人機工程學與情感設計

張曉

摘 要：文章通過討論人機工程學與情感設計的研究內容，分析了二者在人工智能研究體系下的相互關系，闡明了人機工程學是人工情感設計的一個重要組成部分，從人工情感設計的角度來重新審視人機工程學的研究內容和研究方向，并說明了人機工程學在人工智能學科體系中的位置及作用。

關鍵詞：人機工程學；情感設計；人工智能

中圖分類號：TP18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0136-02

Abstract： Through discussing the research content of ergonomics and emotion design， this paper analyzes the relationship between them under the artificial intelligence research system， and clarifies that ergonomics is an important part of artificial emotion design. From the angle of artificial emotion design， this paper reexamines the research content and research direction of ergonomics， and explains the position and function of ergonomics in artificial intelligence discipline system.

Keywords： ergonomics； emotional design； artificial intelligence

近年來，人工智能從工程領域逐漸滲透到社會生活的各個角落，其重要性和廣泛性逐漸成為共識。如果回歸科研角度，如何合理構建人工智能的學科體系以促進其發展，就顯得更為重要。由于人工智能技術的研究正處于不斷的深入與拓展階段，其學科體系也應在發展的過程中得以完善和確立，所以本文僅對人機工程學在體系中的位置及作用做相關論述。

縱觀人工智能的研究歷史及發展前沿，人工智能與思維科學的聯系越來越緊密，一般認為二者之間關系是實踐和理論的關系，人工智能是思維科學的技術應用分支。從思維科學的角度來看，知、情、意是人類三種基本的思維形式，如果把相當長一段歷史時期的人工智能的發展視作人工認知，那么人工情感和人工意志兩個方面將是兩個重要的研究熱點。而人工情感顯然在兩個發展階段中起著承上啟下的重要作用。當前，人工情感研究主要包括三個方面：情感識別、情感表達與情感理解，而且在情感識別與情感表達兩個方面取得的非常顯著的成果，但在情感理解方面仍有待進一步研究。

考察生物智能的發展過程，進而考察情感表達的表現形式，這些都會給人工智能的研究帶來豐富的啟示。從橫向來看，各類生物智能都在并行進化；從縱向來看，某一類生物智能無論作為種群還是個體，也是不斷地在進化和發展。因此，人工智能及其情感表達也應是這樣一個相似過程，所有后發的科學技術都是在前期知識積累的基礎上發展而來，盡管速度和形式可能會有區別。所以，在人工智能的觀念和知識體系在不斷地深入研究和建立起來的過程中，原本看似與人工智能無關的傳統的機械設計、制造及其自動化技術，現在從并行發展的角度來回看，卻在發展軌跡的某一節點處殊途同歸。按照思維科學的知、情、意三個階段來劃分，傳統的機械技術知識絕大部分均可以作為人工認知層面的基本組成部分，而與人工智能研究相交叉的與情感有關的領域則可作為人工情感和人工意志的組成部分，如人機工程學即可歸結到人工情感設計的體系下進行重新審視。

對機械產品設計而言，傳統的產品設計技術主要集中在功能性設計上，通過技術經濟性、可靠性、結構工藝性及標準化的有機結合，完成產品的使用功能設計，以力學、電學等工程技術為設計要點。但是隨著將人和機看成一個系統，人機一體化越來越強調和諧統一，在不斷研究和摸索的進程中，諸如人體測量、心理學等學科不斷的交叉、匯聚一起，從而構建完成人機工程學的基本學科體系，產品設計中改善勞動條件和提高勞動效率的關注度逐漸加強。顯然，在早期人機工程學發展過程中，無論是“讓人適應機器”，還是“讓機器適應人”，始終是將機器看作是一個從屬的、非智能的個體，當然也無真正的、普遍的感情交流與融合。但是隨著人工智能技術的發展，大量與人類關系密切的機器開始智能化進程，我們不但需要而且也可能在機器冰冷的外殼里注入智能的靈魂，從而使人、機、環境從智能的角度真正做到和諧統一。如果在傳統的設計技術基礎上做人工智能方面的延伸設計，則必須構建其人工情感的外在表達方式。正如人類的情感表達，人工情感表達既有其內在一面，同時也應有其外在的一面。人類的情感可以通過表情、聲音、肢體、服飾、色彩搭配等外在形式來表達，人工智能亦應如是。

人機工程學是構建情感設計的一塊基石，也是眾多模塊中的一個。如同人類自身由于生理和心理等方面的要求而注重自己的服飾、形體一樣，在機械設計過程中人們在解決完機械內在的功能性要求后，自然產生提高機械外部適應性的要求。如果我們把一臺機械看成是一個智能體，盡管它可能處于智能的不同階段，但它也總會或最終也由于“心理”或“生理”的需求而要完成其與周圍環境的相互適應的任務。我們說人類的情感是對客觀事物的態度，反映著客觀事物與人的需要之間的關系。人機工程學則是研究人、機械及其工作環境之間相互作用的學科。人類的情感是以“我”為主，反映著“我”對客觀事物的需求關系；而人機工程學則是從操作者的角度，來調整機器、人類、環境三者之間的關系。從表面上看，似乎并沒有機械的自主參與，但是人機工程學的任務就是先行代替機械完成其表情、聲音、肢體、服飾、色彩搭配等的適應性設計，有朝一日實現了機械的自主思維，如同一個失憶的人清醒過來，他就能夠迅速的找回自己。所以。如同傳統的科學知識都可以集成、貯存在數據庫中，成為人工智能知識層面上的基本構成一樣，人機工程學也必將是重復這樣一個過程。

如果把人工智能個體看作是一個類人智能體，那么最終他的情感即是“他”對客觀事物的一種態度，反映著客觀事物與“他”之間的關系。而人機工程學亦應是研究“他”與人、周圍環境之間相互作用的學科。當“他”意識到自己生活和工作在人類和周圍環境之間，如果“他”要適應人類和周圍環境，“他”就必須學會控制自己、調整自己、改造自己。當前階段，人類如同其“形象設計師”，這種控制、調整、改造基本上是出于人類的一己之需；但從客觀上，又不可能不影響到自己與“他”之間的情感協調。我們規劃人工智能體，人工智能體也同時在規劃我們。從目前人機工程學研究情況來看，主要是人體測量、人體感知與運動輸出、顯示裝置設計、操縱裝置設計、工作臺椅與手握工具設計、工作崗位與作業空間設計、事故分析與安全設計、作業環境的分析與評價。上述內容基本上由人來主導。如果從“他”的角度來看，即變成是自己如何去適應人類和周圍環境。“我”要了解人類的構造，“我”的外表（顯示裝置）要能夠得到人類的認可；“我”的舉手抬足（操縱裝置、手握工具等）要與人類的生理習慣相一致；“我”的行止范圍要滿足人類的心理和生理要求；“我”的存在不能給人類帶來危脅和隱患。這些非語言因素是機械表達情感的表層方式，并幫助類人智能體更好地融入人類和周圍環境，這些都將是情感表達最直觀、最感性的一面。所以，人機工程學對人工智能的情感設計具有重要的意義。

從當前人工智能研究現狀來看，人工情感設計的內在形式和外在形式依然還是一個熱點，在情感識別與情感表達方面取得的成果不應僅僅局限在語音、面部、肢體運動等方面，還應在更廣泛的意義上加入人機工程學等學科做更深入的研究。畢竟，傳統的工程技術造就了一大批和人類生活密切相關的機械產品，如何讓他們以智能化的形式更好地與人、環境相互適應并和諧發展更具有現實意義。從情感理解方面的進一步研究看，比較研究人類的情感理解可知，脫離溝通對象的外在表現形式而純粹談論情感理解要困難得多，利用人類的思維規律去重新認識人機工程學，合理的規劃機械的情感設計，可能會為人工情感理解的研究另辟蹊徑。

從歷史上看，不同學科可以并行發展，人工智能的知、情、意三個方面也是同理，人工情感設計可以與其他兩個方面并行發展，人機工程學也可與人工情感設計的其它手段協同并進。人類的所有知識來源于認識自我，由認識自我到認識外部世界，再由外部世界返回到自身，最終達到復制自己。人類科學知識發展到現在，很多方面都可以歸結到人工智能這個大框架中，我們已經構建的眾多學科體系都會在這個大框架中找到自己的位置。這個過程是不自覺的，但是在人類認識自身、認識自然的過程中按照認識規律又是必然的。人機工程學與所有相關學科都將是這個拼圖上的一個拼塊，并尋找到自己在智能發展史上的恰當位置。

參考文獻：

[1]丁玉蘭，等.人機工程學（第2版）[M].北京：北京理工大學出版社，2000.

[2]孫林巖.人因工程（第1版）[M].北京：中國科學技術出版社，2001.

[3]伍棠棣.心理學（第2版）[M].北京：人民教育出版社，1982.

[4]席志強.人機工程學在機械設計、制造中應用的必然性[J].科技創新與應用，2017（03）：124.

[5]楊靜.基于人機工程學的實驗室環境色彩設計研究[J].科技創新與應用，2012（34）：274.