제품 실험실

실험실 사용법

실험실에 놓인 물건은 이 책 내내 다룬 가상의 클립형 독서등 「E 라이트」다. 책 표지나 침대 머리판을 무는 클립, 충전지와 기판을 담은 몸통, 관절 두 개로 꺾이는 목, LED와 확산판을 품은 등머리로 되어 있다. 치수와 무게, 손과 스프링, 재료와 공정의 값은 앞 장들에서 정한 것을 그대로 가져왔다(2장, 4장, 5장, 7장, 8장, 11장). 계산식도 그 장들의 모형을 그대로 썼다. 새로 만든 것은 그 모형들을 서로 잇는 줄이다.

그림 1은 그 줄을 그린 것이다. 왼쪽은 디자이너가 손으로 움직이는 결정, 오른쪽은 요구 조건표(1장)의 항목이다. 결정 하나에서 나가는 선이 여럿이고, 조건 하나로 들어오는 선도 여럿이다. 특히 굵은 선은 따로 정할 때 놓치기 쉬운 연결이다. 살두께는 "만들기"의 결정이지만 무게를 거쳐 넘어짐 각까지 바꾸고, 충전지 교체 구조는 "쓰임"의 결정이지만 원가에도 들어간다.

실험실은 앞에서부터 패널을 하나씩 열고, 마지막 절에서 모든 손잡이를 한 화면에 모은다. 첫 패널은 도면이다. 숫자를 저울에 올리기 전에, 장마다 적은 숫자가 한 도면 안에서 서로 맞는지부터 본다.

도면 대조: 열두 장의 값을 한 장에

제품 개발은 여러 달에 걸쳐 여러 사람이 숫자를 고친다. 7월의 스케치에 적은 치수가 8월의 계산에서 바뀌고, 9월의 금형 검토에서 또 바뀐다. 바뀐 숫자가 모든 문서에 고루 반영되지 않으면, 공장은 옛 숫자로 금형을 깎는다. 그래서 양산 전에 하는 첫 일은 도면 대조(Drawing reconciliation)다. 지금까지 적힌 모든 치수를 한 표에 모으고, 같은 항목에 숫자가 둘 이상이면 어느 것이 최종인지, 왜 그런지를 적는 일이다.

아래 패널은 서윤의 독서등을 두 벌의 숫자로 그린다. "2장 첫 3면도"는 7월의 우드락 모형에서 잰 값(목 약 120 mm, 등머리 72 mm)이고, "최종 도면"은 그 뒤의 장들을 거친 값이다. 투시 보기에서는 캔버스를 끌어 돌려 보고, "3면도"를 누르면 2장에서 배운 제3각법 배치로 바뀐다. "분해"를 켜면 9장에서 일곱 개로 줄인 몸통 부품과 클립, 목, 등머리가 위아래로 떨어진다.

두 벌의 숫자는 겉보기에 별 차이가 없다. 목이 손가락 한 마디쯤 길고, 등머리가 엄지손톱 하나만큼 길 뿐이다. 그러나 이 책의 모델로 계산하면 2장의 숫자로는 무게가 82.0 g이고, 등머리를 앞으로 뻗으면 무게중심이 받침 끝보다 4.0 mm 바깥으로 나가 책상에 세우자마자 넘어진다. 이 값들은 4장에서 이미 고쳤지만, 2장의 3면도 파일은 그대로 남아 있었다. 금형 공장에 보낸 것이 어느 파일이었는지 확인하는 일이 도면 대조의 핵심이다.

마지막 줄이 흥미롭다. 무게는 장마다 다른 방식으로 어림되었다. 각 장이 자기 질문에 필요한 만큼만 계산했기 때문이다. 7장은 재료끼리 비교하려고 나머지 부품을 한 덩어리로 두었고, 4장은 무게중심을 보려고 부품을 자리마다 나누었다. 방식은 달라도 같은 부품 목록에서 나온 어림이라 두 값은 78 g에서 만난다. 양산 전 점검은 이런 어림들을 하나의 표로 다시 묶는 일이기도 하다.

숫자만이 아니라 모양도 대조해 본다. 그림 2는 7월 3일에 서윤이 태블릿으로 그려 온 옆모습과, 석 달 뒤의 최종 도면을 같은 축척으로 겹쳐 놓았다. 경계선을 끌어 비교한다. 바탕의 칸은 10 mm다.

등머리 길이 하나가 바꾸는 것

도면 대조에서 가장 크게 어긋난 값은 등머리 길이였다. 72 mm와 60 mm 사이에서 무엇이 달라지는지 하나만 움직여 본다. 4장에서 배운 넘어짐 조건을 다시 쓰면, 책상 위에 선 독서등은 무게중심에서 내린 연직선이 받침 안에 떨어지는 동안 버틴다. 책상이 기울어도 버티는 각, 곧 넘어짐 각(Tipping angle)은

등머리는 받침 끝에서 가장 먼 부품이다. 길어지면 무거워지고, 그 무게가 받침 밖 먼 자리에 얹힌다. 아래 패널은 목을 앞으로 수평으로 뻗은, 가장 넘어지기 쉬운 자세를 옆에서 본 것이다. 등머리 앞끝의 손잡이를 끌거나 슬라이더로 길이를 바꾼다. 아래 막대는 부품별 무게다.

72 mm 쪽에도 이유는 있었다. 7월에 도경은 등이 책 위로 넘어와야 위쪽 줄까지 밝다고 했고, 긴 등머리는 빛을 더 넓게 편다. 그러나 이 모델에서는 그 몇 밀리미터가 무게 목표와 넘어짐 기준을 함께 넘는다. 둘 다 지키면서 등머리를 72 mm로 하려면 받침을 늘리거나 목을 줄여야 하고, 그러면 다시 클립이 커지거나 책 위로 넘어오는 거리가 줄어든다. 결정 하나를 고치면 다른 결정이 따라 움직인다. 그림 1의 그물을 실제로 따라간 것이다.

손 패널: 설계 창 안에 점 찍기

5장에서 서윤은 클립을 손이 작은 쪽에 맞추었다. 여는 힘과 손가락 벌림은 작은 손(5퍼센타일 안팎)이 견딜 수 있어야 하고, 책 표지는 단단히 물어야 한다. 이 세 조건은 손잡이 길이와 스프링 세기라는 두 결정에 묶여 있다. 손잡이가 길면 지렛대가 길어 여는 힘은 줄지만, 같은 각도로 열 때 손가락을 더 벌려야 한다. 스프링이 세면 잘 물지만 열기 힘들다.

두 결정을 가로·세로축으로 놓으면 조건마다 넘지 말아야 할 경계선이 생기고, 세 경계선 안쪽에 남는 영역이 설계 창(Design window)이다. 아래 지도에서 점을 끌어 손잡이 길이와 스프링 세기를 고른다. 색이 칠해진 곳은 조건 하나 이상을 어긴 곳이고, 초록 테두리 안이 창이다.

창 안의 점은 어디든 조건을 지킨다. 그런데 서윤은 창의 가운데가 아니라 왼쪽 끝 가까이를 골랐다. 손잡이가 길수록 열기는 쉽지만 클립이 받침 뒤로 삐져나와 옆모습이 둔해지고, 손잡이가 30 mm(받침의 절반)를 넘으면 접은 길이도 늘어난다. 창은 "해도 되는 곳"을 알려 줄 뿐이고, 그 안에서 어디를 고를지는 다른 조건, 곧 형태와 상자 크기가 정한다. 실험실의 마지막 절에서 손잡이 길이를 끌면 접은 길이가 함께 움직이는 것을 볼 수 있다.

두께 패널: 2 mm의 이유

살두께는 무게를 줄이고 싶을 때 가장 먼저 손이 가는 숫자다. 몸통과 등머리 껍데기의 무게는 살두께에 정비례한다. 그런데 7장에서 보았듯 판이 휘지 않으려는 힘(굽힘 강성)은 두께의 세제곱에 비례한다. 두께를 10% 줄이면 무게는 10% 줄지만 강성은 27% 준다. 8장에서 본 사출 성형의 사정도 있다. 살이 두꺼우면 식는 데 오래 걸려(냉각 시간은 대략 두께의 제곱에 비례한다) 한 번 찍는 값이 오르고 싱크가 생기며, 너무 얇으면 녹은 수지가 끝까지 흘러가지 못해 덜 채워진다.

아래 패널은 살두께 하나와 재료 하나를 움직인다. 위의 그림은 몸통 벽의 단면으로, 리브(살두께의 절반)와 그 반대편 겉면을 보여 준다. 아래의 네 막대가 독서등 전체 무게, 몸통의 상대 강성, 냉각 시간, 사출 한 벌 값이다.

2 mm는 우연히 고른 숫자가 아니다. 무게 목표 안에 들고, 손에 쥐어도 눌리지 않고, 금형이 무리 없이 채우고 식힐 수 있는 좁은 띠 안에 있다. 무게가 모자랄 때 살두께를 깎는 것은 가장 쉬운 방법이지만 가장 비싼 방법일 수 있다. 실험실에서 무게를 줄이고 싶다면 살두께보다 먼저 등머리 길이나 클립을 보는 편이 낫다.

수량과 원가: 금형값을 몇 개로 나누나

지금까지의 조건은 모두 맞았다. 마지막으로 원가를 본다. 1장의 요구 조건표는 포장 포함 제조 원가를 개당 1만 2천 원 이하로 잡았다. 개당 원가는 수량과 상관없이 한 번 드는 고정비(Fixed cost)와 한 개마다 드는 변동비(Variable cost)로 나눌 수 있다. 금형값은 대표적인 고정비이고, 사출·부품·조립·포장은 변동비다.

이 책의 가상 견적으로 넣어 보면 500개에서 알루미늄 간이 금형 400만 원은 한 개에 8,000원씩 얹힌다. 사출 한 벌 1,200원에 나머지가 5,711원(전자 부품 2,400원, 충전지 팩 1,600원, 스프링·핀·와셔·나사 450원, 조립·검사·포장 작업 74초에 411원, 종이 상자와 받침 850원)이고, 불량 3%를 더하면 15,358원이다. 목표보다 3,358원, 28% 많다. 아래 패널에서 수량을 끌어 공정별 곡선을 비교한다. 오른쪽 막대는 고른 공정의 원가 구성이다.

원가가 목표를 넘은 까닭은 디자인이 사치스러워서가 아니라 수량이 적어서다. 500개라는 숫자는 10주년이라는 사건이 정했고, 그 수량에서 금형은 비싼 고정비다. 이 사정은 산업디자인의 역사만큼 오래되었다. 그림 3의 설탕 그릇은 19세기 미국에서 녹은 유리를 쇠틀에 눌러 찍은 프레스 유리(Pressed glass)다(12장). 쇠틀은 비쌌지만 한 번 깎으면 수없이 찍을 수 있어서, 손으로 깎던 커트 유리의 무늬를 훨씬 싼 값에 많은 집의 식탁에 올렸다. 틀값을 많은 개수로 나눌 수 있을 때 같은 무늬가 싸진다는 원리는 지금의 사출 금형과 같다.

1년당 값: 오래 쓰는 물건의 셈

원가와 판매가는 산 날의 숫자다. 책방 주인이 처음부터 한 말, "선물이 서랍에 들어가면 안 돼요. 오래 써야지"는 다른 숫자를 가리킨다. 손님이 낸 값을 그 물건을 쓴 햇수로 나눈 값, 곧 쓰는 1년당 값이다. 11장의 모형으로 하루 1.5시간 쓰면 충전지는 약 2.7년에 처음 용량의 80%로 떨어지고, 그다음으로 약한 목 관절은 약 8.2년을 버틴다. 충전지를 갈 수 없으면 물건의 수명은 충전지의 수명이다.

아래 패널은 같은 3만 원짜리 등을 두 구조로 쓸 때 누적해서 쓰는 돈을 그린다. 충전지를 갈 수 없는 구조는 충전지가 닳을 때마다 등을 새로 사야 하고, 갈 수 있는 구조는 충전지 팩만 산다. 하루 사용 시간과 교체 충전지 값을 움직여 본다.

원가표에서는 충전지 교체 구조가 개당 180원을 더 쓰는 항목이었다. 1년당 값으로 보면 손님의 지출을 절반 아래로 줄이는 구조다. 같은 결정이 어느 숫자로 보느냐에 따라 비용이 되기도 하고 절약이 되기도 한다. 그래서 실험실의 원가 칸 옆에는 수명 칸을 함께 둔다.

종합 실험실

모든 손잡이를 한 화면에 모았다. 위쪽 그림은 목을 앞으로 뻗은 독서등의 옆모습이고, 등머리 가운데(목 길이), 등머리 앞끝(등머리 길이), 받침 앞끝(받침 길이), 클립 손잡이 끝(손잡이 길이)을 끌 수 있다. 아래는 요구 조건 열두 줄의 점검표로, 막대의 세로 눈금이 기준이고 초록은 통과, 빨강은 미달이다. 단추로 서윤의 선택과 다른 선택지 네 가지를 불러온다. 맨 아래 메모 칸에 지금 설계의 값이 정리된다.

"가장 싸게"는 이 실험실에서 가장 많이 배우는 단추다. 재료를 싼 PP로 바꾸고, 벽을 얇게 하고, 충전지를 납땜해도 개당 원가는 15,358원에서 14,950원으로 3%도 줄지 않는다. 원가의 절반 넘게가 금형 몫이고, 그것은 디자인이 아니라 수량이 정하기 때문이다. 대신 잃는 것은 손에 쥐는 몸통의 단단함과 수명이다. 원가를 줄이고 싶을 때 가장 먼저 해야 할 일은 어느 칸이 원가를 만드는지 보는 것이다. 막대의 가장 큰 덩어리가 아닌 곳을 깎으면, 아낀 돈보다 잃는 것이 크다.

반대로 규칙을 일부러 어기는 선택도 있다. 요구 조건표는 의뢰 첫 주에 쓴 숫자이고, 석 달 동안 배운 것이 그 숫자보다 나을 수 있다. 무게 80 g은 침대 머리판에서 클립이 처지지 않는 한계였지만, 원가 1만 2천 원은 수량을 정하기 전의 어림이었다. 모든 줄을 초록으로 만드는 것이 목표가 아니라, 빨간 줄이 왜 빨간지 알고 그것을 누가 어떻게 받아들일지 정하는 것이 실험실의 목표다.

서윤의 여름 제품 노트