창의적공학설계입문 Week04: Principle of Technology Evolution 토목안전환경공학과 옥승용
Class Schedule Week Topics Remarks 01 Introduction to Class: 설계구성요소 & 현실적제한조건 02 Team Building based on Brain Model Short Contest 03 Problem-Based Learning & Design Thinking PBL Practice 04 Principles of Technology Evolution Individual Report 05 Obstacles to Impede Creative Thinking TP1: Problem Proposal(Empathize-Define) 06 Creative Thinking(1): Brain Storming Method Brain Storming Practice 07 Creative Thinking(2): SCAMPER, Attributes-Listing Technique SCAMPER Practice 08 Creative Thinking(3): Morphological Analysis, Forced Relationship, etc. Selected Techniques Practice 09 Team Presentation: Ideation TP2: Interim Report 10 Creative Thinking(4): TRIZ(1)-Introduction TRIZ Practice 11 Creative Thinking(4): TRIZ(2) -Contradictions Matrix and 40 Principles TRIZ Practice 12 Creative Thinking(4): TRIZ(3)-Practical TRIZ TRIZ Practice 13 Solution Realization: Ideation Improvement & Prototype PBL & Design Thinking 14 Solution Realization: Test & Improvement PBL & Design Thinking 15 Team Presentation: Final Product TP3: Final Presentation 2 N.B. 강의진행일정은상황에따라변경될수있음
I 기술진화법칙
기술진화의패턴 기술시스템진화패턴 (S 곡선 ) 1 단계 ( 유년기 / 유아기 ) 제품의탄생, 자본과기술확보를위한연구필요 느리게진행 2 단계 ( 도약기 ) 새로운시장창출, 충분한자금과경쟁 급속히진행 3 단계 ( 성숙기 ) 시스템의개선이나발전이성능의한계를보임 느리게진행 4 단계 ( 쇠퇴기 / 노년기 ) 소멸단계 서서히제품이나기술이사라짐 4 Note 성숙단계에이르기전에세상어디에선가대체시스템또는대체기술이진행중임을알아야함 지속적성장을위해서는성숙단계에이르기전에대체시스템또는대체기술을찾아서차세대 1 단계로변모를해나가야함 : 혁신적 ( 창조적 ) 사고가필요함
기술진화의패턴 기술시스템의진화단계별특허의양적변화, 수준변화및경제성변화 특허의양적변화 첫번째 Peak: 시스템의대량적용 두번째 Peak: 시스템의수명연장 특허의수준변화 초기특허의수준은항상높은수준임 Peak: 시스템의대량적용을보장하는발명 종국에는 Zero 수준으로떨어짐 높은수준의새로운시스템이출현함 특허의경제성 ( 경제적이득 ) 변화 초기에는경제성 Zero 대량적용이후이익발생 이시기에는작은개선조차큰경제성확보가능 발명가에게는큰보상이주어짐 5 Q. 왜이러한기술시스템의진화패턴을알아야하나? 기존기술시스템의발전가능성파악 기존기술시스템개선 새로운기술시스템개발
기술시스템진화패턴의예측 도약기로의전이단계인가? 기존시스템의존재가새로운시스템의성장을억제함 전기자동차 : 환경오염 vs 경제성, 편리성, 성능, 이전기술시스템의상태파악 성숙기인가? 쇠퇴기인가? 도약기에서성숙기로의진입에대한판단은쉽지않음 쇠퇴기로의진입에대한판단은상대적으로쉬움 물리적한계파악 자원의한계 수용한계 : 도로의자동차수용한계» 왜자동차는여전히잘팔리나? 6 Q. 판단의문제 : 뭐가문제인가? 사람은변화에소극적이며안주하려는경향이있음 쓸모없는기술시스템도여전히경제적일수있음 혁신적 ( 창조적 ) 사고가필요함
기술진화의법칙 이상성증가의법칙 (Law of increasing the degree of ideality) 시스템 ( 경로 ) 완전성의법칙 (Law of system completeness) 시스템에너지전도성의법칙 (Law of energy conductivity in a system) 리듬조화의법칙 (Law of coordinating rhythms of the system s parts) 요소간불균일발전의법칙 (Law of uneven development of parts of a system) 상위시스템으로의전이의법칙 (Law of transition to a super-system) 거시구조에서미시구조로의전이의법칙 (Law of transition from macro to micro level) 물질 - 장포함증가의법칙 (Law of increasing the Substance-field involvement) 동적특성 ( 유연성 ) 증가의법칙 (Law of Dynamization) 복잡화에서단순화로진화등 Note. G. S. Altshuller: 수만건의특허와많은실생활시스템의시대적개발품분석을통하여도출 7
기술진화의법칙 (1) 이상성증가의법칙 (Law of increasing the degree of ideality) 이상성 = 이득 / 효과 / 기능비용 예 ) 핸드폰또는컴퓨터 가격은하락하고있으며, 기능은점점증가함 예 ) 아이스크림 종이컵 식용용기 예 )? 8
쉬어가는페이지 : 기능 / 효과증대를위한창의적디자인 세계도시의시차를한번에표현한시계 : Bent Hands 테두리의긴눈금은시 ( 時 ), 짧은눈금은한칸이 10 분이다. 같은칸에있는두도시는 12 시간차이가나기때문에낮밤만다르고그칸의시각을나타내는파란점의위치는같다. 예를들어사진에서런던이 0 시 25 분일때이보다 9 시간빠른서울은오전 9 시 25 분이다. 서울보다 12 시간이늦은부에노스아이레스는전날오후 9 시 25 분. 시간의흐름에따라파란바늘이있는원판전체가돌아간다. ( 디자이너우기하 ) 9
10 쉬어가는페이지 : 기능 / 효과증대를위한창의적디자인 자없이곧은직선을그을수있게한필기보조구 플러그모양 MP3 플레이어
11 기술진화의법칙 (2) 시스템 ( 경로 ) 완전성의법칙 (Law of system completeness) 모든기술시스템은엔진 (engine), 전달장치 (transmission), 제어기관 (control unit), 작동기관 (working unit) 의 4 부분으로구성되어야한다. 어느요소라도빠지거나불충분하면그시스템은경쟁에서살아남지못한다. 발전의초기단계에서사람이종종요소의일부일을수행하나진화함에따라이러한인간에의한작업은점차사라진다.
기술진화의법칙 (2) 시스템 ( 경로 ) 완전성의법칙 (Law of system completeness) 모든기술시스템은엔진 (engine), 전달장치 (transmission), 제어기관 (control unit), 작동기관 (working unit) 의 4 부분으로구성되어야한다. 예 ) 사진기 : 수동카메라 자동카메라 모터 (engine) 초점조절기구 (transmission) 사람손 (control unit): 자동사진기로진화 ( 대상인빛의양을조절 ) 렌즈 (working unit) 12 예 ) 칫솔 : 나무가시나새의깃털 ( 고대 ) 전동칫솔 사람손 (engine, control unit): 전동칫솔 ( 엔진 ) 로진화 손잡이 (transmission): 이쑤시개끝 (working unit): 강모 ( 털 ) 세트로진화 - 수퇘지털에서나일론강모로대체
기술진화의법칙 (3) 시스템에너지전도성의법칙 (Law of energy conductivity in a system) 에너지전달단계의감소 : 기술시스템은엔진으로부터작동기관 (working unit) 으로의에너지전달에있어서효율을증가하는방향으로진화한다. 제어하기쉬운에너지행태로의전환 : 시스템내부에서의에너지전달은최대의효과및효율을얻을수있도록설계되어야한다. 중력 < 기계 < 열 < 전기 < 자기 예 ) 디젤기관차 전기기관차 디젤엔진 : 열에너지를기계에너지로변환 ( 에너지손실이많음 ) 기계적전달장치 : 기계에너지가바퀴를구동시킴 전기기관차 : 전류를이용하여바로기계적전달장치를구동함 자기부상열차 : 바퀴와지면및레일과의마찰에의한에너지손상, 소음, 객실내부의진동을감소시킨다. 예 ) 정보의전달도동일한경향을따름 13
기술진화의법칙 (4) 리듬조화의법칙 (Law of coordinating rhythms of the system s parts) 공명 / 공진 (resonance): 기술시스템이최적의성능을갖기위해서는각부분들의작용주기들이동기화되어야한다. 감쇠 (damping): 동기화되지않은부분들은시스템을구성하는다른요소들의작업을방해함으로써성능을저하시키는역기능을하게됨 유용한기능은강화하고유해한기능은차단 예 ) 분무기 : 동기화순서의개선 노즐 + 페인트조절밸브 + 공기조절밸브 분무기를누르면공기밸브가먼저열리고, 페인트작업을멈추면페인트밸브가먼저닫히는방식으로동기화 노즐로부터건조페인트방울이떨어져페인트칠하는표면으로튀기는현상을수반함 미국특허 4,759,502 호 : 동기화순서의개선 공기밸브가열리기전에페인트밸브가조정가능한지연시간동안짧게열리고닫힘 오토바이작동시뒤를보는거울의진동은오토바이운전자눈의흔들림과일치되지않는다. 안전모에거울을설치해서해결한다. 14
기술진화의법칙 (5) 요소간불균일발전의법칙 (Law of uneven development of parts of a system) 시스템의여러부분들은불균일한속도로진화한다. 일반적으로시스템을개선할때, 시스템의다른특성은악화된다. 예 ) 차에강력한엔진을장착하면연료소비는증가함 시스템을구성하는요소간에도이러한상충성은항상존재함 자전거의진화 Sixth Sense 페달없음발로지면을차서이동 페달도입브레이크없음신발밑창 금속바퀴도입 바퀴의앞직경이크게증가 : 속도증가 체인도입공기타이어장착 클러치도입 ( 고속에서페달제어문제해결 ) 예 ) 컴퓨터 CPU, HDD 메모리용량은비약적으로증가 입력방식은여전히키보드방식임 15 미래의 UI 터치스크린 뇌파헤드셋 Wii 컨트롤러
기술진화의법칙 (5) 요소간불균일발전의법칙 (Law of uneven development of parts of a system) 시스템의여러부분들은불균일한속도로진화한다. 일반적으로시스템을개선할때, 시스템의다른특성은악화된다. 예 ) 차에강력한엔진을장착하면연료소비는증가함 시스템을구성하는요소간에도이러한상충성은항상존재함 예측되는문제점은? 시스템내의요소간상충성은시스템갈등을유발함 전통적인해결방법 : 비용최소화등 창의적해결방법 단일시스템에서이중또는다중시스템으로진화 ( 상위시스템으로의전이법칙 ) 예 ) 연필 지우개달린연필 ( 이중시스템 ) 여러경도및여러색깔을갖는연필 ( 다중시스템 ) 16
기술진화의법칙 (6) 상위시스템으로의전이의법칙 (Law of transition to a super-system) 다기능성이증가하는방향으로기술시스템이진화함 단일시스템에서이중또는다중시스템으로진화 단일시스템 : 하나의기능을수행하기위하여설계되는시스템 이중 ( 다중 ) 시스템 : 두개 ( 두개이상 ) 의단일시스템으로구성 진화방향 17
기술진화의법칙 (6) 상위시스템으로의전이의법칙 (Law of transition to a super-system) 예 ) 이중시스템 가위 ( 나이프 2 개 ) 안경 ( 외알안경 2 개 ) 망원경 ( 렌즈 2 개 ) 쌍안경 ( 망원경 2 개 ) 영업중 / 준비중 표찰 마이너스 / 플러스만능드라이버 계산기가부착된손목시계 술이든캔디 지우개달린연필 ( 역이중시스템 ) 이중온실 ( 산소배출식물 + 탄소배출식물 ; 환기시스템불필요 ) 쌍포총 ( 소총 2 개, 방아쇠 1 개 ) 진화방향 광산긴급구조대원의보호복 ( 냉각시스템 + 산소공급시스템 ; 액체산소 ) 18
기술진화의법칙 (6) 상위시스템으로의전이의법칙 (Law of transition to a super-system) 예 ) 다중시스템 다색잉크펜 다중서랍캐비닛 트랜지스터 (3 개반도체재료의조합 ) 다중실린더내연엔진 다층케이크 진화방향 기능증가에따라예측되는문제점은? 복잡성증가 복잡성증가대비이점? 기능부담분배가능 시간적기능분배» 다단로켓 공간적기능분배» 분산 / 병렬연산 (Distributed/Parallel Computing)» Clouding Computing: 서버 + PC ( 단말기 ) 19
기술진화의법칙 (7) 거시구조에서미시구조로의전이의법칙 (Law of transition from macro to micro level) 모든기술시스템은물질로구성되어있음 모든물질은여러가지물리적구조를갖는다중수준의계층구조로구성됨 예 ) 결정격자, 분자, 원자 (= 전자 + 원자핵 ), 전자 (= 렙톤 (lepton)), 원자핵 (= 양성자 + 중성자 ), 양성자 / 중성자 (= 쿼크 (quark)- 반쿼크 ( 반입자 )), 힉스입자 (Higgs) 미시수준으로의전이가진화과정에서발생하는여러모순 ( 갈등 ) 을해결할수있음 기술전이방향 거시수준구조가수행한기능을미시수준구조가인수한다. 예 : 기계적절단도구 레이저절단도구 미시수준구조가거시수준구조의물리적특성과거등을제어한다. 광변색렌즈안경 : 밝은빛에노출되면염화은결정이렌즈를어둡게변화시킴 ( 선글라스기능 ) 20
기술진화의법칙 (8) 물질 - 장상호작용 ( 포함 ) 증가의법칙 (Law of increasing the Substance-field involvement) 기술시스템의발전은 Su-Field 상호작용을증가하는방향으로진행해간다. 모든기술시스템은시스템의 Su-Field 의구성단위요소의개수가증가하는방향으로발전 Field 특성은 Mechanical Field Thermal Field Electric Field Magnetic Field 방향으로진화 Su-Field 레벨이높아진다. 수레 증기기관차 디젤기관차 전철 고속전철 21
22 쉬어가는페이지 : 기술진화 기술발전속도기술진화법칙 ( 불멸 ) 다섯가지예측 기술의롱테일