창의적 공학설계 입문 토목안전환경공학과 옥승용 Week04: Principle of Technology Evolution
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창의적 공학설계 입문
토목안전환경공학과
옥승용
Week04: Principle of Technology
Evolution
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Class Schedule
Week Topics Remarks
01 Introduction to Class: 설계구성요소 & 현실적 제한조건
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
N.B. 강의진행일정은 상황에 따라 변경될 수 있음
기술진화법칙 I
• 기술시스템 진화 패턴(S 곡선)
– 1단계(유년기/유아기)
• 제품의 탄생, 자본과 기술 확보를 위한 연구 필요
• 느리게 진행
– 2단계(도약기)
• 새로운 시장 창출, 충분한 자금과 경쟁
• 급속히 진행
– 3단계(성숙기)
• 시스템의 개선이나 발전이 성능의 한계를 보임
• 느리게 진행
– 4단계(쇠퇴기/노년기)
• 소멸 단계
• 서서히 제품이나 기술이 사라짐
기술진화의 패턴
• Note
– 성숙단계에 이르기 전에 세상 어디에선가 대체 시스템 또는 대체 기술이 진행 중임을 알아야 함
– 지속적 성장을 위해서는 성숙단계에 이르기 전에 대체 시스템 또는 대체 기술을 찾아서 차세대 1단계로
변모를 해나가야 함: 혁신적(창조적) 사고가 필요함 4
• 기술시스템의 진화단계별 특허의 양적 변화, 수준 변화 및 경제성 변화
– 특허의 양적 변화
• 첫 번째 Peak: 시스템의 대량 적용
• 두 번째 Peak: 시스템의 수명 연장
– 특허의 수준 변화
• 초기 특허의 수준은 항상 높은 수준임
• Peak: 시스템의 대량 적용을 보장하는 발명
• 종국에는 Zero 수준으로 떨어짐
• 높은 수준의 새로운 시스템이 출현함
– 특허의 경제성(경제적 이득) 변화
• 초기에는 경제성 Zero
• 대량적용 이후 이익 발생
• 이 시기에는 작은 개선조차 큰 경제성 확보 가능
• 발명가에게는 큰 보상이 주어짐
기술진화의 패턴
• Q. 왜 이러한 기술 시스템의 진화패턴을 알아야 하나?
– 기존 기술 시스템의 발전 가능성 파악
∙ 기존 기술시스템 개선
∙ 새로운 기술시스템 개발 5
• 도약기로의 전이 단계인가?
– 기존 시스템의 존재가 새로운 시스템의 성장을 억제함
• 전기 자동차: 환경 오염 vs 경제성, 편리성, 성능,···
– 이전 기술 시스템의 상태 파악
• 성숙기인가? 쇠퇴기인가?
– 도약기에서 성숙기로의 진입에 대한 판단은 쉽지 않음
– 쇠퇴기로의 진입에 대한 판단은 상대적으로 쉬움
• 물리적 한계 파악
– 자원의 한계
– 수용 한계: 도로의 자동차 수용 한계
» 왜 자동차는 여전히 잘 팔리나?
기술시스템 진화패턴의 예측
• Q. 판단의 문제: 뭐가 문제인가?
– 사람은 변화에 소극적이며 안주하려는 경향이 있음
– 쓸모없는 기술 시스템도 여전히 경제적일 수 있음
→ 혁신적(창조적) 사고가 필요함 6
• 이상성 증가의 법칙 (Law of increasing the degree of ideality)
• 시스템 (경로) 완전성의 법칙 (Law of system completeness)
• 시스템 에너지 전도성의 법칙 (Law of energy conductivity in a system)
• 리듬 조화의 법칙 (Law of coordinating rhythms of the system’s parts)
• 요소간 불균일 발전의 법칙(Law of uneven development of parts of a system)
• 상위 시스템으로의 전이의 법칙(Law of transition to a super-system)
• 거시구조에서 미시구조로의 전이의 법칙(Law of transition from macro to
micro level)
• 물질-장 포함 증가의 법칙(Law of increasing the Substance-field involvement)
• 동적 특성(유연성) 증가의 법칙(Law of Dynamization)
• 복잡화에서 단순화로 진화 등
• Note. – G. S. Altshuller: 수만 건의 특허와 많은 실생활 시스템의 시대적 개발품 분석을 통하여 도출
기술진화의 법칙
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• 이상성 증가의 법칙 (Law of increasing the degree of ideality)
– 예) 핸드폰 또는 컴퓨터
• 가격은 하락하고 있으며, 기능은 점점 증가함
– 예) 아이스크림
• 종이컵 → 식용 용기
– 예) ?
기술진화의 법칙(1)
이득/효과/기능
이상성 = 비용
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• 세계 도시의 시차를 한 번에 표현한 시계: Bent Hands
– 테두리의 긴 눈금은 시(時), 짧은 눈금은 한 칸이 10분이다. 같은 칸에 있는 두 도시는 12
시간 차이가 나기 때문에 낮밤만 다르고 그 칸의 시각을 나타내는 파란 점의 위치는 같다. 예를 들어 사진에서 런던이 0시 25분일 때 이보다 9시간 빠른 서울은 오전 9시 25분이다. 서울보다 12시간이 늦은 부에노스아이레스는 전날 오후 9시 25분. 시간의 흐름에 따라 파란 바늘이 있는 원판 전체가 돌아간다. (디자이너 우기하)
쉬어가는 페이지: 기능/효과 증대를 위한 창의적 디자인
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• 자 없이 곧은 직선을 그을 수 있게
한 필기 보조구
• 플러그 모양 MP3 플레이어
쉬어가는 페이지: 기능/효과 증대를 위한 창의적 디자인
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• 시스템 (경로) 완전성의 법칙 (Law of system completeness)
– 모든 기술 시스템은 엔진(engine), 전달장치(transmission), 제어기관(control unit), 작동기관(working unit)의 4부분으로 구성되어야 한다.
– 어느 요소라도 빠지거나 불충분하면 그 시스템은 경쟁에서 살아남지 못한다.
– 발전의 초기단계에서 사람이 종종 요소의 일부 일을 수행하나 진화함에 따라 이러한
인간에 의한 작업은 점차 사라진다.
기술진화의 법칙(2)
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• 시스템 (경로) 완전성의 법칙 (Law of system completeness)
– 모든 기술 시스템은 엔진(engine), 전달장치(transmission), 제어기관(control unit), 작동기관(working unit)의 4부분으로 구성되어야 한다.
– 예) 사진기: 수동카메라 → 자동카메라
• 모터(engine)
• 초점조절기구(transmission)
• 사람 손(control unit): 자동사진기로 진화(대상인 빛의 양을 조절)
• 렌즈(working unit)
– 예) 칫솔: 나무 가시나 새의 깃털(고대) → 전동칫솔
• 사람 손(engine, control unit): 전동 칫솔(엔진)로 진화
• 손잡이(transmission):
• 이쑤시개 끝(working unit): 강모(털) 세트로 진화-수퇘지 털에서 나일론 강모로 대체
기술진화의 법칙(2)
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• 시스템 에너지 전도성의 법칙 (Law of energy conductivity in a system)
– 에너지 전달 단계의 감소: 기술 시스템은 엔진으로부터 작동기관(working unit)으로의 에너지 전달에 있어서 효율을 증가하는 방향으로 진화한다.
– 제어하기 쉬운 에너지 행태로의 전환: 시스템 내부에서의 에너지 전달은 최대의 효과
및 효율을 얻을 수 있도록 설계되어야 한다.
• 중력 < 기계 < 열 < 전기 < 자기
– 예) 디젤 기관차 → 전기 기관차
• 디젤 엔진: 열 에너지를 기계 에너지로 변환 (에너지 손실이 많음)
• 기계적 전달장치: 기계 에너지가 바퀴를 구동시킴
• 전기 기관차: 전류를 이용하여 바로 기계적 전달장치를 구동함
• 자기 부상 열차: 바퀴와 지면 및 레일과의 마찰에 의한 에너지 손상, 소음, 객실 내부의 진동을 감소시킨다.
– 예) 정보의 전달도 동일한 경향을 따름
기술진화의 법칙(3)
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• 리듬 조화의 법칙 (Law of coordinating rhythms of the system’s parts)
– 공명/공진(resonance): 기술 시스템이 최적의 성능을 갖기 위해서는 각 부분들의 작용
주기들이 동기화되어야 한다.
– 감쇠(damping): 동기화되지 않은 부분들은 시스템을 구성하는 다른 요소들의 작업을 방해함으로써 성능을 저하시키는 역기능을 하게 됨
– 유용한 기능은 강화하고 유해한 기능은 차단
– 예) 분무기: 동기화 순서의 개선
• 노즐 + 페인트 조절 밸브 + 공기 조절 밸브
• 분무기를 누르면 공기 밸브가 먼저 열리고, 페인트 작업을 멈추면 페인트 밸브가 먼저 닫히는 방식으로 동기화
– 노즐로부터 건조 페인트 방울이 떨어져 페인트 칠하는 표면으로 튀기는 현상을 수반함
• 미국 특허 4,759,502호: 동기화 순서의 개선
– 공기 밸브가 열리기 전에 페인트 밸브가 조정 가능한 지연시간 동안 짧게 열리고 닫힘
• 오토바이 작동 시 뒤를 보는 거울의 진동은 오토바이 운전자 눈의 흔들림과 일치되지 않는다. 안전모에 거울을 설치해서 해결한다.
기술진화의 법칙(4)
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• 요소간 불균일 발전의 법칙(Law of uneven development of parts of a system)
– 시스템의 여러 부분들은 불균일한 속도로 진화한다.
• 일반적으로 시스템을 개선할 때, 시스템의 다른 특성은 악화된다.
• 예) 차에 강력한 엔진을 장착하면 연료 소비는 증가함
• 시스템을 구성하는 요소간에도 이러한 상충성은 항상 존재함
– 자전거의 진화
– 예) 컴퓨터
• CPU, HDD 메모리 용량은 비약적으로 증가
• 입력방식은 여전히 키보드 방식임
기술진화의 법칙(5)
페달 없음
발로 지면을 차서 이동
페달 도입
브레이크 없음
신발 밑창
금속바퀴 도입
바퀴의 앞 직경이 크게 증가: 속도 증가
체인 도입
공기 타이어 장착
클러치 도입
(고속에서 페달
제어 문제 해결)
15 뇌파 헤드셋 터치 스크린 미래의 UI Wii 컨트롤러
Sixth Sense
• 요소간 불균일 발전의 법칙(Law of uneven development of parts of a system)
– 시스템의 여러 부분들은 불균일한 속도로 진화한다.
• 일반적으로 시스템을 개선할 때, 시스템의 다른 특성은 악화된다.
• 예) 차에 강력한 엔진을 장착하면 연료 소비는 증가함
• 시스템을 구성하는 요소간에도 이러한 상충성은 항상 존재함
– 예측되는 문제점은?
– 시스템 내의 요소간 상충성은 시스템 갈등을 유발함
– 전통적인 해결방법: 비용 최소화 등
– 창의적 해결방법
• 단일 시스템에서 이중 또는 다중 시스템으로 진화(→상위시스템으로의 전이 법칙)
• 예) 연필 → 지우개 달린 연필(이중 시스템) → 여러 경도 및 여러 색깔을 갖는 연필(다중 시스템)
기술진화의 법칙(5)
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• 상위 시스템으로의 전이의 법칙(Law of transition to a super-system)
– 다기능성이 증가하는 방향으로 기술 시스템이 진화함
– 단일 시스템에서 이중 또는 다중 시스템으로 진화
• 단일 시스템: 하나의 기능을 수행하기 위하여 설계되는 시스템
• 이중(다중) 시스템: 두 개(두 개 이상)의 단일 시스템으로 구성
기술진화의 법칙(6)
진화
방향
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기술진화의 법칙(6)
진화
방향
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• 상위 시스템으로의 전이의 법칙(Law of transition to a super-system)
– 예) 이중 시스템
• 가위(나이프 2개)
• 안경(외알안경 2개)
• 망원경(렌즈 2개)
• 쌍안경(망원경 2개)
• “영업 중/준비 중” 표찰
• 마이너스/플러스 만능 드라이버
• 계산기가 부착된 손목시계
• 술이 든 캔디
• 지우개 달린 연필(역 이중시스템)
• 이중온실(산소 배출 식물 + 탄소 배출 식물; 환기시스템 불필요)
• 쌍포총(소총 2개, 방아쇠 1개)
• 광산 긴급구조대원의 보호복(냉각시스템+산소공급시스템; 액체산소)
• 상위 시스템으로의 전이의 법칙(Law of transition to a super-system)
– 예) 다중 시스템
• 다색 잉크 펜
• 다중 서랍 캐비닛
• 트랜지스터(3개 반도체 재료의 조합)
• 다중 실린더 내연 엔진
• 다층 케이크
– 기능 증가에 따라 예측되는 문제점은?
• 복잡성 증가
– 복잡성 증가 대비 이점?
• 기능 부담 분배 가능
– 시간적 기능 분배
» 다단 로켓
– 공간적 기능 분배
» 분산/병렬 연산(Distributed/Parallel Computing)
» Clouding Computing: 서버 + PC (단말기)
기술진화의 법칙(6)
진화 방향
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• 거시구조에서 미시구조로의 전이의 법칙(Law of transition from macro to
micro level)
– 모든 기술 시스템은 물질로 구성되어 있음
– 모든 물질은 여러 가지 물리적 구조를 갖는 다중 수준의 계층 구조로 구성됨
• 예) 결정격자, 분자, 원자(=전자+원자핵), 전자(=렙톤(lepton)), 원자핵(=양성자+중성자), 양성자/중성자(=쿼크(quark)-반쿼크(반입자)), 힉스입자(Higgs)
– 미시수준으로의 전이가 진화 과정에서 발생하는 여러 모순(갈등)을 해결할 수 있음
– 기술 전이 방향
• 거시수준 구조가 수행한 기능을 미시수준 구조가 인수한다.
– 예: 기계적 절단도구 → 레이저 절단도구
• 미시수준 구조가 거시수준 구조의 물리적 특성과 거등을 제어한다.
– 광변색 렌즈 안경: 밝은 빛에 노출되면 염화 은 결정이 렌즈를 어둡게 변화시킴(선글라스 기능)
기술진화의 법칙(7)
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• 물질-장 상호작용(포함) 증가의 법칙(Law of increasing the Substance-field
involvement)
– 기술 시스템의 발전은 Su-Field 상호작용을 증가하는 방향으로 진행해간다.
• 모든 기술 시스템은 시스템의 Su-Field의 구성단위 요소의 개수가 증가하는 방향으로 발전
– Field 특성은 Mechanical Field → Thermal Field → Electric Field → Magnetic Field 방향으로 진화
– Su-Field 레벨이 높아진다.
• 수레 → 증기 기관차 → 디젤 기관차 → 전철 → 고속 전철
기술진화의 법칙(8)
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22
쉬어가는 페이지: 기술진화
기술발전속도 기술진화법칙(불멸)
다섯가지 예측 기술의 롱테일
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