2015 년도 2 학기 공학설계입문 / 한밭대학교 1

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원재 반
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1 2015 년도 2 학기 1

2 공학설계입문 / 한밭대학교 2

3 Engineering 공학의정의 Engineering is the discipline of acquiring and applying scie ntific and technical knowledge to the design, analysis, and /or construction of works for practical purposes. (Wikipedia) 공학은실용적인목적을가지고과학및기술지식을인 류가문명사회에서영위하는데필요한것들과관련된설 계, 해석및제작과관련되어알아내고적용하는활동 공학설계입문 / 한밭대학교 3

4 공학인의능력과자질 전통적으로요구되는능력 1. 수학, 기초과학, 공학의지식과정보기술을응용할수있는능력 2. 자료를이해하고분석할수있는능력및실험을계획하고수행할수있는 능력 3. 현실적제한조건을반영하여시스템, 요소, 공정을설계할수있는능력 4. 공학문제들을인식하며, 이를공식화하고해결할수있는능력 5. 공학실무에필요한기술, 방법, 도구들을사용할수있는능력 현대사회가요구하는능력 6. 복합학제적팀의한구성운으로서의역할을해낼수있는능력 7. 효과적으로의사를전달할수있는능력 8. 평생교육의필요성에대한인식과이에능동적으로참여할수있는능력 9. 공학적해결방안을통해세계적, 경제적, 환경적, 사회적상황에끼치는영향을 이해할수있는폭넓은지식 10. 시사적논점들에대한기본지식 11. 직업적, 도덕적인책임과윤리의식 12. 세계문화에대한이해와국제적으로협동할수있는능력 공학설계입문 / 한밭대학교 4

5 공학문제해결과정 문제정의 문제요구 파악 아이디어 창출 다수 아이디어 아이디어 평가 실용적 아이디어 최종 아이디어 해결방안 판단 해결방안 실행 문제정의의중요성!!! 무엇이문제인지를제대로파악하는것 이첫번째로해야하는가장중요한일이다 공학설계입문 / 한밭대학교 5

6 문제해결을위한능력 Teamwork 서로의다양성을활용할수있다. ( 경험, 지식, 관심분야등 ) Communication skil 상대의말을듣는법, 원하는내용을전달하는법, 토론과협상의기술 등은엔지니어가갖추어야할중요한능력임 Overcome Mental Block 잘못된가정들, 습관, 문화적제한, 감정적제한, 환경적제한등을극복 공학설계입문 / 한밭대학교 6

8 PBL 과공학설계 PBL(Problem-based Learning) 의정의및개념 - 학생스스로가문제를창의적으로해결해야하는학습자중심의수업방식 - 공학설계는정답이없는문제 (open-ended problem) 로주로프로젝트수행시팀활동을통해이루어지며, 이를통해발표능력, 보고서작성능력, 의사소통능력, 팀워크, 문제해결능력을키울수있음 - 학습자들에게실제적인문제를제시하고, 그제시된문제를해결하기위해학습자상호간에공동으로문제해결방안을강구하며, 개별학습과협동학습을통해공통의해결안을마련하는일련의과정에서학습 (learning) 이이루어지게되는학습방법 공학설계입문 / 한밭대학교 8

9 PBL 의주요특징 학습에대한책임과계획은학생에의해이루어짐 현실에서마주치는문제를제시하여학생들의학습동기를유발시킴 PBL을통해지식, 정보를다루는능력, 문제해결을위한능력과경험, 성취감, 팀워크를통한협동학습 문제해결과정을통해창의적사고와비판적사고, 협동능력, 발표및의사소통능력등다양한엔지니어로서의능력을갖출수있음 공학설계입문 / 한밭대학교 9

10 PBL 의목표및장점 통합적지식 (knowledge) 의습득 - 통합된지식기반의습득 - 문제상황에서제시된단서들을중심으로구조화된지식기반의습득 - 실제적이고현실적인문제들을활용하여문제해결과정에서지식기반의습득 자기주도적학습을통한능력개발 - 글로벌엔지니어로서효과적이고효율적으로문제해결과정을개발 - 효과적인자기주도적학습기술의개발 - 효과적인팀워크기술의개발과협동심개발 적극적인학습태도 (learning attitude) - 문제에직면하여창의적으로해결하고자하는적극적인태도를갖추게함 - 문제해결에대한자신감을고취하게됨 공학설계입문 / 한밭대학교 10

11 PBL 의학습운영절차 팀구성및규칙설정 문제제시및목표설정 문제제시의학습내용추론 소그룹별자기주도학습수행 ( 데이타수집 ) 문제해결을위한방안마련 ( 정보를분석 ) 문제해결방안발표및평가 11

13 파레토법칙 (Pareto) 80 대 20 법칙 - 경제학자 ( 조셉 M 주란 ) 이처음사용 - 이탈리아인구의 20% 가이탈리아전체부의 80% 를가지고있다. 고주장한이탈리아의경제학자빌프레도파레토의이름에서따옴 - 전체결과의 80% 가전체원인의 20% 에서일어나는현상을말함 20% 의일벌과 80% 의노는벌 : 상위 20% 문제요인을해결하면 80% 의문제를해결 설문조사로얻은통계치를보면 80% 의사람들의불만족은공통적인요인을가진다. 그 80% 를만족시킬문제요인 20% 를찾기위해설문과팔레트도표를이용한다. 13

14 원인결과도, Fishbone diagram 원인결과도는문제의원인을체계적으로찾아낼수있도록해주는도구로서, 문제의원인을인식하는데매우유용한방법 원인결과도의모습이생선의뼈를닮았다고해서 fishbone diagram 이라는이름으로불림 14

15 15

16 Fishbone diagram 작성순서 1. 종이의오른쪽에원을그리고그안에해결해야할문제를쓴다 2. 왼쪽으로직선을긋는다. 이것은생선의등뼈에해당한다. 3. 생선의등뼈에서 45 도경사선을긋는다. 4. 문제의모든원인들을브레인스토밍하여각가지의끝에원인의범주를적음 5. 필요하면하부가지들을수평선형태로추가한다. 하부가지보다한단계더낮은가지는다시 45 도경사선으로표시 6. 좀더복잡한원인들을꼬리부분에적고덜복잡한원인들을머리부분에적음 16

문제의전체를볼수있도록도와줌 6. 복잡한문제를범위가작고덜복잡한세부문제들의집합으로표현해줌으로써해결을쉽게해줌 7.

17 Fishbone diagram 의장점 1. 문제해결자가결정을하기전에문제의모든원인들을찾게해줌 2. 문제원인들사이의연관성과상대적인중요도를보여줌 3. 문제해결자가문제에집중할수있게해서창의적문제해결과정을시작하는데도움을줌 4. 문제해결을위한논리적과정을시작하게하는데도움을줌 5. 문제의전체를볼수있도록도와줌 6. 복잡한문제를범위가작고덜복잡한세부문제들의집합으로표현해줌으로써해결을쉽게해줌 7. 진짜문제에집중할수있도록해줌 원인 - 결과도 (Fishbone di agram) 는브레인스토밍의결과로나온정보를분석하고정렬하여보기쉽게만든것이다. 원인 - 결과도는문제정의문을만들기위한도구이다. 17

브레인스토밍정의 Brainstorming is a group creativity technique designed to

브레인스토밍방법은 Brain 과 Storming 의합성어로서창의적사고로가는집단적접근방법을말함

더구나한사람이제안한아이디어에영감을얻어서새로운아이디어를내는편승아이디어를포함한다면그아이디어의수는훨씬더증가하게됨 (

19 브레인스토밍정의 Brainstorming is a group creativity technique designed to gen erate a large number of ideas for the solution to a problem. 브레인스토밍방법은 Brain 과 Storming 의합성어로서창의적사고로가는집단적접근방법을말함 여러사람이모여서문제의해결책을제시하면시너지효과에의해서한사람이제안할수있는아이디어의수보다훨씬더많은아이디어를제시할수있음 더구나한사람이제안한아이디어에영감을얻어서새로운아이디어를내는편승아이디어를포함한다면그아이디어의수는훨씬더증가하게됨 ( 이렇게그룹을통해많은아이디어를얻는방법이브레인스토밍임 ) 고전적브레인스토밍방법은 1938 년오스본에의해서제안되었으며, 이방법에적합한사람의수는 3~10 명정도이다. 19

20 Approach to Brain Storming There are four basic rules in b rainstorming. These are intend ed to reduce the social inhibit ions that occur in groups and therefore stimulate the genera tion of new ideas. The expect ed result is a dynamic synergy that will dramatically increase the creativity of the group Focus on quantity ( 가능한많이 ) No criticism ( 비판불허 ) Unusual ideas are welcome ( 기발한생각 ) Combine and improve ideas ( 편승장려 ) 20

21 four basic rules Focus on quantity( 가능한많이 ) This rule is a means of enhancing diverg ent production, aiming to facilitate probl em solving through the maxim, quantity breeds quality. The assumption is that th e greater the number of ideas generated, the greater the chance of producing a rad ical and effective solution. No criticism( 비판불허 ) It is often emphasized that in group brainstor ming, criticism should be put 'on hold'. Instea d of immediately stating what might be wrong with an idea, the participants focus on extendi ng or adding to it, reserving criticism for a later 'critical stage' of the process. By suspending ju dgment, one creates a supportive atmosphere where participants feel free to generate unusua l ideas. Unusual ideas are welcome( 기발한생각 ) To get a good and long list of ideas, unusual ideas are welcomed. They may open new wa ys of thinking and provide better solutions t han regular ideas. They can be generated by looking from another perspective or setting aside assumptions. Combine and improve ideas( 편승장려 ) Good ideas can be combined to form a singl e very good idea, as suggested by the slog an "1+1=3". This approach is assumed to lead to better and more complete ideas than me rely generating new ideas alone. It is believe d to stimulate the building of ideas by a pr ocess of association 21

22 브레인스토밍준비 팀원 상상력이풍부하고, 혁신적이며, 미래지향적인성격을가진사람을포함, 여러다른분야의종사자들로구성회의전브레인스토밍을하게된목적, 배경이기록된브리핑서류준비 시간계획 단일주제, 아침회의가더생산적다음약속때문에압력을받거나조급하게느끼지않도록충분한시간을계획한다 장소 익숙지않은장소를선택원형이나 U 형배치의좌석조용하고경쾌한배경음악으로벽을채색된포스터로장식하고향기롭고아름다운꽃이나간식을배치함으로써분위기조성한다. 준비물 문방구, 시계, 녹음기등 22

23 브레인스토밍의절차 브리핑 1. 회의일정과브레인스토밍 4가지규칙공시 2. 회의전사교활동으로유연한사고준비 3. 회의주제에대한아이디어를나눔 4. 문제의배경설명과문제정의문공시 브레인스토밍의 4 가지규칙을준수한다. 이를어길시아웃제등을도입할 수있다. 23

1909 년 Henry Ford 가신형자동차 Model T 를발표할당시에다음과같이고백했다.

25 오스본의 Scamper 법 변형또는조작은창조와이웃사촌이라할수있다. 대부분의창조적인아이디어는기존의아이디어에첨가또는약간의변형을통해서얻어진다 년 Henry Ford 가신형자동차 Model T 를발표할당시에다음과같이고백했다. 사실나는새로운무엇을발명한것이아니다. 단지다른사람들이발명한것을결합하여차를만들었습니다. 만약내가 50년만더일찍이일을시작했다면실패로끝났을것입니다. 25

26 SCAMPER 아이디어도출을도울수있는방법중광고업자 Osborn 의 SCAMPER 법이있는데, 이는창의적대안창출을위한방법으로 1953 년에창안되었다. 아이디어산출을위해사고의출발점또는문제해결의착안점을미리정해두고그에따라다각적인사고를전개함으로써아이디어를효율적으로얻는방법이며다음과같이적용한다 26

27 SCAMPER 기법 약자 의미 설명 예 S 대체 (substitute) 다른재료, 요소 종이컵 C 결합 (combine) 혼합, 조립 지우개달린연필 A 적용 (adapt) 다른아이디어도용 장미넝쿨을철조망에 M 변형및확대 (modify & magnify) 뜻, 색깔, 동작, 모양의변형및확대 Post-it P 다른용도 (put to other use) 원래의용도바꾸기 쓰레기를이용한건설자재 E 제거및축소 (eliminate & minify) 취소, 분리, 가볍게, 짧게, 쪼개기 노트북 R 역방향 (reverse & rearrange) 방향바꾸기 전기모터와발전기 27

가능한모든아이디어를떠올려본후창의적인생각을표현해보도록한다. M1: 수정하기 색, 모양, 형태를어떻게바꾸면좋을까?

28 Scamper 적용 스캠퍼법진행시 S: 대체하기 연필대신무엇을이용할수있을까? C: 결합하기 연필에무엇을더하면어떨까? A: 적용하기 연필과비슷한것에는무엇을있을까? 문제나주제를파악한다. 문제나주제를스캠퍼목록에맞추어어떤새로운아이디어가나올지살펴본다. 가능한모든아이디어를떠올려본후창의적인생각을표현해보도록한다. M1: 수정하기 색, 모양, 형태를어떻게바꾸면좋을까? M2: 확대하기 연필을크게만들면무엇이될까? P: 다른용도 연필을다른용도를이용한다면? E: 제거하기 연필에서나무를제거하면? R: 반대로하기 연필의기능을반대로한다면? 28

29 형태학적분석법과강제결합법 형태학적분석법개선하고자하는물건이나대상의구조를분석하는것이다. 일단구조가분석되었으면강제결합법을적용하여아이디어를산출해낸다. 예를들면, 어떤제과점의판매고를올리는기술적인문제에다음과같이형태학적분석법을적용할수있다. 즉, (1) 고객의유형, (2) 판매장소, (3) 선전방법의 3 가지독립변인이추출될수있다. 이각각의요소별로 10개씩의아이디어가나온다고생각하면도합30개의아이디어가나오는셈이다. 그런데이요소별아이디어를다른요소와강제결합시킨다면 1,000개의아이디어가나올수있다. 강제결합법창의적사고를촉진하는방법에는강제결합법이라는유연성 ( 또는융통성 ) 을길러주는기법도활용된다. 이방법은전혀상관이없을것같은두개이상의물건이나관념을억지로관련시킴으로써아이디어산출과정의시발점으로삼는아이디어유도방법이다. 강제결합법은우선결합시켜보려고하는상대물체의속성을분석하여개선하려는원래의물품과비교해본다. 양자의공통점과차이점을분석하여상대물체의특정적속성을도입, 결합시켜보면기발한아이디어가나올가능성이많다. 예를들면, 우리가즐겨먹는도넛과타이어를강제결합시켜, 색깔, 크기, 짜임새, 표면결, 맛용도, 모양등의속성을비교, 결합시킴으로써타이어개선을위한혹은, 도넛개선을위한기발한아 이디어를얻을수있는것이다. 29

30 유추와은유, 연상의법칙 연상의법칙 : 인접 (contiguity) 가까이있는물건이나현상 ( 칠판 학교, 교실 ) 유사 (similarity) 비슷한물건이나개념 ( 오리 기러기 ) 대조 (contrast) 반대가되는형태, 물건, 개념 ( 여자 - 남자, 흰색 - 검은색, 어린이 - 어른 ) 연상실행순서 : 1. 문제와관계있을지또는없을지모를단어나상징 (symbol) 을칠판위에씀 2. 연상되는새로운단어나상징을써나감 3. 문제에대한창조적인아이디어가나올때까지계속 유추 같은종류또는유사한점으로부터아이디어창출 예 : 낙타발 - 사막용타이어개발 은유 전혀상관없는사물이나현상의유사점을연결하여아이디어창출 30

32 아이디어다듬기의 4 가지규칙 1. 더나은아이디어를찾아라 브레인스토밍단계를지난이제는양대신질을목표로한다 각아이디어의장점을찾아그점을더욱개선시키는데노력 한다 2. 엉뚱한아이디어를좀더실용적으로바꿔라 다듬어지지않은아이디어를좀더실용적인것으로만들기 위해서는창의적인사고와분석적사고가반복적으로필요 하다. 3. 아이디어를종합하여더완벽한해결방안을찾아라 최적의해결방안을도출해내기위해서다른아이디어를통 합, 종합, 융합시키려고노력하라 4. 비판적인판단을계속유보하라 성급한판단과부정적인말은계속해서삼가해야한다. 이단계에서는긍정적인태도가필수적이며우리는직관적 이고혁신적인생각에분석적이며논리적이고좀더실용적 인생각을추가하여창의적인아이디어를계속창출할수있 게된다. 주의사항 브레인스토밍을실시한후실행되는아이디어다듬기는적어도하루는기다려야한다. 브레인스토밍과아이디어다듬기는둘다정신적으로지치게하는일이므로정신이맑아야생산성이높아진다. 의식을편안하게하고잠재의식이떠오른생각을잘배양할수있도록해야만사고가더욱창의적으로된다. 32

33 단계 1. 아이디어들을여러개의범주로분류 아이디어카드들을테이블위에아무렇게나펼쳐놓는다. 팀은테이블주위에모여앉아몇분간조용히아이디어를깊이생각하며, 잠재의식속으로아이디어가침잠되도록한다. 카드들의유사점을찾은후여러범주로분류한다. 이때, 이러한범주들은너무광범위하지않도록하며, 공통점이많지않은아이디어들은따로모은다. 어떤것이든새로떠오른아이디어를새카드위에적고, 이런아이디어들을모은다. 범주가 7 개이상이면 2 개또는그이상의하위범주들을새로운상위범주로조합하는과정을반복한다. 33

34 단계 2. 범주마다아이디어추가, 개선, 종합을통하여양질의아이디어를도출해낸다. 각팀은한번에한범주씩작업을해야한다. 범주내의많은아이디어와단편적인아이디어를조율하여소수의선별된양질의실용적인아이디어로좀더완벽하게발전시킨다. 세부적인것을추가할수있으며, 수정을가하거나, 아이디어에편승하거나, 아이디어를끼워맞추고조합할수있다. 아이디어종합 ( 몇가지개념들과아이디어를새로운하나로조합하는것 ) 은특히권장한다. 하나의아이디어로합해진카드들을서로묶기위해페이퍼클립을사용하고, 가장개선되고종합된아이디어를묶음의제일위에놓는다. 엉뚱한 또는적합해보이지않은아이디어를서둘러버리지않는다. 모든아이디어에대한다듬기가끝나면, 각범주의개선된아이디어를커다란종이에쓰고흑판이나벽에붙여다음단계로넘어갈준비를한다. 34

35 단계 3. 범주간에관련이없는아이디어 를억지로끼워맞춰본다. 최상의해결방안을도출하기위해모든범주들로부터가장개선된아이디어들을조합해본다. 최종아이디어들의다양한조합을머리속에서시도한다 ( 단순하거나충실, 또는어려운아이디어일지라도 ). 이과정에서완전히새롭고흥미로운아이디어가생성될수있다. 다시개선된최종아이디어들을게시하라. 아이디어를검토, 토의하는과정을통해, 팀은아이디어의논리, 의미, 그리고목적을이해하게된다. 이로써팀은최선의해답을찾을수도있다. 아이디어다듬기는서두르지않는다. 이활동은진행자가그룹을나눠여러팀으로세분화된경우에도브레인스토밍만지속된다면쉽게 2~3차례실시할수있다. 아주종종문제해결의가장좋은아이디어가이때만들어지기도한다. 35

36 아이디어판정기법 직관법 장점 / 단점기법 2안비교순위결정법 (Pair Ranking) 가중순위결정법 (Weighted Ranking) 기타판단기법 신속법 역브레인스토밍 실험법 시행착오법 36

2 안비교법 A, B, C, D 의 4 가지대안이있을경우 1 먼저대안 A 와대안 B 를비교하여대안 B 가더좋으면대안 B 에투표 2 대안 A 와대안 C 를비교하여대안 C 가더좋으면대안 C 에투표 3 대안 A 와대안 D 를비교하여대안 D 가더좋으면대안 D 에투표 4 대안 A 에대한비교가끝난후대안 B 에대하여같은요령으로대안 C, D

37 2 안비교법 A, B, C, D 의 4 가지대안이있을경우 1 먼저대안 A 와대안 B 를비교하여대안 B 가더좋으면대안 B 에투표 2 대안 A 와대안 C 를비교하여대안 C 가더좋으면대안 C 에투표 3 대안 A 와대안 D 를비교하여대안 D 가더좋으면대안 D 에투표 4 대안 A 에대한비교가끝난후대안 B 에대하여같은요령으로대안 C, D 를비교하여더좋은대안 ( 여기서는대안 B) 에투표한다. 대안 A 대안 B 대안 C 대안 D 대안들이 N 개있을경우총투표수는 N (N-1)/2 개이다. 이번예의경우 N 이 4 이므로총 6 개의투표가이루어졌다. 획득한투표수에따라서 B, C, D, A 순으로순위가매겨지게된다 5 대안C에대하여같은요령으로대안D를비교하여더좋은대안 ( 대안C) 에투표한다 37

38 가중순위결정법 (Weighted Ranking) 1 단계 : 순위를매기기위한판단기준을모두나열한다. 2 단계 : 판단기준에대하여 2 안비교순위결정 (pair ranking) 방법에의하여순위매긴다. 3 단계 : 상위몇개의판단기준을선택하여가중치를총합이 1 이되도록할당한다. 4 단계 : 가중순위행렬을만들고, 가장왼쪽열에순위가매겨질해결방안들을적고, 가중치와판단기준들을선택한다. 5 단계 : 각판단기준들에대하여해결방안들을 pair ranking 방법에의하여투표한다. 6 단계 : 얻은투표수에판단기준의가중치를곱하여가중점수를얻는다. 7 단계 : 각해결방안에대하여가중점수들을다더하여총점을얻는다. 8 단계 : 총점순서대로최종순위를매기고맨마지막열에최종순위를적는다. 9 단계 : 이렇게얻어진최종순위가타당한지를검토한다. 즉, 계산오류또는가중치오류등이있는지검토한다. 38

40 팀웍의개요 정의 팀원 각기다른사고력과능력을지닌구성원이한가지목표를달성하기위하여수행하는협력또는협동작업 다양성 다양한능력 / 사고력 크라이슬러의신입사원선발 팀웍의필요성 대학별한명신입사원선출 다양한능력과사고력, 관점중시 더많은아이디어창출 제품개발기간단축 소비자기호에맞는제품생산 cf. 동시공학 : (Concurrent Engineering) 제품개발의모든단계에각분야의 전문가뿐만아니라소비자와원자 재공급자들까지도팀원으로동시 에참여하여문제해결 40

41 장점 & 단점 장점 1. 더많은종류의지식 2. 창의적 3. 기회포착과모험감행 4. 구성원들의흔쾌한승낙 5. 상호학습 단점 1. 막대한투자 2. 비효율적 3. 불일치로인해내적갈등 4. 그룹사고 41

42 창의적인팀이가지고있는특징 높은지적수준 문제및관련분야에대한전문성 다양한경험, 다양한관심, 다중전공 가정 (Assumption) 을확인하려는의지 자기훈련, 직업윤리, 헌신, 인내, 집중력 의사소통능력과솔직한토론능력 자신감과자부심, 동기유발 열정과에너지 열린자세 : 배우고자하는열정 아이디어창출능력 : 독창성, 임기응변 모호함에대한인내력 : 사고의탄력성 위험감수의의지, 실패를두려워않음 판단을늦출수있는의지 호기심, 상상력, 창의력, 재치, 연구, 비전 유머 미적관심, 정교함에대한이해 다양한접근방식을고려 명확한것에대한추구 42

아이디어창출 정의 Brainstorming = Brain + Storming 창의적아이디어창출을위한팀활동 목적 팀활동을통하여창의적인방안을최대한많이얻게함 고전적브레인스토밍의역사 1938년광고업을하는오스본 (Alex Osborn) 에의해서개발적합한사람의수 : 3 ~ 10

5. 아이디어창출 / 다듬기 / 평가공학설계입문 공학설계문제해결과정 1 아이디어창출 정의 Brainstorming = Brain + Storming 창의적아이디어창출을위한팀활동 목적 팀활동을통하여창의적인방안을최대한많이얻게함 고전적브레인스토밍의역사 1938년광고업을하는오스본 (Alex Osborn) 에의해서개발적합한사람의수 : 3 ~ 10 명정해진법칙과과정을따라야좋은결과를얻음