공학설계

공학설계 • 공학 : 인류의 이익을 위해 과학적 원리를 응용하여 천연자원을 최적의 구조물, 기계, 시스템 그리고 공정으로 변환을 시키는 것이다. • 공학설계 • 현재 상태 (as-is)  원하는 상태 (to be) • 설계의 단계 문제의 정의 아이디어 창출 아이디어 평가 및 판단

창의적 문제 해결 과정 • 창의적으로 문제를 해결해 나가는 과정 • 문제 정의: 탐정, 탐험가의 마음 • 특허: 조사 및 개선 • 아이디어 창출: 예술가의 마음 • Brainstorming • 창의적 평가: 엔지니어의 마음 • 아이디어 판단: 판사의 마음 • 퓨 방법 • 해결방안 실행

문제 정의 • 문제정의: 어떤 상황에서 무엇이 핵심적인 문제인가를 알아내는 것이 문제 해결의 첫걸음이 됨 • 문제의 발생  危機  위험(어려움)과 기회 • 탐험가의 마음: 기회를 개척하는 마음, 발산적인 마음 • 탐정의 마음: 위험을 극복하는 마음, 수렴적인 마음 • 두 마음을 모두 사용할 필요가 있음 • 예: 월요일 아침에 일어나 보니, 10살짜리 동생이 배가 아파서 학교에 못 가겠다고 함. • 탐정의 마음으로 문제를 찾음 • 청진기 등을 사용하여 배의 어디가 아픈지 진찰해 봄 배가 아프다고 하는 동생

동생이 배가 아픈 이유는? • 학교에서의 왕따가 이유였다. • 동생을 단순히 분석(진찰)해서는 문제가 발견 안됨 • 발산적인 사고가 필요 • 문제의 배경을 파악하려는 노력이 필요 • 수렴적인 사고 (분석적인 사고) 도 중요

수렴 + 발산의 균형 • 맹장염에 걸린 동생 • 이 경우에는 문제는 분석적인 방법으로 찾을 수 있음 • 수렴 + 발산의 균형 • 수렴: 탐정의 마음 • 기존의 도구와 방법으로 문제해결 • 근본원인과 단서를 찾는다 • 발산: 탐험가의 마음 • 새로운 방법으로 문제해결 (유연한 사고) • 전후관계와 경향을 찾는다.

탐정 vs 탐험가의 마음 • 문제의 발생: 자전거를 도난 당했다. • 탐정의 마음 • 체인과 줄을 쇠톱을 사용해 절단할 수 있는지 테스트 해 봄 • 결론: 더 좋은 자물쇠가 필요 • 탐험가의 마음 • 자전거 안전 시스템의 문제를 전반적으로 살펴봄 • 자전거 설계, 자전거 주차 등에서의 변경을 고려 • 새로운 자전거 안전시스템을 다른 용도에 사용할 수 있는지 검토 • 위기를 기회로 생각함.

탐험가 (Explorer) 의 마음 • 탐험가의 마음의 중요 목표: 문제의 배경을 발견 • 탐험가의 마음을 가진 학생 • 학교에서 열리는 특강, 초청세미나 등에 참석한다. • 다른 학부, 학년의 과목을 수강한다. • 책, 신문 등의 독서를 많이 한다. 모험심을 가져라 한달에 하루 한나절 정도 다른 분야의 일을 살펴 보아라 다른 분야에 관한 독서를 하라. 경향 (Trend) 과 상황 (Context) 을 보아라 긍정적인 사고를 하라.

탐험가들을 위한 도구들 • 네트워킹 • 인간관계를 통한 정보는 매우 중요하다. • 예: 모 울산대학교 교수가 “창의적 공학 설계”라는 과목을 어떻게 강의할 것인가에 대한 정보를 수집 • 인터넷: 타대학 및 타학부의 예를 참조 • 피상적인 정보밖에 얻을 수 없었다. • 기계공학부 교수에게 전화 • 필요한 정보 획득 • 아직까지도 인터넷에서 얻을 수 있는 지식은 많은 한계가 있음 • 대학에서 얻을 수 있는 것  수업에서 얻은 지식 + 친구, 선후배 • 아이디어 파일을 만들어라 • 세상은 넓고 할 일은 많다.

탐정 (Detective) 의 마음 • 탐정의 마음: 데이터를 수집하여 근본원인을 찾음 무엇이 진짜 문제인가? 단서를 찾아라. 이유를 알아내라. 질문을 해라 정보를 수집해라  데이터를 분석해라 문제를 정의하는 문서를 작성하라

탐정들을 위한 도구 • 설문 조사 • 전문가 조언 • 인터넷 자료 조사 • benchmarking • SWOT 분석 • Pareto chart

인터넷 조사 • 이미 수행된 연구 내용 및 기초 지식 조사 • “standing on the shoulders of giants” • 다음, 네이버, yahoo, google • Wikipedia (http://en.wikipedia.org) : free on-line encyclopedia • Google scholar : 주로 학술 논문을 검색해 줌 • ieee (http://ieeexplore.ieee.org) : 전기전자 관련 학술논문 • 교내에서만 접속가능 • 특허 검색 • 불행하게도 압도적으로 영어로 된 자료가 많음 • 영어가 Engineer에게 매우 매우 중요함 (특히 독해 능력)

Benchmarking • Benchmarking은두가지 의미로 사용됨 • 의미 1 : 여러 가지를 비교하고 분석하여 우열을 가려내는 것 • 의미 2 (best practice benchmarking): 가장 좋은 방법을 조사해서 그 장점을 활용함 • 의미 1 : (잡지표지) “이번 호 특집 최신 휴대폰의 benchmarking” • 의미 2 : (현대자동차에서) “Toyota를 benchmarking해서 좀 더 생산성을 향상시키자”

SWOT 분석 • 현 상황을 Strengths (강점), Weakness(약점), Opportunities (기회), Threats (위협) 으로 나누어서 분석 • 울산지역 자동차 부품산업에 대한 SWOT 분석 Harmful Helpful 내부 Weakness Strengths 외부 Threats Opportunities

SWOT 분석 연습 • 울산대학교 전기전자정보시스템공학부 1학년으로서 나의 경쟁력 SWOT 분석 Weakness Strengths Opportunities Threats

Pareto Chart • 19세기말의 이탈리아의 경제학자 Vilfredo Pareto가 만듬 • 데이터의 상대적인 중요도를 나타냄 • 기본적인 아이디어: 소수의 원인이 문제의 대부분을 차지하고 있음 “이탈리아 땅의 80%는 상위 20%의 부자가 소유하고 있다”

Cause-and-effect-diagram • 어떤 문제를 발생시키는 원인을 그림으로 나타냄 • Fishbone diagram

문제 정의: 정리 • 문제의 정의 • 탐험가의 마음 (발산적, 창조적, 긍정적) • 탐정의 마음 (수렴적, 분석적, 비판적) • 문제의 정의를 문서로 작성함 • 문제의 정의를 내리는 사람과 해결책을 제시하는 사람이 다를 수 있음 • 문제를 명확하게 정의한 문서가 필요

아이디어 창출 • 문제의 해결을 위한 과정 • 문제의 정의 (탐험가의 마음 + 탐정의 마음) • 문제해결을 위한 아이디어의 창출 • 아이디어를 어떻게 창출할 것인가? • 예술가의 마음: 상상력으로 독창적이고 혁신적인 아이디어를 창출 주어진 정보를 새로운 아이디어로 바꾸어라 모든 종류의 아이디어를 창조적으로 검토하라 감정적이 되어도 좋다 황당한 생각을 하여도 좋다 혼자, 또는 팀으로 Brainstorming을 행하라

Brainstorming • Brainstorming = Brain (뇌) + Storming (폭풍) • 각자가 자유롭게 착상을 내놓는 회의법; 창조적 집단 사고법. • Brainstorming의 네 가지 규칙 • 가능한 한 많은 해법을 만들어라. (수량 중시) • 황당하고, 엉뚱한 아이디어가 환영 (창의적) • 편승 (hitchhiking)하고 다른 사람의 아이디어를 활용하라 • 아이디어를 비판하지 말라 (판단은 나중에) • 자기 자신에 대한 비판 • 남에 대한 비판 • Brainstorming을 할 때 사용하지 말아야 될 말들 • “비용이 많이 든다”“좀 더 현실적이 되어라”“좋은 생각인데, …” • “전에도 해 보았는데, 잘 안되더라”“불가능한 일이다”

Brainstorming 회의 진행 절차 • 문제의 배경 및 정의를 팀에게 설명하라. • Brainstorming의 4가지 규칙을 복습하라. • 수량중시, 창의적, 편승, 비판 금지 • 창의적 사고를 위한 간단한 연습을 하라 • Brainstorming을 수행하라 • 회의를 끝내고 아이디어를 수집하라 • 참가자들에 인사하고 해산하라

Brainstorming의 연습 • 5명을 한 조로 시험적으로 Brainstorming을 함 • 간단한 연습문제 • 만약에 하루에 10분씩 무중력상태가 된다면, 침실이 어떻게 재설계 되어야 하는가? • 실전문제 • 계란을 2m 높이에서 시멘트 바닥에 자유낙하를 시킨다고 하자. 계란이 안 깨어지도록 계란을 주변의 재료를 사용하여 포장하는 방법을 Brainstorming을 통해 생각해보자

Brainstorming 에서 아이디어가 잘 안 나올 때 • 성공을 상상하라 또는 최악을 상상하라 • 제약의 제거, 최악의 경우의 대책을 세우라 • 무관한 두 아이디어를 억지로 끼워 맞추어라 • 자유 연상 • 원대한 꿈/소망적 사고 • 사고를 유발하는 질문 • 대체, 결합, 적용, 확대, 수정, 다른 용도에 사용하기, 제거, 재배열

SCAMPER법 • A. Osborn이 제안한 Brainstorming을 도와주는 checklist

창의적 문제 해결 과정 • 창의적으로 문제를 해결해 나가는 과정 • 문제 정의: 탐정, 탐험가의 마음 • 특허: 조사 및 개선 • 아이디어 창출: 예술가의 마음 • Brainstorming  질보다 양, 독창적인 아이디어 • 창의적 평가: 엔지니어의 마음 • 아이디어 판단: 판사의 마음 • 퓨 방법 • 해결방안 실행

제 9 장 창의적 평가: 엔지니어의 마음 • 문제의 정의  아이디어의 창출 (Brainstorming) • 계란을 안 깨지게 떨어트리는 방법 • 계란을 얼린다. • 낙하산을 사용 • 두꺼운 스폰지 사용 • 밑에서 잡는다. • …. • 엔지니어의 마음 • 엔지니어: 아이디어를 실용적으로 활용할 수 있도록 설계, 구축, 유지, 분류, 조합, 개선, 종합 • 문제정의 (발산적 사고 + 수렴적 분석)  아이디어 창출 (창의적 사고, 발산적 사고)  창의적 평가 (창의적 사고 + 분석적 사고)  아이디어 평가 (비판적 사고)

창의적 평가의 4가지 규칙 • 양보다 질: make ideas better • 브레인스토밍 단계에서 나온 아이디어의 질을 개선 • 엉뚱한 아이디어를 좀 더 실용적으로 만들어라. • Wild idea를 stepping stone으로 삼아 실용적인 것으로 • 창의적 사고 + 분석적 사고 • 완성적이고, 최적화된 해결방안을 얻기 위해 아이디어를 종합하라. • 여러 가지 아이디어를 통합, 종합하여 좀 더 완벽한 해결방안으로 • 긍정적인 태도를 유지하라 (비판적인 판단은 계속 유보) • 비판적인 판단은 아이디어의 판단의 단계에서 할 수 있음 • 계속해서 창의적이고 긍정적인 아이디어을 유지

창의적 아이디어 평가 과정: Task 1 • Task 1: 관련된 아이디어들을 여러 개의 범주(category)로 분류 • 아무리 많아도 7개 이하의 범주로 분류 할 것 • 범주가 너무 많을 때에는 계층적인 구조를 사용 • 메모지(아이디어 카드)의 사용이 도움을 줌 • 한 아이디어가 두 범주 이상에 포함될 때에는 모두 포함시킴 • 아이디어 분류 중 새로운 아이디어가 나오면 추가 • 범주제목이 잘 정해지지 않을 때에는 • 실행 어려움의 정도에 따른 분류도 가능 • 단순한 (저비용), 조금 복잡한 (비용이 좀 더 소요), 어려운 아이디어 (상당한 비용이 소모되는) 아이디어

창의적 아이디어 평가 과정: Task 2 • Task 2: 각 범주 내에서 양질의 아이디어를 도출해 낸다. • 분류 작업 후  각 범주에 대해 양질의 아이디어를 도출 • 각 범주에 대해서 팀별 작업이 가능함 • 범주내의 많은 아이디어와 단편적인 아이디어  • 아이디어의 추가, 수정, 편승, 조합, 종합 • 엉뚱한 아이디어를 발판으로 새로운 아이디어 창출 • 목표: 소수의 선별된 양질의 실용적인 아이디어

창의적 아이디어 평가 과정: Task 3 • Task 3: 범주간에 관련이 없는 아이디어의 억지 끼워 맞춤 • Task 2: 각 범주별로 개선된 아이디어의 창출 • 이 아이디어를 조합하여 좀 더 나은 아이디어 유도 • 목표: 수 개의 가능성 있는 후보를 만들어냄 • 어떤 아이디어를 선택할 지는 “아이디어의 판단” 단계에서

창의적 평가과정의 예: 계란 떨어뜨리기 문제 • 문제정의  아이디어 창출 (Brainstorming) • 얼린 계란, 스티로폼으로 감쌈, 낙하산 부착, 바닥에 매트리스, 계란을 풍선으로 감쌈, 물위에 떨어뜨림, 바닥에 낙엽, 두꺼운 스폰지, 주변을 진공상태, 달에 가서 한다, 1cm 위에서 떨어뜨림, 껍데기를 두껍고 단단하게, 밑에서 잡는다, 주위에 상승기류, 사람이 잡고 같이 떨어진다, 얇은 나무판으로 충격 완화 • Task 1: 분류 • 계란 자체 변형: 얼린 계란, 단단한 껍데기 • 계란에 뭔가 부착: 스티로폼, 낙하산, 풍선, 스폰지, 얇은 나무판 • 주변 환경 변형 • 바닥: 매트리스, 물, 낙엽 • 기기사용: 밑에서 잡음, 상승기류, 사람이 잡고 • 장소변경: 진공, 달, 1cm

창의적 평가과정의 예: 계란 떨어뜨리기 문제 • Task 2: 각 범주 내에서 양질의 아이디어를 도출해 낸다. • 계란 자체 변형: • 계란에 뭔가 부착: • 주변 환경 변형: • Task 3: 범주간에 관련이 없는 아이디어의 억지 끼워 맞춤 • 목표: 수개의 가능성 있는 후보를 만들어냄

창의적 문제 해결 과정 • 창의적으로 문제를 해결해 나가는 과정 • 문제 정의: 탐정, 탐험가의 마음 • 아이디어 창출: 예술가의 마음 • Brainstorming  수많은 아이디어들 • 창의적 평가: 엔지니어의 마음 • 아이디어의 후보들 • 아이디어 판단: 판사의 마음 • 퓨 방법 • 해결방안 실행

아이디어 판단: 판사의 마음 • 아이디어의 판단의 목표: Best Solution을 찾는 것 • 여러가지 아이디어의 후보들을 판단할 평가기준을 세움 • 평가기준에 따라 Best Solution을 찾음 • 판사의 마음 가짐: 비판과 공평 • 결점을 찾아내는 것은 누구라도 할 수 있음 • 아이디어에 들어 있는 긍정적인 면도 생각 • 판사의 임무 • 완벽하지 않아도 최상의 아이디어 찾기 • 판사의 마음은 창의적 문제해결의 마지막 단계에서 • 아이디어의 창출 및 창의적인 평가의 단계에서 판사의 마음을 가지면 아무 것도 하지 못함

비판적인 사고 (Critical Thinking) • 비판적 사고를 교육 받은 사람들의 특성 • 언론의 왜곡 가능성을 인식 • “틀림없는 사실이다. 왜냐하면 신문에서 보았기 때문에 …” • 현실 인식과 심리적 해석에서의 육체적 한계 (수면 부족 등) • 미국의 순양함이 여객기를 전투기로 오인하여 격추시킴 • 정신적 장애, 일반화, 잘못된 합리화를 인식 • 주위에 압력에 관계없이 균형 있는 판단 • 비판적인 학생 • “저 교수가 지금 거짓말을 하고 있는 것이 아닌가?” • 단순히 성격이 나쁜 학생하고는 다름

비판적인 사고의 개발 – Perry 4 Stage Model • Perry Model Stage 1: Authorities have the answer = What? • 규칙, 공식 등에만 의존해 답을 구함 • 세상을 Black or White 로 생각함 • Perry Model Stage 2: One’s own opinion is valuable = What else? • 규칙, 공식 등에 맹목적으로 의존하지 않음 • 한 문제에 대해 여러 가지 답의 존재 가능성을 인정 • Perry Model Stage 3: Connecting knowledge and people = Why? • 기준과 가치간의 관계를 이해 • 다른 사람들의 의견을 이해 • Perry Model Stage 4: Contextually appropriate decision and commitment = How? • 여러 가지 의견을 이해하고 판단할 수 있음

아이디어의 판단 • 판단 기준의 설정 • 아이디어를 선택하고 순위를 매김 • Timing, 위험, 편견 등을 고려 • 부족한 점 조사 및 결점 알아내기 • 보완하는 방안 찾기 • 최종 결정 내리기

판단 기준 목록 • 판단 기준 목록의 작성 • 어떤 문제 또는 결정에 영향을 미치는 모든 요인을 포함 • 목록의 작성: Brainstorming을 거쳐 만들 수 있음 • 취업시의 회사를 고르는 판단 기준 목록 • 월급, 기타 혜택, 개인적 성장, 지위, 흥미, 회사의 위치, … • 아이디어의 판단 기법 • 신속법: 투표에 의해 결정 (collective IQ에 의존) • 지지법: 아이디어별로 나누어 사람 할당  각각의 아이디어 지지 • 역브레인스토밍: 지지법의 반대 (Devil’s Advocate 사용) • 장점/단점 기법: 장점, 단점의 목록을 구함

장점/단점 기법 • 직업 선택을 위한 판단 기준 목록 및 장점/단점 행렬 • 장점(+), 단점 (0)로 표시 • 가중치의 사용 • 목록의 내용을 면밀히 분석 • 거지의 월급: 거지도 열심히 하면 돈을 많이 벌지 않을까?

최종 결정 내리기 • 최종적인 의사 결정 • 동전 던지기 • 손쉬운 해결법 (가장 실행하기 쉬운 방법을 선택) • 장점/단점 행렬 • 일반적 합의 • 타협 • 직관적 결정 • 최종선택시의 점검표 • 아이디어를 취합하면 좀 더 좋은 해결방안? • 여러 아이디어를 동시에 또는 연계적으로 실행 가능한가? • 설계목적을 잘 만족하고 있는가? 제약조건을 잘 만족하고 있는가? • 상위 후보 3개에 대한 실행시의 위험분석 • 비용/가치 분석

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