张庆霞，韩  博

（宁夏科技发展战略和信息研究所，银川 750021）

摘  要：通过利用九屏图、生命曲线、系统完备性法则等技术系统进化法则分析了钥匙的演变发展历程、钥匙的组成部件钥匙柄、钥匙杆、钥匙杆连接件现有的功能方式，针对普通钥匙无法确保并提示是否将门反锁或锁好的问题，在不改变门锁或破换门锁的前提下，应用TRIZ理论的矛盾矩阵与发明原理，具体对钥匙柄、钥匙杆、钥匙杆连接件进行了创新设计，该创新方案结构简单，可方便确认门是否已锁好，克服了人们出门后常担心门没锁好的疑虑。

关键词：钥匙；提示功能；TRIZ；创新设计

随着社会进步和发展，人们住房条件有了很大改善，现有住房普遍采用的是铁质或不锈钢防盗门，住宅安上防盗门会大大提高安全性。但是，防盗门通常要用钥匙进行反锁，其中钥匙就发挥着非常重要的作用。我国已进入老年社会，纯老人家庭很多，由于年龄大记忆力衰退，不少老人都有出门后往往会忘记自己是否将门反锁的情况。另外，年青人因生活节奏快、工作压力大等原因，出门也会发生忘记是否将门锁上，而不得不再回去重新检查确认，既浪费时间又浪费精力，甚至造成人身和财产的损害。为避免因是否忘记反锁门而造成的诸多不便和损失，若能用最简单的方法，最低廉的成本，设计一种能提示是否将门反锁了的钥匙系统，将会极大地方便人们的生活。

1  TRIZ理论概述

TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的英文音译，其英文全称是Theory of Inventive Problem Solving。它是前苏联阿奇舒勒及其领导的一批研究人员，自1946年，花费了大量的人力物力，在分析研究了世界各国250万件专利的基础上所提出的发明解决问题的理论。TRIZ属于前苏联的国家机密，在军事、工业、航空航天等领域均发挥了巨大作用，成为创新的“点金术”，让西方发达国家一直望尘莫及。如今TRIZ正成为许多现代企业创新的独门暗器，被认为是目前最全面、系统地进行发明创造、实现技术创新的理论，就新产品的开发设计而言，TRIZ为其指出了发展方向和解决问题的思路和方法。在产品创新设计中应用TRIZ理论可以更好地解决问题。

在TRIZ理论中，以系统的观点为新产品的发展指出了方向。TRIZ理论认为任何一个产品或者客观事物都可以被看作为一个系统，而任何一个系统都是按照一定的客观规律进化的，这并不取决于某一个人，新产品的产生是一种看似偶然的必然。因此，用一整套的方法来处理创新问题也是TRIZ的精髓所在。

2  钥匙的技术系统分析

2.1 九屏幕法

九屏幕法是TRIZ理论用于进行系统分析的重要工具，被阿奇舒勒称为天才发明的九屏幕法能够帮助我们从结构、时间以及因果关系等诸多维度对问题进行全面、系统的分析。九屏幕法以空间为纵轴，来考察“当前系统”及其“组成（子系统）”和“系统的环境与归属（超系统）”；以时间为横轴，来考察上述三种状态的“过去”、“现在”和“未来”

通过绘制普通钥匙的九屏幕图，可以清晰地看到，钥匙是门锁整体功能的一部分，是与人们日常生活联系最为紧密的物品之一。从原始社会开始，锁具的发展经历了漫长而复杂的演进过程，主要由古代的木栓插锁阶段、到现代的机械锁阶段以及正在进入的智能锁时代。钥匙也伴随着门锁的演进从简单插杆式到镰刀式的木质钥匙，发展为现在普遍使用的一字型、锯齿型、十字型金属体钥匙。随着社会、科技、文化的进步，机械锁的安全性已经越来越不能满足百姓的需求，而且，从某种程度上来说，安全措施的强度其实是与身份、地位相关的，电子智能锁（包括密码锁、卡锁、指纹锁、虹膜锁等）作为新一代识别技术其优势愈来愈明显，将逐渐取代机械锁成为锁具行业的新主角。

2.2 生命曲线

自然界中任何事物都有一个诞生、成长、成熟、衰亡的过程，技术系统也是如此，任何一种产品、工艺或技术也都会随着时间向着更高级的方向发展和进化，形成“S”型的生命周期。目前欧美地区和日本、韩国，电子锁的普及率非常高，而我国电子锁的使用率还比较低，尤其是家庭住宅门锁仍以机械防盗锁为主，钥匙普遍采用“一字”型的凹槽结构，处于防盗门锁发展阶段的中后期，此阶段产在生命曲线中是解决系统适应性问题的重要阶段。

2.3 系统完备性法则

       任何一个产品都可以看作是以履行功能为目的的系统。系统的主要部分包括执行装置、传动装置、动力装置和控制装置等子系统，而子系统也应该是完备的，这是产品系统完备性法则。如图3所示，通过绘制钥匙及门锁的系统组成，可以剖解出钥匙在执行开锁这一动作过程中其部件钥匙柄、钥匙杆、钥匙杆连接件，与门锁部件锁孔、内置小弹子之间的作用关

系，从而为新产品的研发提出了明确的设计任务。

2.4 资源分析

在TRIZ理论中使用技术系统资源是提高理想度最重要的手段之一，只有具备并使用资源才能解决所有技术问题。为了便于寻找和利用资源，将要利用的资源分为六类：

（1）物质资源：门、门锁、钥匙、外界工具

（2）能量资源：太阳能、机械能、电能、光能、电磁能

（3）信息资源：芯片存储器、计算机系统软件

（4）空间资源：锁门后的活动空间

（5）时间资源：外出锁门的时间、开锁进门的时间

（6）系统资源：钥匙和门锁芯接触

3  基于TRIZ原理的钥匙新功能设计解决方法

3.1 问题的提出及理想解的确定

虽然在宾馆、会议、办公等场所及轿车门锁已有使用电子钥匙、IC门卡、遥控钥匙等智能钥匙，并有提醒警示功能，但居民住宅门锁还未普及，通过上述对钥匙功能的技术系统进行分析，要解决的问题是在不改变钥匙、门锁原来功能的条件下，在离开房门后，知道是否用钥匙已将门反锁。

TRIZ理论在解决问题之初，首先要抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解，以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标进行并获得最终理想解，从而避免了传统创新设计方法中缺乏目标的弊端，提升创新设计的效率。通过上述问题的提出，应用最终理想解的步骤，分析出本研究的最终理想解。

     3.2 运用TRIZ原理解决问题

第一步：运用技术矛盾解决方法找出原理解

通过上述对钥匙功能技术系统的分析及理想解的确定，不难看出亟待决的问题是：如何能在不改变钥匙原有的功能、大小以及与原锁的匹配情况下，使钥匙具备提示是否将门锁好的功能，并且这种钥匙更换补配方便。对应到通用技术参数中选择“35适应性和多用性”作为被改善的参数，“13结构的稳定性”则是被恶化的参数。

通过矛盾矩阵表查找到解决技术矛盾的发明原理是：35，30，15

30柔化处理原理——使用软性外壳和薄膜替代传统的结构。

35性能转化原理——改变系统的物理状态、密度或浓度、灵活程度、温度和体积。

15动态化原理（动态法）——把物体分成彼此相对移动的几个部分。

综合以上3条发明原理的分析,对于本问题来说, 柔化处理原理和动态化原理是最具有价值的发明原理。因为钥匙都有一个手持的把柄，有的把柄还有塑料胶套，这部分是可重新塑造的，同时钥匙柄和金属体可以分离的，为进一步解决问题提供了思路。

第二步：运用物理矛盾解决方法提出分离解

将待解决的问题技术矛盾转化成物理矛盾就是，既不能改变钥匙形状又要改变钥匙的形状。用物理矛盾分离法分析结果如下：

第三步：运用物—场模型分析提出解法

通过技术矛盾和物理矛盾的分析，进一步将待解决问题放入物—场模型中进行分析，可得出四组作用关系，即：钥匙和锁、手和钥匙、锁和门、手和锁，其中钥匙和锁之间的作用关系属于效应不足的完整模型。由于钥匙和锁作用可产生磁场，因此可在锁—钥匙的作用模型中引入一个新的场，或者引入一个新的物质，来完成功能的实现。

     3.3 钥匙提示功能的设计方案

结合上面技术矛盾、物理矛盾和物-场模型的的分析，可设计两种解决方案。

方案一：利用空间分离和条件分离原理，以及钥匙与门锁接触发生场的作用，找到对应的发明原理色彩法，在钥匙把柄处粘贴一片可随钥匙与门锁发生作用而发生改变的变色贴，这种变色贴最好能在下一次发生作用时发生交替变化。

方案二：利用空间分离、空间分离、条件分离和整体与部分分离原理，找到对应的发明原理分割法、组合法、性能转化法等原理，将钥匙把柄和金属体分离，并在把柄内装入提示功能的芯片和显示屏，就可以利用钥匙与锁孔接触产生磁场的作用，使芯片在记录每次开、锁门的时间，并在电子显示屏上显示出来。时间显示屏通常情况下显示当前时间，而在反锁门旋转钥匙过程中，钥匙杆转动接触触发键，时间存储装置存储当前锁门时间。通过按动时间切换按扭，时间显示屏上的时间显示可以在最近第一次锁门时间、最近第二次锁门时间、当前时间之间循环切换。改进后的钥匙不仅增加了时间显示功能，而且在出门后通过反锁门时间存储和显示，方便确认门是否已关好，克服了人们出门后常担心门没关好的疑虑，从而达到设计要求的目标。

    4 结束语

    采用TRIZ理论，能够在钥匙附加功能的创新设计方面找到新的突破，通过在资源规划过程解决“矛盾”，获取理想解，并由“矛盾、资源和理想解”组成一个环路，经过多次循环开发新的设计方案，可以为相关产品的设计提供好的思路和方法。