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观点 | 改变了设计界的人因学,下一步要改变人工智能界

腾讯AI加速器 2018-06-16 12:03:59

在最近的一百年,正是人因工程高速发展的时代,而且在现代工业里,越来越受到重视。


熊境鸿 

厦门理工学院工业工程系讲师

原日本国立九州大学人间工学博士后研究员


提到人因工程的启蒙从文艺复习时代开始,这似乎和“一门新兴的应用学科”的提法背道而驰,文艺复习到现在,都已经五百年了,怎么能说是新兴呢?


这里说的新兴,当然不是指新生,而是与其它传统科学相比,人因工程更容易受到时代的影响。而最近的一百年,正是人因工程高速发展的时代,而且在现代工业里,越来越受到重视。新兴的定义,正符合了工业4.0的发展要求。


工业4.0在世界首次提出,继以蒸汽机的发明为标志的大型机器应用、电气时代的规模化生产和电子信息技术应用这三次工业革命之后,人类历史将迎来以信息物理融合系统(互联网+物联网)为基础,并以生产高度数字化、网络化、机器自组织(机器仿生+人工智能)为标志的第四次工业革命。

 

01

工业设计应为人服务:人因工程在德国

 

说到人因工程与工业的发展,一个不得不提及的国家,便是德国。德国的工业产品,无论是用于工业生产的大型机器,还是生活中各种各样的工具和电器,都给我们做工精细、设计合理、讲究实效且持久耐用的印象。


这不是在为德国工业做广告,因为这几乎是世界范围内普遍的对德国工业水平的认可。这和德国工业设计界长期以来坚持的宗旨和理念是分不开的,尤其是德国工业界提倡的设计应以服务大众为目的,坚决贯彻功能与人因工程有机融合的原则,使得德国的工业产品一直占据世界的领先地位。


虽然德制工业产品总给人外观冷漠、色彩单一且以灰黑为主的呆板印象,但其理性与可靠的内在却是世界工业设计界的典范。而德国工业设计的发展史,也可以说是近代人因工程的进化史。

 

设计从装饰到实用的转变


第一次工业革命把人类带进了大机器时代,而这时的工业设计,是以提高机器本身的效率为首要宗旨。


当时的工业界认为,提高机器的工作效率是工业生产至高无上的目标,因为效率的提高代表着单位产能的提高,而产能的提高意味着经济的增长。于是,随着工业技术的发展,新的机器不断被制造出来,而新机器不断进入生产领域,也同样刺激了技术的不断更新换代。


技术与机器的同时进步,极大促进了当时生产力的发展。至少在第一次工业革命的早期,因为生产力提高而促进经济增长的效果相当明显。


有句话是这么说的:如果物质生活水平提高了,精神生活水平也要被提高的诉求就会接踵而来。这句话简直就是真理,当时的工业发达国家奉行的“新艺术运动”就是这个真理的表现。


新艺术运动是19世纪末20世纪初在欧洲和美国产生并发展的一次影响面极大,且以显示先进生产、进步文化、以及经济实力为主要目的设计形式主义运动。


称“新艺术运动”为“设计形式主义”是因为这场艺术文化运动服务的只是权贵和掌握资源的政府机构。虽然很多伟大的艺术形式诞生于这个时代(尤其是建筑,例如世界闻名的法国埃菲尔铁塔),但是广大的劳工大众,却几乎没有得到任何恩惠。直到在德国工业设计界的“青春风格”影响下“德意志制造联盟” 的诞生,劳工大众被工业设计所忽略的现象才得到了改观。


“青春风格”指的是在新艺术运动后期,德国的一些设计学家开始摆脱以曲线装饰为主的设计理念,并逐步转变为以简单的几何造型和直线为主的设计风格。这意味着德国的设计师开始从华而不实的以炫耀为目的的设计转向以节省成本和实现实用主义为目的的设计。因为设计和制造成本的下降,广大劳工大众从此进入了工业设计师们的服务范围。

 

包豪斯设计精神


这一转变对世界的影响不可估量。“德意志制造联盟”认为,工业设计的服务对象应该是人而不是机器,因为机器是由人操控的,人是机器的主人;而且,只有在机器适合人使用的情况下,机器的最佳效率才能实现。这完全符合人因工程提出的“工业以人为要因,设计以人为本原”的宗旨。


“德意志制造联盟”还提倡,工业设计师是社会的公仆,而不是以表现浪漫和自我为目的的艺术家;在肯定机械化批量生产的前提下,实现产品的标准化应该作为工业设计的基本要求。


在“德意志制造联盟”的策划下,包豪斯设计学校于1919年在德国成立,成为世界工业设计界发展的一个里程碑。


包豪斯所传达的设计理念是:设计的目的是为人服务,设计是技术与艺术的统一,设计师应坚持任何设计必须遵循自然与客观的法则。而人因工程的基本理念就是设计应参照人的特点和限制,也就是承认并尊重“人的能力是有限的”这一自然且客观的法则。


因为包豪斯设计理念的影响,这一时代诞生了许多非凡的工业设计,并且很多作品被奉为工业设计的经典,更是人因工程设计的经典。


比如,由贝伦斯(1868-1940,当时德国通用设计公司的首席设计顾问,也是艺术家执掌工业设计的世界首例)设计的台扇,因为体积小巧且相对安全,非常适合人的近距离使用,大大提高了产业工人的工作和生活状况。这个设计自诞生以来便成为了工业美学的设计经典,直至今日我们生活中使用的电扇,其基本外形和构造与贝伦斯的作品相比,都没有发生太大的改变。


另一个经典例子是由布兰德(1893-1983)设计的“康登”台灯。康登台灯的标志是依附于稳健的基座并可相对自由弯曲的灯颈,因为造型简洁故而非常适于批量生产。康登台灯是如此的经典,在今天我们的书桌上仍然可以找到,其外形和工作原理几乎没有任何改变。


令人惋惜的是,因为包豪斯设计学校推崇服务对象无差别的理念与纳粹政权推行的种族主义相悖而被强行关闭,但包豪斯的伟大功绩并不仅仅在于设计传世的作品,更在于贡献传世的精神。


可以说,德国以“工业设计应为人服务”的理念为人因工程在世界的发展夯实了坚定的基础,并影响了人因工程在各国的推广。

02

更人性化的体验:人因工程在日本

 

另一个需要被提及的国家是日本。近年来,日本似乎是国民选择境外出游的热点。虽然我国是世界公认的制造大国,而中国游客们在日本当地购买大量国内也同样生产的电子生活用品(电饭煲、电子马桶盖等)的现象,却成为了日本发明“爆买”这个时髦新词的绝佳素材。


这里抛开经济的观点不做讨论,我们不得不承认,国民大量购买日本的产品,是因为日本产品在质量和设计上比国内产品更加上乘。我们也不得不承认,虽然近些年日本的国家经济硬实力已经大不如前,但在国家文化软实力,尤其是工业设计上,日本仍是世界的前列。


作为一个曾在日本生活和工作将近7年的留学人员,相信笔者的亲身经历比从日本旅游归来的亲朋所述的游记更有说服力。

 

人文关怀是设计的血液


人性化的设计是很多日本产品的标识。而人性化的标识,在生活中几乎每日必用的物品上体现得特别明显,且无论物品本身的价格贵贱。



在日本超市购买纯牛奶(生鲜乳制品一般都是盒装),如果仔细查看,会发现在纸盒上在撕开口的另一端有一个直径大约0.5厘米的半圆形凹槽。这个凹槽并不大,从视觉上来说可能不太容易发现,但用手指触摸,却可以轻易地用触觉切实地感知到它的存在。


这个凹槽是有意为之的设计,目的是让视觉障碍者轻易地分辨出撕开口,而不至于在撕开盒子时因用力不当而洒了牛奶,毕竟纸盒是一种易撕毁的材料。而且,喝剩的牛奶一般都是放在冰箱中储藏。对于视觉正常的人来说,在冰箱中很快分辨出撕开口并不是一件极其容易的事,尤其在匆忙起床上学上班的早上。而依靠这个凹槽却可以做到瞬时分辨,是一个省时且省力的抓取牛奶盒并顺利倒牛奶的极好方式。从这个细节上看,可知牛奶生产商和牛奶盒制造商在人性化设计上的考量。


在日本,这样的例子比比皆是。比如:


易拉罐上有凸点盲文,可以分辨酒精和非酒精饮料,甚至可以分辨口味;


抽水马桶的储水罐上有洗手池,注水的同时可以洗手,既节省水资源也节省使用者的时间;


电梯按钮设置成儿童及轮椅使用者区和普通成人区,同样的按钮但不同的高度,以方便不同人群的使用;


街头的自动饮料贩卖机都印有编号或地址,不识路的人可以在短时间内知道自己所在的位置,更利于紧急情况下报警时确认出事地点;


儿童用雨伞有一部分做成透明,因此儿童不会因为身形矮小而被雨伞遮挡视野,起到防护安全的作用;


绝大多数公共卫生间都有为老年人安置的起身用扶手;


有些加油站的注油枪安装在天花板并吊在空中,既节省了空间又不限制汽车加油箱的位置,等等。




所有的这些例子,都体现了制造商和服务提供者深刻的人性化设计和人文关怀精神。

 

感性工学助设计成功


日本工业界的人性化设计程度如此深化,除了得益于日本国民精细的服务精神之外,更得益于业界对人因工程理念的深刻理解与应用。尤其是感性工学的应用得到重视,日本的各行各业都受益匪浅。


感性工学是人因工程学的一个重要分支,人因工程学在日本称之为“人间工学”,而毫无疑问“感性”是人间属性的重要组成,因此把感性工学归属于人因工程的大范畴内。


“感性”毫无争议的是一组中文词汇,但首次把“感性”作为工学课题研究的却是日本人。而且,因为在英文中没有与之对应的单词,国际学术界在1988年第十届国际人机工学会议上决定采用日语“感性”的发音定为KANSEIENGINEERING(感性工程学)。


我们知道,感性指的是人主观的感觉、感受与知觉,一般来说包括五感,即视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉以及与之相关联的心理活动。而且说到感性,人们通常会不自觉地与“理性”联系起来,因为感性与理性可以是一组用来描述性格的词汇,用感性代表冲动,用理性代表理智。而人对事物的认知过程却不是非感性即理性的对立,而是从事物表面的感知到内在逻辑关系的理解过渡并升华的过程。


而感性工学,就是探讨人的感性与物的特性之间的关系,以获知人对事物的外在特征和接触过程中的对其特性的认知与感受,从而以感性的角度获知事物的属性。


一般来说,感性是一种意象因此难以捕获。而感性工学的最大功绩在于,运用工程学的研究手段,定性、归类和量化人的感性,分析人对事物的感性评价并归纳出改进产品的设计要素。这些设计要素在事物的改进中不断尝试,最终获得让人满意的产品。


因此,在我们使用通过感性工学方法设计出来的产品时,感到特别的暖心,正是因为这些产品的终极目标,就是为了补偿感性获得的缺失,起到让人内心充实的作用。之前提到的顶部有凹槽的牛奶盒,巧妙地在盒子本身做出用敏感的指尖触觉补偿视觉缺失的设计,就是一个非常成功的运用感性工学改进工业设计的典型例子。


日本工业设计界通过对感性工学的深刻理解,并坚持贯彻于设计、生产、工作以及生活的全方面,始终站在世界工业设计领域的先端。

 

03

新时代的挑战:人因工程助力人工智能国家战略

 

时光跨入了新时代,世界工业以前所未见的高速发展状态把人类带入了第四次工业革命。而全球的格局早已发生了巨大改变,老牌的工业发达国家有些逐渐走向低速平缓发展,有些仍发挥着世界领头羊的作用。而中国,也正努力摆脱制造大国的印象,加快步伐走向智造强国的成熟。


称中国为制造大国却也并非贬义,自上世纪七十年代末的改革开放以来,我国一直担负着为世界制造绝大部分生产生活用品的重任,同时也为本国经济的腾飞做积累。


然而巨大的工业产量并没有真正把中国推向世界工业的主导地位,主要的原因还是我国在工业领域内设计与研发的基础薄弱。与百年的工业历史作为积淀的世界工业强国相比,我们只有,也必须只有具备后发制人的能力,才有可能实现追随并赶超。

 

人因工程让航天工业飞得更高


近些年,我国在工业领域上加大了研发投入,也取得了一些世界瞩目的成就,其中航天工业就是国人的骄傲。中国航天事业走过了近半个世纪的历程,从东方红一号首次上天到载人空间站对接惊艳世界,人因工程在中国的发展也经历了从闻所未闻到发挥举足轻重作用的艰难之路。


在这个过程中,我国的航天器也经历过一次惊心动魄的险情。在第一次太空行走时,当航天员做好准备,即将出舱前的一刻,事先已打开一丝缝隙的舱门却自动关闭。航天员试图用自力再次打开却屡试失败,直至精疲力竭,精神负担变得空前巨大。这不但使当事的航天员,还有正在监测的地面工作人员,都同时真真切切地感受到了人力的局限与无助。最后在借用工具并利用杠杆原理的情况下才打开了舱门,我们的五星红旗终于达成了首次飘在地球外太空的壮举。


总结其原因,就是因为平时的地面实验无法完全模拟太空的微重力环境,因而舱外服的操作工效无法完全实现,出现人力无助的结果。由此科研人员得到这样的经验:相对于极高精密度的自动化机器与设备而言,人的作用仍是完成任何任务的终极关键。可见,人因工程具有决定成败的潜力与引领工业发展走向更大成功的巨大可能性。

 

人工智能的发展需要人因工程


当前,人工智能被认为是最具战略性和挑战性的前沿技术领域,对产业的发展有望继续加持并最终实现赶超老牌工业强国的目标。


去年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》为人工智能在中国的发展提出了新的目标,即到2030年,中国的人工智能在理论、技术与应用三个方面应达到世界领先水平,成为世界人工智能的主要创新中心。这意味着开发与应用人工智能已经上升到了国家战略的高度。


人因工程与人工智能都以“人”为依托,并有着相当密切的关联。人工智能研究人类智能活动的规律,并让机器模拟,使其拥有自我学习的能力,以实现用机器代替人类去思考和工作的目的。因此人工智能最初的人设就是对人类的模拟与仿生。然而,即使能像人类一样做理性的思考,机器与计算机能像人一样做决定吗?


现代社会的许多工作,都需要工作执行者的决策才能完成,而拥有理性与逻辑并不完全等同于拥有决策的能力。人因工程的研究已经告诉我们,人做出决定的动机和缘由各种各样,既有理性的一面,也有感性的一面。换句话说,人的情绪生理变化可以影响人的决定,无论这个做决定的人是否处于理性的状态。


目前的人工智能缺失的是:对人感性层面的仿生不够完善,因此无法完全了解人做决策的生理与心理机制。言下之意,只有人工智能做到像人一样去感受外部的世界,并用处理器做人一样的理性思考,从内至外地模拟和学习人类,这样的人工智能才是完善的。


例如,在某一外界的刺激下(突然一束光照到了室内,或者,童年听过的一首老歌响起),可以激发一个音乐家的情绪与灵感,并与其过去的经历进行对比,这时音乐家的肾上腺素、血压、脑波、甚至排汗率等等这些灵感的生理指标发生了应激改变,于是在情绪与灵感的引领下音乐家创作出不朽的杰作,而这一过程并不需要理性逻辑的参与。


而目前人工智能的瓶颈,就恰恰是目前的智能算法无法读懂艺术,更无法自发的进行创作,所以创新能力远远不及人类。而没有创新性能,科技的创造也会缺乏动力。


即便对于科技超级发达的国家,如果缺乏人文的进步,生产的提高也毫无意义。有些国家已经在感性仿生层面有了突破,比如日本的情感机器人Pepper和Geminoid F,它们虽然已经进入商业开发阶段,但都还停留在相当浅层“人模仿”的阶段。


而人因工程却可以发挥生理人类学和工程心理学结合的优势,例如生理情绪研究与感性工学融合,并结合其它人因学科,为人工智能的研究与开发提供感性仿生平台,为国家人工智能战略的发展服务。


工业4.0把人类带进了机器自组织的全新时代,而人因工程碰到人工智能,将会迸发出什么样的火花?相当地期待国家对人因工程研究的更大力投入,让我们在人工智能的人因模拟领域走在世界的前面,为实现国家战略的成功助力。

 

来源 | 腾讯研究院




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