面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

甘媛媛

（河源技師學(xué)院機(jī)電制造系，廣東 河源 517002）

人工智能從1956年開始以后幾起幾落，出現(xiàn)了幾次浪潮，2006年至今已經(jīng)是人工智能第3次浪潮了。多個(gè)國家已將人工智能提升為國家戰(zhàn)略，出臺(tái)了相關(guān)政策和規(guī)劃，力爭搶占科技的制高點(diǎn)。目前我國已經(jīng)步入了工業(yè)信息化的時(shí)代，人機(jī)協(xié)同成為了第3次人工智能浪潮中的一個(gè)重要方面，隨著全球制造業(yè)逐步向物聯(lián)制造的轉(zhuǎn)型，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)值得我們進(jìn)行深入的研究。

1 面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)可拓模型

（1）機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)理。機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)核心在于機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新概念的產(chǎn)生，這決定了產(chǎn)品的預(yù)設(shè)的功能、形態(tài)，也影響著實(shí)際地產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及營銷，可以說產(chǎn)品創(chuàng)新概念決定著一件產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新的50%。從認(rèn)知上來講，人類創(chuàng)新概念的產(chǎn)生主要通過“知覺+行動(dòng)”——將非概念的材料轉(zhuǎn)換為命題概念，以及“推理”——從已有概念出發(fā)形成新的概念，兩條路徑產(chǎn)生。因此通過結(jié)合工程領(lǐng)域的概念設(shè)計(jì)過程，從概念產(chǎn)生的兩大認(rèn)知路徑，運(yùn)用認(rèn)知心理學(xué)的相關(guān)知識(shí)，構(gòu)造機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的機(jī)理。該機(jī)理揭示了機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中創(chuàng)新概念產(chǎn)生的本質(zhì)，為確定影響設(shè)計(jì)結(jié)果、調(diào)動(dòng)設(shè)計(jì)資源以及進(jìn)行設(shè)計(jì)行為提供了依據(jù)。機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)理如圖1所示。

整個(gè)設(shè)計(jì)機(jī)理從設(shè)計(jì)任務(wù)入手，對其進(jìn)行分析后提煉出具體要解決的設(shè)計(jì)問題，然后再對設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析。在厘清問題后形成評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及綜合運(yùn)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略，對問題從“知覺+行動(dòng)”以及“推理”兩條認(rèn)知路徑進(jìn)行研究，然后生成創(chuàng)新概念。在創(chuàng)新概念的的指導(dǎo)下形成創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，在結(jié)合原問題的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對于設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評價(jià)，最后實(shí)施設(shè)計(jì)方案。

（2）面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可拓模型。基于機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)理提出了在人機(jī)協(xié)同智能背景下，利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)以及大數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)，面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可拓模型，如圖2。

圖2

在此機(jī)理中，人機(jī)系統(tǒng)信息加工系統(tǒng)作為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中的心理與運(yùn)算過程。根據(jù)信息加工理論，元認(rèn)知監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)領(lǐng)了整個(gè)創(chuàng)新活動(dòng)，并負(fù)責(zé)主要的分析活動(dòng)，在“知覺+行動(dòng)”以及“推理”兩條路徑中產(chǎn)生信息，形成感覺的刺激，再分析從刺激進(jìn)行注意和辨別，形成對刺激意義的理解，然后形成短時(shí)記憶，再對短時(shí)記憶進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行加工處理，形成長時(shí)記憶并在需要的時(shí)候進(jìn)行長時(shí)記憶的調(diào)取。該系統(tǒng)確定人機(jī)智能協(xié)同應(yīng)遵循的原則，為影響創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可控因素尋找利用機(jī)器智能實(shí)現(xiàn)的方法，幫助設(shè)計(jì)者利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)面向人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2 面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略

（1）基于用戶體驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新。在人機(jī)協(xié)同的背景下，用戶體驗(yàn)感受將成為檢驗(yàn)一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否合理的最有效的方法。根據(jù)市場調(diào)研的情況證明，在用戶體驗(yàn)上做到合理的人文關(guān)懷甚至完美的產(chǎn)品，相較于只看種紛繁蕪雜的功能性產(chǎn)品，更受用戶的喜愛。諾曼在《情感化設(shè)計(jì)》中提出了設(shè)計(jì)的三個(gè)層次：本能層次、行為層次、反思層次。本能層次是人機(jī)協(xié)同的前提，發(fā)生在用戶與機(jī)器交互之前，在這一階段用戶通過視覺和其他感官直接的對產(chǎn)品進(jìn)行感知。本能層次使用戶對產(chǎn)品產(chǎn)生直觀的判斷，快速地決定產(chǎn)品是優(yōu)質(zhì)或是劣質(zhì)；行為層次發(fā)生在本能層次與反思層次之間，用戶在對產(chǎn)品進(jìn)行初步的判斷后進(jìn)行簡單的管理，人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要就是要解決這種層次的認(rèn)知活動(dòng)。這一階段可以人為有意識(shí)地處理對產(chǎn)品的認(rèn)知；反思層次是在經(jīng)過了本能層次與行為層次后最上層的層次，是用戶自主地有意識(shí)地對已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)與反思的過程，必須要通過對記憶進(jìn)行抽取編碼重組才能完成。

（2）創(chuàng)新產(chǎn)品需要遵循普適化與自然性、智能化與可移動(dòng)化原則。在人機(jī)協(xié)同制造系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)在后臺(tái)運(yùn)行，而用戶在前臺(tái)操作，要滿足用戶在本能層次、行為層次以及反思層次的產(chǎn)品體驗(yàn)，需要建立一個(gè)符合使用者心理與行為習(xí)慣的自然智能的交互界面，以此滿足使用者獲取資源和進(jìn)行操作的需要。在這種情況下的人機(jī)交互方式，不再是鼠標(biāo)和鍵盤簡單的操作模式，而需要對人機(jī)協(xié)同產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，形成一種更智能的操作方法，更具普適化與自然性的交互界面。機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的用戶范圍十分廣泛，其使用者從經(jīng)營管理的決策者到實(shí)際生產(chǎn)的一線操作員工，而其涉獵的行業(yè)范圍也十分廣泛，從產(chǎn)品生產(chǎn)的制造業(yè)到生活服務(wù)業(yè)。要滿足這些專業(yè)背景不同和受教育程度差異巨大的用戶的需求，就要求使用的交互界面更具有普遍適應(yīng)性；更加智能化和可移動(dòng)化。面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是建立在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的、基于知識(shí)的智能化系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)深度的人機(jī)協(xié)同，就要滿足終端的用戶無論在何時(shí)何地都可以通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，保障用戶能夠隨時(shí)隨地地通過各種自然、智能的機(jī)械產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。

（3）運(yùn)用可拓模型進(jìn)行創(chuàng)新產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新的核心在于創(chuàng)新概念的產(chǎn)生，可拓模型很好地融合機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)理，面向用戶需求進(jìn)行創(chuàng)新概念的開發(fā)。可拓模型實(shí)際是解決當(dāng)前現(xiàn)有產(chǎn)品與用戶需求之間的矛盾。在人機(jī)協(xié)同背景下人與機(jī)器產(chǎn)品互動(dòng)不協(xié)調(diào)之間的矛盾，此時(shí)的不協(xié)調(diào)問題表示為P=G·L（M），其中G表示用戶的需要，L（M）表示現(xiàn)有機(jī)器的產(chǎn)品集。機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是解決這個(gè)矛盾問題最有效直接的做法，一旦產(chǎn)生新的產(chǎn)品，能更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同、滿足用戶，可以迅速地占領(lǐng)市場。這個(gè)過程表述為以用戶的需要作為出發(fā)點(diǎn)，對其進(jìn)行分析、拓展和變換，產(chǎn)生新產(chǎn)品創(chuàng)意。最后通過對生成的創(chuàng)意進(jìn)行評價(jià)，得出最優(yōu)的新產(chǎn)品創(chuàng)意。

3 結(jié)語

機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)都是以產(chǎn)品的創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)為起點(diǎn)，而隨著人工智能的高速發(fā)展，人機(jī)協(xié)同這一技術(shù)是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中必須考慮的重要因素。要實(shí)現(xiàn)深入的人機(jī)協(xié)同，需要?jiǎng)?chuàng)造出將人與計(jì)算機(jī)全面耦合的系統(tǒng)。根據(jù)這一原則，基于機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)理，提出了在人機(jī)協(xié)同智能背景下，利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、人工智能技術(shù)以及大數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)，面向人機(jī)協(xié)同的機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可拓模型。而實(shí)現(xiàn)面向人機(jī)協(xié)同的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)就要更多地考慮用戶體驗(yàn)、遵循普適化與自然性、智能化與可移動(dòng)化原則，并充分地運(yùn)用可拓模型。