技術(shù)視角下的智能化設(shè)計(jì)研究

陳炳東 蘭翠芹

摘要：探索人工智能時(shí)代背景下，智能化設(shè)計(jì)的新思路，并運(yùn)用該思路完成設(shè)計(jì)實(shí)踐。文章從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，運(yùn)用跨學(xué)科的研究方法，針對(duì)智能化發(fā)展過程中人與技術(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析與總結(jié)。提出了全新的智能化設(shè)計(jì)思路。在設(shè)計(jì)實(shí)踐的部分運(yùn)用行為研究的方法，提煉出烹飪場(chǎng)景中用戶需求要素，結(jié)合智能化設(shè)計(jì)思路完成設(shè)計(jì)實(shí)踐。得出“人在環(huán)中”、“知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)”兩個(gè)智能化設(shè)計(jì)思路、完成智能化烹飪系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該思路可用于智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

關(guān)鍵詞：人工智能 增強(qiáng)智能 人在環(huán)中 知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)

中圖分類號(hào)：J0-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069 （2019） 03-0102-02

前言

十幾年來，我們目睹了中國(guó)科技的高速發(fā)展，也切身體會(huì)到了科技對(duì)于人們生活的改變。“智能”這一詞匯逐漸成為了人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫母哳l詞。然而，我們至今都無法給予“智能”這個(gè)詞一個(gè)準(zhǔn)確的定義，也更加無法準(zhǔn)確定義“智能化設(shè)計(jì)”，或許是由于在科技發(fā)展的不同階段都會(huì)相應(yīng)地賦予“智能”不同的涵義。從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，我們會(huì)更加關(guān)注人的需求，而非限制于技術(shù)。但是，那些重大的技術(shù)變革往往會(huì)對(duì)人們的生活乃至設(shè)計(jì)本身產(chǎn)生顛覆式的改變。此刻，或許我們正在經(jīng)歷著一場(chǎng)意義重大的技術(shù)變革，這場(chǎng)變革的關(guān)鍵詞是“人工智能”。在這樣的時(shí)代背景下，從技術(shù)變革的視角探討智能化設(shè)計(jì)思路更具價(jià)值。

一、智能化發(fā)展進(jìn)程中人與技術(shù)的關(guān)系

（一）智能化發(fā)展的兩個(gè)方向：自1946年計(jì)算機(jī)誕生至今，人類關(guān)于智能化技術(shù)的研究一直以來都存在著兩個(gè)不同的思路，從而形成了截然不同的兩條發(fā)展路徑。它們就是AI與lA。

人工智能（ Al）與增強(qiáng)智能（IA）是完全不同的概念，代表了兩種科技發(fā)展的理念。研究對(duì)象同是人類智能，前者的關(guān)鍵詞是“取代”，后者的關(guān)鍵詞是“增強(qiáng)”。人工智能的概念是由約翰·麥卡錫[1]等人在20世紀(jì)60年代提出，并著手研發(fā)的一系列技術(shù)，試圖模擬人類的能力;差不多在同一時(shí)間，美國(guó)發(fā)明家恩格爾巴特[2]提出了增強(qiáng)智能（IA）理念，以增強(qiáng)人類智慧為目標(biāo)。此時(shí)兩種理論的定義之間的鴻溝已經(jīng)非常明顯。早期，人工智能領(lǐng)域還在獨(dú)立模仿人類大腦和軀體的時(shí)候，增強(qiáng)智能（IA）領(lǐng)域的先驅(qū)恩格爾巴特已經(jīng)發(fā)明了計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、圖形用戶界面并構(gòu)想出了超文本鏈接的概念，這就是幾十年后現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的根基。

如今人工智能（Al）技術(shù)的發(fā)展備受世人矚目，Al已可以應(yīng)用于某些特定場(chǎng)景。但是它距離實(shí)現(xiàn)類人智能的目標(biāo)還十分遙遠(yuǎn)?，F(xiàn)階段，我們應(yīng)該將人工智能（ Al）視為一項(xiàng)特殊的智化技術(shù)，并延用增強(qiáng)智能（lA）的設(shè)計(jì)思維，才有可能創(chuàng)造出更有實(shí)際價(jià)值的智能系統(tǒng)。

（二）增強(qiáng)智能（IA）思想

1.以人為本的設(shè)計(jì)理念：增強(qiáng)智能（IA）的理念是：使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，讓一群人能夠通過利用更強(qiáng)大的軟件工具來“引導(dǎo)”其項(xiàng)目和組織活動(dòng)，創(chuàng)造“群體智能”?！耙匀藶楸尽钡脑O(shè)計(jì)避開了形式化規(guī)劃，采用迭代的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，用設(shè)計(jì)的語言對(duì)技術(shù)進(jìn)行良好的封裝，啟發(fā)式的實(shí)驗(yàn)和試錯(cuò)勝過完美無缺的規(guī)劃。增強(qiáng)智能“以人為本”的理念體現(xiàn)在，總是將人的因素納入智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，即所謂的“人在環(huán)中”。因此，人機(jī)關(guān)系就成為了構(gòu)建智能化系統(tǒng)的目的，同時(shí)也是技術(shù)研發(fā)的動(dòng)機(jī)。

在交互式計(jì)算的前50年中，計(jì)算機(jī)更多的是在增強(qiáng)智能而非取代人類。它們更加注重的并非建造智能機(jī)器，而是讓人類變得更聰明。從20世紀(jì)60年代，恩格爾巴特已經(jīng)建立了增強(qiáng)智能概念的“框架”。隨著交互式計(jì)算走到第30個(gè)年頭，恩格爾巴特的理念變得更具影響力。10年間，最早的現(xiàn)代PC和隨后的信息分享技術(shù)相繼出現(xiàn)。恩格爾巴特的“追隨者”們已經(jīng)改變了世界，他們?cè)谏畹姆椒矫婷嫱卣沽巳祟惸芰?。從“窗口”、“鼠?biāo)”到“計(jì)算機(jī)”、“手機(jī)”，再到“語音交互”，都停留在恩格爾巴特最初的規(guī)劃和理論框架內(nèi)。

2.“知識(shí)導(dǎo)航儀”設(shè)計(jì)理念：如果說恩格爾巴特為lA領(lǐng)域的發(fā)展指明了方向，那么艾倫-凱則是為lA領(lǐng)域的發(fā)展勾畫了路徑。艾倫·凱等人開發(fā)了面向?qū)ο缶幊陶Z言環(huán)境，這使他成為了面向?qū)ο缶幊趟枷氲膭?chuàng)始人，并發(fā)展出圖形使用者接口（GUI）?？v觀圖形界面的發(fā)展史，無論是微軟的Windows操作系統(tǒng)、圖形化的Linux，還是蘋果機(jī)的Macintosh，追溯其源都是艾倫當(dāng)時(shí)超前思想的后繼者。

智能化的發(fā)展順延著艾倫-凱勾畫的路徑走過了PC時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，而現(xiàn)如今，智能化的趨勢(shì)仿佛又朝著艾倫-凱曾標(biāo)定的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)——知識(shí)導(dǎo)航儀（ knowledge navigator）發(fā)展。

艾倫-凱提出了“知識(shí)導(dǎo)航儀”的構(gòu)想，1987年，蘋果公司在美國(guó)教育技術(shù)大會(huì)上展示了“知識(shí)導(dǎo)航儀”為主題的宣傳視頻，描繪了“知識(shí)導(dǎo)航儀”的構(gòu)想并展望了自然語言形式的人機(jī)交互場(chǎng)景。視頻中，主人公攜帶的計(jì)算設(shè)備具有塑料外殼、高分辨率屏幕、帶有攝像頭端口和揚(yáng)聲器格柵、觸摸屏及手勢(shì)操控，與今天移動(dòng)計(jì)算設(shè)備相似的形態(tài)不免使人訝異。屏幕中擬人形態(tài)的“助手”能夠料理用戶在工作與日常生活中的事務(wù)，它根據(jù)用戶指令為用戶復(fù)述日程安排;獲取工作所需數(shù)據(jù);與指定聯(lián)系人建立視頻通話等，視頻通過每個(gè)功能細(xì)節(jié)向公眾展示“知識(shí)導(dǎo)航儀”構(gòu)想將如何改變?nèi)祟惿罘绞?。?dāng)下，新一輪的Al技術(shù)發(fā)展迅速，手機(jī)智能助手、智能音箱、聊天機(jī)器人等產(chǎn)品相繼出現(xiàn)仿佛印證了“知識(shí)導(dǎo)航儀”構(gòu)想所描繪的未來趨勢(shì)。

二、智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

（一）“人在環(huán)中”設(shè)計(jì)思路：知識(shí)導(dǎo)航儀（ knowledge navigator）的構(gòu)想可以視為“人在環(huán)中”的理想模式，但這還只是美好的愿景，它屬于未來。目前市場(chǎng)上大多數(shù)Al產(chǎn)品，包括語音助手、智能音箱，甚至自動(dòng)駕駛都屬于“人在環(huán)外”——用戶發(fā)出指令或提出需求，人工智能系統(tǒng)為用戶提供所需信息或完成某些簡(jiǎn)單的任務(wù)。而“人在環(huán)內(nèi)”強(qiáng)調(diào)的是人類與Al的協(xié)作，面向的是較為復(fù)雜的具體任務(wù)。針對(duì)具體場(chǎng)景，將Al技術(shù)應(yīng)用于智能化系統(tǒng)，以“助手”的形式模擬專業(yè)技能，分擔(dān)用戶的任務(wù)。

從Al的角度來看，“構(gòu)建主義”的人工智能技術(shù)能力有限，且機(jī)器學(xué)習(xí)算法依賴數(shù)據(jù)?！叭嗽诃h(huán)中”的設(shè)計(jì)思路是“分工合作”，將場(chǎng)景內(nèi)的任務(wù)進(jìn)行解構(gòu)，人類與Al分別承擔(dān)它們所擅長(zhǎng)的部分。以這種形式賦予產(chǎn)品可用性，被消費(fèi)者接受，進(jìn)而積累場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)，再反過來優(yōu)化算法形成閉環(huán)。“人在環(huán)中”的形式拓展了人機(jī)交互設(shè)計(jì)的空間，有利于通過優(yōu)化交互設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)自然語言交互技術(shù)的不足。

從lA的角度來看，增強(qiáng)智能要打造能夠賦予用戶強(qiáng)大力量的復(fù)雜系統(tǒng)，使我們的計(jì)算機(jī)環(huán)境變得越來越復(fù)雜。然而，可視化以及直接操作存在著瓶頸，用戶不得不接受訓(xùn)練進(jìn)而提高了學(xué)習(xí)成本。因此，我們必須在一定程度上將一些特定的任務(wù)或一部分任務(wù)交給代理，它們可以成為我們的代表，或者至少向我們提出建議。而設(shè)計(jì)所面臨的問題是針對(duì)具體環(huán)節(jié)人機(jī)關(guān)系的把握，系統(tǒng)中哪一部分任務(wù)交給代理，哪一部分留給用戶。

廣義上的人工智能和機(jī)器人正以很快的速度變得強(qiáng)大，當(dāng)機(jī)器人可以做得像人類一樣好甚至超過人類的時(shí)候，“環(huán)中”之人類就失去了自己的優(yōu)勢(shì)和存在價(jià)值。然而，就現(xiàn)在的“過渡階段”而言，“人在環(huán)中”是較為合理的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

（二）知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)設(shè)計(jì)思路：“人在環(huán)中”論述的是智能化系統(tǒng)中“人機(jī)共存”的設(shè)計(jì)思路，下面要討論的主題是，“人在環(huán)中”的模式下如何利用互聯(lián)網(wǎng)資源為用戶提供優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)。知識(shí)導(dǎo)航儀（ knowledge navigator）的構(gòu)想是美好的預(yù)言，我相信它的真實(shí)性，但它指向的是“終點(diǎn)”。而更有價(jià)值的是因地制宜的發(fā)展路徑，這條路徑我稱它為“知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)”。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的宏觀視角看待人工智能技術(shù)的應(yīng)用，體現(xiàn)在垂直領(lǐng)域或垂直行業(yè)，而落實(shí)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的層面我們需要考慮的是垂直場(chǎng)景。就當(dāng)前階段Al技術(shù)的發(fā)展水平與行業(yè)應(yīng)用的成熟度而言，想要完全由技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完美的Al架構(gòu)是不現(xiàn)實(shí)的，反而需要以設(shè)計(jì)的視角，從實(shí)際場(chǎng)景和用戶反饋出發(fā)，反過來給技術(shù)、模型和算法提出建議，倒逼其優(yōu)化。

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的信息已經(jīng)嚴(yán)重過載，提供更多知識(shí)的結(jié)果是加重用戶的認(rèn)知負(fù)荷，很難產(chǎn)生用戶黏度。解決這一問題的有效路徑之一是：基于用戶在垂直場(chǎng)景內(nèi)的目標(biāo)和路徑拆解，只顯示他們?cè)谌蝿?wù)過程中所需的知識(shí)信息。不再是傳統(tǒng)意義上的知識(shí)服務(wù)，而是與用戶行為聯(lián)接，即時(shí)產(chǎn)生知識(shí)服務(wù)的價(jià)值。針對(duì)具體的場(chǎng)景，智能化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是根據(jù)用戶的需求提供幫助，主動(dòng)或指導(dǎo)用戶采取行動(dòng)，類似“向?qū)А币粯訛橛脩籼峁爸R(shí)導(dǎo)航服務(wù)”。

三、智能烹飪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）用戶需求挖掘：相較于西餐，中餐菜品的品類豐富，烹飪過程復(fù)雜，且烹飪技術(shù)在很大程度上由烹飪經(jīng)驗(yàn)所決——食材、調(diào)料、油溫以及火候的控制等，都是制約居家烹飪的要素。實(shí)際生活中，大部分人缺乏上述經(jīng)驗(yàn)，往往需要花費(fèi)較大的學(xué)習(xí)成本使自己成為一個(gè)合格的“廚師”。

互聯(lián)網(wǎng)資源的極度豐富可以為人們提供海量品類齊全、流程詳盡的菜譜，一定程度上解決了由于知識(shí)匱乏帶來的阻礙。但是，烹飪是一項(xiàng)注重經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐的技能，用戶無法短時(shí)間內(nèi)通過書面菜譜即學(xué)即用的掌握烹飪技能，學(xué)習(xí)成本較高。且大多數(shù)情況下，用戶作簡(jiǎn)單瀏覽后便急于上手，過程中頻繁的翻看“菜譜”內(nèi)容往往會(huì)造成手忙腳亂、效率低下、頻頻出錯(cuò)，烹飪的品質(zhì)也得不到保證。另一方面，菜譜中不可能涵蓋所有的操作細(xì)節(jié)，不同用戶家中的器具、食材、廚房環(huán)境也各有不同，這使得用戶在參考手機(jī)APP的菜譜信息進(jìn)行烹飪時(shí)會(huì)遇到各種各樣的困惑。

因此，如何降低學(xué)習(xí)成本、提高工作效率與品質(zhì)是問題的核心，也是人工智能技術(shù)應(yīng)用于廚房場(chǎng)景需要解決的主要問題。

（二）烹飪行為研究：利用互聯(lián)網(wǎng)資源對(duì)烹飪流程做調(diào)研，資源的形式包括：電視、互聯(lián)網(wǎng)美食烹飪類的節(jié)目、用戶量最多的幾款菜譜類手機(jī)軟件。將每道菜的制作過程和步驟進(jìn)行詳細(xì)記錄，完成對(duì)規(guī)定的樣本量的記錄后，做歸納整理。對(duì)所有的菜品烹飪的流程做整體的分析，劃分為若干個(gè)步驟。整體流程（如圖1）所示。大部分中餐菜品的制作過程都可以由以上烹飪步驟疊加、排列組合而成。

（三）智能烹飪系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）智能烹飪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是降低用戶在烹飪過程中的學(xué)習(xí)成本、提高效率與品質(zhì)?！叭嗽诃h(huán)中”設(shè)計(jì)思路強(qiáng)調(diào)的是用戶與智能系統(tǒng)的協(xié)作，讓人類與A1分別承擔(dān)它們擅長(zhǎng)的部分。Al所擅長(zhǎng)的是烹飪知識(shí)獲取與邏輯推理，在烹飪場(chǎng)景中，Al負(fù)責(zé)烹飪技能的模擬，通過構(gòu)建領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)圖譜的方式獲取網(wǎng)絡(luò)文本的語義信息。

2）將烹飪行為的目標(biāo)和路徑進(jìn)行拆解，即時(shí)提供給用戶烹飪過程中所需的信息，主動(dòng)或?qū)б脩舨扇⌒袆?dòng)，如同“向?qū)А币粯訛橛脩籼峁┡腼儓?chǎng)景下的“知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)”。從而實(shí)現(xiàn)了將用戶“如何做”轉(zhuǎn)化為“做什么”，即時(shí)產(chǎn)生知識(shí)服務(wù)的價(jià)值。

3）將智能語音技術(shù)應(yīng)用于智能烹飪系統(tǒng)，語音交互的形式可以有效解決“知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)”在烹飪場(chǎng)景下的諸多問題，提高系統(tǒng)的可用性。

4）決策自動(dòng)化：烹飪場(chǎng)景下基于知識(shí)圖譜與語音交互技術(shù)的“知識(shí)導(dǎo)航服務(wù)”搭建了智能烹飪系統(tǒng)的框架。然而，烹飪是一項(xiàng)較為復(fù)雜的活動(dòng)，某些環(huán)節(jié)要求用戶具備敏捷的反應(yīng)與熟練的操作。這些技能是用戶普遍不具備的，這些環(huán)節(jié)是提升產(chǎn)品可用性、形成用戶體驗(yàn)閉環(huán)的關(guān)鍵。根據(jù)烹飪行為的研究（如圖1），日常烹飪的過程中，配料的量取、配料投放時(shí)機(jī)以及火力控制這三個(gè)環(huán)節(jié)需要用戶依靠烹飪經(jīng)驗(yàn)做出快速、精準(zhǔn)的決策?？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)智能硬件的形式，實(shí)現(xiàn)“決策自動(dòng)化”。智能硬件的主要功能：用于儲(chǔ)藏烹飪調(diào)料，作為“烹飪導(dǎo)航系統(tǒng)”的一環(huán)與系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)配料的自動(dòng)量取，用戶根據(jù)語音提示，取料并投放。在不涉及行為智能技術(shù)（技術(shù)門檻過高）的情況下，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的“決策自動(dòng)化”。將烹飪過程中繁瑣的操作轉(zhuǎn)化為極為簡(jiǎn)單的行為。輔助烹飪?cè)O(shè)備作為智能烹飪系統(tǒng)的唯一硬件設(shè)備，可用于集成麥克風(fēng)陣列、音箱等元件，實(shí)現(xiàn)智能音箱的產(chǎn)品屬性，亦可與移動(dòng)設(shè)備連接。

結(jié)語

本輪人工智能技術(shù)浪潮的理論基礎(chǔ)已經(jīng)基本搭建完畢。我們應(yīng)該盡快認(rèn)識(shí)到此項(xiàng)技術(shù)的本質(zhì)與邊界，并探索適用于全新智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與方法。聚焦于人工智能技術(shù)的應(yīng)用，挖掘應(yīng)用于現(xiàn)有場(chǎng)景的可能性以及拓展全新的應(yīng)用場(chǎng)景。希望本文提出的智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)橐院蟮闹悄芑O(shè)計(jì)提供參考。.

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