발명의 논리1

TRIZ 기법

TRIZ란 창조적 문제해결 이론(Theory of Inventive Problem Solving)이란 뜻의 러시아말(Teoriya Reshniya Izobretatelskikh Zadatch)의 머릿글자로서, 발명과 혁신을 달성하기 위한 강력한 구조적인 접근법이다. TRIZ는 1946년부터 구소련의 알트슐러에 의해서 처음으로 연구되기 시작했다. 알트슐러는 1926년 러시아에서 태어나서 14세 때부터 발명을 시작하여 16세 때에 처음으로 특허등록을 받았다. 2차 세계대전 후인 1946년에 그는 소련 해군에서 근무하면서 엔지니어들의 특허신청 업무를 도와주는 일을 했다. 그러면서 종종 엔지니어들이 기술적 문제를 해결하는 것을 도와주기도 하였다. 그러던 중에 그는 각기 다른 분야에서 동일한 기술적 문제를 갖고 찾아오는 엔지니어들을 만나게 되었다. 그리고 수많은 특허 관련 업무를 하면서 다음과 같은 의문들을 품기 시작했다. 문제해결이 어려운 이유는 무엇인가? 왜 어떤 사람은 창조적이고 다른 사람은 창조적이지 못할까? 전세계의 특허정보를 이용할 수는 없을까? 인류의 모든 지식을 이용할 수는 없을까? 결국 그는 다음과 같은 결심을 하게되었다. "일반적이고 체계적인 문제해결 이론을 만들자." 이러한 생각이 TRIZ의 탄생배경이 되었고 현재 세계 각국의 학교에서 모든 연령층의 사람들에게 교육되고 있다. 이 트리즈란 방법론은 수많은 발명 사례에 대한 연구를 기초로 개발되었으며, 트리즈로 문제의 핵심을 찾고, 문제를 새로운 시각으로 바라보며, 발명가 지망생들을 특정한 분야로 안내하는데 필요한 일반적인 원칙들을 제공한다.

일반적으로 문제를 창조적이고 효과적으로 해결하지 못하고 있는 이유를 기술적인 관점에서 분석하면 다음의 4가지로 요약할 수 있다.

1. 심리적 관성(Psychological Inertia)에 의한 사고영역의 제한

개인은 자신이 속한 사회, 가족, 직업 등으로 인하여 사고 방식이라는 것이 형성되지만 이러한 사고방식 또는 습관은 개인의 사고영역을 제약하기도 한다. 문제를 해결하기 위하여 다양한 방면에서의 사고가 필요한데 경직되고 습관화된 사고 방식을 가지고 있는 사람은 문제를 관찰하고 해결안을 찾기 위한 시야가 좁아질 수밖에 없다.

2. 잘못된 문제해결방향의 설정

때로는 잘못된 문제해결의 대상과 목표 설정으로 인해서 문제를 해결하지 못하는 경우가 많다. 이러한 경우의 대부분은 기술적 시스템에 근본적인 이해와 문제해결방향의 설정이 잘못된 경우이다. 예를 들어 미국이 우주 개발에 열을 올리고 있을 무렵 우주에서도 쓸 수 있는 볼펜-중력이 없으면 작동하지 않음-을 개발하려고 많은 노력과 비용을 쏟아 부었다. 다양한 장치와 구조를 만들어 평가를 해보았으나 만족스럽지 못하였다. 많은 노력 끝에 경쟁국인 소련에서의 활동을 알아 보았더니 소련 사람들은 아주 간단하게 문제를 해결하였던 것이다. 그들은 볼펜 대신 연필과 샤프를 사용하고 있었던 것이다.

3. 기술적 지식의 부족(Lacks of Knowledge)

사람의 지식은 유한한 것이다. 또한 현대처럼 전문화된 지식을 요구하는 사회에서는 당연히 개인적인 관심 분야 및 지식의 범위는 좁아질 수 밖에 없다. 그러나 문제를 해결하는 과정, 특히 어려운 문제를 해결하고자 할 때에는 다방면의 전문지식을 요구하는 경우가 대다수이다. 그러므로 최근의 Cross Functional Team에 의한 프로젝트 활동도 가용한 지식의 범위를 넓히기 위한 방안이라고 할 수 있다.

4. 기술적 모순(Technical Contradiction)의 회피

기술적 문제를 해결하는 과정에서 한계점을 인식하게 되는 가장 많은 이유 중의 하나가 바로 기술적 모순에 접했을 때이다. 기술적 모순이란 어떤 하나의 특성을 개선하면 다른 특성이 악화되는 상황을 말하는 것으로 에어컨에서 열교환 성능을 높이기 위해 Fan을 고속으로 회전시키면 반대 급부적으로 소음이나 진동현상이 더욱 악화되어 발생하는 상황을 예로 들 수 있다. 이러한 기술적 모순이 존재하는 경우에 대해서 기존의 문제해결방식은 열효율과 소음, 진동 특성간에 Trade-off나 타협을 하는 것이다. 기술적 모순을 근본적으로 해결하지 못한다면 기술적 발전도 이룩할 수 없다. 그러므로 바람직한 기술적 문제해결방법론은 위에 설명한 4가지의 기술적 한계점을 효과적으로 돌파할 수 있으면서 높은 수준의 아이디어를 반복적으로 재현할 수 있는 과학적 방법론과 체계로 구성되어 있어야 할 것이다.

Altshuller는 위와 같은 이론적인 배경하에 오늘날 "기술시스템의 진화 유형"으로 알려진 것으로서, 차세대 제품을 개발하는데 이용할 수 있는 TRIZ 도구의 기초를 다졌다. 1985년에 Altshuller는 그의 연구 초점을 기술보다는 일반적인 창조성의 영역에 맞추었다. Altshuller가 초기에 발견한 것중의 하나는 발명문제(다시 말하면, 해결책이 알려져있지 않은 문제)들은 최소한 하나 이상의 모순(contradiction)을 포함하고 있다는 것이다. 따라서 만일 엔지니어가 자신의 시스템에 놓여있는 모순을 해결할 수 있다면 그 시스템의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 더 높은 수준으로 진화할 수 있다.

- 다음과 같은 문제를 생각해 보자

지름이 큰 금속 파이프를 제조하는 공장이 있다. 이 금속 파이프는 지름이 굉장히 크기 때문에 금속 두루마리를 접합해서 만든다. 작업자들은 거대한 금속 두루마리를 벽에 걸어 두고 작업을 한다. 금속 두루마리의 한쪽 끝을 기계에 주입하면 기계는 이것을 자동으로 접합하여 거대한 파이프를 만든다. 접합된 파이프는 기계로부터 1초당 500mm의 속도로 나온다. 파이프가 적당한 길이로 절단되어야 하는 것을 제외하고는 아무런 문제가 없다. 우리가 3m 길이의 파이프를 만들고 싶다고 하자.

이것은 매 6초마다 파이프가 절단되어야 한다는 것을 의미한다. 회전톱은 파이프의 길이가 3m가 될 때마다 파이프를 자르기 시작한다. 회전톱은 파이프가 기계로부터 나오는 것과 보조를 맞추어서 이동한다. 파이프를 자르고 나면, 회전톱은 원래의 위치로 되돌아 간다. 따라서 되돌아 가는 시간을 고려하면 전체공정은 6초보다 좀 더 짧은 시간 동안에 이루어져야 할 필요가 있다. 파이프를 좀더 빠르게 자르기 위해서는 매우 강력한 회전톱이 필요하다. 그러나 이러한 회전톱은 매우 크고 무겁기 때문에, 파이프를 따라 이동하는 속도가 늦어질 것이다. 만일 이동하는 속도를 빠르게 하기 위해서는 회전톱을 좀더 가볍고 작게 만든다면, 파이프를 필요한 만큼 자를 수 없게 된다.

여기에 모순이 있다. 이러한 모순을 포함하는 문제를 창조적 문제 혹은 발명적 문제라고 한다. 이러한 모순을 해결하게 되면 발명을 하게 되는 것이다. 그러나, 이와 같은 종류의 문제를 해결하기 위해 엔지니어들은 보통 두 가지 상충되는 특성을 상호절충 혹은 타협을 통해 해결하려고 한다. 이러한 해결책들을 이용한 회전톱은 파이프를 빠르게 절삭하지도 못하고 또한 빠르게 이동하지도 못하기 때문에 절삭속도는 파이프가 기계로부터 나오는 속도보다 약 1.5배 정도 늦게 된다. 이러한 해결은 발명적 문제를 해결했다고 할 수 없다. 모순은 그대로 존재하는 것이다. 트리즈는 이러한 모순을 찾아내서 문제를 해결하게 하는 방법을 제공한다. 문제를 해결하기 위해서는 우선 모순을 찾아내야 하는데, 이러한 모순에는 3가지가 있다.

첫째는 행정적 모순이다.

이 행정적 모순은 문제가 있기 때문에 무언가를 해야 하지만, 무엇을 어떻게 해야 할 지를 모른다. 그러나 행정적 모순은 문제의 표면에 놓여 있기 때문에 굳이 찾을 필요는 없다.

둘째는 기술적 모순이다.

시스템의 한 요소를 개선하면 다른 요소가 악화되는 경우이다. 트리즈에서는 이 기술적 모순을 해결하기 위해 모순행렬에서 제시하는 발명원리를 이용하는 방법과, 발명원리를 이용하여도 모순을 해결할 수 없을 때 기술적 모순을 물리적 모순으로 변환한 후 분리원리를 이용해 해결하는 방법을 제공한다.

셋째는 물리적 모순이다.

어떤 상황에서는 증가하기를 원하고 또 다른 상황에서는 감소하기를 원하는 요소가 있는 상황, 또는 어떤 상황에서는 존재해야 하고 어떤 상황에서는 존재하지 않아야 하는 요소가 있는 상황을 말한다. 이러한 물리적 모순은 상기 분리원리를 이용하여 해결한다.

Altshuller가 가장 먼저 개발한 TRIZ 도구는 ARIZ(Algorithm of Inventive Problem Solving)라는 것이다. ARIZ는 모순을 도출하고, 정립하여 해결하기 위해서 문제를 분석하기 위한 일련의 과정들이다. Altshuller의 첫 번째 ARIZ 버전은 1950 년대에 개발된 것으로 모두 4단계로 구성되어 있다. 1985년에 Altshuller는 알고리즘을 60단계로 확장했다. 동시에 Altshuller는 모순을 자주 일으키는 39가지의 파라미터(모수)를 도출하였다. 예를 들어, 강도-무게, 속도-연료, 신뢰성-복잡성 등과 같은 것들이다. 각각의 파라미터에 대해서 모순을 도출해 보면 모두 1250가지의 기술적 모순이 존재하게 되는데, 이러한 기술적 모순을 해결하기 위해서 Altshuller는 40가지의 발명원리를 개발하였다. 각각의 발명원리들은 모두 특정한 모순을 제거하기 위하여 주어진 시스템을 변경하기 위한 방법들을 제시한다. Altshuller는 이 두 가지를 이용하여 모순행렬(contradiction table)이라는 것을 만들었다. 이후에 Altshuller는 물리적 모순이라고 불리는 다른 유형의 모순을 해결하기 위하여 분리원리(separation principles)라는 것을 도출하였다. 1975년 쯤에 Altshuller는 문제를 모델링하기 위한 도구로서 Substance-Field(Su-Field) 라고 불리는 것을 개발했다. Su-Field 분석에서는 제대로 기능을 수행하는 시스템은 물질(객체 혹은 부품)과 장(하나의 물질이 다른 물질과 작용하게 하는 에너지)으로 구성되는 삼각형으로 표현될 수 있다고 한다. 문제의 모델을 분석함으로써 엔지니어는 문제를 해결하는데 자주 사용되는 76가지의 표준해결책의 집합으로부터 이용가능한 해법을 결정할 수 있다. 발명원리와 같이 표준해법은 시스템을 변경하기 위한 방법들을 제시한다. 그리고 발명원리처럼 특정 기술 영역과 관련되어 있지 않으므로, 다른 기술분야의 효과적인 해법들을 이용하는데 매우 유용하다. Altshuller는 특히 해결하기 어려운 문제의 경우에 있어서, 물히, 화학, 기하학 등의 과학 지식을 이용하면 문제를 쉽게 해결할 수 있다는 것을 깨닳았다. 엔지니어들에게 중요한 과학 지식을 제공하기 위하여 Altshuller는 자주 사용되는 과학 현상과 효과들을 모았다. 각각은 설명과 함께 실제 문제를 해결하는데 있어서 어떻게 이용되는지를 포함한다. 각각의 TRIZ 도구들이 어떻게 사용될 수 있는지를 설명하기 위해서 Altshuller는 과거로부터 혁신적인 발명 혹은 특허의 사례들을 이용했다.

TRIZ 전문 기관과 전문가들은 TRIZ의 방법론들 개선하기 위해서 꾸준히 노력하였다. Moldova에 있는 Kishivew TRIZ School에 있는 Zlotin, Zusman과 그들의 팀원들은 1985년에 아래의 표에서 보는 것처럼 TRIZ를 재구성하고 개선시켰다. 기존의 TRIZ 방법론의 약점을 확인하고 Alla Zusman과 Boris Zlotin은 TRIZ를 실제 상황에 적용하기 위한 몇가지 새로운 도구들을 만들어냈다. 이 두명의 전문가는 그들이 개발한 도구들을 미국에 전파하였다. 그리고 다른 TRIZ 전문가들도 또한 서방으로 이주해왔다.

새롭게 개발된 도구들은 전통적인 TRIZ와 함께 사용자에게 문제해결을 위한 다양한 도구들을 제공한다. 유능한 TRIZ 전문가가 되려면 모든 도구들을 사용해야 할 것이다. 그리고 주어진 문제를 해결하는데 있어서 어떤 도구가 적당한지를 알 수 있어야 한다. 혁신적인 문제를 성공적으로 해결하는데 필요한 시간을 줄이기 위해서 현재 철학적으로 다른 두가지의 소프트웨어가 있다. 하나는 Boston에 있는 Invention Machine사의 Valery Tsourikov에 의해서 개발된 것이고, 다른 하나는 Southfield에 있는 Ideation International사가 개발한 것이다. 이러한 소프트웨어를 이용에는 전세계의 특허 정보뿐만 아니라, 물리, 화학, 기하학의 많은 효과와 현상들이 저장되어 있어, 문제해결에 많은 도움을 얻을 수 있다.

알트슐러에 의해서 TRIZ가 개발된 이후로 약 50년 동안 TRIZ는 많은 발전을 거듭하였으며, 약 8년 전부터 미국과 유럽으로 건너가 이제는 전세계로 확산되고 있다. 현재 TRIZ를 적극적으로 활용하고 있는 기업으로는 Ford, General Motors, Motorola, EDS, 3M, Mobil Oil, Kodak, TRW, McDonnell Douglas, Procter & Gamble, U.S. Air Force, BMW, Mitshubish 등이 있다. 또한 미국의 MIT, UCLA, University of Michigan, Wayne State University, Florida Atlantic University, University of Connecticut, 스웨덴의 University of Linkoping, 독일의 Coburg University, 네덜란드의 University of Twente 등 TRIZ를 정규교육과정으로 도입하고 있는 교육기관들이 늘고 있다. 현재는 이스라엘, 멕시코, 오스트레일리아와 동유럽 등의 많은 학교에서 TRIZ를 교육하고 있다. TRIZ의 메카라고 할 수 있는 러시아에서는 초등학교뿐만 아니라 어린아이들의 창의력 및 문제해결 능력을 향상시키기 위하여 TRIZ를 교육하고 있다.

국내에서는 3년 전 LG전자가 처음으로 도입한 이래 삼성, 대우 등 일부 대기업들이 TRIZ의 잠재적 위력을 깨닫고 사내에 확산시킬 수 있는 방법을 모색하고 있다. 그리고 한국능률협회와 한국 ASI에서 TRIZ 교육을 실시하고 있다.

1) ARIZ란?

ARIZ는 창조적 문제해결 알고리즘(Algorithm for Inventive Problem Solving)이란 뜻의 러시아말의 머릿글자로서, 복잡한 문제를 해결하기 위한 일련의 논리적이고도 구조적인 문제해결 과정이다. ARIZ는 TRIZ의 여러가지 문제해결 도구를 이용하여 문제를 해결할 수 없을 때, 다시 처음부터 문제를 모델링함으로써 문제를 해결할 수 있게 도와준다. ARIZ의 첫 번째 버전은 1950년대 후반 알트슐러에 의해서 처음으로 만들어졌다. 이것은 4단계로 구성되어 있다. 그 이후 러시아의 페테스부르그에 있는 TRIZ 협회에서 1977년, 1985년, 1991년에 각각 새로운 버전을 발표하였다. 그림은 기본적인 ARIZ의 7단계를 나타낸 것이다.

문제정의=>모델정립=>모델분석=>물리적모순제거=>해결책사전평가=>해결책개발=>해결과정평가