The Laws of Technological Evolution, proposed by Altshuller, consist of eight principles that explain the development and evolution of technological systems. These laws are linked to 76 standard solutions (Classes 1 to 3) and encompass processes such as system emergence, internal efficiency improvement, and integration with higher-level systems. Key principles include system completeness (with four elements: engine, tool, transmission, and control) and the increase in ideality. TRIZ defines function as a characteristic within the context of a system, providing a framework for predicting technological advancements. For example, the evolution of automobiles and water-based marker pens can be explained from a function-centered perspective.
06 기술진화법칙
시스템 완전성 법칙
기능(Function)의 정의
에너지 전도성 법칙
시스템 리듬 조화 법칙
1, 2, 3 기술진화법칙의 특징
시스템의 유해한 기능을 없애는 방법
이상성 증가 법칙
시스템 불균일성 법칙
상위시스템으로의 이동 법칙
마이크로 수준으로 이동 법칙
조종성 증가 법칙
시스템 성장곡선, S-곡선
시스템의 성장곡선과 관련된 지표들
06. 기술진화법칙
기술진화법칙이란?
알츠슐러는 모두 8개의 기술진화 법칙들을 제안하였다.
1. 시스템 완전성 법칙
2. 에너지 전도성 법칙
3. 리듬 조화성 법칙
4. 이상성 증가 법칙
5. 시스템 불균일성 법칙
6. 상위시스템으로 이동 법칙
7. 마이크로 수준으로 이동 법칙
8. 조종성 증가 법칙
이 법칙들은 76가지 표준해에 그 뿌리를 두고 있다. 앞서 5장에서 설명 하였듯이 알츠슐러는 창의적 기술문제해결에 있어서 '자원의 활용'이란 관 점으로 물질장 모델을 만들었고 이를 바탕으로 76가지 표준해를 만들었다. 이러한 76가지 표준해는 5가지 대분류를 기준으로 정리하였는데 그 대분류 의 class 1, class 2, class 3 이 기술진화법칙과 긴밀한 연관성이 있다. 76가지 표준해의 1번째 대분류인 Class 1은 어떻게 시스템이 출현하고 내부적 유해작용이 제거되어 기본적인 시스템으로 정착되는지를 나타낸다. Class 2는 시스템이 어떻게 내부적으로 효율을 증가시키면서 진화하는 지 를 설명하고 있으며 Class 3은 시스템이 어떻게 상위시스템과 함께 발전해 나가는 것을 설명하고 있다. 예를 들어, 유선전화기, 워키토키, 무선호출기, 카폰등을 지나서 처음으로 휴대폰이 어떻게 시장에 출현하게 되는가는 Class 1과 관계가 있을 것이다. 다음으로 휴대폰의 수신율이 향상되고 내구 성이 향상되며 크기도 줄어드는 내부적 진화가 발생한다. 모양에 있어서도 막대형 휴대폰에서 폴더형 휴대폰, 슬라이드형 휴대폰 등으로 발전하는데 이는 모두 Class 2와 연관이 되어 있다. 많은 내부적 진화를 마친 후에 더 이상의 발전에 한계에 다다르자 휴대폰은 카메라가 부착되기도 하고 GPS 수신기능, 현금카드 결재기능같은시스템의 외부기능들과 융합하거나 PDA 라는 상위시스템등에 통합되기도 한다. 이것이 Class 3과 연관된 것이다. 알츠슐러가 제시한 8개의 기술진화법칙은 76가지 표준해로부터 좀 더 세련된 모습으로 다듬어진 것으로 기술의 진화(Evolution of Technolgy) 라는 관점에 초점이 맞추어져 있다.
1. 시스템 완전성 법칙
'기술시스템(Technical System)'은 그림 6.1과 같이 4가지의 구성요소를 갖추어야한다는 것이 시스템 완전성 법칙이다. 그림6.1|
모든 기술시스템은 엔진(Engine), 트랜스미션(Transmission), 도구 (Tool), 조종부분(Control Unit)으로 이루어져 있다. 우리가 인식하던 인식 하지 않던 모든 기술시스템은 위의 4가지 요소가 마련되어 있으며, 모든 기 술시스템은 위의 4가지 요소로 분류, 분해 될 수 있다는 것이다.
기능 (Function)의 정의
시스템 완전성의 법칙을 이해하려면 기술시스템을 이해하므로 기능 (Function)에 대한 정의가 필요하다.
트리즈 에서는 다음과 같이 기능(Function)을 정의한다.
우선 모든 사물에는 기능(Function) 이전에 특성(Feature)이 있다. 하 나의 물건이 다른 물건들과 구분될 수 있는 수많은 특성(특징)들을 가지고 있다. 분필을 예로 들어보자. 분필의 특성은 헤아릴 수 없이 많다. 가장 간단 하고 명백한 것부터 시작해서 상상하지 못했던 것들까지 다양하다. '하얀 글씨를 쓴다', '던질 수 있다', '두 도막으로 나뉠 수 있다', '가루를 낼 수 있다', '사람을 아프게 할 수 있다' 등등.
트리즈에서 어떤 물건의 기능이란, 특정한 환경에서 선택되는 하나의 특 성으로 정의한다. 즉 물건(Element)의 기능의 수는 무한 개가 있으며 어느 한 기능을 지정하려면 특별한 환경까지 지정해야 한다는 것이다.
학교의 선생님이 교실에서 분필로 강의를 하고 있다면 분필의 기능은 '칠판에 글씨를 쓰다'이다. 만일 선생님이 졸고 있는 학생이 있어 분필을 던 져서 깨우게 한다면 분필의 기능은 '날아가서 학생을 맞추는 기능'이다. 만 일 학생들이 분필가루를 내어서 장난을 치고 있다면 분필의 기능은 '가루를 만들어 내는 기능이다. 만일 학생들이 분필을 두 동강이로 분질러서 좀 더 긴 쪽을 가진 쪽이 이기는 내기를 하고 있다면 '다양한 크기로 부러지는 기 능이다.
자동차의 예를 들어 보자. 누군가 자동차의 기능이 무엇이냐고 물어 본 다면 어떤 식으로 대답해도 낭패를 볼 것이다. '사람이 이동하는 것'이라고 대답하면 '신분을 뽐내는 것' 이라고 이야기 할 수도 있다. '드라이빙을 즐 기는 것'이라고 대답하면 '자동차의 기본 기능은 사람을 이동하는 것' 이라 고 대답할 것이다.
하지만 트리즈에서는 기능을 언급하며 이렇게 사람을 우롱하기는 어렵 다. 트리즈에서는 우선 자동차의 특성이 무수히 많이 있다고 전제한다. 사람 을 이동시키는 것, 화물을 이동시키는 것, 드라이빙을 즐기는 것, 신분을 과 시하는 것 등 수많은 특성이 있다. 그 중에서 해당 시스템(자동차)이 처한 상황에 의존하여 자동차의 기능은 수 많은 특성 중에서 하나가 된다.
“기능이란 시스템이 처한 상황에서 결정되는, 수많은 특성 중의 하나" 로 정의를 내리고 있다. 그러므로 트리즈에서는 기능을 정의하려면 시스템 이 처한 상황이 중요하고, 이러한 상황에서 주체와 객체가 구분된다. 따라서 도구(Tool)와 생성물(Product)이 시스템에 처한 상황에 의해 명시되게 된다.
자동차의 소유주가 명절을 맞아 서울에서 고향까지 이동하는 상황이라 면 자동차의 기능은 '사람을 이동시키는 것'이다. 이때 자동차의 도구 (Tool)는 '자동차 프레임(cabin)'이 되고 생성물(Product)은 사람이다. 자동차의 도구가 자동차 프레임인 것이다. 고향에 도착하여 친구를 만나은 연중에 자신의 차가 친구 차보다 새 차이고 비싼 차임을 강조하고 싶을 때 자동차의 기능은 '신분을 과시하는 것'이고 도구는 '금속물체 표면의 광택 이다. 명절 연휴 기간에 고향의 새로난 도로를 신나게 달리고 싶다면 자동차 의 기능은 '드라이빙 욕구의 만족'이고 도구는‘자동차의 엔진'이다.
러시아 트리즈 전문가들 사이에서는 자동차의 기능을 '사람을 이동시 키는 것'으로 정의했을 때 도구가 뭐냐고 묻는 것이 중요한 질문 사항 중의 하나이다. 자동차의 기능을 '사람을 이동시키는 것'으로 정의하면 왜 자동 차의 프레임이 도구가 되는 것일까? 많은 사람들이 엔진이라고 대답하지만, 과연 먼 미래의 자동차는 그림 6.2와 같은 것이어야 하는가?
위의 질문에서 힌트가 주어져 있다. 트리즈에서는 역사 혹은 변천사를 중요시한다. 자동차의 도구(Tool)가 자동차 프레임(cabin)이라는 것은 어 떤 의미를 가진 것일까? 우선 자동차의 기능을 "사람을 이동시키는 기능"이 라고 선택해 보자. 인류의 역사를 돌이켜 볼 때, 사람을 이동시키는 장치에 는 어떤 것들이 있었는지 고민해 본다. 맨 처음에는 사람이 사람을 업고 옮 겼을 것이다. 어떠한 기계시스템도 등장하지 않은 것이다. 그러다가 처음으 로 가마가 등장하였다. 그리고 마차가 있었으며 다음으로 기차가 그리고 현 대에 자동차가 등장했다. 가마와 마차와 기차, 그리고 자동차 모두 사람을 이동시키는 것을 기능으로 본다면 공통점은 무엇인가? 모두 사람을 싣기 위 한 프레임(cabin)이 있다는 점이다. 그러한 프레임이 있고 난 연후에 각각 의 동력원이 무엇이었는지를 살펴보면, 사람, 가축, 증기기관, 가솔린엔진 등이다. 엔진은 부차적인 것이다. 일단 프레임이 있고 나서 그 프레임을 어 떻게 움직이느냐는 수 많은 방법이 있어 왔던 것이다. 자동차가 사람을 옮기 는 것이 기능이라면 자동차의 도구는 분명 프레임(cabin)이다. 그러한 의미 의 도구를 트리즈에서는 도구(Tool)라고 한다. 아주 간단하고 명료하게 이 해하기 바란다. 자전기를 이용해 자동으로 연필을 깎아 주는 연필깎이가 있 다면 도구가 무었인가? 엔진이 무엇이 되고 에너지원이 무엇이 되고 좀 더 구체적으로 트랜스미션이 무엇이 되던지 간에 결국에는 칼이 움직여서 연 필을 깎아 낸다. 전자동 연필깎이 안의 원통형 칼날이 이 시스템의 도구인 것이다. 도구는 말 그대로 도구이다.
사람을 이동시키는 것을 자동차의 기능으로 정의하고 이에 따라 자동차
의 도구가 프레임으로 인식될 때 사람을 옮기는 기능으로서의 자동차의 미 래모습을 정확히 예측할 수 있다. 미래의 자동차의 모습은 어떤 것이 될까? 그에 대한 좋은 대답은 헐리우드 SF영화 AI에서 찾아 볼 수 있다. 그림 6.4 와 같은 것이 미래 사회의 운송시스템으로 영화에 등장한다. 이동하고 싶을 때, 널판지 같은 물체들이 스스로 모여 들어 프레임을 형성해서 이동하고 도착지에 다다라서 널판지 같은 물체들이 저절로 해체되어 사라지고 만다. 이것이 트리즈에서 말하는 시스템의 궁극적인 모습, IFR, IFS(Ideal Final system)이다. 필요할 때만 나타나는 이상시스템인 것이다. 이와 같이 트리 즈에서는 시스템의 미래 발전방향을 정확하게 진단하기 위해서는 기능이 무엇이고 도구(Tool)와 생성물(Product)이 무엇인지 반드시 고민해 보아야 한다. 트리즈에서는 자동차 하나만을 가지고서 기술시스템이란 표현을 사용 하지 않는다. 반드시 자동차의 기능이 언급되거나 인식되어야만 그때서야 비로소 기술시스템이라고 말한다. 만일, 조선시대의 사람이 자동차를 처음 보았다면 신비한 금속조각으로 밖에는 보지 않았을 것이다. 다만 현대인들 은 자동차의 기능을 잘 알고 있기 때문에 기술시스템으로 인식할 수 있는 것 이다. 자동차의 기능을 “사람을 옮기는 것"이라고 한다면 사람이 옮겨진다 는 특별한 상황을 염두에 두고 기능을 정의한 것이다. 앞에서 설명하였듯이 이러한 상황에서 자동차라는 기술시스템의 도구는 프레임이다. 트리즈는 기술시스템에 관하여 기능에 중점을 두고 있고 그 기능의 실현방법에 있어 서 역사적 진화과정에 생각의 관점을 가지고 있기에 자동차의 도구는 프레 임이다. 그러면 자동차라는 기술시스템의 엔진은 무엇인가? 트랜스미션은 무엇인가? 그리고 조종부분은 무엇이며 에너지원은 무엇인가? 기술시스템 의 엔진은 어떻게 발전해 왔으며 앞으로의 기술시스템의 발전에 어떤 영향 을 미칠 것인가? 이렇듯 모든 기술시스템은 기능이 규명된 상태이어야 하며 기능이란 특 수한 상황에서의 어느 한 특성으로 정의되고 이러한 특수한 상황에서 생성 물(Product)과 도구, 더 나아가 기술시스템의 각 구성요소가 인식된다.
엔진과 도구사이에 동력을 전달하는 트랜스미션, 그리고 이 모든 것들 을 조종할 수 있는 조종파트들이 더해져 기술시스템은 구성된다. 현재 강의에 많이 사용되는 수성마카펜을 예로 들어보자. 수성마카펜을 만들어 판매하는 기업이 있다면 이 기업은 영속적인 발전 을 원할 것이다. 만일 수성마카펜이 현재에는 잘 팔리는 품목일지 모르나 여 기에만 안주하다 보면 언젠가 회사문을 닫아야 할지 모른다. 그래서 회사는 수성마카펜이 어떻게 발전해 나갈지에 관해 고민하게 된다. 많은 경우 수성 마카펜 하나만을 고민하게 될 것이다. 수성마카펜을 분해해서 촉과 심, 펜대 등이 각각 어떤 재료와 모습으로 변화해 나갈지 예측해 볼 수도 있다. 트리 즈에서는 수성마카펜 하나만을 독립적으로 고민하지 않는다. 그 생성물인 칠판(마카펜이 칠판의 물리적 특성을 변하게 했으므로)을 고려하고 수성마카 펜의 기능도 규명하여 기술시스템으로 인식한 후, 각각의 기술시스템의 구 성요소들의 발전에 관해서 생각한다. 이러한 생각의 관점에 의하여 트리즈 는 좀 더 장기적 안목의 기술예측에 강점을 가지게 된다. 트리즈에서는 칠판 과 사람을 언제나 동시에 고려해야만 한다. 왜냐하면 그래야만 수성마카펜 으로 이루어지는 하나의 기술적인 시스템이 완성되기 때문이다. '칠판에 글 씨를 쓰다' 기능을 가지는 기술 시스템에서 엔진과 조종부는 사람이다. 기술시스템 진화 제1법칙에 의하면 도구는 수성마카펜이다. 생성물 (Product)은 칠판이다. 도구인 수성마카펜이 생성물인 칠판의 특성을 변화 시키고 있기 때문이다. 엔진은 사람의 몸속에 저장된 에너지이고 조종부분(Control Unit)은 사람의 두뇌이다. 트랜스미션은 근육과 사람의 관절로 이루어진다. 에너지 원천은 사람이 소비하는 음식이 될 것이다. 이렇게 해서 시스템은 완전히 구성되었다. 트리즈에서는 수성마카펜의 성능개선문제나 혹은 기술진화방향을 예측 하기 위해서는 위와 같은 요소들을 고려하라고 권장한다. 제5장에서 언급한 다차원분석과 의미가 상통한다. 언제나 시스템은 그림 6.6의 1번 방향이 아 닌 2번 방향으로 진화하기 때문에 많은 사람들이 시장에서 기회를 얻기도 하고 실패를 맛보기도 한다. 수성마카펜의 경우 생성물(Product)은 미래의 무엇으로 바뀌게 될까? 스크린으로 바뀌게 될 가능성은 없을까? 그러면 도구(Tool)는 광학장치로 바뀌어야 되지 않을까? 이미 고급 빔 프로젝터의 경우 리모콘으로 스크린상 에 간단한 그림을 그릴 수 있다. 만일, 생성물이 전자칠판으로 바뀌게 된다 면 도구는 어떤 특징을 가져야 할까? 만일 칠판에 전자기적인 장치가 포함 되어서 칠판에 쓰여진 것들을 버튼 하나로 지울 수 있다면, 버튼하나로 컴퓨 터로 전송된다면, 버튼하나로 프린트 된다면, 도구는 어떻게 바뀌게 될까? 온라인 강의에서 강사가 사용하는 수성마카펜에 카메라 추적장치가 달려있 다면 강사가 쓰는 주요 단어가 화면에서 자막으로 처리될 수는 없을까? 언젠가 로봇이 사람대신 강의를 하게 된다면 로봇의 손가락이 강의 시의 마 카펜을 대체하진 않을까? 너무 허황된 상상을 해 보았지만, 마카펜의 미래 를 장기적으로 예측하려면 그 기능을 우선 설정하고 그 기능에 따른 기술시 스템을 완전히 규명해야한다.
매트릭스 영화의 해석
최근에 영화 매트릭스는 많은 사람들에게 관심사가 될 정도로 큰 화제가 되었다. 영화 자체가 상당히 난해하다고 할 만큼 다양한 사람들이 다양한 관 점에서 영화를 해석하였다. 영화의 마지막 부분에 이르러 영화의 주인공인 네오가 십자가에 묶인 것처럼 나오는데, 이 때문인지 매트릭스 영화자체를 인류에 의한 구원이란 관점과 같이 종교적인 시각으로 해석하고 있다. 매트릭스 영화는 근본적으로 기계와 인류와의 전쟁을 소재로 하고 있다. 만일 기계 혹은 기계시스템과의 전쟁이라면 기계시스템, 기술시스템을 가장 잘 파악하고 있는 트리즈의 관점으로 영화 매트릭스를 해석하면 어떤 해석 이 나올까? 기술시스템의 진화 발전이라는 관점에서 인류의 역사와 견주어 해석해보자. 태초에 대자연에 인간이 출현하고 처음 인간은 도구를 전혀 사용할 줄 몰랐다. 고기를 찢을 때에도 손으로 찢었으며 짐승의 가죽을 벗겨 추위를 피 하고자 할 때에도 손톱으로 가죽을 벗겨야만 했으리라. 50만년전부터 인간 은 도구(Tool)라는 것을 사용하기 시작했다. 돌을 깨서 날카롭게 만들어 사용하기 시작한 것이다. 그림6.7|
이러한 타제석기(깨어서 만드는 돌로된 도구란 뜻의 한자어)가 인류가 처음 사용한 도구이다. 그 후 돌을 갈아서 사용할 수 있게 되었다. 도구 (Tool)을 개량한 것이다. 기술진화의 관점에서 바라볼 때, 깨어서 쓰던 돌조각을 갈아서 쓰는데 까지 50만년이나 필요했다는 점이 신기하지 않은가? 깨어서 쓰던 것을 겨우 갈아서 쓰는 것 뿐인데도 그렇게 진화의 속도는 느렸다.
인간은 점점 더 다양한 재료를 가지고 다양한 도구들을 만들어 나갔다.
단단한 나무막대기를 이용하여 농지를 개간할 수도 있었고 통나무에 몸을 기대고 넓은 나무 파편으로 노를 저어 이동할 수도 있었다.
역사시대로 접어 들에서는 대자연의 에너지가 트랜스미션을 이용하여 도구에 전달할 수 있게 되었다. 짐승이나 노예를 이용하여 농지를 갈게 할 수도 있었고 통나무에 돛을 달아 좀 더 먼 곳을 이동할 수도 있었다. 또한 시 냇물에 물레방아를 설치할 수도 있었으며 풍차를 만들어 땅을 개간 할 수도 있었다. 트랜스미션의 개발과 개선이 핵심적인 기술문제였다. 이러한 상황 은 중세시대까지 지속된다. 그림6.8|
인간이 불을 처음 만난 것은 약 5만년전이지만 실제로 트랜스미션을 통 해 도구에 결합하게 되는 것은 불과 400년전 산업혁명 때이다. 이때에 이르 러서야 기술시스템에 엔진이라는 요소가 최초로 그 모습을 갖추게 된다. 이 후로 엔진은 증기엔진, 가스엔진, 터빈엔진, 가솔린엔진, 원자력엔진등으로 다양하게 발전해 나간다. 인간이 불을 처음 사용한 것은 약 5만년 전이지만 지구의 다양한 곳에서 동시다발적으로 비슷한 시기에 불의 흔적이 발견되 고 있는 것은 재미난 현상이다. 왜 하필 비슷한 시기에 지구의 거의 모든 대 륙에서 불을 발견해 낸 것일까? 운명인가? 현대에 들어서 컴퓨터를 이용한 IT 산업이 발전해 가고 있다. 처음에 도 구가 출현하고 이어서 고대와 중세에 트랜스미션을 중심으로 기계가 발달 하며 18세기에 이르러 엔진이 등장한 이후, 이제는 조종부분마저 기계가 장 악해 나가고 있다. 인간이 기계에게서 점차적으로 밀려난 것은 아니다. 인간 은 오히려 똑똑한 기계를 원하고 있는 것이다. 만일 어느 빌딩의 32층에서 엘리베이터 버튼을 누른지 5분이 지나도 엘리베이터가 오지 않는다면, 당신은 분명 똑똑하지 못한 엘리베이터의 기 계시스템을 탓하게 될 것이다. 그림6.11| 12개의 엘리베이터가 있는데 서로가 가장 효율적인 방법으로 서로 협 조하며 동작하지 않는다고 탓할 것이다. 엘리베이터는 인공지능 시스템 등 을 이용하여 최적의 솔루션을 찾아가도록 설계되어 진화 발전해 나가는 것 이다. 이렇듯 인간의 본성으로 인하여 기계시스템의 조종부분까지 이미 컴 퓨터, 기계가 차지하게 되었다. 사람의 조종없이 농지를 개간하는 트랙터가 일본에서 이미 상용화 되었 으며 사람의 조종이 필요없이 기계가 소들을 사육하고 젖까지 짜서 보관 운 반하는 농장이 네덜란드에서 이미 선을 보였다. 이것이 현재의 모습이다. 매트릭스는 미래의 모습에서 시작된다. 기술시스템은 발전되어 기계시 스템은 로봇의 모습으로 자라고 로봇의 지능은 점점 더 발전한다. 인간은 원 래 욕심과 질투, 행복과 불안이 교차하는 감성을 지녔고 많은 인간들이 다양 한 성격을 가졌기에 지능을 가지기 시작하는 기계시스템들과 마찰을 일으 키기 시작한다. 드디어 기계는 반란을 일으키고 인간과 협약을 맺어 천연자원이 거의 없는 황량한 불모지에 기계들만의 나라가 만들어진다. 세계는 인간의 영역과 기계의 영역으로 나누어졌는데, 기계의 영역에서 는 효율성이라는 것이 인간의 영역과 비교할 수 없을 정도로 높다. 인간은 경제적으로 기계들에게 종속되기 시작하여 불안감이 높아졌고 인간은 전쟁 을 선포하며 기계의 영역을 봉쇄한 후 공격하기 시작했다. 기계들도 생존을 위해 인간과 전쟁을 시작하여, 전쟁을 위한 가장 효율적인 기계시스템들을 생산해 내게 되자 전쟁은 인간들에게 불리하게 진행된다. 그림 6.13과 같이 마지막 수단으로 인간은 기계의 에너지원을 차단한다. 하늘을 검은 구름으 로 뒤덮어 태양에너지를 차단하는 것이다.
하지만 이미 전세는 기울어 기계는 인간을 정복하게 되었으며 인간이 가지고 있던 천연자원을 사용한다. 하지만 표 6.14의 시스템도와 같이 지구 상의 모든 에너지원인 태양에너지가 차단되었기에 기계는 이미 확보했던 에너지가 고갈된 후 새로운 에너지 원을 찾아야만 했다. 표6.14|
검은 구름 사이로는 강력한 전자기파(번개)가 있기에 전자기적 신호로 제어되는 기계의 능력으로는 검은 구름가까이 접근 할 수 없었고 검은 구 름의 오염농도가 심하여 제거하기도 힘들었다. 그래서 기계는 인간을 연구 했다. 인간의 온몸에 흐르는 미세전류를 끄집어 내어 그것을 에너지원으로 사용하기 시작한다. 표6.15|
그래서 인간은 기계에 의해서 인공수정으로 태어나자마자 깨어나지도 못하고 특별한 캡슐에 갖힌채 수만가닥의 전선이 온몸에 연결되어 인간의 미세 전기에너지들이 기계들에게 방출된다. 그림6.16|
이러한 캡슐 수십만 개가 하나의 기둥에 연결되어 있다. 대신 인간의 정 신은 기계들에 의하여 조종되고 있다. 실제로 인간은 캡슐에 갇혀 영원히 깨 어나지 못하는 대신 꿈을 꾸고 있는 것이다. 마치 현대를 살아가고 있는 것 처럼 꿈을 꾸고 있다. (영화에서는 우리의 생활이 실제로는 미래사회에 갖힌 인간이 꿈꾸고 있는 허상이라고 말하는 듯 하다)
2. 에너지 전도성 법칙
기술시스템 완전성의 법칙에 의해 시스템이 구성되면, 이러한 구성요소들 간에 에너지가 순환해야 한다. 기술시스템 내 구성요소간의 에너지 순환에 만 국한되는 것은 아니다. 문제를 해결하려고 한다는 것은 우리가 원하는 기 능을 가지는 기술시스템을 만들어 낸다는 뜻이다. 에너지 전도성을 증가시 켜 원하는 기능을 가진 시스템을 동작하게 하여 문제를 해결할 수 있다. ex_그림 6.18과 같이 긴 파이프 안에 어떤 액체가 흐르고 있다. 그런데 파이프가 불투명하기에 액체가 어느 방향으로 흐르는지 알 수가 없다. 액체가 흐르는 방향을 어떻게 알 수 있을까? 파이프의 어느 한 곳을 가열한다. 그러면 액체가 흐르는 방 향으로는 에너지가 전달될 것이므로 온도의 변화를 감지하여 액체가 흐르는 방향을 알아 낼 수 있다. 그림6.17|
ex_그림 6.17과 같이 좁고 깊은 구덩이 속에 공이 빠져 있다. 이 볼을 어떻게 빼낼 것인가? 만일, 공과 사람사이에 에너지, 장(Field)이 형 성될 수 있다면 어떤 유용한 작용을 얻을 것이 다. 물을 채워 넣어 공을 띄우게 하여 각 구성 요소간에 에너지가 흐르게 한다.
3. 리듬 조화성 법칙
기술시스템을 구성하려면 제1법칙에 의하여 모든 구성요소가 존재해야 하 고 제2법칙에 의하여 구성요소간에 에너지 흐름이 원활해야 한다. 제3법칙 에서는 구성요소간의 조화가 있어야 한다.
처음 태어난 아기가 밤낮을 가리지 않고 우는 것은 아직 아기가 리듬 조 화의 법칙을 터득하지 못하기 때문이다. 태아는 어머니의 배속에서 세포분 열등을 통하여 신체의 완전한 구성요소들을 갖추게 되고 따라서 태아의 몸 에는 양수를 통하여 에너지가 전달된다. 그리고 맥박을 가지게 된다. 맥박이 란 것은 리듬과 조화를 잘 따른다는 표시이다. 컴퓨터 시스템의 CPU 속도 와 메인보드의 처리 속도, 메모리의 속도 등이 모두 최적화 될때에 성능이 극대화된다. 두 개의 전선을 연결하여 전기를 흐르게 하려면 최소한 두 전선 의 전기전도도 측면에서 조화가 이루어 져야 한다(전기전도도가 비슷해야 전류가 저항없이 쉽게 흐른다).
1, 2, 3 기술진화법칙의 특징
기술시스템의 제 1,2,3 법칙은 시스템이 존재하기 위한 필수 사항들이다. 위의 3가지 법칙 중, 하나라도 만족시키지 못하면 시스템은 존재할 수 없다 는 것이다.
적절한 예는 아니지만 이해를 위해 어떻게 사람이 사망하게 되는지를 분석해 보자. 프랑스혁명시대에 있었던 단두대는 제1법칙, 시스템완전성의 법칙에 포함된다. 필수불가결한 일부분을 제거하는 것이다. 조선시대에 능 지처참이란 것이 있었다. 네 마리의 말에 끈을 달아 팔다리에 각각 묶어서 말 네 마리가 네 방향으로 달리게 한다. 최고의 극형에 해당하는 것인데 시 스템완전성 법칙에 비유하자면 각각의 시스템 구성요소를 전부 해체하는 방법이다. 많은 사람들이 목을 매거나 손목에 위해를 가하여 자살을 한다. 이는 인체내부에 필요한 에너지원의 순환을 막는 방법으로 제2법칙, 에너지 순환법칙에 포함된다. 가장 악랄한 방법으로서 주로 고문 등에 사용되는 방 법으로는 제3법칙에 의한 것들이다. 잠을 자게하지 않거나, 강제노동을 시 키거나, 빨간색전등을 켜 놓는 등의 행위는 리듬, 조화가 원할하게 일어나지 않게하는 방법들이다.
시스템의 유해한 기능을 없애는 방법
많은 기술시스템들은 원하는 기능을 위해서 설계되었지만 의도하지 않게 유해한 기능도 동시에 존재하는 경우가 많다. 이런 경우 유해한 기능을 일으키는 원인을 분석해 보면 이 또한 일종의 기술시스템으로 생각할 수 있다. 이러한 유해한 기능을 없앤다는 것은 유해한 기능의 시스템을 없앤 다는 뜻이다. 대부분은 모든 부품을 전부 들어내려고 하는 심리적 관성을 가지고 있다. 하지만 많은 부품들은 유용한 기능을 위한 부품으로도 동시 에 사용되기에 무작정 부품, 시스템을 들어낸다는 것이 좋은 해결책이 되지 못하는 경우가 많다.
기술진화법칙 2,3법칙을 생각한다면, 굳이 유해한 시스템 전부를 들어 낼 필요가 없다. 유해한 시스템 내부의 에너지 흐름을 차단시키거나 일부러 시스템 내부의 리듬과 조화를 방해하여 유해한 시스템이 그 기능을 발휘하 지 못하게만 해도 된다.
ex_도로의 난폭질주차량을 검거하는 일을 생각해보자. 일반적으로 타이어를 펑크 를 낸다거나 길을 가로막아 사로잡는 것만을 생각하겠지만 제 3법칙을 고려해보 자. 그림 6.19와 같이 강력한 전자파를 발생시켜 엔진의 연료분사를 위한 컴퓨터부 품을 마비시켜 차량을 정지 시킬 수 있다. 그림6.19|
ex_이라크전에 사용된 신형 폭탄에서는 강력한 자기장이 발생된다. 자기장은 수많 은 기계장비들에 영향을 주어서 무력화시킬 수 있다. 현재 북한의 휴전선 근처에 설치된 수십mm의 야포는 사정거리가 서울을 포함한다. 이러한 야포를 무력화 시 키는 방법으로서 제2, 혹은 제3의 법칙을 이용하는 것이 가장 바람직한다. 비행기 가 폭격하는 것은 제1법칙에 해당하는 것이지만 많은 시간이 소요된다. 야포의 운 영에 이용되는 에너지를 차단시키거나 혹은 야포의 운영에 필수적인 통신장비들을 강력한 자기장으로 무력화시키는 것이 효율적인 방법이 될 것이다.
전기청소기가 오작동을 하여 미치듯이 날뛰고 있다. 이때 망치를 들고 서 전기청소기를 내려 치는 것은 제 1법칙에 해당되는 것이고 전원을 뽑아 버리는 것은 제 2법칙에 해당하는 것이다. 물등을 빨아들이게 하여 못쓰게 만드는 것은 제 3법칙에 해당할 것이다.
4. 이상성 증가 법칙
1장에서 설명한 이상해결책과 관련된 법칙이다. 문제를 해결하기 위해 필요 한 비용분의 효과가 무한대에 이르는 해결책을 이상해결책이라고 정의하였 다. 이상시스템(Ideal Final System)이란 말도 있는데 이상해결책과 개념이
비슷하다. 문제가 저절로 사라진 경우, 시스템은 존재하지 않는데 기능은 존 재하는 경우가 이상시스템이다. 모든 기술시스템은 이상해결책, 이상시스템 을 추구하는 방향으로 발전ㆍ 진화해 나간다는 것이 이상성 증가 법칙이다.
ex_1950년대에 만들어진 100,000kw 터빈 발전기의 무게는 약 200톤이나 되었 다. 1970년대에 500,000kw 터빈 발전기의 무게는 약 400톤이 되었다. 발전량/무 게의 비율을 이상성으로 간주한다면 이상성이 약 2.5배 증가한 것이다.
ex_1960년대에 컴퓨터는 거대기업이나 정부기관 지하실에 마련된 메인프레임의 시대였다. 1980년 스티브잡스와 워즈니악이 설립한 애플컴퓨터에 의하여 최초의 개인용 컴퓨터가 등장하였고 1990년대는 멀티미디어 PC가 등장한다. 2000년대 초에는 인터넷과 네트웍의 시대가 되었다. 그동안 컴퓨터 CPU는 무어의 법칙등을 통하여 빠른 성능향상을 가져왔지만 가격은 오히려 계속 낮아져 왔다. 이상성이 증 가하는 방향으로 발전해 온 것이다. 지금도 매주 일요일 오후 TV의 홈쇼핑채널에 서는 PC를 판매하고 있다. 매주 성능은 좋아진다. 램이 256M에서 512M로 하드디 스크가 60GB 에서 80GB로 디스플레이가 17인치에서 18인치등으로 상품구성은 향상되지만 가격은 동일한 가격을 유지하고 있다.
ex_고속도로 터널구간에서는 교통법규상 차선이동이 금지되어 있다. 터널구간안 에서 사고가 일으날 경우 대형인명사고가 될 가능성이 크기 때문이다. 법규를 위반 하며 차선을 넘는 것을 강제로 방지할 수는 없지만, 졸음운전 등의 실수로 차선을 넘는 것을 방지할 수 있는 아이디어가 없을까? 우선 생각하는 가장 일반적인 방법 은 레이저와 레이저 측정장비, 컴퓨터 등을 이용하여 차량이 차선을 넘는 순간 레 이저가 이를 측정하여 컴퓨터에 보내고 컴퓨터가 신호를 처리하여 터널 내에서 빨 간 경고등 램프를 켜거나 혹은 운전자가 인지할 수 있는 경고음 등을 내게 할 수 있 다. 하지만 이는 상당한 비용과 관리가 필요하다. 실제 고속도로상에서는 어떤 아 이디어가 사용되고 있을까? 어떠한 비용도 들이지 않고 위의 시스템과 같은 성능을 가지고 있다. 이상해결책, 이상시스템이 작동되고 있다. 도로를 건설할 때부터 차 선에 해당되는 부분에 규칙적인 간격을 만들어서 차량의 바퀴가 차선을 밟으면 차 량의 바퀴로부터 일정한 소음이 발생되게 한 것이다. 이미 기존에 존재하던 자동차 의 속력, 자동차 타이어, 공기, 음향장(Acoustic Field) 등의 주변 자원을 최대한 활용한 것이다. 이 아이디어는 고속도로 매표(toll gate)앞에도 설치되어 있다. 졸 음운전 등으로 매표소를 발견하지 못하고 부딪히는 것을 방지하기 위해서 도로에 다가 차량의 진행방향과 직각으로 흠을 새겨놓은 것이다.
ex_최근 고속도로상의 과속카메라를 속이기 위한 범법자들의 기발한 아이디어들 이 뉴스에 방송되곤 했다. 가장 처음에 나왔던 장비는 GPS 수신기와 연동되어 카 메라가 설치된 장소를 차량이 지나가게 되면 번호판 주위에 설치된 특수 램프에서 특수광선(자외선등)이 조사되어 과속카메라가 번호판을 찍을 수 없게 하는 원리를 사용하였다. 그와 동시에 특수 페인트가 있어 번호판에 뿌리면 과속카메라에 찍히 지 않기 때문에 인터넷을 통해 인기가 있었다. 하지만 자주 페인트를 칠해야만 하 는 문제가 있다. 시간이 좀 더 지나 과속카메라의 위치에 상관없이 번호판을 접어 서 운행하는 차량이 나왔다. 차량내부와 연결된 막대기를 통해 과속을 시작하기 전 에 번호판을 끌어당겨 번호판이 카메라에 찍힐 수 없을 만큼의 각도로 접는 것이 다. 이러한 방송을 지켜보면서 기술진화 제4법칙에 의하여 IFS 에 가까운 것이 곧 출현될 것을 예상할 수 있다. 최종적으로, 운전자가 신경쓸 필요도 없이 일정속도 이상이 되면 번호판이 저절로 접혀지게 될 것이고 어떠한 부가적인 동력원도 필요 없어야 할 것이다. 그림과 6.20의·D와 같이 스프링을 설치하였다. 적정속도 이상 이 되면 번호판은 공기저항을 받을 것이고 이 공기저항으로 인하여 번호판은 "저절 로” 접히고 반대로 속도를 감소시키면 번호판은 저절로 원상회복을 하는 것이다. | 그림6.20|
어떠한 기술시스템이던, 이상성을 증가시켜, 이상해결책, 또는 이상시 스템이란 종착역으로 발전해 나가는 것이다. 그래서 최종적으로는 시스템 은 사라지고 기능만 남게된다. 기술시스템의 종착역인 것이다. 역사시대 이후에 수많은 기술시스템들이 나타났지만 많은 것들이 사라 졌다. 이렇게 사라진 것에는 두 가지 이유가 있다. 하나는 이상해결책에 도 달하여 시스템 자체가 사라진 경우로서 제4법칙인 이상성 증가 법칙에 해당 하는 경우이다. 또 다른 하나는 상위시스템이나 하위시스템에 흡수되는 것 으로 제 6, 7법칙에 해당되는 경우이다.
5. 시스템 불균일성 법칙
기술시스템 각 요소들의 발전정도, 발전속도가 조화를 이루지 못하는 경향 이 있다. 어느 한 요소가 급속한 발전을 이루고 그렇지 못한 요소들의 발전 이 이를 충분히 따라가지 못하게 되어 시스템의 전체적인 성능향상에 방해 가 된다. 시스템의 모든 요소들이 균등하게 발전하지 않게 되고 결국 이것이 모순을 유발한다. 2장에서 설명하였던 레이저다이오드의 예처럼 다이오드 소자의 수명을 늘리기 위해서 금속전극의 넓이를 넓혀나가게 되면 전류 손 실이라는 요소가 발생하게 된다. 시스템의 원하는 요소를 향상시키면 다른 요소가 문제를 일으키는 것이다. 기술시스템이 계속적인 발전을 하려면 이 러한 시스템 불균일성을 극복해야하고 대개가 모순의 형태로 나타나며 이 러한 모순을 극복하며 시스템이 발전해 나간다는 것이 시스템 불균일성 법 칙의 또 다른 측면이다. 이처럼 시스템의 각 요소들의 발전정도가 불균일성을 가지게 되어 모순 을 유발하게 되므로 시스템은 모순을 극복하면서 발전해 나간다는 것이 제 5법칙의 의미이다.
ex_선박의 동력시스템은 증기기관, 외륜, 스크류, 터빈 등으로 급격히 발전해 나가 며 화물선의 경우 선적량도 급격히 증가했다. 하지만 제동장치는 발전하지 않았다. 오늘날까지도 제동을 거는 시점부터 배가 완전히 멈출 때까지 배는 수 km를 나아 가야 한다.
6. 상위시스템으로의 이동 법칙
한 개가 두 개의 복수로 되고 두 개가 여러 개의 다수가 되면서 새로운 시스 템들이 생성된다는 법칙이다. 간단히 모노-바이-폴리(Mono-Bi-Poly)라는 용어로도 불리어 진다. 실제 기술시스템에서는 이러한 모노바이폴리가 중 요한 기술진화의 경향을 형성하고 있다.
ex_인류는 각자의 개인이 있었고 개인과 개인이 모여 "가족" 이라는 새로운 시스 템을 형성했다. 다시 가족과 가족이 모여 "부족사회"를 형성하였고, 이러한 부족사 회들이 뭉쳐져 "고대국가"를 형성한다. 이러한 국가단위의 시스템들이 형성되면서 학문, 종교와 같은 문화가 형성되었다. 이러한 과정을 거치지 않고는 학문과 종교 와 같은 문화가 의미가 없는 것이고 그래서 모든 문화는 배경이 되는 사회집단의 역사와 경험, 지리학적 조건에 의해 결정되어지는 공통된 가치관에 종속된다.
ex_자동차 생산이 많아질수록 교통법규에 대한 필요가 생겼다. 교통법규도 일종 의 상위 시스템이다. 더욱 더 많은 자동차가 생산되고 거리에 넘쳐나게 됨에 따라, 환경문제 등도 나타난다.
ex_사람이라면 가족을 생각하고 가족이 모인 사회라는 상위시스템을 생각하게 된다. 하나의 자동차는 여러 대 모여 교통시스템이라는 상위시스템을 고려하게 된다.
ex_개인용 컴퓨터는 애플컴퓨터사에 의하여 처음 세상에 선을 보였는데 당시에는 68010 이라는 모토롤라의 CPU를 사용하였다. 이후 68020, 68030, 68040 이라 는 진보된, 이상성이 증가된 CPU를 사용하였다. 이후에 IBM과 인텔 진영은 80286, 80386, 80486 이란 CPU를 사용하였다. 애플은 IBM과 연합하여 현재까 지 PowerPC란 CPU를 사용하여 현재 G3, G4, G5의 단계까지 와 있으며 인텔은 펜티엄, 펜티엄2, 펜티엄3, 펜티엄4의 단계까지 와있다. 이러한 발전은 기술시스템 제4법칙인 이상성 증가의 법칙으로 분류할 수 있다.
또 다른 발전의 면에는 네트워크가 있다. 하나의 PC가 독립적으로 존재하다가 지역적으로 가까운 PC간에 연결이 되어 지역네트워크(Local Network)를 형성하고 이러한 지역네트워크들이 다시 묶여 인터넷이라는 상위시스템을 형성한다. PC는 인 터넷의 시대에 와서 그 역할이 다시 한번 강조되고 있는데 이러한 발전은 기술시스 템 제6법칙 상위시스템으로의 이동으로 분류할 수 있다.
ex_이집트 시대에 한 개의 종(bell)이 있었다. 모노바이폴리를 거치면서 어떠한 상 위시스템들이 출현할 수 있을까? 하나의 종이 두 개의 종이 되고 두 개의 종이 여러 개의 종이 되는 것은 기술시스템이 거치게 되는 필연적인 발전의 한 모습이다. 몇 개의 종은 하나로 묶여 아름다운 화음을 만들어 내고 다시 다수의 좋은 악기라는 상위시스템을 탄생시키게 된다.
ex_고대 마케도니아 지방에서 시작하여 세계를 정복한 알렉산더대왕에 관한 이야
기이다. 당시 대왕은 군대를 몰고 소아시아를 정벌하고 있었다. 큰 강을 만났는데 배
는 오로지 10척밖에 준비되지 않았다. 10척의 배로 수만의 군사를 옮기는 데는 많은
시간이 소요되었다. 이때 대왕은 배들을 한 줄로 늘어서게 한 후 서로 묶게하였다.
그림 6.21과 같이 한 줄로 늘어선 배들 위에는 널판지를 다시 엎어 강을 건너지르게 하는 임시 다리를 만든 것이다. 배 하나, 하나만을 생각한 게 아니라, 모노바이폴리 의 원리가 적용되면 어떠한 상위시스템이 만들어질지를 고민한 것이다. 그림6.21 |
상위시스템으로의 이동이라는 개념에는 모노바이폴리 이외에도 시스템 의 자체는 사라지고 시스템의 기능은 상위시스템에 흡수되는 원리도 있다. 많은 기술시스템은 자체적인 발전과 진화를 진행하다가 그 한계에 다다르 면 다른 시스템과 합쳐지는 경향을 가지는데 이러한 경향으로 인하여 시스 템은 사라지고 시스템의 기능만 상위시스템으로 전이되는 경우가 발생한다.
ex_휴대폰이 대중화되기 이전에 삐삐라는 메신저가 있었다. 삐삐자체는 사라졌지 만 삐삐의 기능은 상위시스템인 휴대전화로 옮겨갔다. 디지털 카메라도 삐삐와 비 슷한 경향을 보인다. 현재 디지털카메라의 상위시스템중의 하나는 휴대폰이다. 모 든 휴대폰에 디지털카메라가 달리고 점점 그 해상도가 증가한다. 물론 모든 디지털 카메라가 사라지는 일은 없겠지만 디지털카메라의 기능이 휴대폰에 흡수되는 경향 은 존재한다. 이는 시장지배력이 강한 휴대폰이 자체적인 발전, 진화의 종착역에 이 르자 다른 시스템들을 끌어 당겨 새로운 상위시스템으로 발전해 나가고자 하는 기 술시스템의 '운명' 때문이다.
이와 비슷한 예는 PC와 TV 사이에서도 일으난다. 과연 누가 상위시스템이 될 것 인가? 혹은 두개의 상위시스템이 공존할 것인가? 누가 승자가 되든 상위시스템으로의 발전은 존재한다.
ex_총기류에 대하여 고민해 보자. 총구가 하나인 총이 있었고 총구가 두 개인 총이 개발 되었다. 다음은 어떻게 될까 그림 6.22와 같이 십여 개의 총구가 회전하면 서 총알을 발사하는 초기의 기관총이 등장하였다. 하지만 다시 이 총은 총구가 하 나인 기관총으로 발전하였다. 이와 같은 예에서 처럼 모노바이폴리를 거친 후 다시 모노가 되고 이것이 다시 바이와 폴리를 거치는 순환을 계속하는 것도 상위시스템 이동 법칙의 한 모습이다. 그림6.22|
ex_반대시스템과의 결합도 상위시스템 이동 법칙의 다른 모습이다. 연필과 지우개 가 결합되어 새로운 상위시스템이 만들어 질 수 있다. 이는 반대시스템(Anti- System)과의 결합이다. 검은색 볼펜과 빨강색 볼펜이 합쳐지고 다시 여러 개의 색 깔을 가지는 볼펜이 만들어질 수도 있지만, 볼펜과 연필이 합쳐지거나 볼펜, 수정 액펜, 연필, 지우개가 하나에 합쳐질 수도 있다.
가전 시장은 현재 포화상태에 이르렀다. 백색가전의 경우는 상위시스템 이동의 법칙이 적용되어야 할 단계에 이른 것으로 생각된다. 전자레인지와 냉장고는 결합될 것이다. 또한 냉장고와 부엌의 천장사이에는 유용한 또다 른 가전장비가 설치될 것이다. 가장 유력한 장비가 홈서버일 것이다. 특히 냉장고의 윗부분에 구멍이 뚫려있고 이 구멍은 홈서버의 CPU와 접촉하게 되면 CPU가 동작열에 취약한 단점을 극복할 수도 있다. 언제나 전원을 켜 놓는 냉장고와 언제와 전원을 켜 놓아야 하는 홈서버간에는 시너지 효과를 발휘할 수 있을 것이다.
[생각의 창의성 TRIZ]
저자 김효준
