技術視角下的智能化設計研究

陳炳東 蘭翠芹

摘要：探索人工智能時代背景下，智能化設計的新思路，并運用該思路完成設計實踐。文章從設計的角度出發，運用跨學科的研究方法，針對智能化發展過程中人與技術的關系進行了分析與總結。提出了全新的智能化設計思路。在設計實踐的部分運用行為研究的方法，提煉出烹飪場景中用戶需求要素，結合智能化設計思路完成設計實踐。得出“人在環中”、“知識導航服務”兩個智能化設計思路、完成智能化烹飪系統設計方案。該思路可用于智能化系統的設計工作。

關鍵詞：人工智能 增強智能 人在環中 知識導航服務

中圖分類號：J0-05

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 03-0102-02

前言

十幾年來，我們目睹了中國科技的高速發展，也切身體會到了科技對于人們生活的改變。“智能”這一詞匯逐漸成為了人們日常生活中使用的高頻詞。然而，我們至今都無法給予“智能”這個詞一個準確的定義，也更加無法準確定義“智能化設計”，或許是由于在科技發展的不同階段都會相應地賦予“智能”不同的涵義。從設計的角度出發，我們會更加關注人的需求，而非限制于技術。但是，那些重大的技術變革往往會對人們的生活乃至設計本身產生顛覆式的改變。此刻，或許我們正在經歷著一場意義重大的技術變革，這場變革的關鍵詞是“人工智能”。在這樣的時代背景下，從技術變革的視角探討智能化設計思路更具價值。

一、智能化發展進程中人與技術的關系

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

人工智能（ Al）與增強智能（IA）是完全不同的概念，代表了兩種科技發展的理念。研究對象同是人類智能，前者的關鍵詞是“取代”，后者的關鍵詞是“增強”。人工智能的概念是由約翰·麥卡錫[1]等人在20世紀60年代提出，并著手研發的一系列技術，試圖模擬人類的能力;差不多在同一時間，美國發明家恩格爾巴特[2]提出了增強智能（IA）理念，以增強人類智慧為目標。此時兩種理論的定義之間的鴻溝已經非常明顯。早期，人工智能領域還在獨立模仿人類大腦和軀體的時候，增強智能（IA）領域的先驅恩格爾巴特已經發明了計算機鼠標、圖形用戶界面并構想出了超文本鏈接的概念，這就是幾十年后現代互聯網的根基。

如今人工智能（Al）技術的發展備受世人矚目，Al已可以應用于某些特定場景。但是它距離實現類人智能的目標還十分遙遠。現階段，我們應該將人工智能（ Al）視為一項特殊的智化技術，并延用增強智能（lA）的設計思維，才有可能創造出更有實際價值的智能系統。

（二）增強智能（IA）思想

1.以人為本的設計理念：增強智能（IA）的理念是：使用計算機技術，讓一群人能夠通過利用更強大的軟件工具來“引導”其項目和組織活動，創造“群體智能”。“以人為本”的設計避開了形式化規劃，采用迭代的方法進行設計，用設計的語言對技術進行良好的封裝，啟發式的實驗和試錯勝過完美無缺的規劃。增強智能“以人為本”的理念體現在，總是將人的因素納入智能化系統的設計中，即所謂的“人在環中”。因此，人機關系就成為了構建智能化系統的目的，同時也是技術研發的動機。

在交互式計算的前50年中，計算機更多的是在增強智能而非取代人類。它們更加注重的并非建造智能機器，而是讓人類變得更聰明。從20世紀60年代，恩格爾巴特已經建立了增強智能概念的“框架”。隨著交互式計算走到第30個年頭，恩格爾巴特的理念變得更具影響力。10年間，最早的現代PC和隨后的信息分享技術相繼出現。恩格爾巴特的“追隨者”們已經改變了世界，他們在生活的方方面面拓展了人類能力。從“窗口”、“鼠標”到“計算機”、“手機”，再到“語音交互”，都停留在恩格爾巴特最初的規劃和理論框架內。

2.“知識導航儀”設計理念：如果說恩格爾巴特為lA領域的發展指明了方向，那么艾倫-凱則是為lA領域的發展勾畫了路徑。艾倫·凱等人開發了面向對象編程語言環境，這使他成為了面向對象編程思想的創始人，并發展出圖形使用者接口（GUI）。縱觀圖形界面的發展史，無論是微軟的Windows操作系統、圖形化的Linux，還是蘋果機的Macintosh，追溯其源都是艾倫當時超前思想的后繼者。

智能化的發展順延著艾倫-凱勾畫的路徑走過了PC時代、互聯網時代、移動互聯網時代，而現如今，智能化的趨勢仿佛又朝著艾倫-凱曾標定的下一個節點——知識導航儀（ knowledge navigator）發展。

艾倫-凱提出了“知識導航儀”的構想，1987年，蘋果公司在美國教育技術大會上展示了“知識導航儀”為主題的宣傳視頻，描繪了“知識導航儀”的構想并展望了自然語言形式的人機交互場景。視頻中，主人公攜帶的計算設備具有塑料外殼、高分辨率屏幕、帶有攝像頭端口和揚聲器格柵、觸摸屏及手勢操控，與今天移動計算設備相似的形態不免使人訝異。屏幕中擬人形態的“助手”能夠料理用戶在工作與日常生活中的事務，它根據用戶指令為用戶復述日程安排;獲取工作所需數據;與指定聯系人建立視頻通話等，視頻通過每個功能細節向公眾展示“知識導航儀”構想將如何改變人類生活方式。當下，新一輪的Al技術發展迅速，手機智能助手、智能音箱、聊天機器人等產品相繼出現仿佛印證了“知識導航儀”構想所描繪的未來趨勢。

二、智能化系統設計思路

（一）“人在環中”設計思路：知識導航儀（ knowledge navigator）的構想可以視為“人在環中”的理想模式，但這還只是美好的愿景，它屬于未來。目前市場上大多數Al產品，包括語音助手、智能音箱，甚至自動駕駛都屬于“人在環外”——用戶發出指令或提出需求，人工智能系統為用戶提供所需信息或完成某些簡單的任務。而“人在環內”強調的是人類與Al的協作，面向的是較為復雜的具體任務。針對具體場景，將Al技術應用于智能化系統，以“助手”的形式模擬專業技能，分擔用戶的任務。

從Al的角度來看，“構建主義”的人工智能技術能力有限，且機器學習算法依賴數據。“人在環中”的設計思路是“分工合作”，將場景內的任務進行解構，人類與Al分別承擔它們所擅長的部分。以這種形式賦予產品可用性，被消費者接受，進而積累場景下的數據，再反過來優化算法形成閉環。“人在環中”的形式拓展了人機交互設計的空間，有利于通過優化交互設計來彌補自然語言交互技術的不足。

從lA的角度來看，增強智能要打造能夠賦予用戶強大力量的復雜系統，使我們的計算機環境變得越來越復雜。然而，可視化以及直接操作存在著瓶頸，用戶不得不接受訓練進而提高了學習成本。因此，我們必須在一定程度上將一些特定的任務或一部分任務交給代理，它們可以成為我們的代表，或者至少向我們提出建議。而設計所面臨的問題是針對具體環節人機關系的把握，系統中哪一部分任務交給代理，哪一部分留給用戶。

廣義上的人工智能和機器人正以很快的速度變得強大，當機器人可以做得像人類一樣好甚至超過人類的時候，“環中”之人類就失去了自己的優勢和存在價值。然而，就現在的“過渡階段”而言，“人在環中”是較為合理的智能系統設計思路。

（二）知識導航服務設計思路：“人在環中”論述的是智能化系統中“人機共存”的設計思路，下面要討論的主題是，“人在環中”的模式下如何利用互聯網資源為用戶提供優質、高效的服務。知識導航儀（ knowledge navigator）的構想是美好的預言，我相信它的真實性，但它指向的是“終點”。而更有價值的是因地制宜的發展路徑，這條路徑我稱它為“知識導航服務”。

從產業發展的宏觀視角看待人工智能技術的應用，體現在垂直領域或垂直行業，而落實到產品設計的層面我們需要考慮的是垂直場景。就當前階段Al技術的發展水平與行業應用的成熟度而言，想要完全由技術來實現一個完美的Al架構是不現實的，反而需要以設計的視角，從實際場景和用戶反饋出發，反過來給技術、模型和算法提出建議，倒逼其優化。

互聯網時代的信息已經嚴重過載，提供更多知識的結果是加重用戶的認知負荷，很難產生用戶黏度。解決這一問題的有效路徑之一是：基于用戶在垂直場景內的目標和路徑拆解，只顯示他們在任務過程中所需的知識信息。不再是傳統意義上的知識服務，而是與用戶行為聯接，即時產生知識服務的價值。針對具體的場景，智能化設計的目標是根據用戶的需求提供幫助，主動或指導用戶采取行動，類似“向導”一樣為用戶提供“知識導航服務”。

三、智能烹飪系統設計

（一）用戶需求挖掘：相較于西餐，中餐菜品的品類豐富，烹飪過程復雜，且烹飪技術在很大程度上由烹飪經驗所決——食材、調料、油溫以及火候的控制等，都是制約居家烹飪的要素。實際生活中，大部分人缺乏上述經驗，往往需要花費較大的學習成本使自己成為一個合格的“廚師”。

互聯網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匱乏帶來的阻礙。但是，烹飪是一項注重經驗與實踐的技能，用戶無法短時間內通過書面菜譜即學即用的掌握烹飪技能，學習成本較高。且大多數情況下，用戶作簡單瀏覽后便急于上手，過程中頻繁的翻看“菜譜”內容往往會造成手忙腳亂、效率低下、頻頻出錯，烹飪的品質也得不到保證。另一方面，菜譜中不可能涵蓋所有的操作細節，不同用戶家中的器具、食材、廚房環境也各有不同，這使得用戶在參考手機APP的菜譜信息進行烹飪時會遇到各種各樣的困惑。

因此，如何降低學習成本、提高工作效率與品質是問題的核心，也是人工智能技術應用于廚房場景需要解決的主要問題。

（二）烹飪行為研究：利用互聯網資源對烹飪流程做調研，資源的形式包括：電視、互聯網美食烹飪類的節目、用戶量最多的幾款菜譜類手機軟件。將每道菜的制作過程和步驟進行詳細記錄，完成對規定的樣本量的記錄后，做歸納整理。對所有的菜品烹飪的流程做整體的分析，劃分為若干個步驟。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）智能烹飪系統設計

1）智能烹飪系統的設計目的是降低用戶在烹飪過程中的學習成本、提高效率與品質。“人在環中”設計思路強調的是用戶與智能系統的協作，讓人類與A1分別承擔它們擅長的部分。Al所擅長的是烹飪知識獲取與邏輯推理，在烹飪場景中，Al負責烹飪技能的模擬，通過構建領域內知識圖譜的方式獲取網絡文本的語義信息。

2）將烹飪行為的目標和路徑進行拆解，即時提供給用戶烹飪過程中所需的信息，主動或導引用戶采取行動，如同“向導”一樣為用戶提供烹飪場景下的“知識導航服務”。從而實現了將用戶“如何做”轉化為“做什么”，即時產生知識服務的價值。

3）將智能語音技術應用于智能烹飪系統，語音交互的形式可以有效解決“知識導航服務”在烹飪場景下的諸多問題，提高系統的可用性。

4）決策自動化：烹飪場景下基于知識圖譜與語音交互技術的“知識導航服務”搭建了智能烹飪系統的框架。然而，烹飪是一項較為復雜的活動，某些環節要求用戶具備敏捷的反應與熟練的操作。這些技能是用戶普遍不具備的，這些環節是提升產品可用性、形成用戶體驗閉環的關鍵。根據烹飪行為的研究（如圖1），日常烹飪的過程中，配料的量取、配料投放時機以及火力控制這三個環節需要用戶依靠烹飪經驗做出快速、精準的決策。可以通過設計智能硬件的形式，實現“決策自動化”。智能硬件的主要功能：用于儲藏烹飪調料，作為“烹飪導航系統”的一環與系統連接，實現配料的自動量取，用戶根據語音提示，取料并投放。在不涉及行為智能技術（技術門檻過高）的情況下，實現關鍵環節的“決策自動化”。將烹飪過程中繁瑣的操作轉化為極為簡單的行為。輔助烹飪設備作為智能烹飪系統的唯一硬件設備，可用于集成麥克風陣列、音箱等元件，實現智能音箱的產品屬性，亦可與移動設備連接。

結語

本輪人工智能技術浪潮的理論基礎已經基本搭建完畢。我們應該盡快認識到此項技術的本質與邊界，并探索適用于全新智能化系統的設計思路與方法。聚焦于人工智能技術的應用，挖掘應用于現有場景的可能性以及拓展全新的應用場景。希望本文提出的智能化系統設計思路與設計方案能夠為以后的智能化設計提供參考。.

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