제품 개발과 열역학 중요성

제품 개발에 열역학은 얼마나 중요할까요? 현대 사회에서 쓰고 있는 기기들 대부분이 내부 동력으로 동작을 합니다. 어떤 형태로든 에너지를 전달받아 그것을 운동 에너지로 전환한다는 의미입니다. 모든 기기라고 하지는 않겠습니다. 왜냐하면 에너지를 받아 움직이는 것이 목적이 아닌 기기도 있기 때문입니다. 다시 대다수 에너지를 받아 동작하는 기기로 돌아오겠습니다. 그 기기들 대부분은 전기 에너지를 이용합니다. 전력을 직접 연결하든 내부 배터리를 이용하든 전기 에너지를 전환시켜 동작을 합니다. 내연기관을 가지고 있는 자동차도 내부에 배터리가 있습니다. 이 배터리로 시동을 걸고 다른 전자기기들을 동작 시킵니다. 가솔린이나 경유로 움직이는 자동차는 화석 에너지를 전기 에너지로 변화시켜 전자기기를 동작한다고 할 수 있습니다. 자동차도 여러 형태로 에너지를 전환하게 됩니다. 중요한 것은 에너지의 전환이 일어난다는 점입니다. 필요적으로 에너지의 전환이 발생할 때 손실이 발생합니다. 에너지 전환율이 백퍼센트가 아닙니다. 만약 백퍼센트 에너지 전환율을 갖는 장치를 만든다면 엄청난 돈을 벌 수 있을 것입니다. 현재 기술력의 한계는 에너지의 변환되면 손실은 필연적입니다. 기술력의 차이로 그 손실을 얼마나 최소로 할 수 있는지가 관건일 뿐입니다. 그렇다면 손실은 어떻게 되는 걸까요? 많은 경우 열의 형태로 나타납니다. 그 열이란 것은 제품 개발할 때 의도하지 않았던 부분입니다. 따라서 제품 성능에 저하를 가져올 수 있습니다. 여기서 열역학의 중요성이 나타납니다. 단지 제품 성능의 저하만 가져온다면 다행입니다. 그냥 고장이 난 것으로 생각하고 수리를 받든 버리고 새것을 사면 됩니다. 하지만 성능 저하가 아닌 사용자에게 해를 가할 수 있는 상황이 발생할 수 있습니다. 혹은 기기에 따라서 성능 저하가 치명적인 해를 가할 수 있는 상황을 만들기도 합니다. 예를 들어보겠습니다. 신차를 개발하였습니다. 성공적으로 런칭했습니다. 많은 차가 팔렸습니다. 그러나 치명적인 결함이 있었습니다. 엔진의 온도가 한없이 올라가는 문제입니다. 일반적으로 이런 일은 벌어지지 않습니다. 자동차 회사에서 많은 테스트를 거쳐 제품을 출시하니까요. 단지 예일뿐입니다. 다시 예로 돌아가겠습니다. 엔진 온도가 올라가면 내부에서 식혀주는 시스템이 있습니다. 이 시스템으로 인해 온도는 포화되게 됩니다. 포화라는 것은 일정 온도 이상 올라가지 않는 상태를 의미합니다. 이 온도가 포화가 되도록 설계를 해야 합니다. 그러나 개발 단계에서 어떤 문제가 있었는지 특정 조건에서 자동차 온도는 포화되지 않고 한없이 올라갑니다. 이렇게 될 경우 자동차는 탑승자에게 엄청난 피해를 입힐 수 있습니다. 이렇듯 제품에서 열 문제를 제대로 다루지 못한다면 치명적인 문제를 만들 수 있습니다. 이런 경우 제품의 신뢰성에 문제가 될 수 있습니다. 이런 류의 문제를 PL사고라고 합니다. Product Liability의 줄임말입니다. 이런 사고가 발생하면 제조사는 책임을 져야할 수 있습니다. 책임을 진다는 것은 금전적 손해를 의미하기도 하지만 대외적인 브랜드 실추가 더 클 수 있습니다. 따라서 어떤 제품이든 에너지를 사용하는 제품이라면 열 문제를 잘 다루어야 합니다. 제품 개발 과정에서 신뢰성 테스트를 합니다. 신뢰성 테스트란 것은 말 그대로 제품의 신뢰성이 있는지 확인하는 과정입니다. 이때 제품의 실사용환경에서 각종 테스트를 진행합니다. 말이 실사용환경이지 가능한 대부분 경우의 수를 고려합니다. 고려하려고 합니다. 이런 과정을 통해 출시된 제품도 시장에서 문제가 발생합니다. 그러면 문제된 환경을 분석하여 테스트에 추가하기도 합니다. 현재 눈 앞에 보이는 제품이 수많은 시행착오와 테스트를 거쳐서 여러분들 눈 앞에 있는 것이죠. 이런 일련의 과정을 거쳐도 문제가 발생합니다. 실제 제품 사용 환경이라는 것은 정말 수많은 변수가 있기 때문이죠. 수많은 제품을 출시하고 테스트를 한 회사가 있다고 가정하겠습니다. 이런 회사는 엄청난 양의 데이터를 갖고 있습니다. 이런 데이터를 이용하여 시뮬레이션을 돌릴 수 있습니다. 제품을 실제로 만들어 보기 전에 열 문제가 있는지 확인할 수 있는 것이죠. 이런 단계를 거치면 비용 측면에서 아주 유리합니다. 제품 양산을 하기 위해서 금형을 팝니다. 아무리 작은 금형이라도 최소 몇 백만원 합니다. 큰 금형이라면 억 단위이죠. 제품이 아니라 부품 하나 만드는 틀 가격을 말씀드리는 겁니다. 충분한 검증 없이 이렇게 비싼 틀을 만들 수는 없습니다. 그러면 금형을 만들기 전에 목업으로 시제품을 만듭니다. 이 목업도 적지 않은 비용이 듭니다. 충분한 데이터를 갖고 있는 기업이라면 목업 이전에 시뮬레이션으로 검증을 할 수 있습니다. 이렇게 한 번 검증을 거친 제품은 목업부터 만드는 제품과 품질의 차이가 있을 수밖에 없습니다. 이 시뮬레이션 과정에서 열역학이 아주 중요합니다. 시뮬레이션을 CAE라고 합니다. CAE를 설계하고 돌리는 엔지니어가 있습니다. 이 엔지니어들이 직접 수식을 계산하는 것은 아닙니다. CAE TOOL 자체에 열역학의 이론적 내용이 담겨 있습니다. 그 계산을 수없이 많이 돌려서 결과값을 나타내는 것이죠. 이렇듯 많은 양의 데이터를 가지고 있는 기업은 시뮬레이션의 정확도가 아주 높습니다. 그 시뮬레이션은 열역학 계산을 하는 것이죠. 제품을 만들기 전에 이러한 과정을 거친 제품이라면 시장에서 문제 발생할 확률이 적을 겁니다. 물론 이 과정을 거친다고 해도 문제가 발생하지 않는 것은 아닙니다. 그래도 확률을 많이 줄일 수 있습니다. 이 글을 읽으신 분들은 여러분 앞에 있는 제품이 여러가지 열역학적 고려가 있었다는 것을 생각하면 좋을 것 같네요.