열역학 고려 제품 개발 과정

열역학적 고려가 필요한 제품 개발 과정을 설명하겠습니다.

제품을 개발한다고 가정하겠습니다. 그리고 그 제품이 열역학적 고려가 필요하다고 하겠습니다. 열역학적 고려가 필요하다는 의미는 제품에 발열이 있다는 의미입니다. 제품에 발열이 있다는 것은 기능과 상관이 없는 혹은 제품 성능에 영향을 미칠 수 있는 정도의 열이 난다는 의미입니다. 즉 제품이 출시되었을 때 열 관련 문제가 없도록 개발이 되어야 합니다. 이런 제품을 개발한다고 했을 때 열역학적 고려가 제품 개발 과정 중에 어떻게 영향을 미치는지 알아보겠습니다. 기구 엔지니어가 설계가 필요합니다. 사람이 만지는 제품이라면 형상이 있습니다. 그렇다면 기구 엔지니어가 설계를 한다는 의미입니다.

제품의 사양이 정해졌을 겁니다.

필요한 사양을 구현하기 위한 기구 엔지니어의 설계가 시작됩니다. 제품 개발을 오랫동안 한 회사라면 회사에 많은 데이터가 축적되어 있습니다. 그 축적된 데이터를 기반으로 신제품을 설계하면 됩니다. 그 의미는 기구 엔지니어가 모든 형상을 처음부터 설계할 필요가 없다는 의미입니다. 신규 부품의 설계를 처음부터 할 필요가 없다는 의미는 아닙니다. 설계 사상을 새롭게 고민할 필요가 없다는 의미입니다. 이 말이 추상적일 수 있습니다. 예를 들어 보겠습니다. 특정 제품에는 특정 결합 구조가 필요합니다. 이 결합 구조의 콘셉트를 생각해야 합니다. 많은 제품을 출시한 경험이 있는 회사라면 이 결합 구조에 대한 콘셉트를 갖고 있습니다. 다양한 경우의 콘셉트를 확보하고 있기 때문에 제품 사양에 따라 선택해서 사용하면 됩니다. 기구 엔지니어는 이런 콘셉트를 고민할 필요가 없다는 의미입니다. 기존에 검증된 콘셉트를 신제품에 적용하면 됩니다. 이런 식으로 설계를 시작합니다.

그리고 열역학적 고려가 필요한 부분도 설계를 합니다.

발열이 많이 나는 위치를 알고 있습니다. 그 위치 주변부 부품은 특히나 많은 고려를 해야 합니다. 출시된 제품이 과도한 열이 발생할 수 있습니다. 예측하지 못한 오동작으로 온도가 많이 올라가게 될 경우가 있습니다. 당연히 그런 일이 발생하면 안 됩니다. 하지만 그런 가능성도 고려를 해야 합니다. 그럴 경우 난연 부품으로 발열부 주변을 감싸야합니다. 기구 엔지니어는 어느 위치에 어떤 재질을 사용해야 할지 고려해서 설계를 합니다. 열역학적 고려가 설계 단계부터 적용이 되는 것입니다. 숙련된 엔지니어라면 모든 위험을 사전에 알 수 있습니다. 설계에 그런 위험을 낮출 수 있도록 반영을 할 것입니다.

경험이 없는 엔지니어는 걱정할 필요가 없습니다.

체계가 어느 정도 잡힌 회사라면 선배 혹은 숙련된 엔지니어가 설계를 검토할 것입니다. 그리고 어느 정도 설계가 끝나고 나면 설계 리뷰를 합니다. 설계 문제점을 검토할 겁니다. 이후에도 많은 검토 단계가 있기 때문에 처음부터 모든 것을 완벽히 하려는 강박을 가질 필요는 없습니다. 단 문제를 알고 있다면 수정하는 것이 맞으나 있지도 않은 모든 문제를 찾겠다고 덤비는 것은 적절하지 않습니다. 짧은 기간 개발을 하는 것이 아니기 때문에 지칠 수 있습니다. 이렇게 설계가 어느 정도 마무리되었습니다. 그렇다면 이제 해석 엔지니어가 관여를 할 차례입니다. 엔지니어들이 손으로 계산하지는 않지만 컴퓨터가 대신 계산을 합니다. 제품을 가동하는 동안 열이 어떻게 날 것이며 그 열이 어느 부위에 영향을 미치는지 계산을 하는 과정입니다. 지속적으로 동작을 할 경우 열이 어느 정도 올라갈지 계산을 할 수 있습니다. 컴퓨터로 해석을 하는 과정 중에 열역학 수식이 적용되어 열전달을 예측하는 겁니다. 이 결괏값으로 엔지니어들끼리 회의를 합니다. 이 정도 값이 나왔으니 문제없이 과제를 진행하자 혹은 이 정도 값은 문제가 될 수 있다. 온도를 낮출 방법을 찾아보자 회의를 합니다. 그래서 아이디어를 도출합니다. 아이디어를 적용해서 온도가 낮아지는지 추가 회의를 합니다. 이런 식으로 적절한 설계 사양을 찾을 때까지 검토를 진행합니다. 적절한 답을 찾았다고 생각하면 과제를 진행합니다.

그래서 실제 제품을 만들어 봅니다.

이때는 금형을 만들어서 실제 양산과 같이 만드는 것이 아닙니다. 시제품 프로토타입 혹은 목업이라는 제품을 만들어 봅니다. 만들어진 시제품으로 성능 테스트를 합니다. 성능 테스트 중에 온도 실측 테스트도 포함됩니다. 해석 결과는 문제가 없었으나 실제 제품은 어떤 결괏값을 갖는지 확인하는 과정입니다. 제품 개발의 역사가 오래된 회사라면 이 실측치와 해석치와 차이가 거의 없습니다. 많은 데이터 축적으로 해석 결과를 보정합니다. 그래서 다음번 해석에는 더욱 정확해집니다. 제품 실측 결과가 문제가 없다면 정말 행복할 것입니다. 하지만 제품 개발 과정이라는 것이 쉽지 않습니다. 인생도 마찬가지이지만 항상 예상하지 못한 문제가 발생하기 마련입니다. 해석 결과로는 아무 문제가 없더라도 실측 결과는 그렇지 않을 수 있습니다. 안 좋은 결과를 확인했으면 이제 문제를 해결해야 합니다. 온도를 낮출 아이디어를 찾습니다. 적용하여 실제로 온도가 떨어지는지를 확인합니다. 이 과정을 반복합니다. 그래서 문제가 해결되었다고 판단되면 과제를 계속 진행합니다. 지금까지 말씀드리면서 한 가지 과정이 지나면 다음 과정으로 넘어간 것처럼 표현하였습니다. 즉 이것 때문에 다른 것들도 같이 멈추어져 있다고 생각하실 수 있습니다. 이 검증과 병행하여 다른 것들도 같이 움직입니다. 다른 것들과 같이 일정에 맞추어 움직여야 합니다. 다른 검토와 문제점은 해결되었는데 이것만 해결되지 않았다면 이것 때문에 과제가 지연되는 것입니다. 따라서 문제가 없도록 미리미리 검토하고 일정에 맞게 움직여야 합니다. 정리해보면 설계 단계부터 열역학적 고려가 시작됩니다. 그리고 해석 검증과 실측 검증까지 진행이 되는 것입니다.