너지 , 재료 및 신호흐름을 더함

6. 기능을 수행하기 위하여 추가적인 에너지 , 재료 및 신호 흐름이 필요한지 조사

7. 추가적인 정제가 필요한지를 보기 위하여 기능 블록을 다시 복습


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6.5.4 기능적 합성의 강점과 약점

기능 분해와 합성의 장점

1. 기능 구조를 생성하는 것은 기계설계문제를 다루는 데 유용한 언어로

다시 표시하도록 만든다 .

2. 설계를 표시하기 위하여 기능구조를 사용하는 것은 잠재적 해 부분들에

기능적 부호를 제공하며 이러한 부호는 새로운 기억의 검색들에 대한

힌트로서 사용된다 .

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6.6 형태학적 방법 - 형태학적 방법은 1700 년대부터 사용된 해의 대체 방안을 나열하고 조사하는 방법 [morphology = the study of shape and form]

새 제품에 요구되는 같은 기능을 만족할 수 있는 여러 방안들을 검토하여

새로운 방안을 찾는 전략

부품들에 대한 광범위한 지식과 조사에 많은 시간이 요구

6.6.1 설계를 위한 형태학적 방법

1. 전체 설계문제를 보다 단순한 하부문제들로 나눈다

2. 각각의 하부문제들에 대한 해결안 개념들을 만든다 .

3. 체계적으로 하부문제의 해결안들을 결합하여 서로 다른 완전한 해들로

만들고 전체조합들을 평가한다 .

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6.6.1 설계를 위한 형태학적 방법

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6.6.2 형태학적 차트로부터 개념창안하기

- 각 하부기능의 첫 번째 행에 나와 있는 부품의 대체안들을 결합

- 차트로 생성된 설계는 반드시 타당성에 대하여 조사

많은 가능한 설계들에 대한 체계적인 탐구가 가능

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6.7 TRIZ : 발명적 문제해결이론

TRIZ (Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch]

= TIPS [Theory of Inventive Problem Solving)

러시아 발명가 Genrich Altshuller 등이 1950 년대에 개발한 발명방법

문제 정의와 해결방법을 명확히 구분하고 , 해결방법을 분명히 제시

TRIZ 로 창의적인 해를 얻는 절차

1. 제품 혹은 시스템의 유용성을 증가시켜라 .

2. 현 제품이 가진 유용성의 위치를 확인하고 , 다음 단계를 진행하라 .

3. 현 제품에서 중요한 물리적이나 기술적 모순들을 확인하며 , 발명원리들을

활용하여 그들을 극복하도록 설계를 개선하라 .

4. 물질장분석을 사용하여 제품이나 시스템을 모델링하고 , 수정안들을 적용하라 .

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6.7.1 발명 : 유용성의 증가

유용성을 개선하기 위한 제안

1. 보조 기능을 제외하라 .

2. 기존 시스템에서 불필요한 요소를 제외하라 .

3. 셀프서비스 기능을 확인하라 [ 다른 기능을 하기 위한 요소의 기능을

다른 목적에 함께 활용하라 .]

4. 전체 시스템의 요소 혹은 부품을 대체하라 .

5. 시스템의 기본 작동원리를 변경하라 .

6. 시스템과 주위에 있는 자원들을 활용하라 .

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TRIZ 에서 재설계 형태

• 동적 성능과 제어 성능을 증가시키는 개발

• 처음에는 복잡하지만 나중에는 단순한 시스템으로 결합

•잘 맞는 부품들과 잘 맞지 않는 부품들을 사용하여 진전시킴

•미시적 수준에서 사용 범위를 넓힐 수 있도록 진전시킴

• 사람의 간여를 감소시키는 방향으로 진전시킴

6.7.1 발명 : 유용성의 증가

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6.7.2 모순 극복에 의한 혁신

발명품에 대한 수준 분석

• 수준 1(32%) : 시스템의 기술영역에서 잘 알려진 방법에 의한 통상적 설계

• 수준 2(45%) : 거동에 있어서 약간 타협하는 대가로 작은 개선

• 수준 3(18%) : 상당한 개선 , 하부시스템을 추가 (TRIZ 대상 )

• 수준 4(4%) : 새로운 과학원리의 적용 , 틀의 변화 (TRIZ 대상 )

• 수준 5(1%) : 선도적 발명

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공학변수

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6.7.3 TRIZ 발명 원리

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가장 자주 사용되는 다섯 가지 TRIZ 의 발명원리

원리 1: 분할

a. 대상물을 독립된 부품으로 분할하라 .

◦ 주 컴퓨터를 개인용 PC 로 대체하라 .

◦ 큰 트럭을 트럭과 트레일러로 대체하라 .

◦ 큰 프로젝트를 위해 작업명세구조를 사용하라 .

b. 대상물을 분해하기 쉽게 하라

c. 분열 혹은 분할의 정도를 높여라 .

◦ 딱딱한 차양을 베네치안 블라인드로 대체하라 .

◦ 더 나은 조인트의 침투를 얻기 위해 포일이나 봉 대신에 용접금속을

사용하라 .


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원리 2 : 추출 - 간섭하는 부품이나 물질을 대상으로 분리하라 . 혹은 단지 필요한

부품 ( 물질 ) 만을 뽑아내라 .

a. 실내에서 공기압이 사용되는 경우에 시끄러운 컴프레서는 실외에 설치하라 .

b. 도둑 경보로 개 짖는 소리를 사용하라 .원리 10 : 사전작동

a. 필요한 변경 ( 전체 혹은 부분적으로 ) 은 사전에 수행한다 .

◦ 사전에 풀칠을 한 벽지

◦ 수술절차에 필요한 모든 기기들을 살균한다 .

b. 대상물이 가장 편리한 장소에서 작동에 들어갈 수 있도록 사전에 정렬하라 .

◦ 시간에 딱 맞추는 공장에서의 간판 장치

◦ 유연한 제조 셀


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원리 28 : 기계적 시스템의 대체

a. 기계적 방법을 감각적 ( 광학 , 음향적 , 미각 , 혹은 냄새 ) 방법으로 대체하라 .

◦ 개나 고양이를 가두기 위하여 실질적 울타리 대신에 음향적 울타리를

( 동물에게 신호가 들리게 ) 사용하라 .

◦ 사용자에게 가스 누설을 경고하기 위하여 기계적 혹은 전기적 센서

대신 가스에 나쁜 냄새가 나는 화합물을 사용하라 .

b. 전기 , 자기 및 전자기 장을 대상물과 상호작용하기 위하여 사용하라 .

c. 정지장을 이동장으로 혹은 비구조적을 구조적으로 변경하라 .


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원리 35 : 물질의 변환

a. 대상물의 물리적 상태 ( 즉 기체 , 액체 혹은 고체 ) 를 변환하라 .

◦ 캔디 속에 넣을 액체를 코팅하기 전에 얼려라 .

◦ 산소 혹은 질소 혹은 석유가스를 가스 대신에 체적을 줄이기 위해

액체로 수송하라 .

b. 농도 혹은 밀도를 변경하라 .

c. 유연도를 변경하라 .

d. 온도를 변경하라 .


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6.7.4 TRIZ 모순행렬

- 주요 모순들을 확인하고 , 적절한 발명원리를 적용하기 위하여

설계시스템 내에서 분리된 기술적 모순들을 표시

- 전형적인 모순 ( 충돌 ) : 신뢰성 대 복잡성 , 생산성 대 정밀도 , 강도 대 연성

- 모순행렬의 행과 열 : 모순이 되는 공학변수 , 행렬의 대각선은 공란

변수 j 의 희생으로 변수 i를 개선하고자 하는 모순을 극복하기 위하여

설계자들은 행 i와 열 j 에 있는 셀을 찾는다 .

셀에는 발명가들이 모순을 극복하기 위해 사용한 발명 원리들을 표시한다 .

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금속 파이프에서 공기압으로 플라스틱 알갱이를 수송하려 했다 . 그런데 , 공정의 변경으로 플라스틱 대신에 금속 분말을 사용하였다 .

금속분말이 90도로 방향을 전환하는 엘보우에서 파이프 내부에 침식이 발생

해결책 (1) 엘보우 내부를 마모에 강하고 단단한 면을 가진 합금으로 보강 (2) 파이프의 손상된 부분을 쉽게 대체될 수 있게 경로를 재설계 (3) 금속 분말의 충돌을 감소시키거나 없앨 수 있게 엘보우의 형상을 재설계


예제 6.1

--5959--

선택방안 : 엘보우에서 금속분말의 유동방향을 변경

금속분말이 흐르는 속도를 증가시키고 , 에너지 소비되는 감소시키기

╬ 해결책 아이디어 1 : 원리 13( 전도 ) 문제를 역으로 혹은 다른 방법

╬ 해결책 아이디어 2 : 원리 15( 동역학 )


예제 6.1

--6060--

선택방안 : 개별 발명원리로 추천되는 빈도수에 의하여

원리 10( 사전작동 ), 19( 주기적 운동 ), 28( 기계적 시스템의 대체 ),

38(강한 산화제 사용 )

╬ 해결책 아이디어 : 원리 28[ 기계적 시스템의 대체 ]

a. 기계적 시스템을 광학적 , 음향적 , 혹은 냄새 시스템으로 대체하라 .

b. 대상물 상호작용을 위하여 전기 , 자기 혹은 전자기적 장을 사용하라 .

c. 장을 대체하라 . 예제 (1) 정지장을 회전장으로 변경 ; (2) 고정장이 시간에

따라 변하는 장으로 되기 ; (3) 무작위적 장을 구조적 장으로 변경

d. 강자성 입자들과 관련된 장을 사용하라 .


예제 6.1

--6161--

6.7.5 TRIZ 의 강점과 약점

(1) TRIZ 의 강점

• TRIZ 의 중심에 있는 원리들은 발명가 국가의 특허형태 시스템을 통하여 확인된 설계들을 기반으로 하였다 .

• TRIZ 개발자들은 원래의 200,000건을 넘어 발명적 설계들의 데이터베이스를 계속하여 확장하였다 .

•헌신적인 TRIZ 사용자 공동체는 TRIZ 예제를 최신으로 유지하기 위하여 발명원리들의 예제를 계속적으로 확장한다 .

• TRIZ 사용자 모임은 TRIZ 저널처럼 웹사이트들에서 접근할 수 있는 모순 행렬을 만들고 있다 .

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(2) TRIZ 의 약점

• 발명적 원리들은 설계자들의 해석에 따라 변경될 수 있는 가이드라인이다 .

• 원리들이 새로이 개발된 영역에 적용하기에는 너무 일반적이다 .

• 주어진 문제와 같은 기술영역에 해당하는 발명원리의 예제가 있을지라도 그 자신의 유사한 설계 해결책을 개발해야만 한다 .

• TRIZ 는 덜 직관적이며 응용예제들이 덜 유용한데도 적용을 허용하고 있다 . TRIZ 는 추가적인 통찰과 해결책을 위해 기술적 시스템들을 도표로 표현하기 위한 기법도 포함된다 .

6.7.5 TRIZ 의 강점과 약점

--6363--

6.8 공리설계

- MIT 서남표 박사 등이 좋은 해결책을 얻기 위한 설계 방법론 개발

공학설계를 위한 기본 법칙과 원리를 찾고 , 그것들을 엄격한

설계이론으로 사용하는 것

기능요구와 설계 매개변수의 관계를 수학적으로 표현하여 해를 찾기

- 좋은 설계이론 : 아래 질문들에 답을 제시

이것이 좋은 설계인가 ?

왜 이것이 더 좋은 설계인가 ?

이것이 고객의 요구사항을 얼마나 많이 만족하는가 ?

대체 설계가 언제 완성되나 ?

설계를 개선하기 위해 무엇을 할 수 있나 ?

설계안을 폐기하거나 개선하는 것은 언제가 적절한가 ?

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6.8.1 공리설계 소개

--6565--

6.8.2 공리 - 결과를 학습하기 위하여 증명하지 않고 진리라고 가정한 명제 - 반드시 예외나 반증이 발견되지 않는 보편적인 진리 - 잘못으로 밝혀질 때까지 증거의 우열에 따라서 채택되어 성립 서남표 박사는 두 가지 개념적인 설계 공리 제안

공리 1: 독립공리 (independence axiom)

• 최적설계는 항상 설계 기능요구와 독립적이어야 한다 .

• 받아들일 수 있는 설계는 다른 기능요구에 영향을 주지 않고 특정한 매개변수를 관련된 기능요구를 만족하도록 조정할 수 있어야 한다 .

공리 2: 정보공리 (Information axiom)

• 최고설계는 최소한의 정보량을 가진 기능적으로 분리된 설계이다 .

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6.8.3 공리설계를 이용한 개념생성

설계 사양 : 고객의 필요를 조사하여 속성의 목록으로 표시 기능적 요구

개념설계 : 고객 필요를 기능적 요구로 변환한 것

설계 매개변수 : 기능적 요구를 만족시킬 설계안을 실질적으로 표현하기 위한 변수

복잡한 장치의 설계 : 기능적 요구에 대한 계층적 순서로 제시

예 ) 금속 절삭 선반

윗 부분 – 금속제거 장치 (Metal removal device)

아래 부분 – 여섯 개의 분리된 기능 : 동력공급 , 공작물 지지와 공구 고정

기능의 계층에 따라 설계 매개변수가 계층적 구조로 제시됨

--6767--


--6868--


--6969--

6.8.4 기존 개념의 개선을 위한 공리설계의 적용

DPFR A

--7070--

6.8.4 공리설계의

적용

--7171--

예제 6.2 샤프펜슬

6.8.4 공리설계의 적용

--7272--

- 추론 1 : 만약 제안된 설계에서 기능요구들이 결합되어 있으면 해답의 부품이나 양상을 탈 결합 또는 분리하라 .

- 추론 3 : 만약 기능용구들이 제안된 해법에서 독립적으로 만족시킬 수 있다면 한 개의 물리적 부품 내에서 설계 특성을 통합하라 .

- 추론 4 : 만약 이들 부품의 사용이 기능요구들과 제약조건들에 일치한다면 표준화되거나 호환 가능한 부품을 사용하라 .

- 추론 5 : 만약 기능요구들과 제약조건들이 일치된다면 대칭 형상이나 배열을 사용하라 .

정리 2 : 만약 전체 시스템 행렬을 삼각 행렬을 구성하도록 배열할 수 있다면

고수준의 결합 설계를 탈결합 설계로 취급될 수도 있다 .

6.8.4 공리설계의 적용

--7373--

6.8.5 공리설계의 강점과 약점

강점 : 수학적 표현의 뿌리가 확실

• 수학적인 기초 - 공리설계는 공리 , 정리와 추론의 수학적 모델로 세워져 있다 .

• 기능요구와 설계변수를 관련시키는 매체 – 기능요구와 설계변수의 관계를 설계행렬 [A] 를 사용하여 표현함으로써 학생들에게 보다 일반적인 수학적 방법으로 설명할 수 있다 .

• 만약 관계가 선형이면 강력함 – 설계 행렬 [A] 는 강력한 개념 도구이고 수학적 표현의 관점에서 이해할 수 있는 기능요구와 설계변수의 관계가 있다는 것을 알려준다 .

• 설계과정을 분해하는 절차를 제공 – 설계 행렬 [A] 를 재검토하는 것은 설계팀의 노력의 순서를 정하는 데 도움을 주는 기능선정에서 자연적 분할을 나타낼 수 있다 .

• 대안 설계를 비교하는 기초 – 공리설계는 기능요구의 독립 정도의 척도를 제공하여 경쟁 설계 개념간의 차이를 구별하는 데 사용될 수 있다 .

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약점 : 공리가 방법론을 받아들일 수 있도록 진실이어야 한다 .

• 설계방법은 기능요구 계통도에서 설계변수로 새로운 설계를 창조하는 방법을 설명하고 있다 .

• 설계는 일반적으로 결합되어 있다 . – 이것은 공리 1 의 강점에 대한 염려를 되풀이하여 나타내고 또한 개선하기 위하여 기존 설계를 탈 결합하는 데 어려움이 있다는 것을 의미한다 .

• 공리 2 정보 내용 최소화는 이해하기도 어렵고 적용하기도 어렵다 . 공리 2를 설명하는 데 많은 방법이 있다 .

6.8.5 공리설계의 강점과 약점

--7575--

6.9 요약

창의성 : 창의적 해법

창의적 사고 : 준비 -> 심사숙고 -> 영감과 증명

SCAMPER, 환상유추

시넥틱스

기능 분해과정

형태학적 분석

TRIZ

공리설계 : 독립공리 , 정보공리

Documents

제 6 장 개념 생성