技术视角下的智能化设计研究

陈炳东 兰翠芹

摘要：探索人工智能时代背景下，智能化设计的新思路，并运用该思路完成设计实践。文章从设计的角度出发，运用跨学科的研究方法，针对智能化发展过程中人与技术的关系进行了分析与总结。提出了全新的智能化设计思路。在设计实践的部分运用行为研究的方法，提炼出烹饪场景中用户需求要素，结合智能化设计思路完成设计实践。得出“人在环中”、“知识导航服务”两个智能化设计思路、完成智能化烹饪系统设计方案。该思路可用于智能化系统的设计工作。

关键词：人工智能 增强智能 人在环中 知识导航服务

中图分类号：J0-05

文献标识码：A

文章编号：1003-0069 （2019） 03-0102-02

前言

十几年来，我们目睹了中国科技的高速发展，也切身体会到了科技对于人们生活的改变。“智能”这一词汇逐渐成为了人们日常生活中使用的高频词。然而，我们至今都无法给予“智能”这个词一个准确的定义，也更加无法准确定义“智能化设计”，或许是由于在科技发展的不同阶段都会相应地赋予“智能”不同的涵义。从设计的角度出发，我们会更加关注人的需求，而非限制于技术。但是，那些重大的技术变革往往会对人们的生活乃至设计本身产生颠覆式的改变。此刻，或许我们正在经历着一场意义重大的技术变革，这场变革的关键词是“人工智能”。在这样的时代背景下，从技术变革的视角探讨智能化设计思路更具价值。

一、智能化发展进程中人与技术的关系

（一）智能化发展的两个方向：自1946年计算机诞生至今，人类关于智能化技术的研究一直以来都存在着两个不同的思路，从而形成了截然不同的兩条发展路径。它们就是AI与lA。

人工智能（ Al）与增强智能（IA）是完全不同的概念，代表了两种科技发展的理念。研究对象同是人类智能，前者的关键词是“取代”，后者的关键词是“增强”。人工智能的概念是由约翰·麦卡锡[1]等人在20世纪60年代提出，并着手研发的一系列技术，试图模拟人类的能力;差不多在同一时间，美国发明家恩格尔巴特[2]提出了增强智能（IA）理念，以增强人类智慧为目标。此时两种理论的定义之间的鸿沟已经非常明显。早期，人工智能领域还在独立模仿人类大脑和躯体的时候，增强智能（IA）领域的先驱恩格尔巴特已经发明了计算机鼠标、图形用户界面并构想出了超文本链接的概念，这就是几十年后现代互联网的根基。

如今人工智能（Al）技术的发展备受世人瞩目，Al已可以应用于某些特定场景。但是它距离实现类人智能的目标还十分遥远。现阶段，我们应该将人工智能（ Al）视为一项特殊的智化技术，并延用增强智能（lA）的设计思维，才有可能创造出更有实际价值的智能系统。

（二）增强智能（IA）思想

1.以人为本的设计理念：增强智能（IA）的理念是：使用计算机技术，让一群人能够通过利用更强大的软件工具来“引导”其项目和组织活动，创造“群体智能”。“以人为本”的设计避开了形式化规划，采用迭代的方法进行设计，用设计的语言对技术进行良好的封装，启发式的实验和试错胜过完美无缺的规划。增强智能“以人为本”的理念体现在，总是将人的因素纳入智能化系统的设计中，即所谓的“人在环中”。因此，人机关系就成为了构建智能化系统的目的，同时也是技术研发的动机。

在交互式计算的前50年中，计算机更多的是在增强智能而非取代人类。它们更加注重的并非建造智能机器，而是让人类变得更聪明。从20世纪60年代，恩格尔巴特已经建立了增强智能概念的“框架”。随着交互式计算走到第30个年头，恩格尔巴特的理念变得更具影响力。10年间，最早的现代PC和随后的信息分享技术相继出现。恩格尔巴特的“追随者”们已经改变了世界，他们在生活的方方面面拓展了人类能力。从“窗口”、“鼠标”到“计算机”、“手机”，再到“语音交互”，都停留在恩格尔巴特最初的规划和理论框架内。

2.“知识导航仪”设计理念：如果说恩格尔巴特为lA领域的发展指明了方向，那么艾伦-凯则是为lA领域的发展勾画了路径。艾伦·凯等人开发了面向对象编程语言环境，这使他成为了面向对象编程思想的创始人，并发展出图形使用者接口（GUI）。纵观图形界面的发展史，无论是微软的Windows操作系统、图形化的Linux，还是苹果机的Macintosh，追溯其源都是艾伦当时超前思想的后继者。

智能化的发展顺延着艾伦-凯勾画的路径走过了PC时代、互联网时代、移动互联网时代，而现如今，智能化的趋势仿佛又朝着艾伦-凯曾标定的下一个节点——知识导航仪（ knowledge navigator）发展。

艾伦-凯提出了“知识导航仪”的构想，1987年，苹果公司在美国教育技术大会上展示了“知识导航仪”为主题的宣传视频，描绘了“知识导航仪”的构想并展望了自然语言形式的人机交互场景。视频中，主人公携带的计算设备具有塑料外壳、高分辨率屏幕、带有摄像头端口和扬声器格栅、触摸屏及手势操控，与今天移动计算设备相似的形态不免使人讶异。屏幕中拟人形态的“助手”能够料理用户在工作与日常生活中的事务，它根据用户指令为用户复述日程安排;获取工作所需数据;与指定联系人建立视频通话等，视频通过每个功能细节向公众展示“知识导航仪”构想将如何改变人类生活方式。当下，新一轮的Al技术发展迅速，手机智能助手、智能音箱、聊天机器人等产品相继出现仿佛印证了“知识导航仪”构想所描绘的未来趋势。

二、智能化系统设计思路

（一）“人在环中”设计思路：知识导航仪（ knowledge navigator）的构想可以视为“人在环中”的理想模式，但这还只是美好的愿景，它属于未来。目前市场上大多数Al产品，包括语音助手、智能音箱，甚至自动驾驶都属于“人在环外”——用户发出指令或提出需求，人工智能系统为用户提供所需信息或完成某些简单的任务。而“人在环内”强调的是人类与Al的协作，面向的是较为复杂的具体任务。针对具体场景，将Al技术应用于智能化系统，以“助手”的形式模拟专业技能，分担用户的任务。

从Al的角度来看，“构建主义”的人工智能技术能力有限，且机器学习算法依赖数据。“人在环中”的设计思路是“分工合作”，将场景内的任务进行解构，人类与Al分别承担它们所擅长的部分。以这种形式赋予产品可用性，被消费者接受，进而积累场景下的数据，再反过来优化算法形成闭环。“人在环中”的形式拓展了人机交互设计的空间，有利于通过优化交互设计来弥补自然语言交互技术的不足。

从lA的角度来看，增强智能要打造能够赋予用户强大力量的复杂系统，使我们的计算机环境变得越来越复杂。然而，可视化以及直接操作存在着瓶颈，用户不得不接受训练进而提高了学习成本。因此，我们必须在一定程度上将一些特定的任务或一部分任务交给代理，它们可以成为我们的代表，或者至少向我们提出建议。而设计所面临的问题是针对具体环节人机关系的把握，系统中哪一部分任务交给代理，哪一部分留给用户。

广义上的人工智能和机器人正以很快的速度变得强大，当机器人可以做得像人类一样好甚至超过人类的时候，“环中”之人类就失去了自己的优势和存在价值。然而，就现在的“过渡阶段”而言，“人在环中”是较为合理的智能系统设计思路。

（二）知识导航服务设计思路：“人在环中”论述的是智能化系统中“人机共存”的设计思路，下面要讨论的主题是，“人在环中”的模式下如何利用互联网资源为用户提供优质、高效的服务。知识导航仪（ knowledge navigator）的构想是美好的预言，我相信它的真实性，但它指向的是“终点”。而更有价值的是因地制宜的发展路径，这条路径我称它为“知识导航服务”。

从产业发展的宏观视角看待人工智能技术的应用，体现在垂直领域或垂直行业，而落实到产品设计的层面我们需要考虑的是垂直场景。就当前阶段Al技术的发展水平与行业应用的成熟度而言，想要完全由技术来实现一个完美的Al架构是不现实的，反而需要以设计的视角，从实际场景和用户反馈出发，反过来给技术、模型和算法提出建议，倒逼其优化。

互联网时代的信息已经严重过载，提供更多知识的结果是加重用户的认知负荷，很难产生用户黏度。解决这一问题的有效路径之一是：基于用户在垂直场景内的目标和路径拆解，只显示他们在任务过程中所需的知识信息。不再是传统意义上的知识服务，而是与用户行为联接，即时产生知识服务的价值。针对具体的场景，智能化设计的目标是根据用户的需求提供帮助，主动或指导用户采取行动，类似“向导”一样为用户提供“知识导航服务”。

三、智能烹饪系统设计

（一）用户需求挖掘：相较于西餐，中餐菜品的品类丰富，烹饪过程复杂，且烹饪技术在很大程度上由烹饪经验所决——食材、调料、油温以及火候的控制等，都是制约居家烹饪的要素。实际生活中，大部分人缺乏上述经验，往往需要花费较大的学习成本使自己成为一个合格的“厨师”。

互联网资源的极度丰富可以为人们提供海量品类齐全、流程详尽的菜谱，一定程度上解决了由于知识匮乏带来的阻碍。但是，烹饪是一项注重经验与实践的技能，用户无法短时间内通过书面菜谱即学即用的掌握烹饪技能，学习成本较高。且大多数情况下，用户作简单浏览后便急于上手，过程中频繁的翻看“菜谱”内容往往会造成手忙脚乱、效率低下、频频出错，烹饪的品质也得不到保证。另一方面，菜谱中不可能涵盖所有的操作细节，不同用户家中的器具、食材、厨房环境也各有不同，这使得用户在参考手机APP的菜谱信息进行烹饪时会遇到各种各样的困惑。

因此，如何降低学习成本、提高工作效率与品质是问题的核心，也是人工智能技术应用于厨房场景需要解决的主要问题。

（二）烹饪行为研究：利用互联网资源对烹饪流程做调研，资源的形式包括：电视、互联网美食烹饪类的节目、用户量最多的几款菜谱类手机软件。将每道菜的制作过程和步骤进行详细记录，完成对规定的样本量的记录后，做归纳整理。对所有的菜品烹饪的流程做整体的分析，划分为若干个步骤。整体流程（如图1）所示。大部分中餐菜品的制作过程都可以由以上烹饪步骤叠加、排列组合而成。

（三）智能烹饪系统设计

1）智能烹饪系统的设计目的是降低用户在烹饪过程中的学习成本、提高效率与品质。“人在环中”设计思路强调的是用户与智能系统的协作，让人类与A1分别承担它们擅长的部分。Al所擅长的是烹饪知识获取与逻辑推理，在烹饪场景中，Al负责烹饪技能的模拟，通过构建领域内知识图谱的方式获取网络文本的语义信息。

2）将烹饪行为的目标和路径进行拆解，即时提供给用户烹饪过程中所需的信息，主动或导引用户采取行动，如同“向导”一样为用户提供烹饪场景下的“知识导航服务”。从而实现了将用户“如何做”转化为“做什么”，即时产生知识服务的价值。

3）将智能語音技术应用于智能烹饪系统，语音交互的形式可以有效解决“知识导航服务”在烹饪场景下的诸多问题，提高系统的可用性。

4）决策自动化：烹饪场景下基于知识图谱与语音交互技术的“知识导航服务”搭建了智能烹饪系统的框架。然而，烹饪是一项较为复杂的活动，某些环节要求用户具备敏捷的反应与熟练的操作。这些技能是用户普遍不具备的，这些环节是提升产品可用性、形成用户体验闭环的关键。根据烹饪行为的研究（如图1），日常烹饪的过程中，配料的量取、配料投放时机以及火力控制这三个环节需要用户依靠烹饪经验做出快速、精准的决策。可以通过设计智能硬件的形式，实现“决策自动化”。智能硬件的主要功能：用于储藏烹饪调料，作为“烹饪导航系统”的一环与系统连接，实现配料的自动量取，用户根据语音提示，取料并投放。在不涉及行为智能技术（技术门槛过高）的情况下，实现关键环节的“决策自动化”。将烹饪过程中繁琐的操作转化为极为简单的行为。辅助烹饪设备作为智能烹饪系统的唯一硬件设备，可用于集成麦克风阵列、音箱等元件，实现智能音箱的产品属性，亦可与移动设备连接。

结语

本轮人工智能技术浪潮的理论基础已经基本搭建完毕。我们应该尽快认识到此项技术的本质与边界，并探索适用于全新智能化系统的设计思路与方法。聚焦于人工智能技术的应用，挖掘应用于现有场景的可能性以及拓展全新的应用场景。希望本文提出的智能化系统设计思路与设计方案能够为以后的智能化设计提供参考。.

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