Bong-Kee Lee School of Mechanical Systems Engineering

Chonnam National University

Advanced Design Engineering

1. TRIZ – Introduction

School of Mechanical Systems Engineering Advanced Design Engineering

TRIZ – Introduction

시행착오(trial and error) 방법

– 주어진 문제(problem)의 해법(solution)을 찾는 방법이 매우 산발적임

– 아이디어가 적절하지 않은 경우, 새로운 아이디어를 찾는 방법: “이 방법을 시도합시다… 실패 했습니까?... 그럼 다른 방법을 생각합시다.”

– 기존의 경험에 의하여 기존의 문제 해결 방법으로 해법을 찾으며, 이러한 방법은 상상력 발휘에 도움이 안 됨

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TRIZ – Introduction

시행착오(trial and error) 방법

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TRIZ – Introduction

간단한 최적화(bisection method)

– 주어진 구간(a1≤x≤b1)에서 함수(f(x))가 0이 되는 점은?

22,

12

11

23

bxa

xxxxf

solution

a1 b1

a2 b2

a3 b3

a4 b4

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TRIZ – Introduction

전구 유리 개선

– 달표면 착륙시 충격에도 버틸 수 있는 전구의 설계? • 1970년대 소련은 달표면을 탐사하기 위한 무인 우주선을 발사했

다. 달표면을 관측하기 위해서 탐사선 앞에 전구가 사용된다. 하지만, 기존의 전구를 사용하면 탐사선이 달표면 착륙시 충격을 버티지 못하고 파괴된다. 군용 탱크에 사용되는 아주 강한 전구를 사용하더라도 유리와 전구 아래 부분의 스크류 사이에 균열이 발생하여 사용할 수 없게 된다. 이와 같은 환경에 적합한 전구를 설계하라.

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TRIZ – Introduction

전구 유리 개선

– 달표면 착륙시 충격에도 버틸 수 있는 전구의 설계? • 전구 유리의 기능: 필라멘트 주위의 진공 상태를 보호해주는 역할

• 달의 대기: 완벽한 진공

• 새로운 설계안: 유리가 없는 전구의 사용

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TRIZ – Introduction

트리즈(TRIZ)

– Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch (Theory of Inventive Problem Solving, 창의적 문제 해결 이론)

– 구 소련의 겐리히 알츠슐러(Genrich Saulovich Altshuller, 1926-1998)에 의해 제창된 창의적 문제 해결에 대한 체계적 방법론

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TRIZ – Introduction

트리즈(TRIZ)

– 겐리히 알츠슐러는 탁월한 창의성이 소수 특정인들의 선천적인 능력이 아니며, 기술 발전 역사의 객관적 법칙을 따라 사고함으로써 누구나 자신의 창의성을 개발할 수 있을 것이라 믿음

– 1946년 이후, 특허 자료 연구를 수행하여 혁신적인 기술 발전을 이룰 수 있는 사고 방법론(thinking methodology) 및 표준 해법(standard solutions)을 얻어 냄

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TRIZ – Introduction

트리즈(TRIZ)

– 창의적 문제(inventive problem): 여러 가지 유형의 문제 중, 다음 조건을 만족하는 문제를 일컬음

→ 최소한 하나 이상의 (기술적) 모순(Chap.2)을 가지고 있으며, 아직 그 해결안이 알려져 있지 않은 문제

: 이상해결책(IFR)

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TRIZ – Introduction

트리즈(TRIZ)의 주요 도구

– 40가지 발명원리(Chap.3) • 서로 상반되고 모순된 요구조건을 완벽하게 해결하는 방법

– 물질-장 분석(Chap.4) • 기술 시스템을 물질, 장 등의 기호로 변환하여 분석하는 방법

– 창의적 문제해결 방법의 표준해(Chap.4) • 물질-장 분석에 바탕을 두며, 여러 분야의 다양한 공학적 문제들

의 풀이 방법을 여러 유형별로 분류한 방법

– 아리즈(ARIZ, 창의적 문제해결 알고리즘)(Chap.5) • 주어진 문제를 해결하기 위하여, 모순 등을 제거하는 연속적이고

수식이 사용되지 않은 논리적 방법

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TRIZ – Introduction

트리즈(TRIZ)의 주요 도구

– 기술 진화 법칙(Chap.6) • 기술은 우연이나 운이 아닌 정해진 법칙에 의해 진화하므로, 12개

의 기술 진화 법칙을 통해 기술 진화의 미래를 예측 가능함

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TRIZ – Introduction

이상해결책(IFR, Ideal Final Result)

– 트리즈의 최종 목표

• 이상성의 값이 무한대(∞)에 이르게 하는 해결책

• 문제가 저절로 해결,

• 문제 자체가 저절로 사라짐,

• 시스템이 없는데 기능은 존재,

• 비용 없이 문제 해결,

이상성(Ideality) = 효과(Effect)

비용(Cost) → ∞

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TRIZ – Introduction

이상해결책(IFR, Ideal Final Result)

– 이상해결책이 아니더라도 이상해결책으로 전개하는 도중 현실의 문제를 해결하는 경우도 있음

– 혹은, 기존 시스템의 개선(improvement) 수준의 문제 해결을 얻기도 함

– 모순(contradiction)을 극복함으로써 이상해결책을 구하여, 혁신(invention)적인 발전을 이루는 것이 트리즈의 목표임

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TRIZ – Introduction

선박의 전복 문제

– 1994년 9월, 989명의 승객과 선원을 싣고 가던 스웨덴 선박의 전복 사고

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TRIZ – Introduction

선박의 전복 문제

– 선박 전복의 원인 • 높은 파도에 의하여 바닷물이 배 안으로 순식간에 밀려 들어옴

• 차량 보관 갑판에 바닷물이 차면서 선박이 전복됨

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TRIZ – Introduction

선박의 전복 문제

– 선박회사의 기존 아이디어 • 자동차가 실려 있는 공간의 분리

• 모든 공간에 물이 차는 것을 방지

• 비용 문제로 적용되지 못함: 모순의 존재

단순한 공간의 분리 : 유조선에 적용된 원리 적용

옆쪽 벽에서 문이 나오는 슬라이딩 도어 : 신속한 차량의 출입

천장에서 문이 나오는 슬라이딩 도어 : 차량 출입 시간의 효율화(단축)

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TRIZ – Introduction

선박의 전복 문제

– 트리즈 전문가의 아이디어 • 슬라이딩 도어

• 발포성 플라스틱(foam plastic)의 분사

화재 시에 작동하는 스프링 쿨러 → 획기적인 경비 절감 … → 발포성 플라스틱이 존재하지 않고, 현실성 부족

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TRIZ – Introduction

선박의 전복 문제

– 이상해결책(IFR)의 등장 • 40가지 발명원리 중, 22번째 “안 좋은 것을 좋은 것으로 활용하기

(convert harmful to useful)” 적용

- 안 좋은 것: 배 안으로 들어오는 물 - 좋은 것: 배의 안정 → 자동차가 선적되는 갑판에 구멍을 뚫는다 ! → 들어온 물에 의하여 선박은 더욱 안정적이 됨 : 최소한의 비용 → 모순 해결

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TRIZ – Introduction

냉장고 홈바(home bar) 설계

– 냉장고 홈바의 작동을 위한 링크 설계 • L사: 총 2개의 스테인레스 링크 이용(미국 G사의 특허)

• S사: 총 4개의 스테인레스 링크 이용

• D사: 총 4개의 스테인레스 링크 이용

→ 개선(최적화): 링크의 크기 최소화

L사의 구조 D사의 구조

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냉장고 홈바(home bar) 설계

– S사의 홈바 구조의 문제 • 총 4개의 스테인레스 링크 이용

→ 제작 단가 증가

→ 링크가 차지하는 공간 증가

• 해결책: 총 2개의 링크 이용 → 특허료 지불로 인한 생산비용 증가

• 문제: 제조 단가를 낮추면서 효율적인 공간 이용이 가능한 새로운 설계

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냉장고 홈바(home bar) 설계

– S사의 홈바 구조의 해결책 • 링크가 수행하던 기능을 홈바가 자체적으로 수행할 수 있게 하여,

링크를 제거 → 제조단가의 절감(사출성형 금형의 수정 비용) 및 디자인의 획기적인 향상

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냉장고 홈바(home bar) 설계

– 2011년 현재 L사와 D사의 냉장고 홈바 구조

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TRIZ – Introduction

발명 수준에 따른 방법론

– 발명의 창의성 수준: 1~5수준(level)

• 1, 2수준의 공통점: 현재 상황에 바탕을 둔 개선

• 1, 2수준의 특징: 다수가 모인 집단적인 조직 활동을 통한 개선. 즉, 집단적 창의성

Level 1 - 조금만 생각하면 해결 가능 - 모순을 해결한 것이 아님 - 해당 분야에서 쉽게 도달할 수 있는 해결책 - 발명이라기 보다는 실질적인 변화가 없는 좁은 확장 및 개선 - 시행착오의 방법으로 도전 시, 1~10회 정도면 충분 Level 2 - 기존 시스템의 개선, 최적화의 결과 - 해당 산업분야의 지식을 이용 - 시행착오의 방법으로 도전 시, 10~100회 정도 필요

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집단적 창의성을 위한 대표적인 기법(I)

– 브레인스토밍(brainstorming) • 1938년 오스본(Alex Osborn)이 개발

• 여러 사람이 모여서 어느 한 주제에 대해 다양한 아이디어를 공동으로 내놓는 방법으로 집단사고를 통해 사고의 확산을 추구하는 회의 방식(적합한 사람의 수: 3~10명)

• 정해진 법칙과 방법을 따라야 하며, 아이디어의 질 보다는 많은 아이디어의 생산에 중점을 둠

• 4대 기본 규칙(4S)

– 평가 유보(비판 금지, Support)

– 자유분방(Silly)한 사고 중시

– 양산(Speed)

– 결합과 개선(Synergy)

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TRIZ – Introduction

집단적 창의성을 위한 대표적인 기법(II)

– 6-시그마 기법 • 1970년대 모토로라 제품의 불량률에 대한 문제 제기

• 품질 향상과 생산 가격의 상관 관계 연구

• 1986년 모토로라에서 체계적인 방법론을 제시/시행

• 6-σ: 장기적인 불량률(long-term defect level)을 3.4 DPMO(defects per million opportunities) 이하로 유지

• 6-시그마 기법의 기본 철학

– 프로세스 중심

– 고객 VOC(voice of customer) 중심

– 통계적 판단 중심

– 데이터 중심

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TRIZ – Introduction

집단적 창의성을 위한 대표적인 기법(II)

– 6-시그마 기법 • CTQ(critical to quality)를 VOC로부터 체계적으로 도출

• DMAIC: 정의(define), 수집(measure), 분석(analyze), 개선(improvement), 관리(control)

– 기존의 경영 과정을 개선

• DMADV or DFSS(design for six sigma): 정의(define), 수집(measure), 분석(analyze), 설계(design), 검증(verify)

– 새로운 제품 혹은 공정 설계

– 모토로라의 6-시그마를 도입한 GE에서 재정립

– 모든 제품의 품질은 설계, 개발 단계에서 결정됨

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TRIZ – Introduction

6-시그마 기법과 트리즈

– 일하는 방법(6-시그마) ↔ 생각하는 방법(트리즈)

– 통계적 기법(6-시그마) ↔ 비수학적 기법(트리즈)

– 개선/최적화(6-시그마) ↔ 이상해결책/혁신(트리즈)