[공학입문설계] 문제 해결 방법

본 자료는 국립 창원대학교 메카트로닉스 공학부 1학년 학생을 대상으로 한 공학입문설계 수업 자료입니다. 본 자료는 수업의 교재인 창의 공학 설계 (김진욱 외, 도서출판 GS 인터비젼) 의 내용을 재구성한 것으로 수업보조 자료 이외의 목적이 없음을 알립니다.

공학적인 문제 해결 방법

만약 어떤 문제 해결을 위해 해당 문제를 수식화 시켰다고 가정하지요. 그러면 우리는 간단한 도구(미분)를 이용해 문제전체를 최소화하는 답을 찾을 수도 있습니다. 그러나 이와같은 해법은 일상에서 적용되지 않을 때가 많습니다. 일단 문제에 영향을 미치는 외부변수를 모두 알아내기 힘들고, 또 알아냈다 하더라도 해당 문제의 관계식을 도출해내기 어렵기 때문입니다.

그래서 보통 통계적 접근을 많이 사용하게 됩니다. 문제는 이런 통계적 접근에의한 문제 해결시 조사하는 주변 환경이 국한될 수 있으며 이로인해

위에서 처럼 얼핏보기엔 최소화하는 지점을 찾았다고 볼 수 있지만, 알고보면 더욱 좋은 해법이 존재했을 가능성이 있습니다. 이런 문제점들로 인해, 공학적 문제 해결을 위해 아이디어를 평가하고, 관계를 도식화하는 여러 방법들이 제시되어있습니다.

아이디어 발상 및 가시화 방법

브레인스토밍 (Brainstorming) 방법이라는 것이 있습니다. 미국의 심리학자 A. F. Osborn이라는 사람이 시행착오방법을 개선하고 특정한 주제에 대해 brain에서 storming이 몰아치듯 아이디어를 제시하는 방법을 제안한 것입니다. 이 방법은 간단히 말하면 "일단 생각나는 대로 뱉는다"입니다.

이때 주의사항은 절대 비판하지 않고 자유롭게 많이 생산한다입니다. 그리고 이미 제시된 아이디어도 다시 결합하거나 개선해서 또다른 아이디어로 사용한다는 것이지요.

위에서처럼 엠티장소를 결정할때 머릿속에서 구성원들이 비용부터 거리 등등을 생각하기 전에 그냥 아이디어를 내는겁니다. 그 장소에 대한 평가는 다음일이라는 것이지요.

그러고나서 잘못된 집단사고 같은 오류를 범하지 않기 위해 역활을 정합니다. 그 역활에 맞게 각각의 아이디어를 평가하는 것이지요.

또, 한 방법으로 스캠퍼(SCAMPER)라는 방법이 있습니다. 이는

위 단어들의 첫글자를 딴것으로 R. Eberle가 재구성하고 발전시킨 방법입니다. 위 단어들을 머릿속에 떠올리며 아이디어를 평가하는 것이지요.

하지만 아마 가장 유명한것은 마인드맵일 겁니다. 중심생각에서 각 아이디어를 유기적으로 연결해가며 일종의 지도를 만들어내는 것이지요.

우리나라에서는 이 마이드맵작성법을 가르치는 학원도 있다는데요. 보통 마인드맵은 기존의 지식을 정리하는데 우리 학생들은 많이 사용하지만, 아이디어를 만들고 평가하는데도 꽤 유용한 방법입니다.

아이디어 평가

어떤 분야의 고수의 반열에 들어간 전문가가 아니라면, 직관적인 느낌으로 아이디어를 평가하는 것은 위험할 수도 있습니다. 아니 그런 전문가일수록 자신의 직관에 객관적인 데이터로 중무장하는 것을 자주 볼 수 있지요. 그런 의미에서도 아이디어의 평가라는 것은 정말 중요한 부분입니다.

 
위의 표처럼 각 항목의 중요도를 어떻게 인가할 것인가 어떤 관계가 있다고 판단할 것인가는 정말 중요합니다.

 
그러니, 관련지식에 대한 분석도 또한 선행되어야하는 것은 당연합니다.

또한 각 평가 항목의 척도를 어떻게 결정할 것인가.. 하는 부분도 남아 있지요. 이처럼 아이디어를 평가하는 것은 지루하고 어려운 작업이지만, 분명 가급적 객관성을 유지하면서 평가할 필요가 분명 있습니다.

이 때 많이 사용하는 것이 TRIZ(Theory of Inventive Problem Solving)입니다.

즉, 유용한 항목과 유해한 항목을 정하고 적절한 기준에서 평가지표를 완성하고, 행렬화 시키는 것이지요

 
TRIZ는 Genrich S. Alshuller가 1940년대 소련 해군에서 특허전문가로 일할때, 발명가들의 아이디어에 관한 문제해결과정에서 개발된 것입니다. 그의 연구결과에 따르면, 20만개 이상의 특허를 검색했을때 단지 4만개만이 발명적 해법을 가지고 있고 나머지는 단지 기존의 방법을 개량한 것이라는 겁니다. 즉, 앞서의 발명이 가졌던 지식을 공유할 수 있을때 새로운 발명이 더욱 빠르고 효과적이라는 것을 밝혀낸것이지요.

해결하고자 하는 문제가 속한 분야에서 이상적인 결과가 무엇인가를 인지해야하는 겁니다.

문제를 물지적 모순의 관점에서 다시 바라보고 문제가 발생할 수 있는 사오항을 생각해 봅니다. 하나의 기술적 특성을 개선하는 것이 2차적인 문제를 야기하거나 악화시키는지 살펴 보는 것이죠. 

이중 성공적 해결법을 분하고, 해당문제에 적용할 수 있는지를 판단하는 작업을 합니다.

그러면서 위에서 이야기한 평가지표에 관한 정리가 수행됩니다.

이처럼 평가지표를 구성하고 도식화해서 문제해결을 시도하는 것이지요.

참고자료 EngDesign 04.pdf