设计理性

设计理性 Peter Kroes, Maarten Franssen and Louis Bucciarelli 引言

工程设计有很多方面，包括从机电工程领域中以功能导向为主的新型材料和技术设备的设计，到在工业和建筑业中的可能出现的以美学导向为主的设计。同样，工程理性也有很多方面，有些是专门针对特定领域或学科，比如经济理性，科技理性，另一些则指理性的一般概念，比如理论理性，实用理性。一方面，这种状况使得工程设计中的理性讨论成为难题，另一方面，这也解释了工程设计中关于理性角色有很多分歧的原因。一些作者认为理性在工程设计中有着至高无上的重要性。这是设计方法主要范式之一的基本假设，认定工程设计是或者应该是一种理性解决问题的形式[Simon, 1969/1996; Dorst, 1997]。但是又有一种普遍认同，强调在艺术性或和创造性中创新设计的重要性，然而这些方面则是理性解决问题方法的难题。 我们的目的是系统介绍工程设计实践中可能出现的不同理性问题。我们探讨的主要问题是在什么意义上或是什么范围内，设计过程可以是一个理性的过程。不仅在设计过程中的组织方面，而且在产品设计方面，理性都扮演重要角色，而这正是在设计方法论和工程设计中付诸大量实践的前提。不管他们是否考虑设计过程中的建立和执行问题，或设计本身的目的，内在思想是关于设计的多种决定能在各种理由（论据）的基础上证明。这些论据应该表明，在设计过程的既定目的下，在给定的多种可能的执行方案中，某个执行方案优于其他所有可能方案，因为它能更直接地，更有效地达到既定目标。继而，这种执行方案就是最“理性”的行动方式，而“理性”的工程就是采取这样的行动。然而，正如我们将要阐述的，工程实践远比这要复杂得多。 2.工程设计 工程设计，正如工程与技术认证委员会定义的那样，“是一个设计系统，组件，或者是满足预期目标的过程。它经常是一个反复决策的过程，在这个过程中应用基础科学、数学及工程科学知识来最佳地转化资源以达到规定的目标。”引号中的“预期目标”通常指的是客户需求。在转化(translation), 说明（specification），减价（reduction）的过程中，这些需求被转化成功能需求，而这些再被转化成设计规范。设计规范的清单——通常是一个物理参数的清单——可能被认作工程设计项目的规定目标。如果要设计的东西符合所有的规范，它就应该能够实施预期的功能，而这又取决于设计规范的清单能否抓住功能需要。进而言之，如果客户需求和功能需求清单能够匹配，那么设计的东西则能满足客户需求。 上述定义宽泛地把工程师设计的东西描述为“系统，组件，或者是过程”。确实如此，这种东西涵盖了批量生产的电脑，独特的钻油平台，电话，高楼，组件，复杂的系统，微生物及软件等等。同样的，各种工程设计实践也大有不同。在一些实践中，设计阶段包括实际生产和设计产品的样本测试，而其他的则不然。一些设计项目可能只有一个设计者，而其他的则需要人数众多，多学科的设计工程师团队。还有亟待解决的各类设计问题也大有不同。 例如，Vincenti [1990, p.60]，区分了普通设计和极端设计，指出设计任务在高低设计层级中的区别。 尽管不同，许多工程设计过程中的不同活动可作以下划分，即 ·客户需求到功能需求的转化，功能需求到设计说明的转化； ·一系列可能选项的综述； ·选择一个可能选项； ·论证最终设计方案。. 这些活动不是必须依照时间先后依次执行的命令；设计过程可能有很多各活动之间的反复和反馈圈（feedback loop）。 进一步仔细审视设计过程的结果，发现它不仅仅是对技术产品的描述，而且它也包含了使用手册，那就是告诉使用者如何使用这个技术产品才能正确发挥它的技术功能。使用手册和技术产品都被视为使用计划的一部分。使用计划就在在技术产品的帮助下实现某个目标的一系列活动，而技术产品是实施使用计划的必备品（更多关于使用计划的细节信息请参见[Houkes et al., 2002]）。因此，工程师设计的技术产品与产品说明，甚至是使用计划的设计都有联系。 若将目光锁定在将要设计的产品上，工程设计的过程将始于将产品的功能描述将“转化”成结构描述的阶段。纯粹的功能描述能够“反映”（black boxes）产品的内部结构；它适应产品的环境，这在预期投入-产出关系中被描述。相反，结构描述则重点描述产品的物理特性。这可分为两种形式。设计过程的成果通常是产品的描述，是产品的设计图，这些说明了制造过程中一切必须知道的东西。这种描述通常是备用原料的说明和各部件的几何特性介绍。在另一意义上，隐含其中的是产品的结构描述，这包含了产品所有的物理、化学特性，而这些特性让设计工程师能预测出产品在产出环境中如何运作。黑盒中有多少内容，换言之，产品的诸多物理特性中哪些部分需要设计，这在设计之初早已确定，而且主要取决于设计任务的本质。 最后，正如工程与技术认证委员会定义的一样，工程设计是一个反复决策的过程。这涉及不同层面，不同阶段，关于不同问题的各种决策。决策必须依据设计的目标，如果原始目标变得不可行时，则依据重新定义的目标，还要依据怎样使用可利用资源，还有备用选项的数量，因有问题被淘汰的选项，有潜力继续发展的选项，所追求目标的数量，做最终决定的评价原则及决定选择哪一个备选项等等。这些不同种类的决策情况，通常是错误的而且存在内在联系，再加上设计过程中不可预料的变化，这可能影响资源和时间安排，使得工程设计实践通常换乱不堪，没有秩序。这样的实践中，理性决策的空间有多大？ 3 工程设计理性的应用策略 工程设计方法论主要关心的是设计过程中理性的研究，因为他们希望并期望通过阐述说明理性的不同角色，通过在设计的系统程序中应用理性，能够改善设计实践。这个思想背后关于理性的直观概念和解决工程设计问题、做出工程设计决定的方式紧密相关，这些方式，利弊并存，相对系统，也相对复杂。通过对理性进行这样的释义，理性的工程实践将会增加设计成功的可能性。 基于对理性的大体认识，让我们开始询问如何实施或建立实际设计过程中的理性方式，还有它可能被怎么分析。在这个问题上，借助科技哲学中理性重构的理念将会很有用。在关于科学理性的讨论中，它或多或少就成为区分科学理性重构和现实科学实践的标准。这种区分来源于卡尔纳普。他将概念形成的理性重构描述成“一个虚拟程序的图示化描述，它由理性规定的步骤组成，这种描述可能产生于实际心理过程基本相同的结果”[Carnap, 1963, p.16].科学理论形成的理性重构，举例来说，就是一系列理性规定的步骤，这可能涉及做实验，在备选理论集中做出选择，逻辑上产生于历来过程一致的结果。科学家发明了这个理论，而这些理性规定的步骤通常在他们的现实操作和决定中不是清晰可辨的。这不会使得他们依据定义采取的措施和推理过程变得不合理性。基于此，我们不得不解释理性推理和理性行为之间的区别（详情请见4.3小节）。理性重构指的是后者。理性重构将描述能产生预期结果且最为理性的系统步骤作为设计过程的目标。科学家基于理论和实践的推理的规则而采取的实际行动和现实推理是否理性则是另一回事。现实中，科学过程的理性，是一系列能产生最终理论的步骤，可能在与理性重构的步骤比较中确定。 分析设计过程中的理性也可能用到类似的理性重构。在实际设计过程产生最终决定的设计步骤和决定，和理性重构规定的步骤和决定可能非常不同。同样，这不意味着参与实际设计过程的设计师在实践和推理中都是不理性的。事实上，可能会出现这样的情况，在对最终解决设计中存在的问题没有清晰解决方案的时候，他们不得不评价一些中间步骤和决定。所以对于他们，介绍步骤和做出决定可能是理性的，在过程结束时，按照他们想出的解决方案，这些可能是错误的或是多余的，因此在过程的理性重构中不合乎情理。设计过程的理性重构始于设计过程的最终决定，如果所有步骤和决定都取决于他们怎么产生最终的成果，则它是筛选出尽可能多“不相关”的成分，试图重构如何使得设计过程得以进行。 设计过程的理性重构背后有这样一个假设，解决设计问题的众多方法可能在其是否成功的角度进行对比；一些方法优于其他方法，而且甚至可能有解决设计问题的最佳方案。最佳方案可能是理性重构的方式，符合理性解决问题的规定或规范。工程设计中一个关于理性的最基本问题是，工程设计实践的理性重构是否奏效。如果是这样，紧接着要解决他们如何和实际设计过程相联系。考虑到现实的设计实践和以规范的方式阐释理论，理性重构要采取规范性的立场。按照理性解决问题的经典理论，他们规定了应该怎么解决设计问题的图式。那些反对理性重构的人对设计实践通常采取描述的态度，以描述的方式阐释理性：设计实践参与者分析描述什么行为是理性的，并对理性推理或行为采取描述性态度。他们可能拿出设计者如何解决设计问题，他们如何确定提出的解决方案很好，甚至什么是设计者认为的理性解决问题的方法的细节分析，但是他们否认有确定的Archimedean point, 也就是，理性解决问题的理论，从此理论出发，实践可能是批判性进行地，由此而被完善。所以工程设计理性重构是否理性与理性理论是否normative或者具有描述性相关。有个问题是设计中关于理性讨论的关键，它涉及评判工程设计过程成果大获全胜的标准。什么是标准？在什么范围内，它可能以客观的方式来使用这些标准？目前使用的理性的直观概念本质上具有更强的工具性：这个概念是关于设计目的的有效实现（详情请参阅第五节）。对行为有效理性评估的前提是，目标有清晰的定义，导致行为结果可据此评估。否则清晰鉴别行为是否有效地实现了这些目标是不可能的。在这种情景下，经常要区分好定义和不好定义，好结构和不好结构。至于不好定义的问题是，什么是必须实现的，一个特定行为是否有涵盖对问题的解决，它都是不明确的。结构不好的问题也很多；有一个要求，设计解决应该是市场成功，具有创新性或者漂亮，后两者是市场成功的客观（内主观）成分。 设计过程目标的分析不得不分层次进行。在商业公司，设计过程只是其中之一，这更大的过程以获利和rm的持续性为主。因此，在第一层次，设计过程是否成功取决于设计产品是否取得商业成功。尽管设计师可能同意这个总目标，但是这不是他们在设计中不得不考虑的因素。在设计产品的层次上，他们的目标通常是拿出满足功能要求的技术产品，也就是说，满足所有设计规范的技术产品。 不同学科的设计参与者对设计有不同的兴趣点，在设计项目中，要满足功能要求，设定一个清晰详尽的设计目标可能会很难，因为有着矛盾的兴趣点，但这似乎又是不必要的，这是因为所有的要求可被认作是评估设计成功与否的公认的cornerstone。这功能要求又非得转换成设计的说明，甚至是小部件的说明。这被认做是详细设计过程的次目标。在这个层次，Bucciarelli给客观世界的各个层次命名。次目标可能冲突，事实上，经常如此。在这种情况下，就会产生矛盾说明之间的trade-offs。这使得评判设计是否成功变得特别复杂。与上述所示相反的是，甚至所有的功能要求不是总有一个评判设计是否成功的清晰的标准。目前有两个理由：第一，在她们处理的各类要求中，基于工程设计的不同传统，这些标准有重要的区分，第二，有这样一个暗含的假设，在设计过程之初，所有的要求都是既定的和固定的。至于第一点，一些工程设计传统，比如说电力部件的设计，由以下要求决定，这些要求注重形式、t、功能，不得不编写的密码和规范，还有消耗等等。对于大多数要求来说，如果不