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设计控制论(Design Cybernetics)导论

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摘要:控制论(cybernetics)是在第二次世界大战期间,在技术和科学进步的基础上,在20世纪中期兴起的,它影响了设计理论和研究。控制论(cybernetics)最初被认为是一种理论框架,是一种跨越学科边界的通用语言,但人们很快就在以目标为导向的控制工程中发现了更突出的应用。自1970年以来,它发展了一种反思性的、更有哲学意义的、不那么注重控制的观点,称为二阶控制论(second-order cybernetics。这种观点承认循环因果关系、非决定论、主观观察者和其他自然科学所避免的概念。通过这种方式,它为自组织系统提供了一种方法,这些系统在开放式的过程中协商自己的目标——换句话说就是设计。作为对设计控制论(design cybernetics)的介绍,本章概述了控制论从一门技术工程学科到设计哲学视角的发展。

1.1介绍

自从控制论被广泛地与工程师在恒温器、制导导弹和其他控制系统中建立的机械反馈回路联系在一起以来,它已经取得了长足的进步。在过去的半个世纪里,控制论的范围已经远远超出了技术系统和计算的形式,而这正是它被定型的原因。今天,控制论还包括了与人类更密切相关的领域:生物学、管理学、社会科学、人类学、教育学、治疗学以及最近的设计学。控制论为设计提供了一种抽象的哲学方法,作为一种创造性的认识论实践。与其他学科不同,设计对于控制论来说不仅仅是一个应用领域,它被描述为实践中的控制论。本章的目的是通过展示一个最初以控制工程闻名的领域是如何成为一种探索好奇的、有创造力的和有道德的人类活动的方法,来对设计控制论进行背景分析。我们对这一发展的讨论始于第二次世界大战时期,并讨论了控制论和设计研究之间的历史相似性和哲学联系。

1.2 第二次世界大战和系统传统(Systems Traditions)的兴起

早在第二次世界大战爆发之前,被称为“控制论之父”(father of cybernetics)的诺伯特·维纳(Norbert Wiener)就有了突破性的见解。诺伯特·维纳(Norbert Wiener)意识到,电力系统的 "强"(strong)电流和 "改变咆哮的二十年代的声音和景象"(that were transforming the sounds and sights of the Roaring Twenties)的 "弱"(weak)电流之间存在着明显的区别。他发现,在通信和控制系统中,电流(以及无线电波)可以任意变弱,只要它们能发挥信号传递的功能。第二次世界大战在欧洲爆发后,维纳和他的合作者阿图罗·罗森布鲁斯(Arturo Rosenblueth)和朱利安·比格洛(Julian Bigelow)有了另一个深刻的见解:从古希腊开始,西方思想就禁止循环因果关系(circular causality),因为它有可能产生传统逻辑无法解决的悖论条件。然而,该团队意识到,某些系统,如高等生物的新陈代谢,"有目的地"(purposefully)以循环因果的方式对其自身行为的影响做出反应。循环因果关系虽然仍然构成了一个逻辑难题,但在实践中不能再被忽视了。通过这些见解,维纳掌握了他所处时代的关键知识和技术变革。与以往的其他军事冲突相比,第二次世界大战更多地是由对信号和因果关系的洞察所决定的,因此,它不仅是一场权力和武力的战争,而且是一场通信和控制的战争。纳粹政权的崛起在很大程度上要归功于新的通信手段,尽管它是线性的关系。在德国家庭中安装价格低廉的无线电接收器,从而建立了一个单向的宣传传播网络,该政权在很大程度上用等级专制结构取代了社会互助主义(social mutualism)。

维纳(Wiener)试图在国防技术领域为战争作出贡献。他和毕格罗(Bigelow)一起试图开发一种高射炮系统,该系统可以预测攻击中的轰炸机的轨迹,并将其射弹"提前"(ahead of)瞄准飞机,在发射的射弹到达其高度时达到命中目标。他们的系统显示出一种“不可思议”(positively uncanny)的能力,能够在几秒钟内预测飞机的轨迹。然而,在所需的较长时间内,与现有方法相比,该系统没有提供任何作战优势,因此从未在战斗中应用。

与此同时,德国人将内部制导系统集成到空中武器中,如Fritz X和V-1飞行炸弹。使用陀螺仪作为姿态传感器,这种方法早在几十年前就已经在怀特海德鱼雷(Whitehead Torpedo)中应用了。它是基于循环因果的自我调节和控制论者所说的"负反馈"(negative feedback):一旦设定了一个目标,并绘制出了通往这个目标的路径,就可以在运动输出和感官输入之间建立一个被称为“反馈回路”(feedback loop)的自我校正循环信号结构系统,以调节其沿着这个路径持续运动。这种系统通过最小化实际路径与绘制路径的偏差,即所谓的“误差”(error),这样一个系统可以确保其最终到达设定的目标。

当V-1飞行炸弹越过英吉利海峡时,它们遇到了带有负反馈回路的防御系统——自动雷达跟踪站和含有近炸引信的炮弹(projectiles containing proximity fuses):这是一场史无前例的自主武器冲突,几乎没有人为干扰。当V-1的后继者,速度更快的V-2火箭被用来攻击伦敦时,英国人设法对导弹目标追求的负反馈控制施加了误差放大的"正反馈"(positive feedback),让双重间谍将错误的弹着点反馈给德国人,导致随后的导弹瞄准远离人口稠密的目标区域,据说这挽救了许多人的生命。

第二次世界大战的其他开创性发展发生在密码学和密码分析领域,英国的艾伦·图灵(Alan Turing)和美国的克劳德·香农(Claude Shannon)做出了关键贡献。香农也曾在上述的防空挑战中工作过,香农将他的信号分析工作发展成了著名的通信数学理论[Mathematical Theory of Communication](有时也被称为通信理论[Communication Theory]信息理论[Information Theory])。在这项工作中,香农得到了维纳的指导,特别受益于维纳为防空项目开发的统计方法。

德国、意大利和日本威权主义的兴起,促使美国成立了国家士气委员会(Committee for National Morale)。该委员会为总统提供宣传和公众士气方面的建议,制定防止独裁主义再次出现的策略。它用情感与理性的分离来解释国家社会主义(National Socialist)的心理,情感被放大,而理性被大众媒介的宣传所压制。这种观点将很快激发出一种新的媒体,允许个人自由地做出自己的、基于情感和理性的选择。民主社会的成员不应受到来自上面的约束,而应是自由的,并受到内部价值观的指导。因此,政府发现自己面临着矛盾的挑战,即从外部授权的必须从内部产生的东西。

战后,控制和循环因果反馈系统的相关性并没有消退。当一群学者聚在一起讨论大脑抑制时,毕格罗(Bigelow)展示了他与罗森布鲁斯(Rosenblueth)和维纳在有目的的循环因果系统上所做的工作,引起了很多人的兴奋。这促使在1946年至1953年期间就这个问题举行了一系列的会议,有一个核心小组和来自各个学科不断变化的受邀嘉宾。由乔赛亚·梅西基金会(Josiah Macy, Jr. Foundation)赞助的这一系列会议通常被称为梅西会议(Macy Conferences。除了维纳和他的两位合作者,核心参与者还包括神经生理学家沃伦·麦卡洛克(Warren McCulloch)和沃尔特·皮茨(Walter Pitts),数学家约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann),物理学家海因茨·冯·福斯特(Heinz von Foerster),以及人类学家和全国士气委员会的校友玛格丽特·米德(Margaret Mead格雷戈里·贝特森(Gregory Bateson。梅西会议的参与者克服了他们不同学科领域的术语,开发了一种共同的新语言,以探索他们对循环因果反馈系统的共同兴趣。就这样,梅西会议成为了今天所谓的跨学科和跨学科的摇篮。

玛格丽特·米德(Margaret Mead)早在20世纪20年代,在南太平洋进行实地考察时就已经实践了循环因果关系。米德拒绝线性因果关系的科学必要性,“客观地”(objectively)消除了观察,可能是第一个以参与观察者身份进行人类学研究的美国人。与米德不同的是,维纳在1935年至1936年担任清华大学客座教授期间发表的一篇文章(The role of the observer)中拒绝了客观观察者的概念,并将观察描述为积极的参与。

在一次梅西会议上,被邀请的英国控制论专家W·罗斯·阿什比(W. Ross Ashby)展示了他的“稳态”(Homeostat)——一个由四个相互连接的盒子组成的结构——时,观察者的角色成为了一个有争议的问题。每个盒子都有一个可移动的指示器。当实验者将这些指标中的一个或多个从它们的中立位置移开时,其余盒子上的指标将以相反的比例移动,从而保持一个稳定的整体平均值,与生物体保持葡萄糖水平和体温的方式类似。阿什比从生物与环境的关系来描述“稳态”(Homeostat)。当毕格罗和其他与会者询问“稳态”(Homeostat)中生物体和环境之间的边界在哪里时,阿什比感到沮丧,因为他没有在四个装置和实验者之间设定任何特定的界限。两年后,他写道:

当有机体及其环境被视为一个单一的系统时,"有机体 "和 "环境 "之间的分界线在一定程度上成为概念性的,而且是任意性的。(As the organism and its environment are to be treated as a single system, the dividing line between “organism” and “environment” becomes partly conceptual, and to that extent arbitrary.

基于这个观点,阿什比同意米德和维纳关于观察者依赖的观点。他还预计,“系统”(system)一词的理解方式将发生转变,该词是控制论及其更广泛的系统传统家族的核心。术语“系统”(system)的词源指向“组合”(putting together),这在概念上与科学“分解事物”(take things apart)的还原主义倾向并列。在早期系统理论家用客观术语描述“系统”(system)为“相互关联的元素集合”(sets of elements standing in interrelation)之后,控制论学家最终会用主观术语描述系统,即观察者在决定他们的观察中什么是相关的时候所做的区分 。根据这个最近的观点,系统的边界是通过观察行为投射出来的,是可以协商的,而不是观察到属性。

维纳在1948年出版了一本名为《控制论》(Cybernetics)的开创性著作。梅西会议的与会者采用了《控制论》(Cybernetics)一书作为他们领域的名称,其副标题“动物和机器中控制和通信的科学”(control and communication in the animal and the machine)成为控制论的一个突出定义,以及后来提出的许多其他定义。“cybernetics”(控制论)一词是维纳从描述操控能力的希腊形容词“κυβερνητικός”派生而来的,这也是“government”一词的词根。尽管这本书取得了成功,并被广泛传播,但它是否适合作为新领域的基础,最终受到了质疑。格兰维尔(Glanville)认为,维纳先是出版了《控制论》(Cybernetics),然后又出版了更具哲学意义的《人有人的用途》(The Human Use of Human Beings,这是一个“巨大的战术错误”(massive tactical error)。《控制论》的技术性和数学性使得控制论被广泛认为是一门技术工程学科。如果更具哲学性的《人有人的用途》(The Human Use of Human Beings)首先出版,或者,正如格兰维尔(Glanville)在其他地方推测的那样,如果是格雷戈里·贝特森(Gregory Bateson),而不是诺伯特·维纳(Norbert Wiener),撰写了控制论的第一本书,那么这个领域今天可能会成为一个新的领域,这个领域可能会被更恰当地理解为一个与活生生的人有关的领域,而不是一个只与技术有关的领域。

在英国,阿什比(Ashby)通过引入“多样性”(variety)作为衡量一个系统可能承担的状态数量的标准,帮助将“控制”(control)正式化。阿什比(Ashby)当时在他的个人日记中写道:

我想摆脱熵的香农方法和无限长的信息平均法; 我想要一些我可以计算的东西。(I want to get away from the Shannon method of entropies [and] averaging over infinitely long messages; I want something I can count.

阿什比(Ashby)解释说,交通灯有红、黄、绿三种信号灯,每种信号灯都有开(on)和关(off)两种状态,它们合起来可能有八个状态。然而,在其交通控制应用中,只使用了四种状态的实际变体——例如,不使用红色和绿色的组合。潜在状态和实际状态之间的差异就是约束(constraint)。阿什比(Ashby)还认识到,可靠的控制需要在反馈回路中满足特定的条件,这在他的"必要多样性定律"(Law of Requisite Variety中得到了体现:控制器的多样性必须等于或大于被控制的多样性(the variety of the controller must be equal or greater than the variety of the controlled)。

随着世界分裂为“东方集团”(Eastern bloc)和“西方集团”(Western bloc),并陷入冷战,控制论再次成为基调。现在,冲突既是一项学术挑战,也是一项政治和军事挑战。学术界,最引人注目的是控制论专家约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann,发展了 "博弈论"(game theory——一种模拟理性决策者之间竞争的数学方法。冲突,无论是以军备竞赛的形式还是以全面暴力的形式,现在都被理解为正反馈(positive feedback),如果不加以遏制,就有可能出现灾难性的升级。过去战争中,核武器和火箭技术的发展,是为了确保铁幕两边的"相互保证毁灭"(mutually assured destruction)。苏联和美国都占领了二战期间负责德国火箭开发研究中心的大部分资源。现在,太空竞赛作为一个象征性的战场出现了,在这里,竞争将放大创新,而不是直接暴力。在这场竞赛的早期,苏联取得了快速进展,并发射了第一颗地球卫星,让西方陷入了 "斯普特尼克冲击"(Sputnik Shock

斯普特尼克卫星(Sputnik)发出的哔哔的无线电信号和它在夜间的能见度,让美国人开始质疑他们在科学、技术和教育方面的优势。人们眼中的“导弹差距”(missile gap)及其引发的焦虑,引发了一波深刻的反思,影响遍及全美。在经历了几年“太空时代”(space age)的乐观之后,美国科学家和工程师对这个国家的创新优势失去了信心,政策制定者和公众也开始质疑美国教育体系的标准和方法。美国在一场竞争中落后了,因为双方都把造福本国人民的科学发展和技术进步作为核心原则。这使得他们能够就如何提出不同意见达成一致,并提供衡量和比较国家成就的共同条件和标准。由于美国落后于苏联的成就,肯尼迪总统在1961年承诺在十年内将人类送上月球并返回。在这样做的过程中,他不仅将这场竞赛定义为一场以目标为导向的治理挑战,利用系统工程方法,从路径目标管理理论的角度加以解决;他还画了一条终点线,这是迄今为止在太空竞赛中所遗漏的。这条终点线的位置以及它所暗示的技术挑战,重新将这场比赛定义为一场偏向于美国优势的长期发展挑战。实际上,肯尼迪总统已经解决了“每个系统设计师所面临的困难,即确定整个系统规范,或‘目标声明’”(difficulty facing every systems designer [which] is in determining the overall system specification, or ‘statement of objectives’)。

系统工程(systems engineering)方法(简称系统方法)在早期的弹道导弹开发中被率先采用,并被NASA的整个月球计划所采纳。作为系统传统家族中控制论的远亲,系统工程坚持科学还原论和线性因果功利主义。系统工程的技术重点是预规范、合理化和优化,它在本质上不仅与空间探索系统的模块化兼容,如多级火箭和空间站组件,而且与负责其生产和运营的分层组织管理结构兼容。例如,允许航天器被划分和细分为推进、通信、导航和制导、生命支持等系统和子系统,这种方法是基于这样的假设:一旦每个子系统满足了各自的子目标,那么一旦所有的子系统集成到整体中,总体目标就会得到满足。

1.3 控制的局限性、工具主义和设计方法

二战结束后不久,技术创新、组织管理、任务操作和国际冲突都被纳入了战略治理的范畴。越来越多的人认为,控制论不仅是一种描述控制的理论,也是一种有目的的施加控制的理论。围绕着道德和工具主义的问题出现了意识形态的裂痕。例如,当许多人为即将到来的工业自动化时代欢呼时,又是维纳警告说普通工人即将消亡。诺伯特·维纳(Norbert Wiener)和约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann)这两位杰出的数学家和控制论新领域的创始者之间的对比,体现了这种伦理上的分歧。维纳一直没有参加曼哈顿计划,他反对战争研究的机密性,并厌恶对平民使用核武器,而冯·诺伊曼则在曼哈顿计划中发挥了领导作用,是选择广岛和长崎作为核攻击目标的委员会成员,并主张对苏联采取核第一打击政策。

在战后,人们认为各种各样的挑战都可以通过科学和系统的方法进行有目的的管理。 "斯普特尼克冲击"(Sputnik Shock)刺激了“创造力技术”(creativity techniques)的发展,很快,系统的方法论和管理被应用于创新和设计。当维纳被邀请写一本关于发明哲学的书时,一个关于创造力的早期控制论序文就出现了。在他为回应而写的一份手稿中(但在1954年因其他项目而放弃了写作),维纳解释说,"真正根本和开创性的想法在很大程度上是一个幸运和不可预测的意外"(the really fundamental and seminal idea is to a large extent a lucky and unpredictable accident)。他拒绝了发明是理性决定的概念:

发明的最关键阶段[......]是思想环境的变化,这种变化产生并被一种新思想所产生。这可能会对社会产生难以计数的价值,但在事物的本质上,它是不需要精算的。(The most critical stage of invention [. . . ] is the change in intellectual climate which produces and is produced by a new idea. This may be of untold value to the community, but in the essence of things it is not subject to actuarial work.

维纳还把偶然出现的新想法比作闪电。他认为,由于它们的偶发性,对闪电和新思想都有利和不利的条件,可以被理解和利用来促进或压制它们。在这种观点中,发明可以被培养,但不能被控制或决定性地触发。然而,今天设计控制论的其他先驱性可以在维纳的工作中找到。他将反馈定义为"能够通过过去的表现来调整未来的行为的特性"(the property of being able to adjust future conduct by past performance,这预见到了西蒙后来对设计师的描述,即 "设计出旨在将现有状况转变为理想状况的行动方案的人"(who devises courses of action aimed at changing existing situations into preferred ones,以及瑞特尔(Rittel)和韦伯(Webber)对问题(即设计挑战)的描述,即“现状与应有状态之间的差异”(as discrepancies between the state of affairs as it is and the state as it ought to be

维纳的工作还以更隐喻、更哲学的方式预示了设计-控制(design-cybernetic)的未来。他与比格洛(Bigelow)一起开发的战时防空系统整合了亚里士多德所描述的两种因果关系:causa efficiens(解释性描述:"因为......")causa finalis(控制:"为了......")。这两种因果关系一方面对应着自然科学的描述性议程,另一方面对应着工程和设计的指导性、介入性议程。西蒙(Simon)解释道:“自然科学关注的是事物的本质……另一方面,设计关注的是事情应该如何发展,通过设计人工制品来实现目标。”(The natural sciences are concerned with how things are [. . . ] Design, on the other hand, is concerned with how things ought to be, with devising artefacts to attain goals

如果有一个决定性的时刻,控制论的火花跳到了设计领域,那就是设计理论采用阿什比(Ashby)的多样性和约束性概念的时刻。奇怪的是,这一时刻发生过两次,而且基本上是独立发生的,当时英国的戈登·帕斯克(Gordon Pask)和德国的霍斯特·里特尔(Horst Rittel)都从阿什比的作品中找到了灵感。里特尔很快将设计过程描述为“多样性的产生,和多样性的减少”(the generation of variety, and the reduction of variety。这两种操作今天常常被简单地称为设计的"发散"(diverging)和 "收敛"(converging)阶段,如设计过程模型(如双钻模型[double diamond model])所示。

在20世纪50年代和60年代,有一种将设计 "科学化"(scientise)的愿望。巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller宣布从1965年开始有一个"世界设计科学十年"(World Design Science Decade。第一届设计方法会议(Conference on Design Methods)于1962年在伦敦召开,开启了设计方法运动,这是一场长达十年的旨在合理化和科学化设计的学术尝试。第二年,霍斯特·里特尔(Horst Rittel)从乌尔姆的设计学院(Ulm School of Design)搬到了加州大学伯克利分校,在那里他成为了设计方法运动的主要倡导者。他后来回忆说:

一开始,来自建筑、工程和商业领域的局外人听说了这种系统方法,并想如果它可以处理像NASA项目这样复杂的事情,那么为什么我们不能用同样的方法处理像房子这样简单的事情呢?难道我们不应该把每座建筑都看作是一个面向任务的设计对象吗?([I]n the beginning, outsiders from architecture, engineering, and business heard about the methods of the systems approach and thought that if it were possible to deal with such complicated things as the NASA programmes then why couldn’t we deal with a simple thing like a house in the same way? Shouldn’t we actually look at every building as a mission-oriented design object?

然而,在十年内,设计方法运动已经走完了它的历程,并且面临着许多人的反对,包括它的一些早期支持者,他们现在已经认识到规定性的方法论是与设计理念相悖的。到现在为止,他们认为规定性的方法论与设计的理念是对立的。琼斯(Jones)是这一运动的早期支持者和后来的反对者之一,他解释说:

方法论不应该是通往固定目的地的固定轨道,而应该是关于可能发生的一切事情的对话。对话的语言必须弥合过去和未来之间的逻辑鸿沟,但在这样做的时候,它不应该限制所讨论的未来的多样性,也不应该强迫人们选择一个不自由的未来。(Methodology should not be a fixed track to a fixed destination, but a conversation about everything that could be made to happen. The language of the conversation must bridge the logical gap between past and future, but in doing so it should not limit the variety of possible futures that are discussed nor should it force the choice of a future that is unfree.

利用适当的方法和技术,系统可以可靠地预测和控制的概念在其他领域也被抛弃,尤其是在生态学领域。随着设计方法运动的失败和被抛弃,设计研究呈现出一种指导性不强、反思性更强的姿态,被里特尔称为“第二代设计方法”(design methods of the second generation)。这一转变与从一阶控制论到二阶控制论的扩展同时发生,也许并非巧合,这一点将在下一节中讨论。

1.4 一阶到二阶控制论(First-Order to Second-Order Cybernetics)

尽管在冷战时期被认为是一门决定性的、工具主义的控制技术科学,但我们认为,这一领域的发起者有着不同的动机。玛格丽特·米德(Margaret Mead作为参与性研究者的工作,以及维纳对观察者角色的早期认识,循环因果关系(circular causality)和不确定性(non-determinability)表明,控制论在其起源时,比20世纪中期控制论的一般认知和应用所表明的更具有反思性。为了进一步说明这一点,让我们看一下图1.1,图中显示了诺伯特·维纳(Norbert Wiener)和他于1940年代末在麻省理工学院开发的机器人Palomilla

图1.1 诺伯特·维纳(Norbert Wiener)和他在1940年代末在麻省理工学院开发的机器人Palomilla

Palomilla配备了传感器、电路和电机,像昆虫一样“有目的地”(purposefully)在与光源有关的空间中导航。如果你不熟悉维纳的传记,可以从图1.1中看出,一位麻省理工学院(MIT)的数学家在努力实现车辆的自动化,而这项工作有朝一日会应用于机器人真空吸尘器、自动驾驶汽车和无人战场的无人机。虽然这些系统确实有一些起源于维纳的作品,但我们对这一形象提出了一种不同的解读,我们认为,这种解读更符合维纳更广泛的作品以及设计控制论的精神。我们认为,维纳对Palomilla的兴趣不在于工具性的效用,而更多地是对他自己的认知导航的隐喻,在他1936年关于观察者作用(role of the observer)的文章中,他对这种作用描述如下:

实践中的数学家非常清楚,数学作为一种活生生的研究是归纳性的和实验性的,不管它在教科书中是什么样子。当我需要一个辅助函数来完成一项明确的工作时,我就一个接一个地尝试,发现第一个函数在这里太大,第二个函数在那里太小,直到通过运气和对种类习惯的熟悉,我找到了一个完全合适的函数。在涉及到任何真正的推理逻辑问题之前,十分之九的可能性都被基于对情况的一般感觉而排除了。第十个建议在某种程度上说服了一个老手相信其中有某种东西——它在正确的点上解决了困难,但不容易让人怀疑这是一个彻头彻尾的错误。一旦钥匙插入锁内,并且螺栓开始显示出转动的迹象,那么只需用锉刀和机油就能达到完美的配合。(The practicing mathematician knows very well that mathematics as a living investigation is inductive and experimental, whatever it may be when stuffed and mounted in text-books. When I want an auxiliary function to do a definite job, I try one after another, finding the first too big here, the second too small there, until by grace of luck and a familiarity with the habits of the species, I come on an exact fit. Nine-tenths of the possibilities are eliminated on the basis of a general feeling for the situation before it comes to a matter of any real deductive logic whatever. The tenth suggestion slips into place in a way which convinces an old hand that there is something in it – it resolves the difficulties at just the right points, but not so readily as to excite suspicions of a sheer blunder. Once the key will go into the lock, and the bolt begins to show signs of turning, it is a matter of mere filework and oil to get a perfect fit.
图1.2 Palomilla在空间导航的长曝光照片

在这段话的旁边,请考虑另一张Palomilla的照片,如图1.2所示。它显示了一张Palomilla在空间导航的长曝光照片。机器人的发光真空管沿着弯弯曲曲的、向前搜索的路线,就像沙地上的轨迹,显示着它的路径和操作逻辑。我们认为,图1.2中的光路与Palomilla在空间中的运动有很大的关系,就像维纳上述描述一样。它们是短暂过程留下的轨迹,记录下来是为了让其他人阅读,与前瞻性的探索联系起来,并参与到我们如何冒险和探索未知更好的隐喻和理解的思考中。这样一来,Palomilla不仅是今天Roomba吸尘器的先驱,也是为了理解Roomba吸尘器,以及其他东西和过程的形成过程——一个“展示的机器”(machine for showing),认知的反射,以及设计控制论的先驱。

作为一名 "执业数学家"(practicing mathematician),维纳直到1964年去世时仍在很大程度上致力于表征主义范式(representationalist paradigm)。他没能活着看到他所暗示的自我反思作为其学科的明确基础出现。主要是海因茨·冯·福斯特(Heinz von Foerster提出了一种适用于自身并且其内容与其形式相匹配的行为控制论:二阶控制论(second-order cybernetics。后来,当被问及二阶控制论是如何“遇到”(came upon)他时,冯·福斯特将其归功于玛格丽特·米德(Margaret Mead)和她1968年在美国控制论学会(ASC)上的演讲。在这次演讲中,米德回顾性地将其命名为“控制论中的控制论”(Cybernetics of Cybernetics),她要求ASC将控制论的见解和技术应用到自己的组织和运作中。

在认识到观察者和循环因果关系的作用后,冯·福斯特(Von Foerster)解释说,任何描述或理论都必须解释观察者(observes)和描述者(describes),以及他们的描述(describing)和理论化(theorising)。对于接受它的人来说,这是一种研究态度,是一种内在责任引导下的伦理立场,最终是一种审美欲望。冯·福斯特(Von Foerster)的二阶控制论伦理学概念基于自我的主观责任,这是由他/她的系统边界所定义的。基于这样一种观点:".……自由总是存在。在每一个时刻,我都能决定我是谁”(. . . freedom always exists. At each and every moment, I can decide who I am)。冯·福斯特(Von Foerster)解释说,行动的选择是由内在决定的,因此,责任也在内在。另一个选择是外部动机的行动,这是专制主义的基础,也是纽伦堡审判(Nuremberg trials)中所观察到的对个人责任的拒绝:"我没有选择。我只是服从命令!"(I had no choice. I was merely following orders!)。因此,冯·福斯特(Von Foerster)将伦理(ethics道德(morals区分开来。在这个观点中,(线性地)指导别人想什么,做什么(“虽然应该……”,“虽然不应该……”)构成道德(morals,而伦理(ethics(循环)是针对自己的(“我应该……”、“我不应该……”)。因此,伦理(ethics不能变得明确,而是表现在行动中。为了帮助宣传必要的自由,冯·福斯特(Von Foerster)提出了他的建构主义伦理要求(Constructivist Ethical Imperative):“我将始终采取行动,以增加选择的总数”(I shall act always so as to increase the total number of choices)。

在20世纪60年代的大部分时间里,控制论,特别是冯·福斯特(Von Foerster)的生物计算机实验室(Biological Computer Laboratory, BCL),一直受益于美国国防部(Department of Defense, DoD)为计算机技术的发展提供的研究资金。1970年《国防采购授权法案》(Defense Procurement Authorization Act)的曼斯菲尔德修正案(Mansfield Amendment)限制国防部对“与特定军事功能或行动有直接和明显关系”(with a direct and apparent relationship to a specific military function or operation)的基础研究的支持时,这种情况发生了改变,以伦理为导向(ethically-oriented)的控制论专家,首先是冯·福斯特(Von Foerster)本人,不准备提供这种支持。其他人,特别是在人工智能领域,则以大胆的承诺作为回应——这些承诺往往基于起源于控制论的技术概念——在战场上实现研究成果的适用性,因此获得了慷慨的支持。尽管五角大楼的这项政策后来有所放松,但它对资金的重新分配加强了麻省理工学院、斯坦福大学和其他地方的人工智能研究,并被视为导致1974年生物计算机实验室关闭以及1976年冯 · 福斯特退休的原因。

从一阶控制论到二阶控制论,与其说是一种转变,不如说是一种扩展。控制论作为一门控制工程学科,可以理解为控制论的一个受约束的子集,作为一种更广泛、更普遍的精神,就像牛顿力学在爱因斯坦力学中的地位一样。在其他以系统为导向的研究传统中,这种更广泛、更新的控制论形式与传统经验科学所依据的假设大相径庭,它承认“整体论”(holism)、背景、关系、循环因果关系、不确定性、主观观察者和自我组织。

图1.3 左边:平凡机(trivial machine,TM)和右边:非平凡机(non-trivial machine,NTM)

为了说明循环因果关系的非确定性和观察者依赖性,冯·福斯特(Von Foerster)引入了两个自动机,分别是平凡机(trivial machine,TM)和非平凡机(non-trivial machine,NTM)。这两种机器都是思想实验,而不是技术实现的建议。它们都有一个输入和一个输出通道,但将输入转化为输出的内部机制不同。TM可预测地将输入转化为相应的输出,因此,外部观察者在经过一段时间的观察后,可以在可能的输入和结果输出之间建立清晰的关系,例如图1.3左侧所示的“分配表”(assignment table)。一个完整的分配表是一个可靠的模型,可以预测TM对给定输入的输出响应,无论机器运行了多长时间。相比之下,NTM包含记忆机器状态的方法(图1.3右侧标记为z)。这种状态不仅受每次输入-输出转换的影响;它还共同决定了后续转换的输出。

这就导致了大量不断变化的输入-输出映射。可以说,NTM的操作历史在机器中留下了痕迹,这实际上是把它变成了一个不同的机器,每个输入输出都有转换。冯·福斯特(Von Foerster)从一个外部观察者的角度来决定这两台机器的挑战,这个外部观察者在不了解其内部运作的情况下,必须构建它们内部工作的心理模型(mental model)——用格兰维尔(Glanville)的话来说,是为了“白化”(whiten)一个“黑盒子”(black box)。这对TM来说很简单,而对NTM来说几乎是不可能的。这种无法理解和预测观察到的系统是令人满意和愉快的,因为这是魔法和奇迹的来源。冯·福斯特(Von Foerster)利用他的两台机器并置来区分平凡的输入输出系统和非平凡的输入输出系统。非平凡系统,包括人类,都配备了记忆和循环路径,通过这些路径,早期操作的输出可以作为后续操作的输入重新进入,从而以难以预测的方式通过其相互作用影响自身。使用机制(mechanisms)来质疑带有机械因果关系的文化成见(cultural preoccupations),过去是,现在仍然是一种狡猾的修辞手法。然而,为了避免误解,我们必须强调,生物和社会系统的机械控制论隐喻(mechanistic cybernetic metaphors)只不过是隐喻而已。把 NTM 比作人类的思维,并不意味着思维就像一种机制,或者说这种机制可以像人类的思维那样运作。这个类比仅仅是为了表明,随着对循环因果再入和记忆的认识,人们对简单机制以及人类所遇到的不确定性也有了认识。

冯·福斯特(Von Foerster)提到平凡性(triviality)和非平凡性(non-triviality)之间的区别的背景,是他对教育机构的批评,这些教育机构把孩子当作平凡系统(trivial systems),训练他们对旧问题提出可靠的已知答案。在这种情况下,他还使用了另一种非平凡性(non-triviality)的例子:一个学童在回答 "2乘以2是多少?"的问题时,回答是 "绿色!",因此她会受到斥责并被“trivialised”,直到她给出了预期的答案"4"。孩子对新奇事物的自发表现,即对预期的多样性的超越,抓住了维纳形容为闪电般的创造性时刻。虽然冯·福斯特(Von Foerster)对NTM的描述中没有解释在这种时刻起作用的原理,但它们在对话理论(Conversation Theory)中得到了解释,这将在下一节概述。

1.5 对话与设计

琼斯(Jones)并不是唯一一个将设计过程描述为 "对话"(conversation)的设计研究者。设计控制论内部和外部的设计研究人员后来都认识到了设计过程的循环结构,他们将其描述为 "争论"(argumentative)的"阴谋"(conspiracy),其特点是"无知的对称"(symmetry of ignorance),是"辩证的"(dialectical),是"话语的"(discursive),是"对话"(dialogue)或 "对话的"(dialogical),是"协商的"(negotiation)。

设计过程的循环结构必须脱离西方逻辑和香农通信理论(Communication Theory)的线性结构。戈登·帕斯克(Gordon Pask)的对话理论(Conversation Theory)提供了这样一种结构。对话理论(Conversation Theory)解释了认知过程,即我们在学习、设计和研究中逐渐了解的过程。它是以循环交流(circular exchanges)为基础的一种激进的建构主义理论(radical constructivist theory)。它不把 "知识"(knowledge)看作是一种可储存和可转让的商品,而是把认识和认识的过程看作是主观执行的过程。帕斯克的作品有时被认为是难以理解的,但他的学生拉努夫·格兰维尔(Ranulph Glanville)、保罗·潘加罗(Paul Pangaro)和斯科特(Scott)进一步发展了他的作品,使之更容易理解。

与香农的符号从发送方到接收方,通过受噪声干扰的线性信道传递不同,对话理论(Conversation Theory)描述了两个或两个以上的交谈者之间的循环因果关系。出于用更少来解释更多的愿望(奥卡姆剃刀) ,对话理论(Conversation Theory)通常只用两个对话来阐释和解释: 一个主观的自我(self)和一个他人(other)。这两个角色有可能发生在一个人身上,他可能与想象中的另一个人进行对话,或者在两个以上的的群体中,多个个体可能扮演一个人的角色。建立这种人际交流模型的一个关键挑战是,意义(meaning)是私人的。香农的通信理论(Communication Theory)认识到了这一挑战,明确地将意义排除在其关注之外。对话理论(Conversation Theory)通过描述一个过程来解决这个问题,在这个过程中,对话者通过及时的比较和重新措辞来追求彼此的想法一致。这个过程一直持续到对话者认为他们各自的理解已经足够接近,可以进一步对话,就好像他们的意义是共同的,就好像他们在处理同一个问题。当他们没有达成这样的共识时,就必须求同存异。这个过程如图1.4所示。

图1.4 在自我和他人的相遇中,(1.)一个人表达了一个想法。另一个人(2.)察觉到这个表达,形成相应的理解,并(3.)用他们自己的语言表达出来。这是(4.)被第一个形成相应理解的人所感知的。如果(5.)这种理解和最初的想法足够接近,那么对方的理解就被认为足够相似,从而相信这种理解是共同的。

许多日常对话都是在“达成共识”(getting on the same page)的个人之间进行的,通过减少负面反馈的"错误"(error)来调整和同步思想和理解。然而,有些对话也会扩大理解上的差异,挑战先前的观念,扩大其他观念的多样性,通过积极的反馈利用“错误”激发新的想法。这两种对话模式反映了设计过程是如何“融合”(converge)和“发散”(diverge)的,以及设计者如何既能可靠地实现期望(比如在时间表、预算和规章方面),又出人意料地挑战预期(比如通过发明、推测和挑战)。一个设计型的自我可能会与各种各样的人进行对话。如图1.5所示,他人可以是一个人,一个想象中的人,一个物理模型,一支笔和一张草图纸,或者一项技术。

图1.5 设计是一种自我与各种可能的他者之间的对话,如笔和纸、人、计算机软硬件、物理模型等等。关键是,自我要允许他人“回话”,并适应意外情况,以便自我影响他人,而他人影响自我。避免必要的多样性,两者在积极和消极反馈的混合中部分地“失控”,从而沿着不可确定的轨迹,到达以前未知的目的地。

使这种接触有资格成为对话的,是自我不仅准备好影响对方,而且准备好以一种循环的因果方式被对方影响。例如,一个设计师可能会在草图纸上画上标记(影响到另一个人) ,然后,也许从侧面看草图,发现一些并非有意表达的东西,并在创作过程中将这个想法考虑进去(受到另一个人的影响)。Fantini和拉努夫·格兰维尔(Ranulph Glanville)通过强调“倾听”[listening](隐喻地适用于所有感知模式)的作用,指出了这种开放性的重要性。冯·福斯特(Von Foerster)沿着类似的思路,提出了他的 "诠释原则"(Hermeneutic Principle):"是听者,而不是说话者,决定了话语的意义"(It’s the listener, not the speaker, who determines the meaning of an utterance。作为对这一原则的补充,他还提出了他的美学要求(Aesthetical Imperative):"如果你想看,就学会如何行动"(If you desire to see, learn how to act。正如conversation这个词的拉丁词根所暗示的那样(conversare =一起转动,也就是跳舞),从这个角度来看,设计是一个影响和被影响的反馈循环,是表达和倾听的反馈循环,或者更广泛地说,是行动和理解的反馈循环,具有可协商的目标。我们相信,这一特征是对设计的充分定义。

斯科特认为,对话理论(Conversation Theory)是 "将认知作为一个进化的、自我组织的过程,进行建模的开创性成就"(pioneering achievement in modelling cognition as an evolutionary, self-organising process。这种描述突出了对话的一个关键特征:它是一个及时完成的过程。因此,对话与西方的一些原则,特别是自然科学的推理形成对比。反馈和对话与形式逻辑背道而驰,我们通过形式逻辑来评估陈述性语句,并以 "真"或 "假"的方式得出结论。几千年来,西方逻辑学家一直回避循环因果关系,以避免它们可能产生的悖论条件。像 "这是一个谎言"(This is a lie.)这样的语句在传统的形式推理中是被禁止的。这是因为形式逻辑是时序性的,因为根据排除中间因素的原则,一个陈述不可能既是真的又是假的。相比之下,控制论承认时间性过程。例如,恒温加热器可以在时间上交替开和关。从形式逻辑的角度来看似乎是悖论的东西,但从控制论的角度来看,却是一种直接的振荡。控制论所认可的时间结构,可以进一步产生理想的动态,例如持续的自我稳定(可以在技术控制系统中观察到)和自发的新颖性(可以在对话中观察到)。许多控制论反馈回路的目的恰恰不是为了“得出结论”(conclude),而是为了继续前进。这是在学术研究的理性语言中公正地对待设计的行为本质的障碍之一。

"对话周期"(Conversational cycles)以日常对话的方式 "失控"(out of control)地展开,向不可预测的方向发展,导致意想不到的想法和新观念。既不要求也不以必要的多样性为目标,对话双方的概念把握(多样性)是不同的,对话本身在某些时候互动地产生新的多样性,在其他时候减少多样性,让熟悉的人去做以前不知道的事情(至少是主观的),而不是刺激他们去做已知的目标。虽然技术控制系统受到控制方面可用的多样性的限制,但对话是无限的。在对话中,多样性可能(而且通常是)因对话者而异。它本身是可变的,受它所塑造的对话的影响。自我和他人之间的错误、差异和误解被视为可能的洞察力和灵感的来源,而不一定要纠正或避免。

即使是数字计算机,传统上被认为是一种逻辑机器,可以将给定的输入精确地转换为输出,如果以这种方式处理,也会成为一个对话者。这是因为计算过程在时间线上的展开,允许循环地进行人机互动。贝特森(Bateson)观察到 "计算机只是一个更大回路的一个弧线,这个回路总是包括人和环境[......]"(The computer is only an arc of a larger circuit which always includes a man and an environment [. . . ])。格兰维尔(Glanville)用一种数字超现实主义的技术体现了这一点:诗人可以闭上眼睛,随机地向计算机的文本处理器进行输入,然后计算机会把这些材料标记为拼写错误。然后,诗人可以从拼写检查器的建议中选择她喜欢的单词和短语,以互动方式构建诗歌。以这种方式实现的是自我和他人之间的互动:“中间性是互动的来源,也是互动的模式和场所”(Betweenness is the source of interaction and is also its mode and its site)。在这种设计-控制论的观点中,媒介(media)因其不可确定而受到赞赏,而错误、噪音和误解则因我们所经历的不精确而受到重视,因为 "我们所经历的不精确性[...]可能导致[...]新奇"([t]he imprecision we experience [. . . ] may lead to [. . . ] novelty)。格兰维尔(Glanville)将这种对话式设计过程及其结果之间的关系比作转动的车轮及其留下的轨迹。

1.6 总结:调整新的视角

从广义上讲,控制论可以被定义为一门研究过程的学科,在这个过程中,事件的状态是根据其他事件的状态进行调整的(the study of processes in which states of affairs are adjusted with reference to other states of affairs)。在本章中,我们已经阐述了自二战以来,控制论如何应用于自身,进行了一些自我调整,并将其从技术控制理论扩展为抽象的哲学方法,将设计作为一种创造性的认知实践。

其中一个调整是对循环因果关系的认识(A影响B, B影响A),因为它在包括恒温器和导弹制导系统在内的自我调节反馈机制中发挥作用。另一个调整是认识到观察的对象不能与观察的行为分开,观察的人发现自己是兴趣对象的主观上参与的一部分。伴随着这种从客观的外部视角到内部的主观视角的重新定位,客观现实的概念调整到主观建构的现实的概念。另一个调整是,从对静态描述的兴趣转向对动态过程的兴趣。控制论关注的是适应性过程,而不是以结论性陈述的形式产生描述,即以真和假的方式表达的非时间性陈述,控制论是以时间为基础的。另一个调整是从确定性到非确定性。在简单的机械系统中,结果可以由先前的原因决定。随着越来越多的 "活动部件"(moving parts)以循环因果的方式相互影响,行动的结果不太可能是可预测的。进一步的调整是认识到控制论原则经常递归地应用于不同的规模。

这些调整一方面构成了对自然科学理想的背离,另一方面也构成了对许多设计师所欣赏的设计的近似。除了这些调整,一阶到二阶控制论的扩展过程中也有连续性。许多早期控制工程术语被证明适用于描述失控过程的各个方面:反馈,多样性,必要的多样性,约束,错误,等等。我们认为,对于那些与早期控制论密切相关的人,以及二阶控制论者来说,控制论是一种精神。尤其是设计控制论的伦理野心(ethical ambition)是增加选择的总数。设计控制论的美学目标是愉悦,无论是通过魔法和奇迹,还是通过洞察力。这两个目标都适用于设计过程、设计结果以及设计研究。设计控制论旨在培养独立于所采用的程序的严谨性,因此不提供方法论。从本质上讲,它试图避免对他人进行限制性的控制,同时在我们个人和集体自我的互动中追求更多的选择和乐趣。

编译自:An Introduction to Design Cybernetics

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