[TRIZ] 물리적 모순의 해결(시간에 의한 분리) - 시계

  시계회사 엔지니어에게 가능한 한 배터리를 오래 사용할 수 있는 시계를 설계하라는 과제가 주어졌다. 현재 시계는 기계시계와 쿼츠식 전자시계의 두 종류가 있다. 전자시계는 가격도 싸고, 정확성도 뛰어나지만 1~2년에 한 번 정도 배터리를 교환해야 한다. 배터리를 교환하기 위해서는 시계의 뚜껑을 열어야 하고, 이 과정에서 밀봉에 훼손이 생겨 습기가 들어가거나 하여 시계의 수명을 단축하기 때문이다. 어떻게 하면 가능한 한 배터리의 수명을 늘릴 수 있을까?

1단계: 문제 정의

먼저 문제의 모순을 찾아본다. 문제가 배터리 교환에서 시작되니까 여기에서 시작하자. 여기에서 모순이 무엇일까?

시계의 배터리를 교환하는 목적은 배터리를 사용하면 안에 저장된 전기가 소모되어 지속적으로 전기를 공급할 수 없기 때문이다. 따라서 배터리를 교환하면 시계를 가동할 수 있는 장점이 얻어진다. 하지만 시계의 밀봉이 훼손된다는 단점이 발생한다. 반대로 배터리를 교환하지 않으면 배터리가 수명이 다할 때 시계가 정지한다는 단점이 생기지만 시계의 밀봉을 유지한다는 장점이 존재한다. 이것을 정리하면 다음과 같다.

	장점	단점
배터리 교환	시계 가동	시계의 밀봉 훼손
배터리 비교환	시계의 밀봉 유지	시계 정지

  따라서 모순은 뚜껑을 연다는 데에서도 발생한다. 따라서 뚜껑을 열지 않으면 시계의 밀봉은 훼손되지 않는다. 하지만 시계의 뚜껑을 열지 않으면 배터리를 교환할 수 없어 시계가 정지된다. 이것을 정리하면 표 2와 같다.

	장점	단점
뚜껑을 연다	배터리 교환	시계의 밀봉 훼손
뚜껑을 열지 않는다.	밀봉 유지	배터리 교환 불가

  이상처럼 하나의 문제에는 여러 종류의 모순이 존재한다. 그중에서 가장 문제의 본질에 접근하는 모순이 무엇인가를 발견하는 것이 가장 중요하다. 이것은 오랜 훈련을 통해서 얻어질 수 있다.

2단계: 문제 요소 분석

다음 단계로 문제를 분석한다. 문제는 요소 간에 일어나는 상호작용이다. 이 문제의 요소를 그리면 그림 1과 같다. 뚜껑은 케이스의 밀봉을 지켜주는 유익 작용을 한다. 케이스는 시계 부품들을 저장하고, 밀봉하는 유익작용을 한다. 하지만 배터리와 모터 간에는 모순이 존재한다. 배터리는 모터에게 동력을 주는 유익 작용을 하지만 배터리는 뚜껑을 열리게 만드는 유해작용을 하고 있다.

3단계: 문제 원인 분석

  다음에 그림을 보면서 문제의 원인을 분석한다. 원인 분석은 '원인-해답' 법을 사용하거나 ‘연관도’를 사용한다. 여기에서는 도표와 같이'원인-해답'법을 사용하도록 한다.  먼저 배터리를 교환하는 것이 문제의 원인이다.

 

왜 배터리를 교환해야 할까?

 

  그것은 배터리가 수명이 다했기 때문이다. 그렇다면 해결 방향은 배터리의 수명을 늘리는 것이다. 다음에 질문을 계속한다.

왜 배터리가 수명이 다했을까?

 

  물론 배터리는 자가방전이란 특성이 있어 사용하지 않아도 장시간이 되면 수명이 다한다. 하지만 시계에서는 배터리를 사용했기 때문이다. 그렇다면 해결 방향은 배터리를 사용하지 않는 것이 된다. 왜 배터리를 사용했을까? 그림을 보면 이해할 수 있다. 모터를 돌리기 위함이다. 따라서 문제의 해결 방향은 모터를 돌리지 않는 것이 된다.

 

왜 모터를 돌렸을까? 

 

  시곗바늘을 돌려 시간을 알려주기 위해서다. 그렇다면 시곗바늘을 돌리지 않는 것이 문제의 해결방향이 된다.

 

왜 시계 바늘을 돌렸을까?

 

  시곗바늘이지속적으로 돌아가지 않으면 당연히 시간이 맞지 않는다. (물론 시곗바늘이 정지해도 하루에 2번은 맞는다) 따라서 문제 해결 방향은 시곗바늘을 지속적으로 돌리지 않고도 시간을 알려주는 것이 된다.

 

  이런 식으로 계속 질문을 반복하고, 그 질문에 대한 해답을 생각하면서 문제의 원인이 무엇인가를 생각해 본다. 이것을 ‘원인-해답’ 법이라고 하고 이런 내용 들을 정리한 것이 아래 표이다. 문제가 주어지면 바로 해결에 들어가는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 문제 해결자가 문제를 잘못 볼 수가 있기 때문이다. 따라서 표 3처럼 원인-해답을 반복하면서 근본 문제가 무엇인가를 해석하는 것이 중요하다.

Why?	Answer	Way To Solve
배터리를 교환해야 한다.	배터리가 수명이 다했다.	배터리의 수명을 늘리는 방법의 모색
배터리의 수명이 다한 이유는?	배터리를 사용했다	배터리를 사용하지 않는 방법의 모색
배터리를 사용한 이유는?	모터를 돌리기 위해서	모터를 돌리지 않는 방법의 모색
모터를 돌리는 이유는?	시계바늘을 돌려 시간을 알려주기 위해서	시계바늘을 돌리지 않고 시간을 알리는 방법의 모색
시계바늘을 돌리는 이유는?	시계바늘이 움직여야 시간이 일치한다.	시계바늘을 돌리지 않고 시간을 일치하는 방법의 모색

4단계: 모순의 분리 및 해결

이상의 절차를 걸쳐 가장 정확한 물리적 모순이 무엇인가를 정의한다. 이 예제에서 가장 적합한 물리적 모순은 다음과 같다.

PC1: 시계의 배터리 수명을 늘리기 위해서, 모터는 돌아가지 않아야 한다.
PC2: 시간을 알려주기 위해서, 모터는 돌아가야 한다.

어떠한가? 물리적 모순의 특성을 충족하고 있는가? 돌아가야 한다와 돌아가지 않아야 한다는 완전히 상반되는 조건이다. 그리고 이것이 물리적 모순의 핵심이라고 할 수 있다. 실제로는 시간, 공간, 조건 등 모든 분리 방법을 검토해야 하지만 이 예제에서는 ‘시간에 의한 분리’ 만을 보기로 하자.

 

  시곗바늘이 돌아가는 목적은 무엇일까? 사람에게 시간을 알려주기 위해서이다. 그런데 사람들은 항상 시계를 보고 있을까? ‘예’라고 답할지 모르지만 사실이 아니다.

 

당신은 하루에 시계를 몇 번이나 보는가? 그 보는 시간을 전체 다 합치면 얼마나 될까? 사실 다 합쳐야 하루에 10분도 되지 않는다. 실제로 한 번에 시계를 보는 시간은 길어야 1~2초에 불과하기 때문이다. 그것을 다 합쳐도 하루에 10분이 되지 못한다. 따라서 시계의 모터는 하루에 10분만 움직이면 된다. 하지만 그래서는 시간이 당연히 맞지 않는다. 하지만 여기에 바로 해답이 숨어있다.

언제 시계가 움직이면 되는가? 시각을 볼 때만 움직이면 된다.

5단계: 모순 해결 방법 탐색

  그러면 어떻게 시간을 볼 때만 모터가 움직이되, 시간을 정확하게 알려줄 수 있는가? 이 모순 문제를 해결한 것이 세이코의 키네틱 오토 릴레이(kinetic autorelay)라는 시계이다. 이것은 손목의 움직임으로 인해 시계 내부의 반원형 회전추가 회전하면서 스스로 전력을 발전하여 구동되는 전자 쿼츠 시계이다.

 

  또한 전력소비를 최소화시키기 위해 만약 72시간 동안 착용하지 않으면 자동적으로 시계가 멈추게 된다. 그러나 다시 착용하기 위해 움직이는 순간, 이를 감지하여 사진과 같이 순간적으로 시침과 분침, 초침이 현재의 정확한 시각으로 고속을 움직여 자동 설정된다. 이는 시계 내부에 내장된 마이크로 컴퓨터에 기억장치가 있어 비록 시계는 정지상태였다 하더라도 최소한의 전력으로 시간을 기억하고 있었기 때문이다. 완전 충전 시 최장 4년이라는 장시간 정지된 상태에서도 2～3초 간만 흔들어 주면 자동적으로 정확한 시간을 찾아간다.

  따라서 이 예제에서 모순의 분리는 시간에 의해 해결되었다. 즉 시계를 보지 않을 때는 모터가 정지하고, 시계를 볼 때만 모터가 가동함으로써 배터리의 수명을 최대한 늘린 것이다. 이 예제는 배터리를 안에 집어넣은 것이 모순의 원인이기도 하다. 예를 들면 스와치 시계의 경우 방법을 바꿈으로써 이 모순을 해결했다. 즉 발명원리 2번 추출을 이용해 배터리를 시계 케이스 밖으로 꺼낸 것이다. 사진에서 보이는 것처럼 시계 뚜껑에 배터리를 설치해 시계 뚜껑을 열지 않고 배터리를 교환할 수 있도록 했다.