基于TRIZ理論的鑰匙提示功能設計

張慶霞

摘要：通過利用九屏圖、S生命曲線、系統(tǒng)完備性法則等技術系統(tǒng)進化法則分析了鑰匙的演變發(fā)展歷程、鑰匙的組成部件即鑰匙柄、鑰匙桿、鑰匙桿連接件現(xiàn)有的功能方式，針對普通鑰匙無法確保并提示是否能夠?qū)㈤T反鎖或鎖好的問題，在不改變門鎖或破壞門鎖的前提下，應用TRIZ理論的矛盾矩陣與發(fā)明原理，具體對鑰匙柄、鑰匙桿、鑰匙桿連接件進行了創(chuàng)新設計。該創(chuàng)新方案結(jié)構(gòu)簡單，可以方便確認門是否已經(jīng)鎖好，克服了人們出門后經(jīng)常擔心門沒鎖好的疑慮。

關鍵詞：鑰匙；提示功能；TRIZ；創(chuàng)新設計

隨著社會進步和發(fā)展，人們住房條件有了很大改善，現(xiàn)有住房普遍是鐵質(zhì)或不銹鋼防盜門，住宅安上防盜門后大大提高了安全性。但是，防盜門通常要用鑰匙進行反鎖，其中鑰匙就發(fā)揮著非常重要的作用。目前我國已經(jīng)進入了老齡化社會，純老人家庭很多，由于年齡大記憶力衰退，不少老人都有出門后往往會忘記自己是否將門反鎖的問題。另外，年輕人因生活節(jié)奏快、工作壓力大等原因，出門也會發(fā)生忘記是否將門鎖上的問題，而不得不再回去重新檢查確認，這樣做既浪費時間又浪費精力，甚至會造成一定的財產(chǎn)損害。為避免因是否忘記反鎖門而造成的諸多不便和損失，若能用最簡單的方法，最低廉的成本，設計一種能提示是否將門反鎖了的鑰匙系統(tǒng)，將會極大地方便人們的日常生活。

1. 鑰匙的技術系統(tǒng)分析

1.1九屏幕法

九屏幕法是TRIZ理論用于進行系統(tǒng)分析的重要工具，被阿奇舒勒稱為天才發(fā)明的九屏幕法能夠幫助我們從結(jié)構(gòu)、時間以及因果關系等多維度對問題進行全面、系統(tǒng)的分析。九屏幕法以空間為縱軸，來考察“當前系統(tǒng)”及其“組成（子系統(tǒng)）”和“系統(tǒng)的環(huán)境與歸屬（超系統(tǒng)）”；以時間為橫軸，來考察上述三種狀態(tài)的“過去”、“現(xiàn)在”和“未來”。

通過繪制普通鑰匙的九屏幕圖，可以清晰地看到，鑰匙是門鎖整體功能的一部分，是與人們?nèi)粘Ｉ盥?lián)系最為緊密的物品之一。從原始社會開始，鎖具的發(fā)展經(jīng)歷了漫長而復雜的演進過程，主要由古代的木栓插鎖階段、到現(xiàn)代的機械鎖階段以及正在進入的智能鎖時代。鑰匙也伴隨著門鎖的演進從簡單插桿式到鐮刀式的木質(zhì)鑰匙，發(fā)展為現(xiàn)在普遍使用的一字形、鋸齒形、十字形金屬體鑰匙。隨著社會、科技、文化的進步，機械鎖的安全性已經(jīng)越來越不能滿足百姓的需求，而且從某種程度上來說，安全措施的強度其實是與身份、地位相關的，電子智能鎖（包括密碼鎖、卡鎖、指紋鎖、虹膜鎖等）作為新一代識別技術的優(yōu)勢愈來愈明顯，將會逐漸取代機械鎖而成為鎖具行業(yè)的新主角。

1.2 S生命曲線

自然界中任何事物都有一個生產(chǎn)、成長、成熟、衰亡的過程，技術系統(tǒng)也是如此，任何一種產(chǎn)品、工藝或技術也都會隨著時間向著更高級的方向發(fā)展和進化，形成S形的生命周期。目前歐美地區(qū)和日本、韓國電子鎖的普及率非常高，而我國電子鎖的使用率還比較低，尤其是家庭住宅門鎖仍以機械防盜鎖為主，鑰匙普遍采用一字形的凹槽結(jié)構(gòu)，處于防盜門鎖發(fā)展階段的中后期，此階段在生命曲線中是解決系統(tǒng)適應性問題的重要階段。

1.3系統(tǒng)完備性法則

任何一個產(chǎn)品都可以被看作是以履行功能為目的的系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要部分包括執(zhí)行裝置、傳動裝置、動力裝置和控制裝置等子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)也應該是完備的，這就是產(chǎn)品系統(tǒng)完備性法則。如圖3所示。

通過繪制鑰匙及門鎖的系統(tǒng)組成，可以剖解出鑰匙在執(zhí)行開鎖這一動作過程中其部件鑰匙柄、鑰匙桿、鑰匙桿連接件，與門鎖部件鎖孔、內(nèi)置小彈子之間的作用關系，從而為新產(chǎn)品的研發(fā)提出了明確的設計任務。

1.4資源分析

在TRIZ理論中使用技術系統(tǒng)資源是提高理想度最重要的手段之一，只有具備并使用資源才能解決所有技術問題。為了便于尋找和利用資源，將可以利用的資源分為六類：

（1）物質(zhì)資源：門、門鎖、鑰匙、外界工具

（2）能量資源：太陽能、機械能、電能、光能、太陽能、電磁能

（3）信息資源：芯片存儲器、計算機系統(tǒng)軟件

（4）空間資源：鎖門后的活動空間

（5）時間資源：外出鎖門的時間、進門開鎖的時間

（6）系統(tǒng)資源：鑰匙和門鎖芯接觸

2 基于TRIZ原理的鑰匙新功能設計

2.1問題的提出及理想解的確定

雖然在賓館、會議、辦公等場所及轎車門鎖已有使用電子鑰匙、IC門卡、遙控鑰匙等智能鑰匙的事例，并有提醒警示功能，但居民住宅門鎖使用智能鑰匙尚未普及，通過上述對鑰匙功能的技術系統(tǒng)進行分析，要解決的問題是在不改變鑰匙、門鎖原來功能的條件下，在離開房門后，能夠知道是否用鑰匙將門反鎖。

TRIZ理論在解決問題之初，首先要拋開各種客觀限制條件，通過理想化來定義問題的最終理想解，以明確理想解所在的方向和位置，保證在問題解決過程中沿著此目標進行，從而避免了傳統(tǒng)創(chuàng)新設計方法中缺乏目標的弊端，最大限度地提升創(chuàng)新設計的效率。通過上述問題的提出，應用最終理想解的步驟，分析出本研究課題的最終理想解如下：

2.2運用TRIZ原理解決問題

第一步，運用技術矛盾解決方法找出原理解

通從上述對鑰匙功能技術系統(tǒng)的分析及理想解的確定，不難看出亟待解決的問題是：如何能在不改變鑰匙原有的功能、大小以及與原鎖的匹配情況下，使鑰匙具備提示是否將門鎖好的功能，并且這種鑰匙更換補配方便。對應到通用技術參數(shù)中選擇“35適應性和多用性”作為被改善的參數(shù)，“13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”則是被惡化的參數(shù)。

通過矛盾矩陣表查找到解決技術矛盾的發(fā)明原理是：35，30，15

30柔化處理原理——使用軟性外殼和薄膜替代傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

35性能轉(zhuǎn)化原理——改變系統(tǒng)的物理狀態(tài)、密度或濃度、靈活程度、溫度和體積。

15動態(tài)化原理（動態(tài)法）——把物體分成彼此相對移動的幾個部分。

綜合以上3條發(fā)明原理的分析，對于本問題來說， 柔化處理原理和動態(tài)化原理是最具有價值的發(fā)明原理。因為鑰匙都有一個手持的把柄，有的把柄還有塑料膠套，這部分是可重新塑造的，同時鑰匙柄和金屬體是可以分離的，為進一步解決問題提供了思路。

第二步，運用物理矛盾解決方法提出分離解

將待解決的問題技術矛盾轉(zhuǎn)化成物理矛盾：既不能改變鑰匙形狀又要改變鑰匙的形狀。用物理矛盾分離法分析結(jié)果如下：

第三步，運用物—場模型分析提出解法

通過技術矛盾和物理矛盾的分析，進一步將待解決問題放入物—場模型中進行分析，可得出四組作用關系，即：鑰匙和鎖、手和鑰匙、鎖和門、手和鎖，其中鑰匙和鎖之間的作用關系屬于效應不足的完整模型。由于鑰匙和鎖作用可產(chǎn)生磁場，因此可在鎖—鑰匙的作用模型中引入一個新的場，或者引入一個新的物質(zhì)，來完成功能的實現(xiàn)。

2.3鑰匙提示功能的設計方案

結(jié)合以上技術矛盾、物理矛盾和物—場模型的分析，可以考慮設計兩種解決方案。

方案一：利用空間分離和條件分離原理，以及鑰匙與門鎖接觸產(chǎn)生場的作用，找到對應的發(fā)明原理色彩法，在鑰匙把柄處粘貼一片可隨鑰匙與門鎖發(fā)生作用而相應發(fā)生改變的變色貼，這種變色貼最好能在下一次發(fā)生作用時產(chǎn)生交替變化。

方案二：利用空間分離、條件分離和整體與部分分離原理，找到對應的發(fā)明原理分割法、組合法、性能轉(zhuǎn)化法等原理，將鑰匙把柄和金屬體分離，并在把柄內(nèi)裝入提示功能的芯片和顯示屏，就可以利用鑰匙與鎖孔接觸產(chǎn)生磁場的作用，使芯片能夠記錄每次開、鎖門的時間，并在電子顯示屏上顯示出來。時間顯示屏通常情況下顯示當前時間，而在反鎖門旋轉(zhuǎn)鑰匙的過程中，鑰匙桿轉(zhuǎn)動接觸觸發(fā)鍵，時間存儲裝置存儲當前鎖門時間。通過按動時間切換按扭，時間顯示屏上的時間顯示可以在最近第一次鎖門時間、最近第二次鎖門時間、當前時間之間循環(huán)切換。改進后的鑰匙不僅增加了時間顯示功能，而且在出門后通過反鎖門時間存儲和顯示，方便確認門是否已鎖好，克服了人們出門后經(jīng)常擔心門沒鎖好的疑慮，從而達到設計要求的目標。

3.結(jié)束語

采用TRIZ理論，能夠在鑰匙附加功能的創(chuàng)新設計方面找到新的突破，通過在資源規(guī)劃過程解決“矛盾”，獲取最終理想解，并由“矛盾、資源和理想解”組成一個環(huán)路，經(jīng)過多次循環(huán)往復開發(fā)新的設計方案，也可以為相關產(chǎn)品的設計提供好的思路和方法。