周燕

摘要： （2017）03-0026-1

doi：1019366/jcnki1009-055X201700000

工程設(shè)計(jì)過程主要由設(shè)計(jì)綜合、設(shè)計(jì)分析、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)這三個(gè)核心活動(dòng)構(gòu)成，其中設(shè)計(jì)綜合是最能凸顯工程設(shè)計(jì)創(chuàng)造性特質(zhì)的核心活動(dòng)。本文認(rèn)為，溯因推理可以用來解釋設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)綜合的創(chuàng)造性思維過程。我們嘗試在拓展的溯因推理基礎(chǔ)上，為設(shè)計(jì)綜合的創(chuàng)造性問題解決過程提供可能的常規(guī)架構(gòu)，增進(jìn)對(duì)工程設(shè)計(jì)創(chuàng)造性過程的理性理解。

一、工程設(shè)計(jì)中的綜合

工程設(shè)計(jì)活動(dòng)主要體現(xiàn)為設(shè)計(jì)分析、設(shè)計(jì)綜合和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)這三個(gè)核心過程。設(shè)計(jì)分析幫助我們識(shí)別問題，形成問題結(jié)構(gòu)化；設(shè)計(jì)綜合幫助我們構(gòu)思和選擇設(shè)計(jì)概念；設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)是對(duì)所獲得的設(shè)計(jì)概念進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)和方案優(yōu)化的過程。下面，我們將通過綜合與分析的對(duì)比凸顯出綜合作為工程設(shè)計(jì)所特有的性質(zhì)。

從設(shè)計(jì)者的角度來看，分析與綜合是工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)所必須的方法技巧，但二者的側(cè)重有所不同。工程設(shè)計(jì)的核心目的是設(shè)計(jì)出能夠滿足需要的技術(shù)系統(tǒng)（含裝置、工藝流程或產(chǎn)品）。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要在實(shí)踐或任務(wù)導(dǎo)向的狀況下展開設(shè)計(jì)活動(dòng)，這意味著他們必須能夠分析、處理相應(yīng)的過程和人工物。但是，對(duì)于一個(gè)合格的設(shè)計(jì)者或工程師來說，僅僅擁有分析的研究能力并不夠，他們還必須具備設(shè)計(jì)的綜合能力。在設(shè)計(jì)一個(gè)新的技術(shù)人工物的時(shí)候，他們必須能以發(fā)明、創(chuàng)造性的方式來連結(jié)各種要素（構(gòu)件或過程），以使得其能滿足實(shí)踐上的目的—手段要求或功能要求。皮特·克勞斯（Peter Kroes）認(rèn)為人工物設(shè)計(jì)首先是一項(xiàng)綜合而非分析的活動(dòng)[1]406?？茽柨疲↗on Kolko）認(rèn)為，在設(shè)計(jì)綜合中，設(shè)計(jì)者總是嘗試“組織、處理、刪減和篩選所收集到的資料整合成一個(gè)具融貫結(jié)構(gòu)的信息架構(gòu)”[2]15。

從方法論的角度來看，設(shè)計(jì)中的綜合是從合理的命題出發(fā)嘗試尋找和發(fā)現(xiàn)可能的解決方案，是一個(gè)尋找與發(fā)現(xiàn)的過程。而分析指的是根據(jù)給定的解決方案推導(dǎo)出真的命題，側(cè)重于給定解決方案分析其中的關(guān)系與性質(zhì)。如，給定一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)，求解該結(jié)構(gòu)是否能夠承受一定的載荷，這屬于設(shè)計(jì)的分析；而如何找到一個(gè)能滿足一系列要求如承載一定載荷的結(jié)構(gòu)，則屬于設(shè)計(jì)的綜合。設(shè)計(jì)綜合的核心任務(wù)就是提出可能的設(shè)計(jì)概念來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖或所蘊(yùn)含的設(shè)計(jì)目標(biāo)，體現(xiàn)出工程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性。[3]143-147

工程研究的文獻(xiàn)表明，工程設(shè)計(jì)可以理解為解決問題的認(rèn)知過程。20世紀(jì)以來，學(xué)者對(duì)人類認(rèn)識(shí)過程和行動(dòng)過程展開了許多重要的探索。研究取得的進(jìn)展表明，科學(xué)的探索過程、技術(shù)的開發(fā)過程、社會(huì)的經(jīng)濟(jì)管理過程以及其他許多人類活動(dòng)過程，存在著一個(gè)共有的模式。簡單來說，可以歸結(jié)為：問題是什么？有什么可供選擇的方案？哪個(gè)方案是最好的？ [4]114-11720世紀(jì)60年代，貝爾電話公司工程師A·D·霍爾在《系統(tǒng)工程方法論》一書中，將“問題解決”的一般認(rèn)識(shí)程序和決策邏輯運(yùn)用到工程技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中。 [5]7-15其中，他認(rèn)為在獲得確定問題的情境之后，隨之而來的是需要討論怎么做的問題。要確定目標(biāo)和最優(yōu)系統(tǒng)的選擇，首先就需要系統(tǒng)綜合，即根據(jù)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)提出一組可供選擇的方案，這一過程可以是對(duì)組成部分的設(shè)計(jì)重構(gòu)，也可以是以新的方式做出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。無疑，綜合的思維過程需要高度想象力和創(chuàng)造力，是一個(gè)從邏輯推演到心理創(chuàng)造的過程。

需要澄清的是，雖然我們強(qiáng)調(diào)綜合是設(shè)計(jì)的獨(dú)特特征，但這并不意味著要否定分析在設(shè)計(jì)中的作用。在獲得整體設(shè)計(jì)前，運(yùn)用分析的方法進(jìn)行問題定義、功能細(xì)化和分解，對(duì)獲得產(chǎn)品理念是十分重要的。工程師只有在充分了解設(shè)計(jì)對(duì)象各個(gè)部件功能的基礎(chǔ)上，才能為最終設(shè)計(jì)提出各種可能的解決方案。當(dāng)然，在具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，分析與綜合在設(shè)計(jì)中的邊界并不總是清晰的。往往在一個(gè)設(shè)計(jì)步驟中，兩個(gè)方法都會(huì)交叉使用。但是，要凸顯出工程設(shè)計(jì)的獨(dú)特特征，顯然必須要分析綜合的方法與過程。無論是從設(shè)計(jì)者所需的技巧，方法論的角度，還是工程設(shè)計(jì)的問題解決過程來看，綜合無疑是構(gòu)思設(shè)計(jì)概念，創(chuàng)造性解決問題的核心過程與方法。設(shè)計(jì)綜合能夠在最大程度上凸顯工程設(shè)計(jì)與科學(xué)研究不同的特質(zhì)，揭示出滿足設(shè)計(jì)目的和意圖的工程設(shè)計(jì)的核心特征。

二、擴(kuò)展的溯因推理

一般認(rèn)為，溯因是一個(gè)提供解釋、形成假說的過程。皮爾斯對(duì)溯因給出的經(jīng)典理解，[6]1931-1935使得“解釋”與溯因之間形成了密不可分的關(guān)系。在科學(xué)探究中，經(jīng)常需要對(duì)令人驚奇或異常的觀察現(xiàn)象做出解釋，因而，皮爾斯認(rèn)為科學(xué)家應(yīng)當(dāng)也會(huì)使用溯因進(jìn)行推理。

溯因的推論形式可以表述如下：

I（經(jīng)驗(yàn)事實(shí)）

如果H，那么I（隱含前提）

再?zèng)]有其他假說能夠像H一樣解釋I

所以， H 可能為真 （結(jié)論）

在這一推論形式中，涉及了待解釋的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)與可能的解釋性假說H。如何得到最好的解釋假說，涉及了在眾多假說中找到對(duì)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)I做出最好解釋的過程。由此得到的結(jié)論，可以幫助我們有效地拓展知識(shí)。[7]528

存在著各種不同類型的溯因，但大體上可以分為選擇性溯因與創(chuàng)造性溯因。 [8]204-205[9]25-26前者可以從多個(gè)備選的假說中挑選出最優(yōu)的解釋性假說，后者可以幫助引入新的理論模型和概念。如果說所有的推論在不同程度上都具有辯護(hù)（或推論的）和策略性（或發(fā)現(xiàn)的）功能，那么在舒爾茨看來在溯因中策略性功能是首要的，[8]204-205它能幫助我們在眾多可能的解釋性假設(shè)中找出可能是最好的解釋。從認(rèn)識(shí)論上來看，溯因不僅僅是最佳推理解釋的辯護(hù)機(jī)制，也是一個(gè)選擇或發(fā)現(xiàn)的過程。

溯因在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用已經(jīng)有較為系統(tǒng)的研究，在信息計(jì)算領(lǐng)域，溯因被用來幫助形成知識(shí)表達(dá)，而在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，溯因的應(yīng)用仍有待進(jìn)一步的推進(jìn)。加拿大認(rèn)知科學(xué)家保羅·薩迦徳（Paul Thagard）在一篇論文中給出了技術(shù)發(fā)明的溯因推理過程。他認(rèn)為技術(shù)發(fā)明與科學(xué)發(fā)現(xiàn)具有相同的認(rèn)知過程，前者強(qiáng)調(diào)對(duì)令人困惑現(xiàn)象或事實(shí)的解釋，后者則要識(shí)別并試圖制造它，兩者都體現(xiàn)出溯因推理的過程。他給出了如下的溯因推理的過程：[11]143endprint

如何實(shí)現(xiàn) X ？

Y 有可能實(shí)現(xiàn) X

那么，我們有可能嘗試做 Y。

薩迦徳認(rèn)為，可以運(yùn)用諸如“如果Y則X”這樣規(guī)則來生成溯因。只是他立足于解釋的角度來理解溯因，認(rèn)為技術(shù)發(fā)明主要提出側(cè)重實(shí)用性的問題答案，因而，他認(rèn)為溯因?qū)τ诩夹g(shù)發(fā)明來說并不重要。我們認(rèn)為，溯因在工程設(shè)計(jì)創(chuàng)造性解決問題的過程中有著重要的作用，下面將對(duì)此做進(jìn)一步的展開。

根據(jù)薩迦徳關(guān)于技術(shù)發(fā)明的溯因推理形式，結(jié)合科學(xué)發(fā)現(xiàn)中溯因推理過程，我們嘗試構(gòu)造工程設(shè)計(jì)中溯因的一般推論形式：

G ：關(guān)于目的的命題（目標(biāo)，任務(wù)，要求）

M 有可能滿足或?qū)崿F(xiàn) G （如果 M 有效）

沒有其他的手段像 M 一樣能夠滿足或?qū)崿F(xiàn) G

因而， M 可能是有效的

這一拓展的溯因模式與科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的溯因有所不同。首先，溯因的目的并不是為現(xiàn)象構(gòu)造解釋的假說，而是能設(shè)計(jì)或制造出產(chǎn)品或技術(shù)裝置，或找到工作原理，即技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的或意圖。其二，溯因的前提是目的性或規(guī)范性命題，而非描述性命題，它為問題解決或構(gòu)思設(shè)計(jì)概念設(shè)置了約束。其三，M和G之間的關(guān)系取決于M能否滿足或?qū)崿F(xiàn)G，其中既涉及如何引入滿足目的的新的設(shè)計(jì)概念，還涉及如何在可能的設(shè)計(jì)方案中選擇出能夠最有效實(shí)現(xiàn)目的的方法或手段。最后，基于目的—手段鏈的評(píng)價(jià)關(guān)系，我們認(rèn)為這里關(guān)于M的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不是“真”而是“有效”?；谶@一推論過程，溯因可以在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮以下四個(gè)作用。一是支持設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性“猜測”過程，幫助引入可能的新的設(shè)計(jì)概念或手段。二是為選擇最有效的方法或問題解決方案提供了多種的可能性。三是可以幫助選擇和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案。四是通過引入新的設(shè)計(jì)概念或設(shè)計(jì)方案，拓展和增加工程設(shè)計(jì)知識(shí)。

如果溯因可以分為選擇性溯因和創(chuàng)造性溯因，那么如何獲得實(shí)現(xiàn)目的G的手段或設(shè)計(jì)概念，特別是新穎的手段，可以理解為創(chuàng)造性溯因，而如何在眾多可能的設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)概念中做出選擇，則可以理解為選擇性溯因。認(rèn)知科學(xué)關(guān)于基于模型推理（ModelBased Reasoning，MBR）的研究可以為提供更多的資源。MBR反對(duì)科學(xué)推理是基于心理邏輯以及相應(yīng)形式規(guī)則的認(rèn)知操作和運(yùn)算，主張推理是創(chuàng)建和操作模型的語義過程。[11]65-66這一語義過程，依賴于一定的知識(shí)結(jié)構(gòu)或內(nèi)部心理模型及其所表達(dá)的知識(shí)。按照南?！?nèi)爾塞西安（Nancy JNersessian）的觀點(diǎn)，科學(xué)中的MBR是通過泛化心理建模實(shí)現(xiàn)的，其中主要的心理建?；顒?dòng)分為形象建模、類比建模和模擬建模（思想實(shí)驗(yàn)）。[13]5在工程設(shè)計(jì)中，創(chuàng)造性類比和形象表達(dá)被廣泛使用，可以作為設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常運(yùn)用的泛化推理模型。我們將在下文中對(duì)它們在設(shè)計(jì)綜合中的運(yùn)用給出具體的分析。

三、設(shè)計(jì)綜合中的溯因推理

1969年，赫伯特·西蒙第一次提出“設(shè)計(jì)的科學(xué)”（science of design）的概念。他在《人工物的科學(xué)》一書中，嘗試通過盡量減少設(shè)計(jì)過程中的直覺判斷的成分來使設(shè)計(jì)這一學(xué)科的發(fā)展趨于合理。他寫道，“在過去，我們所了解的很多（即使不是特別多）設(shè)計(jì)及人工科學(xué)都在知識(shí)結(jié)構(gòu)上呈柔性特征，注重直覺的非正式表達(dá)，有時(shí)也是菜譜式的。”[13]76作為一種新的理解和替換，西蒙將設(shè)計(jì)的科學(xué)定義為“一個(gè)關(guān)于設(shè)計(jì)過程的領(lǐng)域清晰、注重分析、部分內(nèi)容規(guī)范化、部分內(nèi)容約定俗成的可講授的學(xué)說體系”[13]76。雖然西蒙被認(rèn)為是采取了自然主義的立場來把握設(shè)計(jì)的方法，但是對(duì)于設(shè)計(jì)要形成一個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)研究框架，并能夠在設(shè)計(jì)教育中向?qū)W生展示設(shè)計(jì)中的推理過程，探究設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性過程的理性因素，為創(chuàng)造性方法論研究提供一個(gè)可能的常規(guī)構(gòu)架，無疑是極為重要的。

本文認(rèn)為，溯因可以揭示設(shè)計(jì)綜合創(chuàng)造性解決問題的認(rèn)知過程，幫助我們解釋綜合的理性認(rèn)知過程。

創(chuàng)造性提出問題解決方案是設(shè)計(jì)綜合的核心任務(wù)，這意味著它要形成新的概念，提出新的設(shè)計(jì)構(gòu)想。設(shè)計(jì)中的分析雖然可以幫助我們獲得對(duì)問題或比較解決方案，但用分析的方法可以進(jìn)行功能的細(xì)分并不提供問題的解決方案。而綜合則是一個(gè)尋找和發(fā)現(xiàn)的過程，它能夠?yàn)閱栴}提供可能的解決方案?？肆_斯就認(rèn)為有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者通常通過問題猜想而非問題分析來進(jìn)行設(shè)計(jì)。[14]76創(chuàng)造性解決問題的過程，意味著在概念形式上產(chǎn)生目標(biāo)可行的方案，為每個(gè)功能找到盡可能多的實(shí)現(xiàn)方法，并把這些概念組合起來形成完整的概念設(shè)計(jì)，找到產(chǎn)品的可行性解決方案。這無疑是一個(gè)尋找和發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)概念和問題解決方案的過程。而根據(jù)前述關(guān)于溯因功能的分析，策略性或發(fā)現(xiàn)性功能正是溯因的核心特征，它支持猜測的過程，所得到的設(shè)計(jì)概念并不包含在前提的范圍中，可以幫助引入新的設(shè)計(jì)概念。

溯因是問題求解理論的主要課題，這在人工智能、邏輯和認(rèn)知研究中已經(jīng)得到確證。認(rèn)知科學(xué)和人工智能領(lǐng)域的研究表明，溯因是刻畫問題求解過程的一種基本推論模式。從西蒙關(guān)于問題解決過程的推論的分析可以清晰看出來：

“問題求解的過程并不是從一組命令（目標(biāo)）‘推導(dǎo)出另一組命令（執(zhí)行程序）的過程。相反，它是選擇性的試錯(cuò)過程，要運(yùn)用先前經(jīng)驗(yàn)獲得的啟發(fā)式規(guī)則。這些規(guī)則有時(shí)能成功地發(fā)現(xiàn)達(dá)到某些目的的行之有效的方法。如果想要給這一過程取個(gè)名字，大致上，我們可以采納皮爾斯所創(chuàng)造的，近來又被諾伍德·漢森（1958）所復(fù)興的那個(gè)術(shù)語，即逆向過程。不管是實(shí)證的還是規(guī)范的問題求解，此過程的本質(zhì)——這里已做粗略描述——都是問題求解理論的主要課題?！?[15]155

作為問題求解過程，目的或任務(wù)構(gòu)成了溯因的推論起點(diǎn)。借助啟發(fā)式規(guī)則，可以幫助獲得可能的問題解決方案。在經(jīng)歷了選擇性試錯(cuò)的探索之后，就得出了能夠?qū)崿F(xiàn)目的的有效方法或手段。最初的問題空間與新觀念形成的空間（即問題的解決），在空間上已經(jīng)發(fā)生了新的變化。問題解決可能出現(xiàn)的區(qū)域，意味著可以為問題解決提供發(fā)散的解決空間，其中通過拋棄不適用的概念，進(jìn)而得到新觀念。endprint

更為重要的是，我們認(rèn)為，溯因可以看作是設(shè)計(jì)綜合的一種推論形式，為設(shè)計(jì)綜合提供可能的邏輯認(rèn)知的解釋。在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者會(huì)使用歸納、演繹和溯因等認(rèn)識(shí)模型來進(jìn)行設(shè)計(jì)。演繹推理是在已選擇的設(shè)計(jì)概念和已知的設(shè)計(jì)知識(shí)基礎(chǔ)上來推演設(shè)計(jì)規(guī)范和提升設(shè)計(jì)性能，可用于解釋設(shè)計(jì)分析的思維過程。歸納推論通常用來發(fā)展一般的設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)原理。此外，設(shè)計(jì)者還用歸納推理，通過試驗(yàn)來評(píng)價(jià)提出的設(shè)計(jì)概念是否完全滿足初始設(shè)計(jì)意圖，因而，可用于解釋設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。溯因推理則可以用來推演通過何種手段來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，選擇和確定能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的設(shè)計(jì)概念，適用于解釋設(shè)計(jì)綜合的認(rèn)知過程。

綜合的思維過程就是在設(shè)計(jì)問題的范圍內(nèi)應(yīng)用溯因推理的過程。從理論的角度來看，綜合意味著從一般到特殊的目的推論。[16]22從實(shí)踐的角度來看，綜合可以看作是不斷提出目的性命題，進(jìn)而在設(shè)計(jì)的約束下實(shí)現(xiàn)從目的到手段的推論過程。[3]143溯因是獲得“最好推測”的邏輯方法，它屬于非單調(diào)邏輯，中間存在跳躍。與演繹和歸納不同，發(fā)現(xiàn)和提出新知識(shí)、新概念是創(chuàng)造性溯因的核心目的。作為“什么是可能”的邏輯，無疑它可用來解釋設(shè)計(jì)綜合情境中的邏輯。設(shè)計(jì)綜合中，問題解決方案是為“做什么”（what entity）而引入的最好推測。從“做什么”到“怎么做”（how entity）的過程實(shí)際上是一個(gè)心理飛躍，“怎么做”就是方案本身，它并不作為推論的前提。換句話來說，這是一個(gè)推斷和猜測的過程，中間存在著創(chuàng)造性飛躍。各種問題的約束可以作為溯因的邏輯前提，而設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)借助啟發(fā)式規(guī)則幫助形成溯因。這一推論形式可以表述如下：[3]143

“what” entity（目的） 設(shè)計(jì)目的

以往的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)啟發(fā)式規(guī)則

“how” entity （手段）設(shè)計(jì)概念

從該推論形式來看，設(shè)計(jì)綜合是為了實(shí)現(xiàn)給定的設(shè)計(jì)意圖提出某些可能的“how”entity，即設(shè)計(jì)概念。設(shè)計(jì)師借助以往的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，運(yùn)用啟發(fā)式規(guī)則，得到關(guān)于如何做的手段鏈表達(dá)。在綜合中，以往的生活經(jīng)驗(yàn)收集形成的新的元素與現(xiàn)有的元素之間組合起來，通過重構(gòu)和概念連結(jié)產(chǎn)生出新的知識(shí)和設(shè)計(jì)方案。這里需要指出的是，設(shè)計(jì)綜合所得到的設(shè)計(jì)概念，其本身并不是問題最終的解決，仍需通過設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)來進(jìn)一步確定。

四、溯因在設(shè)計(jì)綜合中的應(yīng)用

接下來我們就溯因在構(gòu)思設(shè)計(jì)概念、設(shè)計(jì)方案的選擇和調(diào)適中的應(yīng)用給出具體的分析。

設(shè)計(jì)綜合要提出可能的設(shè)計(jì)概念來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)概念展現(xiàn)了問題的多個(gè)解決方案，一般表現(xiàn)為技術(shù)裝置的工作原理或常規(guī)構(gòu)型。設(shè)計(jì)者可以用溯因生成能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的可能實(shí)體，[17]582這意味著功能要求可以由某些特定的物理機(jī)制所滿足。給定具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)者運(yùn)用溯因的基本推論形式可表示如下：

特定設(shè)計(jì)任務(wù)：功能要求（Functional Requirements， FR）

設(shè)計(jì)的背景知識(shí)

可能的設(shè)計(jì)概念

例如，我們想要保存食物，知道如果把食物存放在低溫中則可以得到保存。這時(shí)，我們就有可能得到使用冰箱、冰柜或冰鎮(zhèn)的方式來保存食物。這一推論的形式如下：

特定設(shè)計(jì)任務(wù) （given）： 保存食物

設(shè)計(jì)的背景知識(shí)（chosen）： 如果食物存放在低溫中，則可以得到保存

可能的設(shè)計(jì)概念（proposed）： 冰箱，冰柜，冰鎮(zhèn)

溯因還可以用來診斷并挑選出不適用的設(shè)計(jì)概念，并進(jìn)一步指出相應(yīng)的改善策略。在設(shè)計(jì)中，綜合是在明確定義的約束下得以開展的。違反設(shè)計(jì)約束會(huì)導(dǎo)致令人不滿意的設(shè)計(jì)概念，如太貴用戶買不起，或太復(fù)雜了難以進(jìn)行批量生產(chǎn)。這時(shí)，可應(yīng)用溯因來解釋為什么會(huì)出現(xiàn)“糟糕”的設(shè)計(jì)概念。根據(jù)相應(yīng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)被視為“糟糕”的設(shè)計(jì)概念，設(shè)計(jì)者可以選擇用溯因推理來診斷具體的缺陷并提出相應(yīng)的改進(jìn)。其后，通過設(shè)計(jì)分析和評(píng)價(jià)，運(yùn)用演繹和歸納推論，綜合推論的最終輸出可以到進(jìn)一步得確證。其一般推論形式如下：

設(shè)計(jì)問題（可觀察的）： 給出的設(shè)計(jì)概念不能滿足用戶對(duì)坐騎高度調(diào)節(jié)的需求

適用的設(shè)計(jì)知識(shí)（選擇）： 如果座位高度可以調(diào)節(jié)，那么就可以改善用戶對(duì)座椅高度的要求

可能的解釋： 座椅高度不能調(diào)節(jié)

（提出）改進(jìn)： 增加高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

根據(jù)MBR的觀點(diǎn)，創(chuàng)造性類比可以幫助我們更好地理解創(chuàng)造性設(shè)計(jì)概念的構(gòu)思。在綜合過程中，設(shè)計(jì)者可以通過重構(gòu)或變異的方法，通過新的工作原理或結(jié)構(gòu)關(guān)系的重組，獲得新的概念和解決方案。這是一個(gè)創(chuàng)造新知識(shí)和洞識(shí)的過程。如何綜合客戶需求和設(shè)計(jì)功能要求，獲得創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)概念，則需要運(yùn)用其他的建模活動(dòng)。在工程設(shè)計(jì)中，可以運(yùn)用啟發(fā)式規(guī)則、因果圖式、形象表達(dá)、創(chuàng)造性類比來產(chǎn)生創(chuàng)造性的解決方案，進(jìn)而在Y和X之間建立起可能的關(guān)系圖式。薩迦徳關(guān)于類比發(fā)明的溯因過程可以給我們提供借鑒，該形式的推論過程如下：[10]143

怎樣制作X？

X類似Y，Y是由Z來完成的。

所以X或許可以用類似Z的某種事物來完成。

例如，在20世紀(jì)80年代中期，某鉆石生產(chǎn)公司遇到了一個(gè)難題，他們需要在大鉆石有裂紋的地方進(jìn)行破裂，以生產(chǎn)出滿足其用戶需求的產(chǎn)品。公司的技術(shù)人員后來發(fā)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，使用加壓減壓爆裂的方法，即壓力變化原理，可以有效地把果肉與果核分開。技術(shù)人員認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品加工中果肉和果核的分開與鉆石沿裂紋進(jìn)行破裂是類似的，那么這一破殼方式是否可以用來解決后者的破裂難題呢？后來他們就試著采用加壓減壓爆裂的方法，通過對(duì)壓力參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，成功地解決了鉆石破裂的難題。

工程師和設(shè)計(jì)者在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)借助形象建模幫助設(shè)計(jì)。當(dāng)設(shè)計(jì)者構(gòu)繪設(shè)計(jì)草圖的時(shí)候，正是將粗糙的、模糊的、不明確的心理模型外部化的過程。心理模型的外部表達(dá)（設(shè)計(jì)圖或設(shè)計(jì)草圖）展現(xiàn)了設(shè)計(jì)者視覺與心智之間的互動(dòng)。這一視覺意象的外部表達(dá)，無疑會(huì)被設(shè)計(jì)者大量地使用。當(dāng)設(shè)計(jì)者用這樣的圖示表達(dá)，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行重新構(gòu)造與變異的時(shí)候，如改變、增加、刪減相鄰關(guān)系、尺寸、形狀和尺度，就為設(shè)計(jì)者提供了一種視覺理解方式。設(shè)計(jì)圖示不僅可以表達(dá)創(chuàng)造者的心理概念模型，而且還可以形成和塑造概念創(chuàng)建，有助于創(chuàng)造出新的設(shè)計(jì)概念或設(shè)計(jì)方案。endprint

從溯因的邏輯過程中，我們可以做進(jìn)一步的推導(dǎo)，設(shè)計(jì)綜合可以看作是在設(shè)計(jì)問題情境下處理、組織、刪減和篩選資料進(jìn)而產(chǎn)生信息和知識(shí)的溯因過程。如果我們把設(shè)計(jì)綜合視為一種特殊的溯因推理，那么這一過程具有如下典型特征：

第一，設(shè)計(jì)綜合的溯因推理過程具有目的導(dǎo)向。設(shè)計(jì)的目的或意圖引導(dǎo)著設(shè)計(jì)綜合活動(dòng)的進(jìn)行，設(shè)計(jì)者依據(jù)如何實(shí)現(xiàn)用戶需求尋找和選擇問題解決方案。在從問題的輸入到解決方案的輸出過程中，啟發(fā)式規(guī)則是由以往的設(shè)計(jì)知識(shí)組成的，它們主要是設(shè)計(jì)的規(guī)則。這些設(shè)計(jì)規(guī)則規(guī)定了達(dá)到目的應(yīng)當(dāng)怎么做，對(duì)設(shè)計(jì)概念具有約束和輔助推導(dǎo)的作用。

第二，設(shè)計(jì)綜合的思維過程是基于模型的溯因。一方面，從基于模型推理的角度來看，創(chuàng)造力發(fā)生在用一種理性方式來著手處理定義明確的問題之處，問題情境和啟發(fā)式規(guī)則為獲得創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)概念設(shè)置了可能的約束。另一方面，類比建模、形象建模的活動(dòng)被大量用于問題解決方案的生成與選擇過程中。

第三，在溯因推理中，從前提到結(jié)論的推論過程取決于后者是否能夠滿足或?qū)崿F(xiàn)前者。設(shè)計(jì)綜合中溯因不同于科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的溯因，主要是基于給出的假說是否能夠解釋前提，它尋求的是能夠有效滿足或?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)目的。

五、小結(jié)

如果說綜合是設(shè)計(jì)獨(dú)有的特征，那么基于綜合視角的思維認(rèn)知過程分析有利于揭示出工程設(shè)計(jì)的本質(zhì)。運(yùn)用溯因推理來解釋設(shè)計(jì)綜合，可以使這一創(chuàng)造性過程更具系統(tǒng)性和有效性。雖然本文認(rèn)為溯因可以為設(shè)計(jì)綜合提供可能的推理架構(gòu)，但這并不意味著工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性認(rèn)知過程是完全結(jié)構(gòu)化和形式化的。我們更希望通過闡明這一推論過程來使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中能夠以一種更為系統(tǒng)和理性的姿態(tài)進(jìn)行思考。

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