기술혁신 실패는 기술 자체의 문제만으로 발생하지 않는다.
기술개발은 새로운 성능을 구현하는 활동만을 의미하지 않는다. 기존 제품과 동일한 요구성능을 유지하면서 구조를 단순화하거나 부품 수를 줄이고, 소재와 제조공정을 변경하여 제작원가를 낮추는 개발도 있다. Design-to-Cost와 Value Engineering이 대표적인 접근이다. 반대로 성능을 높였더라도 추가 성능이 고객에게 필요한 가치로 연결되지 않으면 개발의 성과가 제한될 수 있다.
따라서 기술혁신의 성공과 실패를 성능 향상 여부만으로 판단하기는 어렵다. 개발의 목적은 제품과 공정에 따라 다르다. 성능, 원가, 품질, 신뢰성, 생산성, 유지보수성, 에너지 사용량, 기능과 사용성 가운데 하나 또는 여러 항목을 개선하는 것이 목표가 될 수 있다.
OECD의 『Oslo Manual 2018』은 혁신을 기존 제품이나 프로세스와 유의미하게 다른 새로운 또는 개선된 제품·프로세스가 실제 시장에 도입되거나 사용된 경우로 정의한다. 또한 혁신활동에는 개발활동뿐 아니라 재무·상업 활동이 포함되며, 진행 중이거나 연기·중단될 수도 있다고 설명한다. 이 기준은 기술개발 결과와 실제 혁신성과를 구분하는 데 참고할 수 있다.
기술혁신이 중단되는 이유도 하나로 설명하기 어렵다. 기술개발 목표를 잘못 정할 수 있고, 필요한 연관기술을 사전에 파악하지 못할 수도 있다. 실험실에서는 구현된 기술이 실제 규모에서 재현되지 않거나, 개별 부품은 성공했지만 시스템 통합에서 문제가 생길 수 있다. 개발이 진행되면서 원가와 투자규모가 예상보다 커지거나, 완성된 제품이 시장에서 선택되지 않을 수도 있다.
이 글에서는 특정 산업이나 기술유형을 기준으로 분류하지 않는다. 산업마다 기술의 구조와 개발방식이 다르기 때문이다. 대신 기술개발 과정에서 비교적 공통적으로 나타나는 속성을 기준으로 실패원인을 살펴본다. 이를 위해 기술개발 목표와 가치의 정합성, 기술의 완결성, Scale-up 가능성, 시스템 통합과 신뢰성, 경제성과 투자 가능성, 시장 수용성이라는 여섯 가지 관점을 사용한다.
이 여섯 가지는 확정된 이론으로 제시하는 것이 아니다. OECD의 혁신활동과 혁신장벽, NASA와 미국 GAO의 기술성숙도 개념, DOE의 기술사업화 과정과 여러 산업의 기술개발 사례를 바탕으로 기술혁신 실패를 분석하기 위해 구성한 개념적 분석틀이다.
목차
1. 기술개발 목표가 실제 가치와 맞지 않을 수 있다
기술개발의 첫 단계에서는 무엇을 개선할 것인지 정한다. 이 단계에서 목표를 잘못 설정하면 이후 개발이 계획대로 진행되더라도 기대한 성과를 얻기 어렵다.
대표적인 경우가 Over-spec이다. 고객이 요구하는 수준을 넘어 성능을 높이기 위해 고가 소재나 복잡한 구조를 적용하면 개발난도와 제조원가가 함께 높아질 수 있다. 추가 성능이 고객의 운전비 절감, 생산성 향상, 위험 감소와 같은 가치로 연결되지 않는다면 고객이 높은 가격을 지불할 이유도 줄어든다.
반대 방향의 기술혁신도 가능하다. 기존 제품의 요구성능과 신뢰성을 유지하면서 구조를 단순화하고 부품 수와 제작공수를 줄이는 Design-to-Cost는 원가경쟁력을 높이는 기술개발 방식이다. 이 경우 기술적 성능의 증가가 없어도 설계와 제조방법의 변경을 통해 제품과 생산 프로세스가 개선될 수 있다.
따라서 개발목표를 정할 때에는 성능을 얼마나 높일 것인가보다 무엇을 개선해야 제품과 고객의 가치가 커지는지를 먼저 확인할 필요가 있다. 성능, 원가, 신뢰성, 유지보수성, 생산성 가운데 어느 항목이 경쟁력을 좌우하는지는 제품과 시장에 따라 다르다.
기술개발에서는 기술적 목표의 달성뿐 아니라 개발목표와 해결하려는 문제의 일치 여부도 중요하다. 목표를 잘못 설정하면 개발에 성공하더라도 제품의 경쟁력 향상으로 이어지지 않을 수 있다.
2. 핵심기술을 확보해도 필요한 기술이 완결되지 않을 수 있다
제품이나 시스템은 하나의 기술만으로 구성되지 않는 경우가 많다. 개발 초기에는 핵심기술에 관심이 집중되지만 실제 제품으로 구현하는 과정에서는 소재, 가공, 접합, 제어, 검사, 소프트웨어, 인증 등 여러 연관기술이 필요할 수 있다.
미국 GAO의 Technology Readiness Assessment Guide는 대형 시스템 개발에서 중요한 기술을 먼저 식별하고, 각 기술이 실제 적용에 필요한 수준까지 성숙했는지를 평가하도록 제시한다. 개별 핵심기술의 성숙도가 충분하지 않으면 이후 시스템 통합 과정에서 추가 개발과 시험이 필요해지고 일정과 비용에 영향을 줄 수 있다.
A-USC 발전설비 개발은 핵심기술과 연관기술의 관계를 보여주는 사례다. 미국 DOE와 NETL은 고온·고압 조건에 필요한 니켈계 초합금 개발과 함께 상용규모 부품의 제작, 용접과 설치, 수명평가와 장기 신뢰성 검증을 추진했다. 고온소재의 확보만으로 발전설비가 완성되는 것이 아니라 실제 부품으로 제작하고 시스템에 적용하기 위한 연관기술이 함께 확보되어야 하기 때문이다.
이 사례는 핵심 소재기술의 확보와 전체 기술체계의 완성이 서로 다른 문제임을 보여준다. 목표제품에 반드시 필요한 기술 가운데 하나가 해결되지 않으면 다른 기술의 개발성과가 충분하더라도 전체 개발은 지연될 수 있다.
개발 초기에는 핵심기술뿐 아니라 연관기술을 함께 파악할 필요가 있다. Technology Map, 기능분해, 인터페이스 분석 등을 통해 확보된 기술, 외부에서 조달할 기술, 추가 개발이 필요한 기술과 핵심 병목기술을 구분하는 방법이 유용하다.
3. 개발 규모가 커지면 새로운 기술문제가 발생할 수 있다
기술개발은 일반적으로 시험, 시제품, Pilot, 실증, 생산 단계로 규모를 확대해 간다. 이 과정에서 앞 단계에서 확인하지 못했던 기술문제가 나타날 수 있다. 따라서 Scale-up은 단순히 설비의 크기나 생산량을 늘리는 과정으로 보기 어렵다.
개발 규모가 커지면 공정조건과 운전조건도 달라질 수 있다. 소재의 균일성, 열과 물질전달, 제조공차, 공정제어, 생산수율과 품질관리 조건이 달라지고, 소규모 시험에서 확보한 성능이나 품질을 동일하게 유지하기 어려운 경우도 발생한다. 제품과 공정의 특성에 따라 Scale-up 과정에서 새롭게 해결해야 할 기술과제가 생기는 이유다.
바이오·의약품 제조는 이러한 특성을 비교적 분명하게 보여준다. 미국 FDA의 Process Validation: General Principles and Practices는 개발과 Scale-up 과정에서 축적한 지식을 바탕으로 상업생산 공정을 설계하고, 실제 생산공정에서 요구되는 품질의 제품을 지속적으로 생산할 수 있는지를 검증하도록 한다. 개발단계에서 확인한 공정조건을 상업생산 규모에 그대로 적용하는 것만으로는 충분하지 않기 때문이다.
이러한 문제는 바이오·의약품에 한정되지 않는다. 소재개발에서는 소규모 시험편에서 확보한 물성이 대형 소재에서도 균일하게 나타나는지 확인해야 한다. 반도체에서는 공정조건의 미세한 변화가 수율과 생산원가에 영향을 줄 수 있다. 대형 기계·에너지 설비에서는 크기가 증가하면서 하중, 열변형, 진동, 제조공차뿐 아니라 운송과 설치조건까지 달라질 수 있다.
따라서 Scale-up 단계에서는 목표성능의 구현 여부와 함께 실제 규모에서의 재현성, 제조 가능성, 품질과 수율을 확인할 필요가 있다. 이 과정에서 문제가 발견되면 소재, 구조, 제조공정이나 운전조건을 다시 조정해야 할 수 있다.
Scale-up에서 필요한 기술적 조건을 충분히 확인하지 않고 다음 단계로 진행하면 이후 실증이나 생산단계에서 설계변경이 발생할 수 있다. 개발 초기부터 규모 확대에 따라 달라질 조건을 파악하고 단계적으로 검증하는 것이 필요한 이유다.
4. 개별 기술은 시스템 적용 과정에서 추가 검증이 필요하다
제품이나 설비가 여러 부품과 기술로 구성되는 경우에는 개별 기술의 성능뿐 아니라 기술 간의 연결과 시스템 전체의 성능을 함께 확인해야 한다. 개별 부품이나 기술이 시험조건에서 목표성능을 충족하더라도 다른 부품과 결합하면 새로운 문제가 나타날 수 있다.
시스템 통합 과정에서는 부품 간 인터페이스, 제어조건, 열관리, 진동, 부하변동과 실제 운전환경 등이 영향을 미친다. 한 부품의 설계변경이 다른 부품의 운전조건을 바꿀 수도 있다. 따라서 개별 기술의 성능을 확인하는 시험과 시스템에 적용한 상태에서 수행하는 검증은 목적이 다르다.
대형 발전설비가 대표적인 사례다. 가스터빈의 고온부품이 목표한 내열성능을 확보하더라도 실제 가스터빈의 출력과 효율, 수명은 해당 부품 하나로 결정되지 않는다. 압축기, 연소기, 터빈, 냉각계통과 제어시스템이 함께 작동하며 각 구성요소의 운전조건도 서로 영향을 준다. 고온화에 따라 냉각공기의 사용량이 증가하거나 연소조건이 달라지면 개별 부품의 성능개선 효과가 시스템 전체에서 다르게 나타날 수 있다.
소프트웨어와 AI 시스템에서도 유사한 문제가 발생한다. 개발환경에서 목표한 정확도나 처리성능을 확보한 모델도 실제 시스템에 적용하면 데이터 형식과 품질, 기존 시스템과의 인터페이스, 처리속도, 보안, 장애 대응과 운영조건을 함께 검증해야 한다. 개별 모델의 성능과 실제 서비스의 성능을 동일하게 보기 어려운 이유다.
NASA의 Technology Readiness Levels도 실험실에서 구성요소를 검증하는 단계와 관련 환경에서 기술을 검증하는 단계, 실제 운용환경에서 시스템을 검증하는 단계를 구분한다. 미국 GAO 역시 대형 시스템 개발에서 핵심기술의 성숙도를 충분히 확인하지 않은 상태에서 시스템 통합을 진행하면 추가 개발과 시험이 필요해져 일정과 비용에 영향을 줄 수 있다고 설명한다.
따라서 시스템을 구성하는 기술은 개별 성능 → 인터페이스 → 시스템 통합 → 실제 운전환경으로 검증 범위를 확대할 필요가 있다. 특히 여러 기술이 결합되는 제품에서는 개발 초기부터 기술 간의 연결조건과 상호 영향을 확인해야 한다.
기술개발 과정에서 개별 기술의 목표달성 여부만 관리하면 시스템 적용단계에서 새로운 문제가 발견될 수 있다. 시스템 통합과 신뢰성 검증은 개별 기술개발 이후에 추가되는 절차라기보다 제품이나 설비의 실제 적용 가능성을 확인하는 개발과정의 일부로 볼 필요가 있다.
5. 개발비와 생산원가가 예상보다 커질 수 있다
기술개발 초기에는 제품의 최종 원가와 필요한 투자비를 정확하게 산정하기 어렵다. 적용할 소재와 제조공정이 확정되지 않았고, 생산수율과 검사방법, 생산설비의 규모도 충분히 확인되지 않았기 때문이다. 초기 경제성 검토에는 여러 가정이 포함될 수밖에 없다.
개발이 진행되면서 새로운 비용요인이 확인될 수 있다. 목표한 성능을 확보하기 위해 고가 소재가 필요할 수 있고, 기존 설비로 제작하기 어려워 새로운 생산설비가 필요할 수도 있다. 제조공정이 복잡해지거나 검사 항목이 늘어나면 제작시간과 원가도 증가한다. Scale-up 과정에서 예상보다 낮은 수율이 확인되면 생산원가는 다시 높아진다.
개발단계가 높아질수록 필요한 투자규모도 커질 수 있다. 시험실 수준에서는 비교적 적은 비용으로 기술을 검증할 수 있지만, 시제품 제작, Pilot 설비, 실증, 인증, 양산설비로 진행하면서 필요한 자금의 성격과 규모가 달라진다. 따라서 앞 단계에서 기술적 가능성을 확인했더라도 다음 단계의 투자 여부는 다시 판단해야 한다.
해상풍력터빈의 대형화는 이러한 관계를 설명하는 사례다. 터빈의 용량과 로터 직경을 키우면 동일한 발전단지 용량을 구성하는 데 필요한 터빈 수를 줄일 수 있다. 반면 블레이드, 드라이브트레인, 타워와 하부구조가 대형화되고 운송, 항만, 설치선박과 유지보수에도 새로운 조건이 요구된다. NREL도 해상풍력터빈의 대형화를 발전량 증가만이 아니라 설비비, 설치비, 운영비와 공급망을 함께 고려해야 하는 문제로 분석한다.
따라서 기술개발 과정에서는 목표성능만 관리할 것이 아니라 개발비, 예상 제조원가와 다음 단계의 투자규모를 함께 점검할 필요가 있다. 개발 초기의 경제성 가정이 이후에도 유지되는지를 단계별로 다시 확인해야 한다.
6. 개발한 기술이 시장의 요구와 맞지 않을 수 있다
기술개발이 계획한 수준까지 진행되더라도 실제 적용으로 이어지지 않는 경우가 있다. 제품을 사용하는 고객은 기술의 신규성이나 성능만으로 도입 여부를 결정하지 않는다. 가격, 기존 제품과의 차이, 사용조건, 전환비용, 운전실적, 유지보수와 적용에 따른 위험 등을 함께 고려한다.
새로운 기술이 기존 제품보다 높은 성능을 제공하더라도 고객에게 그 성능이 필요하지 않을 수 있다. 추가 성능을 얻기 위해 제품가격이나 운영비용이 크게 증가한다면 적용 범위는 제한될 수 있다. 반대로 기존 제품과 동일한 요구성능을 유지하면서 제작원가를 낮추거나 유지보수를 쉽게 만든 기술은 고객에게 다른 형태의 가치를 제공할 수 있다.
산업용 설비와 핵심부품에서는 검증된 운전실적도 중요하다. 장기간 사용해야 하는 설비는 새로운 기술의 성능뿐 아니라 수명, 고장 가능성, 정비방법, 부품공급과 기존 시스템과의 호환성 등을 함께 검토한다. 기술개발 과정에서 이러한 적용조건을 충분히 고려하지 않으면 개발이 완료된 이후 추가적인 설계변경이나 검증이 필요할 수 있다.
시장 수용의 문제는 개발 마지막 단계에서 갑자기 발생하는 문제만은 아니다. 개발 초기의 목표설정과도 연결된다. 고객에게 필요하지 않은 사양을 개발하거나 실제 사용조건과 다른 기준으로 기술목표를 설정했다면 그 영향이 시장 적용단계에서 나타날 수 있다.
따라서 기술개발 과정에서는 개발하려는 성능이나 기능이 실제 사용조건에서 필요한지, 그 변화가 가격과 비용을 고려해도 적용할 가치가 있는지, 기존 제품을 대체할 경우 추가로 해결해야 할 조건이 무엇인지 지속적으로 확인할 필요가 있다.
7. 기술개발의 실패요인은 서로 연결되어 있다
앞에서 살펴본 여섯 가지 요인은 각각 독립적으로 발생한다고 보기 어렵다. 기술개발 과정에서는 한 단계에서 발생한 문제가 다음 단계에 영향을 주고, 뒤에서 확인된 문제 때문에 앞 단계의 설계나 개발목표를 다시 검토해야 하는 경우도 있다.
예를 들어 개발목표를 필요 이상으로 높게 설정하면 새로운 소재나 부품기술이 추가로 필요할 수 있다. 기술적 난도가 높아지면서 개발기간과 비용이 증가하고, 제조공정이 복잡해지면서 생산원가도 높아질 수 있다. 최종 제품의 가격이 상승하면 시장 적용에도 영향을 줄 수 있다. 처음에는 개발목표의 문제였지만 이후에는 필요기술, 제조원가와 시장 적용의 문제로 이어지는 것이다.
Scale-up 과정에서 발견된 문제도 다른 단계에 영향을 줄 수 있다. 소규모 시험에서는 목표한 성능을 확보했지만 실제 규모에서 품질이나 수율이 안정되지 않으면 소재나 제조공정을 다시 검토해야 한다. 시스템 통합시험에서 예상하지 못한 문제가 발생하면 개별 부품의 설계나 제어조건을 변경해야 할 수도 있다.
비용과 투자규모에 대한 판단도 개발이 진행되면서 달라질 수 있다. 새로운 기술문제를 해결하기 위해 추가 설비나 공정이 필요해지면 당초 예상한 제조원가가 높아진다. 이 경우 제품사양을 조정하거나 다른 소재와 제조방법을 검토할 수 있다. 예상한 시장가격을 맞추기 어렵다면 개발목표 자체를 다시 검토해야 하는 경우도 있다.
따라서 기술개발은 목표설정 → 필요기술 확보 → Scale-up → 시스템 통합 → 비용·투자 검토 → 시장 적용이 한 방향으로만 진행되는 과정으로 보기 어렵다. 개발과 시험을 통해 새로운 정보가 확인될 때마다 앞 단계의 가정과 설계를 다시 검토하는 과정이 반복될 수 있다.
이러한 관점에서 앞의 여섯 가지 요인은 기술혁신의 실패를 사후에 분류하기 위한 항목에 그치지 않는다. 개발과정에서 발생할 수 있는 문제를 사전에 점검하는 기준으로도 활용할 수 있다. 기술개발 담당자는 각 단계에서 현재의 기술적 문제뿐 아니라 그 문제가 다음 단계의 제조, 비용, 시스템 적용과 시장 적용에 어떤 영향을 줄 수 있는지 함께 검토할 필요가 있다.
본 글에서 제시한 여섯 가지 요인은 특정 산업의 기술개발 절차를 표준화하기 위한 것은 아니다. 산업과 기술에 따라 개발단계와 중요하게 관리해야 할 항목은 달라질 수 있다. 다만 여러 산업의 사례에서 반복적으로 나타나는 문제를 기술개발 과정에 따라 구분함으로써, 기술혁신이 중단되거나 기대한 성과에 이르지 못하는 원인을 분석하는 하나의 틀로 활용할 수 있다.
결론
기술혁신의 실패는 개발목표, 필요기술, Scale-up, 시스템 통합, 비용·투자, 시장 적용 등 여러 단계에서 발생할 수 있다. 또한 한 단계의 문제가 다른 단계에 영향을 줄 수 있다.
따라서 기술개발 과정에서는 각 단계의 결과뿐 아니라 다음 단계에서 예상되는 문제를 함께 검토하고, 필요한 경우 개발목표와 설계를 조정할 필요가 있다.
함께 읽을 글
1편 | 기업 혁신은 어디에서 시작되는가: 고객 니즈와 시장기회의 발견
2편 | 기술혁신은 어떻게 새로운 시장을 만드는가: 발전설비 사례로 살펴본 기술 발전과 사업기회
참고자료 및 출처
1.OECD/Eurostat, Oslo Manual 2018
https://www.oecd.org/en/publications/oslo-manual-2018_9789264304604-en.html
2.U.S. GAO, Technology Readiness Assessment Guide: Best Practices for Evaluating the Readiness of Technology for Use in Acquisition Programs and Projects
https://www.gao.gov/products/gao-20-48g
3.U.S. FDA, Process Validation: General Principles and Practices
https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/process-validation-general-principles-and-practices
4.U.S. DOE, NETL-Supported Scale-Up of Nickel Superalloy Component Manufacturing Processes for Advanced Ultrasupercritical Technology Moves Forward
https://www.energy.gov/hgeo/articles/netl-supported-scale-nickel-superalloy-component-manufacturing-processes-advanced
5.NREL, Scaling the Offshore Wind Industry and Turbine Size
https://www.nrel.gov/docs/fy25osti/92118.pdf