論文關鍵詞:概念生成交互認知創新設計

論文摘要:分析產品設計中的認知模型，探討設計中概念生成與交互的具體過程和作用。以設計理論研究和實踐運用建立方法論基礎，為設計師個體設計或團隊設計的過程、組織和策略提供設計方法。

Key words:conceptgeneration; interaction; cognition; innovation design

Abstract:The cognitivemodel of product design was analyzed. The concept generation and interactionprocesses and their effects on productdesignwere discussed. The purposes is to provide inpidualdesigners ordesign teamswith designmethods of the process， the organization， and the strategy in design process accordingto the design theories and their practical applications.

概念設計活動是一個從設計任務的要求開始，到概念生成及其可視化的過程。不論是設計師的個體設計，還是團隊設計、協同設計，通過研究影響設計的行為和認知因素就能揭示概念設計活動的根本規律。或者說是設計問題中，研究從問題域到解域的具體解決過程、任務和步驟，對于設計研究和設計實踐都具有重要意義。

1概念生成中的認知行為

概念生成是指設計師或設計團隊能迅速產生多個有用概念，是一個思維的過程，也是一種認知活動。

傳統設計模型將設計作為分階段、線性或循環的過程進行形式化表達(符號化表達)。設計過程按照分類學分解為若干子階段和子任務。盡管各種設計模型命名原則不同，設計子流程某些主要種類大體一致。設計過程主要被分為:問題/情境、綜合/生成、表達和評價。

MarvinMinsky在其有趣的書《思維的社會》中提出:無論是人類的思維還是人工智能的思維，都是由原本簡單的元素相連而組成，當這些元素組成一個整體時，他們又變為無限復雜的。

設計活動中，概念生成的思維活動應是一種創造性思維的活動。創造性思維的實質，表現為“選擇”、“突破”、“重新建構”這3者的關系與統一。創造性思維的關鍵點在善于進行“重新建構”，有效及時地抓住事物新的本質，構筑建新的思維支架。創造性思維包括:靈感思維、發散思維、收斂思維、分合思維、逆向思維和聯想思維[1]。從方法論上講，強化創造動因的團隊激智方法，如頭腦風暴法、德爾菲法、CBS法、KJ法等，都會結合運用各種創造性思維方法。

研究具體的設計思維過程需要建立認知活動模型[2]。上世紀80年代，就提出研究設計思維(design thinking)。Schon，D (1983)建立的設計模型能夠從認知方面來獲取“設計師腦中的進程”，即把設計當作一種“反射性活動”，從設計問題到設計結果是一個接受(感知)—反射(解釋)—反應(轉化)的反射活動。Schon認為，設計是“與視覺媒介的交互”，目的是“為進一步設計提供信息”的過程，即設計思維的本質是通過與視覺媒介(包括紙媒介、數字媒介等)的交互過程，獲得新的設計信息，實現設計創新。在這個研究中，設計情境(designScenario)被定義為2種屬性，也就是2種問題形式:創造性設計與常規設計; 2種限制情景:無限制問題與限制問題。

2設計過程中的交互

設計研究表明設計師通常不是顯性地意識到他們按照某種設計交互順序做設計的。對于實踐，研究案例表明設計師應該有意識地運用交互，來實現設計創新。交互作為一種有效的設計方法，體現了設計思維的本質，是設計研究的重要課題。設計師在個體或團隊設計概念生成過程中的交互，是一種認知活動的交互，包括人機交互HCI(Human-Computer Interaction)，人人交互HHI (Human-Human interaction)。交互實質上是“2個(或多個)參與者之間交替聽、想、說的循環過程”或者說是“兩者之間(無論是生命體還是機器)連續的作用和反應的過程”。對于設計，交互取決于設計表達和生成，表達是交互的對象，生成是交互的結果。事實上，設計表達和生成能力強的設計師其交互能力和水平也高。

交互的信息是交互的實質，包括數據、圖像、語音、行為。交互過程中，交互媒介也可分為傳統的紙媒介(paper-based)和數字媒介(digitalmedia)，見圖1。基于紙媒介的交互，其交互信息是隱性的，基于數字媒介的交互信息被顯性化了。后者較于前者，更加系統化、更加完整表述和更易被人接受和操作。

從設計認知活動分析，交互可分為:與自由形態的交互，例如和自己的手繪之間的交互;與數字形態的交互，如與建立的幾何描述模型的交互;與由形態語法或拓撲機制發展而來的特定機制生成的數字表達的交互;和與由設計生成工具所表達生成的數字環境的交互[5]。

人機交互過程實際上是一個輸入和輸出的過程，人通過人機界面向計算機輸入指令，計算機經過處理后把輸出結果呈現給用戶。人和計算機之間的輸入和輸出的形式是多種多樣的，因此交互的形式也是多樣化的。其中數據交互作為人通過輸入數據的方式與計算機進行交流的一種方式，并且它是人機交互的重要內容和形式。

人人的交互是一種交流的活動，可表現為對話、問答、演說或者會議等，也通過計算機來輔助人人交互，甚至通過網絡來實現遠程的交互，人人交互不排斥人機交互。在數字環境下，可以設計并實現一個原型系統將多個參與人員和應用程序集中起來，實現不同地點的用戶能同步或異步地交互。也可以通過傳統媒介，運用團隊激智方法在同一地點同步的交互。

3概念設計認知模型

概念生成的過程是怎樣的?它和交互是怎樣的關系?它在設計師的認知行為中扮演的角色?設計概念是怎樣被提升、組合、適應、重用、拋棄和丟失的。設計研究者和認知學家都發展了各種程序模型來研究設計中的創造性行為。這些模型通常是從觀察設計流程和設計草案而分析發展來的。French(1985)提出了一個設計程序模型:分析問題，概念生成，圖式(schema)化，和細節設計。這些模型，闡明了設計中的工作步驟或思維步驟[7]。

從研究設計活動的流程和內容，來分析可能的交互機制。IDEF0是以結構化分析和設計技術(StructuredAnalysis and De-sign Technique， SADT)為基礎建立了一種系統功能表達的工具。該模型幫助我們認識概念生成程序的不同階段。在IDEF0中，由一個活動所生成的內容作為輸出，它可以被輸入、控制，或機制。這些活動控制，見圖2。基于IDEF0 (May- er， 1992)，建構了一個概念設計的認知模型(Yan Jin and PawatChusilp， 2005)。

圖2的模型包含概念設計過程中4個關鍵的認知活動和一個交互機制:分析問題，包括理解現存問題和探索再設計中需要滿足和保留的需求和約束[4]。通過任務分析，設計目標被提出，約束和需求被定義。作為問題分析，問題求解標準也從設計目標中決定。問題分析的輸出是一個完整的問題情境描述。

想法( idea)生成，指生成新的初始概念。根據所給的問題需求和約束條件，設計師從他們記憶中提取相關的記憶信息和知識來創造初始的設計概念。基于Finke(1992， Creative cogni-tion- theory， research， and application)， Oxman ( 2002， Thethinking eye: visual re-cognition in design emergence)和前面的認知交互模型，想法生成活動不只是記憶提取，而且是“兩者之間(無論是生命體還是機器)連續的作用和反應的過程”。組成概念，是初始設計想法到設計概念的發展和構建過程。這個活動中設計師聯結思維中先前生成或別人的想法或概念，這種想法的聯結會轉換為更加成熟的設計概念，組成可以看作是新的生成。

概念評估，是評價組成的概念是否滿足設計需求，約束條件和評估標準。作為一個認知的過程，評估意味著設計師確認生成的概念是相關的、有用的、好的。相關的和有用的決定了概念是否滿足需求和約束條件，同時設計標準決定其好壞。

概念設計認知模型中的交互機制，是為問題分析、想法生成、組成概念以及概念評估提供的一個支撐平臺，通過傳統設計環境的紙媒介，或是數字設計環境的數字媒介，設計信息通過交互機制，被交換和操作后形成設計認知互動。

作為交互機制本身存在一個二律背反，交互的信息越多越利于生成更多、更完備的設計概念，設計創新度也高;但交互的信息越多，設計師的精力和時間成本越高，不利于概念生成的。所以一個好的交互機制應該是有條理，分階段，信息管理合理的。例如:參加一次團隊激智的成員不宜多，避免交互過于繁復。設計一個交互機制應該是符合倫理，意圖明確，注重實效，并包含合適的認知和情感刺激的[3]。

4案例分析

這里對一個創新性設計案例進行分析，這個案例為團隊設計并且是多學科協同設計的過程。由一組研究生和相關專家組成的設計團隊來完成一個產品——奧運火炬的概念設計，生成其造型特征并用一個宣傳短片明晰和深化其概念，提供給后面進一步的設計。明確設計任務后，向團隊成員說明設計要求和設計目標。

向設計師說明要加強交互在概念生成中的運用。見圖3，運用草圖風暴和書寫風暴相結合作為交互機制，這種同步激智方法是一個循環的過程，規定約15min為一個循環，團隊成員為10人。生成大量想法后，開始將這些想法進行組合，由相關專家評定，按照獲得的信息進行進一步概念生成、組合，幾個循環后進行細節設計，生成故事板和火炬的造型特征。由于設計過程有明確的交互機制，設計概念生成更加有序、有效和快速。

為了進一步研究交互機制對概念生成的影響，還把這個設計流程引入到實際設計公司，觀察在更加廣泛和實際的設計情景中，交互機制的應用。采用近距離的觀察來發現實際設計環境下認知活動，并用自然語言法(NLP)對設計過程進行分析[6]。設計的對象為手機，觀察者作為團隊的成員之一，研究發現，見圖4。

如圖4，設計師的設計活動都可以解釋為設計師的信息處理通過設計過程中交互機制里傳遞的信息，以設計目標和設計流程為標準，將其進行分類和進行定性描述。可以看到設計信息應是顯性的，促進性的。公式化的信息更加高效并符合設計問題情景，但是會缺乏創新性。另外作為背離問題情景的信息，不應全部否定，其中部分信息具有高創新性，可以修改后重用。

5結語

概念設計的認知模型明確了設計概念生成過程和交互過程，以及相互的聯系，可以更好地分析設計的本質過程，提高設計交互的效率和設計創新性。從分析設計師在設計過程中概念生成和交互的行為特點，可以構建更加完備的設計交互機制來促進設計。

[1]簡召全.工業設計方法學[M].修訂版2版.北京:北京理工大學出版社， 2000.

[2]趙江洪.人機工程學[M].北京:高等教育出版社， 2006.

[3]COOPER Alan.軟件觀念革命:交互設計精髓[M].詹劍鋒，等譯.北京:電子工業出版社， 2005.

[4]黃旭，趙江洪，譚浩.基于案例的產品設計系統中程序型知識檢索研究及實現[J].包裝工程， 2006， 27(4).

[5]OXMAN Rivka.Theory and Design in the FirstDigitalAge， FacultyofArchitecture and Town Planning Technion[ J]. Design Studies，2006， 27(3).

[6]YEN Samuel J， LARRY Leifer. CapturingMultimodalDesignActivities in Support of Information Retrieval and ProcessAnalysis[C] //The Department ofMechanical Engineering and the Committee onGraduate Studies ofStanfordUniversity， 2001.

[7]JIN Yan， CHUSILP Pawat. Study ofMental Iteration inDifferentDesign Situations[J].Design Studies， 2006， 27(1).