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- 1. 단원명 : 트리즈 1 - Tool for Best Design 중단원 : 차시명 : 11. 발명원리 40 - 9,10,11 &19,20 & 21 학습개요 1. 발명원리 40 중 시간과 관련 된 발명원리 학습 2. 사전에 처리하는 발명원리 학습 3. 시간 사용방법에 관한 발명원리 4. 빨리하는 방법에 관한 발명원리 학습목표 1. 발명원리 9,10,11의 이해 2. 발명원리 19,20의 이해 3. 발명원리 21의 이해 들어가기 사진 1. 비행기 사고 그림 1. 비행기 추락 대처용 낙하산 - 1 -
- 2. 비행기는 인간이 만든 수송기계 중 가장 사고 날 확률이 적다. 하지만 일단 사고가 나면 사진에서 보는 것처럼 치명적이다. 시속 수백km의 속도로 날다가, 수천미터 상공에서 떨어 지니 치명적인 것은 당연한 이야기. 이 문제를 해결하려면 어떻게 해야 할까? 그 답은 오른 쪽의 그림이다. 사전에 비행기에 낙하산을 설치해 위험한 상황이 되면 이것을 펼쳐 안전하 게 착륙하면 된다. 이것은 어떻게 문제를 해결한 것인가? 사전(事前)에 무엇인가 해법을 미 리 적용해 놓은 것이다. 이처럼 기술모순을 해결하는 방법은 시간을 적절히 활용하는 것이 다. 시간은 문제와 어떻게 관여할까? 미리하거나, 제 시간에 하거나, 나중에 하거나 하는 등 시점으로서 관여한다. 천천히 하거나 빨리하는 또는 쉬면서 하거나 쉬지 않고 하는 등 방법 으로서 관여한다. 또는 크로소스적으로나 미노스적으로서 관점으로서 관여한다. 이 중에서 시점과 방법으로서 트리즈에 발명원리가 개발되어 있다. 학습하기 --> 1. 사전에 처리하는 발명원리 기술모순이 생기는 원인 중에 사전에 무엇인가를 해 놓았지 않았기 때문에 생기는 것이 있 다. 과자 봉지(사진 2)가 가지는 기술모순은 무엇일까? 과자봉지는 쉽게 개봉되지 않아야 한다. 쉽게 열리면 운반 도중 포장이 터져 상품이 훼손된다. 또는 범죄자들에 의해 악용될 수 있다. 하지만 소비자의 입장에서 쉽게 열리지 않은 과자봉지가 달가울까? 손으로 뜯어지 지 않아 입으로 찢거나 가위 등을 사용해야 한다면 불편하다. 따라서 과자봉지를 쉽게 뜯어 지게 하면 편리성이 증가하지만 신뢰성이 떨어지는 것이 기술모순이다. 이 문제를 해결하려면 발명원리 10번 예비 작용(Preliminary Action)을 적용하면 된다. 그 림 2와 같이 밀봉된 과자봉지 상단에 약간의 칼자국을 내 놓는 것이다. 여기에 약간의 힘을 주면 봉지가 쉽게 찢어진다. 하지만 봉지가 터질 때 힘이 걸리는 안쪽과는 상관이 적어 봉 투가 쉽게 터지지는 않는다. 그림 2. 과자 봉지 문제 해결 - 2 -
- 3. 사진 2. 과자 봉지 발명원리 9 예비 반작용(Preliminary Counteraction), 원리 10 : 예비 작용(Preliminary Action), 원리 11 : 보상(Compensation)은 사전에 무엇인가를 함으로써 문제를 해결하는 발명 원리이다. 발명원리 9는 미리 요구되는 작용의 반작용을 수행하거나, 미리 작용의 반대 방향으로 힘을 갖 는 물체를 충전하는 식으로 문제를 해결한다. 반작용이란 문제가 되는 작용을 반대로 한다는 것 이다. 열이 나서 문제가 되면 미리 냉각시키고, 튀어 올라서 문제가 되면 미리 눌러 놓고, 식어 서 문제가 되면 미리 데워 놓으면 된다. 예를 들어 갈치 초밥을 만든다고 하자. 이때 문제가 발생한다. 갈치의 살은 온도에 매우 민감하 다. 심지어 초밥 장인의 손에서 발생하는 열로 맛이 변한다. 이 문제는 어떻게 해결할까? 열로 서 문제가 생기니 사전에 열을 제거해야 한다. 그래서 얼음물에 손을 담궈 차게 만든 후에 초밥 을 만든다고 한다. 반대로 커피 숖에서 원두 커피를 판다고 하자. 커피가 가장 맛있는 온도는 70˚C 정도라고 한다. 따라서 맛있게 먹으려면 커피는 쉽게 식으면 안 된다. 하지만 날씨가 추워지면 금방 식어 맛이 없게 된다. 어떻게 하면 문제를 해결할까? 아까와는 반대로 컵을 사전에 데워 놓으면 된다. 이렇게 문제가 되는 상황을 사전에 반대로 해 놓은 것이 발명원 리 9번이다. 발명원리 10은 미리 요구되는 작용을 수행하거나, 미리 물체를 최상의 동작위치에 두고 공급 에 필요한 시간낭비를 피하는 것이다. 예를 들면 미리 풀칠한 벽지가 있다. 벽지를 바르려면 풀 칠을 해야 하는데 이 경우 시간이 많이 든다. 그래서 접착제를 미리 발라놓은 벽지가 만들어졌 다. 이것을 사용하면 시간을 줄일 수 있다. 사진 3은 따개가 필요 없는 깡통이다. 이것은 표면 에 미리 흠집이 만들어져 있다. 손잡이를 누르면 힘이 주어져 쉽게 깡통을 열 수 있다. 이런 식 으로 미리 해놓는 것이 발명원리 10의 문제해결 방법이다. 발명원리 11은 물체의 낮은 신뢰성을 보상하기 위해 미리 안전조치를 취하는 것이다. 다시 말 하면 보험을 들어놓는 것을 말한다. 예를 들면 승용차의 에어백이나 안전벨트는 사고가 났을 때 승객의 생명을 구해준다. 또한 구명보트를 갖춘 배는 해난 사고 시에 승객의 생명을 구할 수 있 다. 스카이 다이빙(sky diving)을 즐기는 사람들은 반드시 앞에 보조 낙하산을 하나 더 착용한 - 3 -
- 4. 다. 그래서 주 낙하산이 펴지지 않을 때 이것을 이용해 문제를 해결한다. 사진 3 Self Opening 깡통 2. 시간 사용방법에 관한 발명원리 시간과 관련된 기술모순 중에 또 하나는 시간의 사용방법이 잘못 되었기 때문에 생긴다. 충전기를 이용해 배터리를 충전한다고 하자. 사람들은 일반적으로 시간이 빨리 되기를 원한 다. 예를 들면 AA 크기의 니켈수소 전지를 충전하는 보통 충전기는 완전충전까지 7~8시간 이 걸린다. 하지만 대부분의 사람들이 이것은 너무 늦다고 생각하기에 30분이면 충전할 수 있는 초고속 충전기가 개발되었다. 여기서 생기는 기술모순은 무엇일까? 얻어지는 유익한 것은 시간이다. 하지만 시간을 줄이 려면 충전전압이나 전류를 올려야 한다. 이 경우 배터리에서 많은 열이 발생하고 이것은 충 전지의 수명을 단축시킨다. 따라서 잃는 유해한 것은 신뢰성이나 수명이다. 즉 시간을 줄이 면 수명이 줄고, 시간을 늘리면 수명이 늘어나는 것이 이 예제의 기술모순이다. 이 문제를 어떻게 해결했을까? 발명원리 19번 주기적 작용(Periodic Actions)을 사용했다. 보통 충전 기에서는 그림 1과 같이 직류를 지속적으로 주어 충전한다. 하지만 초고속 충전기는 펄스 직류(그림 1)를 주어 충전한다. 중간에 쉬는 시간에 있기 때문에 그 시간동안 방열을 함으 로써 배터리가 과열되는 것을 완화한다. 사진 4. 충전기 사진 5. 초고속 충전기 - 4 -
- 5. x V xV 시간 시간 그림 4. 충전기 그림 5. 초고속 충전기 발명원리 19 주기적 작용(Periodic Actions)이나 발명원리 20 : 유용한 작용의 지속(Steady Useful Action)은 시간을 사용하는 방법을 적절히 함으로써 문제를 해결하는 발명원리이다. 발명원리 19는 지속적 작용에서 주기적 작용으로 바꾸거나, 작용이 이미 주기적이면 주파수 를 바꾸거나, 작용과 그 다음 작용사이의 시간 터울을 이용하는 것이다. 예를 들면 벽에 콘크리 트 못을 박을 때 힘을 적절히 주지 못하면 못만 휘어버린다. 그래서 망치로 여러 번 반복하여 때 림으로서 문제를 해결한다. 앰블런스나 교통경찰이 사용하는 경광등의 경우 아무리 빛을 강하 게 해도 잘 들어오지 않을 수 있다. 그래서 간헐적으로 번쩍임으로서 잘 보이도록 한다. 예를 들어 소리로 재난상황을 알려야 한다고 하자. 당연히 소리가 커야 멀리서도 들린다. 하지 만 아무리 소리가 커도 수많은 소리 중에 경보 소리만 들린다고는 하기 어렵다. 그래서 사이렌 은 소리의 간격을 조절하여 이 문제를 해결하고 있다. 굴뚝 설계자는 가능한 한 멀리까지 연기 를 보내려고 한다. 그러기 위해 높은 굴뚝을 만들려고 한다. 그런데 예산 문제로 높게 설계할 수 없을 때는 어떻게 해야 할까? 일반 굴뚝은 연기를 연속적으로 배출한다. 하지만 그림 4의 굴 뚝은 발명원리 19를 이용해 설계한 것으로 밸브를 이용해 연기를 단속적으로 배출한다. 연기가 압축되어 밀도가 높아지기 때문에 쉽게 퍼지지 않는다. 그래서 3,000m까지도 연기가 올라갈 수 있다. 이것은 3,000m짜리 굴뚝을 세운 것과 같은 것이다. 사진 1. 공장 굴뚝 그림 1. 발명원리 19 응용 굴뚝 - 5 -
- 6. 발명원리 20은 물체의 모든 부품이 휴식 없이 풀가동 상태로 동작되게 하거나 동작중단이나 간헐적 동작을 없애 문제를 해결한다. 예를 들면 보통의 승용차는 오토 사이클이라는 4행정을 사용한다. 그런데 그림에서 보이는 것처럼 실제로 동력을 내는 공정은 총 4단계에서 폭발 한 단 계에 불과하다. 그래서 엔진 실린더가 하나라면 차의 움직임이 부드럽지 못하게 된다. 이 문제 를 해결하기 위해서 현재의 엔진은 4기통이나 6기통과 같이 여러 개의 실린더를 가지고 있다. 그런데 Wankel 엔진의 경우 그림 1에서 보는 것처럼 한 개의 실린더 안에서 4가지 행정이 연속 적으로 일어나고 있다. 그래서 훨씬 더 엔진의 출력이 원활하고 마력도 높아진다. 그림 1. 4 행정 엔진 그림 1. Wankel 엔진 잉크제트 프린터(사진 1)의 경우 프린터 노즐(사진 2)이 좌우로 왕복하면서 잉크를 분사해 인 쇄를 한다. 과거에는 타자기처럼 프린터 노즐이 한 방향으로만 인쇄했다. 이 경우 헤드가 돌아 오는 시간은 낭비가 되므로 인쇄 속도가 늦어진다. 지금은 발명원리 20을 응용해 가면서, 오면 서 양 방향으로 인쇄를 함으로써 더 빨리 일을 처리할 수 있다. 사진 1. 잉크제트 프린터 사진 1. 잉크제트 노즐 - 6 -
- 7. 3. 빨리하는 방법으로서 발명원리 시간과 관련된 다른 기술모순은 천천히 했기 때문에 생긴다. 이것은 주로 유해 작용이 일 어날 때 관련된다. 빨리하는 것이 항상 좋은 것은 물론 아니다. 밥을 너무 빨리 먹으면 체 하기 쉽고, 과일을 너무 빨리 따면 익지 않은 것일 수 있다. 하지만 원하지 않은 상태라면 가능한 한 빨리 해결하는 것이 바람직하다. 예를 들면 신문사, 대형 출판소에서 사용하는 고속윤전기의 경우 인쇄 잉크를 빨리 말리기 위해 인쇄 직후에 히터를 사용해 잉크를 건조 한다. 히터의 온도는 300 C가 넘는 고온으로 종이나 잉크의 색을 변하게 할 정도로 높다. 하지만 고속으로 종이가 지나가기 때문에 잉크만 마르고 종이나 인쇄에는 영향을 주지 않는 다. 발명원리 21 급히 통과하기(Rushing Through)는 가장 위험하고 유해한 영향에서 벗어나기 위 해 진행률을 증가시키는 것이다. 예를 들면 치과용 드릴은 연마 시 온도상승 방지를 위해 고속 회전한다. 또는 플라스틱을 자를 때 절단기와 플라스틱 간의 마찰로 인해 발생하는 온도의 전파 로 인한 변형을 방지하기 위해 빨리 자르는 것이 있다. 사진 1. 고속 윤전기 ․ 평가하기 1. 상점이나 도서관에 설치된 도난 방지 시스템은 어떤 발명원리를 이용한 것인가? ① 발명원리 1 분할 ② 발명원리 11 보상(Compensation) ③ 발명원리 10 사전조처 ④ 발명원리 7 겹치기 정답) ③ 해설) ③ 사전에 검지기를 설치하여 문제가 생기는 것을 막고 있다 . - 7 -
- 8. 2. 대학에서 교수에게 주는 안식년은 어떤 발명원리를 이용한 것인가? ① 발명원리 19 ② 발명원리 1 분할 ③ 발명원리 1 분할 ④ 발명원리 1 분할. 정답) ① 해설) 발명원리 19는 쉬도록 하게 하여 문제를 해결하는 방법이다. 3. 다음 발명원리 별 실 적용 사례를 조사하여 1개 이상 기술 하라. ① 발명원리 9 예비 반작용(Preliminary Counteraction), ② 발명원리 10 : 예비 작용(Preliminary Action), ③ 발명원리 11 : 보상(Compensation) ④ 발명원리 19 주기적 작용(Periodic Actions) ➄ 발명원리 20 : 유용한 작용의 지속(Steady Useful Action) ➅ 발명원리 21 급히 통과하기(Rushing Through) 정답) 해설) 학습자가 알고 있는 내용을 입력해야 함. 정리하기 1) 발명원리 9,10,11은 어떻게 문제를 해결하는가? 발명원리 9는 미리 요구되는 작용의 반작용을 수행하거나, 미리 작용의 반대 방향으로 힘을 갖 는 물체를 충전하는 식으로 문제를 해결한다. - 8 -
- 9. 발명원리 10은 미리 요구되는 작용을 수행하거나, 미리 물체를 최상의 동작위치에 두고 공급 에 필요한 시간낭비를 피하는 것이다. 발명원리 11은 물체의 낮은 신뢰성을 보상하기 위해 미리 안전조치를 취하는 것이다. 다시 말 하면 보험을 들어놓는 것을 말한다. 2) 발명원리 19,20은 어떻게 문제를 해결하는가? 발명원리 19는 지속적 작용에서 주기적 작용으로 바꾸거나, 작용이 이미 주기적이면 주파수 를 바꾸거나, 작용과 그 다음 작용사이의 시간 터울을 이용하는 것이다. 발명원리 20은 물체의 모든 부품이 휴식 없이 풀가동 상태로 동작되게 하거나 동작중단이나 간 헐적 동작을 없애 문제를 해결한다. 3) 발명원리 21은 어떻게 문제를 해결하는가? 발명원리 21은 위험하고 유해한 영향에서 벗어나기 위해 진행률을 증가시키는 것이다. - 9 -