1实验方法
1)实验任务。概念设计任务为:能够进行前后角度范围约60°的调节;升降范围约30cm;可以采用纯机械调节，也可以采用机电液一体化控制;可以进行任何有创意的构思，先不必考虑是否实用。受试者根据概念设计任务构思一种靠背可倾斜、座板可升降的可调座椅，要求给出其原理方案及相应的总体结构方案，即完成可调座椅的概念设计。受试者必须将其内隐的设计构思过程完整地记录下来，并通过三维CAD软件进行表达、构思和修正，以此来完成可调座椅的原理方案构思与总体结构方案的设计。图1和图2所示分别为某受试者设计认知过程的原案笔录数据截图和相应可调座椅的三维CAD概念模型。整个设计任务可以分解成10个子任务:倾斜机构方案、倾斜机构定位、升降机构方案、升降机构定位、功能构件表达、倾斜机构三维CAD模型、升降机构三维CAD模型、总体虚拟装配、运动干涉检验和干涉部位修正。2)实验样本。受试者由机械专业研究生组成，拥有大致相同的机械设计知识背景，因此他们的同质性较好，具有较好的代表性。受试者都是自愿参加实验的。根据文献［13］中“总体的同质性越好，所需的样本容量就越小”的原则，又参考Bilda等人［14］的一个相关实验(样本容量n=6)。笔者邀请了15位受试者参与测试，其中1位受试者的设计结果过于简单，不能完成设计任务被淘汰，最终本研究选取14位受试者参与实验。3)实验过程。受试者开始对设计任务进行分析和构思，实验即正式开始，实验过程全程录像。为尊重受试者的设计习惯，本研究并不强制要求受试者发声思考。对于特别不适应发声思考的受试者，要求其笔录自己的构思过程。受试者如有疑问，可以向主试者询问，也可以向其他专业人员咨询。疲劳了可以离开，稍事休息。受试者在笔录设计构思过程中，如果要修改前面的构思，则应保留前面的原样而另行记录。同样，在CAD环境里进行修改时，必须将前面的构思另存为新文件，再进行修改。4)数据采集和处理方法。本试验采用秒表计时，并记录受试者在设计工作中发生的每一个操作和行为表现，包括思维活动表现。本实验采用原案分析法记录设计认知活动，运用SPSS15．0软件处理实验数据。
2研究结果
2．1设计型知识工作过程的分解
对受试者设计认知活动的整个分解过程包括如下两个步骤。步骤1:分解和汇总。首先，分别对14位受试者沿着时间顺序，按照功能性原则和可测性原则进行设计过程的细分。然后，将分解得到的工作单元分别归入创造性工作单元、事务性工作单元和无效工作单元，之所以划分为这3类工作单元是基于设计型知识工作的如下特性:1)设计工作本质上是一种知识创新活动［15］。2)设计工作也像体力工作一样，包含大量的事务性劳动。3)知识工作具有非连续性，而且不可避免地会受到一些外界因素的干扰。这些特性在不同活动中所占的分量不同，以哪个特性为主，工作单元就归入相应类别。设计型知识工作过程包含的工作单元如表1所示。步骤2:分析和提炼。“思考”应包含审题、静思和回忆等活动。“思考”是一种过程，而“发现”是一种结果，“发现”往往引出一些事务性工作单元如“记录”、“打字”、“CAD操作”、“选择”，甚至是“交流”等，这时，“发现”可以看作是“思考”和其他工作单元的分界，也可用来识别这些工作单元。“讨论”指围绕疑难问题所进行的互动，当然，讨论的形式不仅仅是口头的，还可以通过IT平台讨论。“决策”不能狭隘地理解为一种领导行为，本文研究的“决策”是从工作单元的性质上讲的，是对日常设计问题的决定。至于设计人员所特有的“草绘”行为，在现代制造环境下，既包括徒手草绘，也包括CAD草绘。“查找”、“记录”和“咨询”都是信息接收阶段。在现代制造环境下，操作软件系统成为设计型知识工作者的日常活动，其中一部分“打字”活动可归入“记录”活动，属于信息接收阶段，另一部分“打字”活动与“CAD操作”活动合并为“软件表达”，它们属于信息输出行为。“交流”不能与“讨论”混为一谈，它指信息的相互传递。“计算”包括徒手计算和用计算器计算。“选择”指对现有信息或方案的挑选，其中包括一部分对软件系统的操作活动。“交流”、“计算”和“选择”都包含信息接收和信息输出。与Gilbreth夫妇的动素分析范式一样，在设计型知识工作中也存在“无效工作单元”，比如“插话”、“等待”、“间歇”、“接电话”和“打断”等。其中，“插话”、“接电话”特指外界对设计工作的打扰，是被动的，可以归入“打断”。对于设计人员主动给外界打电话的情形，可以相应地归入“交流”或“讨论”。“等待”是在任务中止或信息系统运行较慢时所产生的停顿，包括问题无法解开时暂时放下工作的情形。“间歇”是指因饮食、休息等生理需要所产生的停歇。经过上述分析，本文提炼出如表2所示的3类工作单元。其中，创造性工作单元5种，事务性工作单元7种，无效工作单元3种，共计15种工作单元。
2．2假设检验
假设H0等价于设计型知识工作的信息加工时间t1与信息接收和信息输出两者时间之和t2的比值(t1/t2)的期望μ，其值等于0．25(即2/8=0．25)。各个创造性工作单元的时间相加得到信息加工时间t1。各个事务性工作单元的时间相加得到信息接收与信息输出两者时间之和t2。需要注意的是，接下来的假设检验中不考虑无效工作单元所占用的时间。为检验假设H0，运用SPSS15．0统计软件对t1/t2进行单样本T检验(one-sampleTtest)，结果如表3所示。表3中，Sig．(双尾)是统计值t的显著性概率p。p=0．495＞0．05，表明统计值t落在t0．025的左侧;95%置信区间［－0．0163，0．0321］的两个端点一负一正，表明置信区间必然覆盖总体均值(即期望μ)。这两点都说明应当接受假设H0，即对于设计型知识工作而言，信息加工时间t1与信息接收和信息输出两者时间之和t2的比值符合帕累托法则。
3分析与讨论
通过实验可以看出，创造性工作单元所占比例较小，有的受试者创造性工作单元的时间比例甚至低于10%。但之所以称其为知识工作，是因为整个工作过程是围绕知识创新来进行的，这也正是知识工作方式与传统工作方式的根本区别。在本文的设计活动中，知识创新体现在设计者运用经验、知识和灵感进行任意的功能创新及结构创新。就像Drucker［2，16］发现影响知识工作效率的6个因素与泰勒的科学管理原理(Taylorism)正好相反一样，本文也有类似发现。1)“思考”、“发现”、“查找”和“选择”这4种工作单元是知识工作方式与传统工作方式共有的，但它们在两种工作方式中的重要程度很不一样。在Gilbreth动素分析范式的18种动素中，“思考”、“发现”、“查找”和“选择”在体力工作中属于辅助动素，除非是非用不可，在设计工作中会尽量取消这类动素。但是，这些工作单元在知识工作中却不是可有可无的。比如“思考”、“发现”等工作单元就起着核心作用，正是它们决定了知识工作的本质。又比如“查找”、“选择”等工作单元，正是它们完成了大量的事务性知识工作。2)在Gilbreth夫妇的动素分析范式中，无效动素(拿住、延迟、休息和耽搁)是必须设法消除的。但在知识工作中，无效工作单元(打断、等待和间歇)尽管对工作的进展没有直接的作用，可它们是一种常态，不便消除。比如，“打断”往往是不可预料的因素所致;“等待”往往与知识工作的非连续性相关联，很多设计灵感正是在等待中乍现。最后，本文在实验数据记录方面和时间计算方面需要做两点说明。1)实验所采用的记录方法虽然与工作日写实的方法比较相似，但是本实验并没有将记录的工作单元与实际工作内容建立一一对应关系。因为一项具体的设计工作会涉及很多专业性较强的术语，这些并不是本文必须关注的，本文研究的目的是要挖掘出设计型知识工作共有的构成单元及其比例关系。2)在实验中，本文将设计工作的各个组成部分视为是互不交叉的。然而，这些工作单元在实际工作中并不能截然分开，比如“草绘”和“思考”，设计人员在徒手草绘或CAD草绘时很可能也在思考。但科学研究中为了研究方便，往往会先将问题简化，然后再进行研究，本文也是如此。因为草绘是设计所特有的一种认知活动，所以将它与其他的思维性活动分开。
4结语
1)设计型知识工作过程的构成单元，可以分为创造性工作单元、事务性工作单元和无效工作单元。2)对于设计型知识工作而言，信息加工时间t1与信息接收和信息输出两者时间之和t2的比值符合帕累托法则，即创造性工作单元在设计工作中起关键和核心作用。3)知识工作方式和传统工作方式在本质上的不同，决定了“思考”、“发现”、“查找”和“选择”等共有的工作单元在两种工作方式中的重要程度不同。这些共同的工作单元，在传统工作的工作设计中会被尽可能取消，而在知识工作中却起着主导作用。
作者：李发权 熊世权 易树平 谢心灵 单位：河南理工大学能源科学与工程学院 重庆大学机械工程学院
