盧筱琴

（江蘇省靖江中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰州 214500）

智能科技革命促進(jìn)人工智能向元宇宙不斷轉(zhuǎn)變，人工智能推動了機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展，但在精確化、預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境方式等方面仍存在現(xiàn)實(shí)困境。而元宇宙的快速發(fā)展可以妥善解決人工智能尚未解決的問題，因此，將元宇宙技術(shù)融入機(jī)械設(shè)計(jì)和制造流程，可以幫助制造商優(yōu)化分析、做出準(zhǔn)確決策，管理好業(yè)務(wù)并改進(jìn)制造流程、節(jié)約成本，提高制造運(yùn)營效率、完成定制設(shè)計(jì)和制造。元宇宙技術(shù)正成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代化的重要支撐和組成部分，隨著新時(shí)代基礎(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的設(shè)計(jì)模式和制造方法在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中迅速擴(kuò)散。這使得自動化實(shí)踐應(yīng)用不斷成熟，有效推動了我國制造行業(yè)的發(fā)展與轉(zhuǎn)型，促進(jìn)了元宇宙行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，并為各行各業(yè)帶來了全新的挑戰(zhàn)與發(fā)展機(jī)遇，因此，對元宇宙的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 元宇宙概念釋義

元宇宙一詞源于科幻小說《雪崩》（Snow Crash）中虛擬世界的概念，描述了人類通過眼鏡和耳機(jī)等VR 設(shè)備連接終端進(jìn)入計(jì)算機(jī)模擬的虛擬空間，與虛擬人共同生活在一個(gè)虛擬世界的未來設(shè)定。從本質(zhì)上講，它是指一個(gè)獨(dú)立于現(xiàn)實(shí)世界的平行虛擬空間，一個(gè)映射現(xiàn)實(shí)世界的在線虛擬世界，通過底層技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)越來越現(xiàn)實(shí)的數(shù)字虛擬世界[1]。而目前隨著數(shù)據(jù)資源、人工智能、區(qū)塊鏈、5G、VR、AR 等數(shù)字技術(shù)以及腦機(jī)接口、可穿戴設(shè)備、MR 等交互技術(shù)的不斷更新發(fā)展，元宇宙被賦予更多特征，也將賦能機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展概述

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)計(jì)制造統(tǒng)稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化，屬于機(jī)械專業(yè)，涵蓋機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、項(xiàng)目管理等機(jī)械領(lǐng)域的復(fù)雜技術(shù)和工程人員。人們的生活和生產(chǎn)離不開這個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前，機(jī)械設(shè)計(jì)制造可以說是推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要載體，也是有效提升我國國際競爭力的重要抓手。人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和自動化的創(chuàng)新發(fā)展注入新的活力，有效推動了機(jī)電工程智能化、系統(tǒng)化發(fā)展，引領(lǐng)機(jī)電工程未來發(fā)展。電子領(lǐng)域的各項(xiàng)技術(shù)有了新發(fā)現(xiàn)，有效地適應(yīng)了當(dāng)前社會發(fā)展的需要[2]。

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的實(shí)際運(yùn)用中，不僅有效降低了人工成本，而且極大地提升了生產(chǎn)效率，保障了制造質(zhì)量，為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人工智能推動了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化和智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了更科學(xué)合理的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和測試，不再需要過多的人為參與和操作，達(dá)到反應(yīng)速度更快、質(zhì)量更高的效果?，F(xiàn)代化科技融入機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)，推動著機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平的大幅提升，同時(shí)刺激著我國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的改造、轉(zhuǎn)型和發(fā)展[3]。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的現(xiàn)實(shí)困境

2.2.1 實(shí)踐創(chuàng)新程度較低，人才需求不匹配

機(jī)械設(shè)計(jì)制造包括人工智能、自動化、多功能化和集成化等技術(shù)，但這些技術(shù)的運(yùn)用往往需要?jiǎng)?chuàng)新的想法和市場支持。但是，目前的人力資源培訓(xùn)方式是通過理論教育傳授知識，缺乏專業(yè)的技術(shù)實(shí)踐，因此培養(yǎng)出來的機(jī)械人才雖具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，但缺乏較強(qiáng)的操作和實(shí)踐能力，難以做到學(xué)以致用。學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力弱，無法適應(yīng)工作發(fā)展和提高的需要，導(dǎo)致實(shí)際的高級人才數(shù)量不足[4]。現(xiàn)如今，各種科學(xué)技術(shù)正在不斷地發(fā)展創(chuàng)新，但目前學(xué)生缺乏機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化技術(shù)的創(chuàng)造性，只專注于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造這一相對重要的核心技術(shù)，這也是許多制造加工技術(shù)難以取得長足進(jìn)步和發(fā)展的重要原因之一。

2.2.2 安全健康發(fā)展匱乏，生態(tài)化理念缺失

目前，機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)存在著可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略理念缺失的問題，雖然出臺了相關(guān)的法律進(jìn)行引導(dǎo)，但仍沒有達(dá)到節(jié)約資源以及保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境的目的，所以當(dāng)下需要調(diào)節(jié)以往的生產(chǎn)思路。在過去，由于在開展機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)缺乏綠色環(huán)保理念以及節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，導(dǎo)致在全面提高和機(jī)械設(shè)計(jì)制造相關(guān)的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝技術(shù)上落后，引發(fā)資源、材料浪費(fèi)和過度使用污染系數(shù)高的材料等問題[5]。因此，在開展機(jī)械設(shè)計(jì)制造以及機(jī)械自動化生產(chǎn)過程中，有必要重視污水排放的控制工作，為維護(hù)我國自然生態(tài)環(huán)境、推進(jìn)資源再利用作出重要貢獻(xiàn)。

2.2.3 資源配置不科學(xué)，工作模式不完善

隨著機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，商企逐漸加大投入成本，使得生產(chǎn)效率得到充分的提高，但在滿足各行各業(yè)的生產(chǎn)需要的同時(shí)，目前還面臨著資源配置不合理的問題。相關(guān)實(shí)例可以說明，資源配置不科學(xué)，人力和物力應(yīng)用缺乏科學(xué)性，會導(dǎo)致人為因素對后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的不良影響。因此，要科學(xué)地進(jìn)行資源配置，完善相關(guān)工作模式?？蓮?qiáng)化內(nèi)部人員配置和管理，從外部引進(jìn)技能型人才，進(jìn)行績效考核，建立組織內(nèi)部人才管理制度，促進(jìn)人力資源的優(yōu)化配置。

2.3 解決策略和路徑

2.3.1 加大創(chuàng)新人才引進(jìn)力度

隨著機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代科技的不斷更新，兩者的交叉融合越來越緊密。為適應(yīng)當(dāng)前社會的發(fā)展，工程行業(yè)需要的優(yōu)秀人才不再是過去的專業(yè)機(jī)械人才，而應(yīng)根據(jù)市場需求和制造業(yè)發(fā)展情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整[6]。調(diào)整引進(jìn)方式，促進(jìn)人才自主創(chuàng)新意識和專業(yè)技術(shù)技能的提升，實(shí)現(xiàn)以社會需求為導(dǎo)向，合理設(shè)置學(xué)科，加強(qiáng)產(chǎn)教研融合發(fā)展，加大對專業(yè)人才的培養(yǎng)力度，為機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展提供人才支撐。

2.3.2 狠抓綠色安全制造工作

推動機(jī)械化生產(chǎn)向無公害方向發(fā)展十分重要，相關(guān)行業(yè)應(yīng)落實(shí)以人為本的管理機(jī)制，提高綠色制造意識，從而擴(kuò)大機(jī)械自動化制造技術(shù)范圍，促進(jìn)綠色制造發(fā)展。正確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)政策可以推動發(fā)展的各個(gè)方面朝著科學(xué)和可持續(xù)的方向發(fā)展。提高機(jī)械自動化行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，有利于改變行業(yè)懶惰工人的心態(tài)，降低生產(chǎn)的錯(cuò)誤率，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，國家應(yīng)積極引導(dǎo)和完善相關(guān)法律法規(guī)，及時(shí)監(jiān)測和消除行業(yè)違規(guī)行為，確保機(jī)械自動化行業(yè)健康發(fā)展。此外，做好安全生產(chǎn)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在制造過程中存在的安全隱患，消除安全隱患，保證整體制造過程中的安全性，保障生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行。

2.3.3 升級應(yīng)用配套發(fā)展模式

在推動機(jī)械工程創(chuàng)新和自動化發(fā)展的過程中，要充分應(yīng)用配套發(fā)展模式，充分發(fā)揮人力、物力資源的積極作用。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，注重各環(huán)節(jié)的協(xié)同作用，樹立正確的生產(chǎn)觀念，合理分析人力、物力資源的具體作用，充分展示各環(huán)節(jié)的應(yīng)用價(jià)值。在工程企業(yè)的發(fā)展過程中，除了要注重基礎(chǔ)項(xiàng)目的建設(shè)外，還要立足大局，從整體和發(fā)展的角度出發(fā)，充分運(yùn)用企業(yè)內(nèi)部的嵌套開發(fā)模式；發(fā)展零部件檢測技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，充分利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)促進(jìn)企業(yè)全面發(fā)展，提升企業(yè)在社會發(fā)展過程中的影響力和綜合競爭力。在企業(yè)經(jīng)營發(fā)展過程中，管理和技術(shù)人員要在了解傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的新技術(shù)以及與機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動化相關(guān)的知識和工作規(guī)范。同時(shí)，要因地制宜，加強(qiáng)人才培訓(xùn)教育，不斷提高人才使用專業(yè)技能的能力和綜合素質(zhì)，進(jìn)一步推動創(chuàng)新發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和自動化企業(yè)，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

3 元宇宙賦能機(jī)械設(shè)計(jì)制造

3.1 通信環(huán)境的實(shí)時(shí)性和全時(shí)性

目前國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)趨于完善，包括空間定位算法、虛擬場景擬合、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸、GPU 服務(wù)器和邊緣計(jì)算等在內(nèi)的底層技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，搭建高效低延遲的去中心化算力平臺，可以在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中迅速、科學(xué)地調(diào)整所獲取的各種信息數(shù)據(jù)，確保信息精準(zhǔn)化[7]。采用人工智能技術(shù)，可在出現(xiàn)問題時(shí)第一時(shí)間進(jìn)行反饋，及時(shí)通過人工智能調(diào)控信息，有效再現(xiàn)人工智能的反饋效果，運(yùn)行狀態(tài)可控。高精度操作數(shù)據(jù)類型允許不斷優(yōu)化和調(diào)整，最終達(dá)到保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的目的。

3.2 沉浸式信息產(chǎn)出

數(shù)字孿生可視化系統(tǒng)解決了搭建實(shí)體原型的難題，數(shù)字孿生即在虛擬空間內(nèi)建立真實(shí)事物的動態(tài)孿生體。數(shù)字孿生技術(shù)可以創(chuàng)建具有高度詳細(xì)信息的逼真環(huán)境，以創(chuàng)造身臨其境的體驗(yàn)。在機(jī)電產(chǎn)品的制造過程中，需要通過診斷來檢查產(chǎn)品是否合格。產(chǎn)品診斷是機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的重要內(nèi)容，元宇宙技術(shù)能夠持續(xù)優(yōu)化有效的電子產(chǎn)品診斷過程[8]。電子產(chǎn)品系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行不穩(wěn)定，存在對質(zhì)量影響較大的問題，傳統(tǒng)的問題解決方法使用起來既不簡單又費(fèi)時(shí)，無法滿足當(dāng)前高效生產(chǎn)的需求，且產(chǎn)品診斷效率較低。因此，需要充分發(fā)揮元宇宙技術(shù)的作用，進(jìn)行針對性處理。

3.3 動態(tài)分配的數(shù)據(jù)處理

大數(shù)據(jù)處理對機(jī)械、教育、金融和城市管理等領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的影響，需要提高面向元宇宙中海量實(shí)時(shí)交互式內(nèi)容的云計(jì)算能力。元宇宙技術(shù)的全面應(yīng)用，實(shí)際上提升了目前微控技術(shù)的水平。規(guī)?；瘧?yīng)用微控技術(shù)，大大提高了當(dāng)前機(jī)電產(chǎn)品的數(shù)字化水平，保證了其有效性。電子產(chǎn)品的數(shù)字化更能展現(xiàn)人性化的優(yōu)勢，界面的操作更加簡潔易用，在實(shí)現(xiàn)可視化的同時(shí)便于維護(hù)，深受人們的喜愛。顯然，元宇宙的應(yīng)用將全面提升微控技術(shù)的效果，人們在應(yīng)用技術(shù)的過程中將得到有效引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)操作的數(shù)字化，體驗(yàn)各種機(jī)制和控制方式，實(shí)現(xiàn)高效可控電子設(shè)備的使用[9]。

3.4 拓展現(xiàn)實(shí)、多元化的人機(jī)交互

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的腦機(jī)接口技術(shù)已成為焦點(diǎn)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)和擬真現(xiàn)實(shí)的持續(xù)迭代升級，目前研究人員正在打造虛擬沉浸現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)不斷深化的感知交互應(yīng)用場景。機(jī)械電子工程領(lǐng)域的成功離不開精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息只有在最短的時(shí)間內(nèi)找到表現(xiàn)空間，才能最大化發(fā)揮其作用。依托交互技術(shù)，可以有效地進(jìn)行最優(yōu)表達(dá)空間的搜索，整合各種數(shù)據(jù)資源，快速發(fā)現(xiàn)有用信息，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)依據(jù)。加強(qiáng)功能耦合，可以有效促進(jìn)機(jī)電工程空間表示這一重要內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)[10]。當(dāng)機(jī)械操作人員充分應(yīng)用功能連接技術(shù)時(shí)，既可以借助該技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)空間的不斷優(yōu)化，也可以全面提升系統(tǒng)控制的運(yùn)行水平。

4 不足與展望

雖然當(dāng)下的認(rèn)知、想象與未來的元宇宙融合機(jī)械制造現(xiàn)實(shí)之間必然存在無法預(yù)估的差異，也無法全然理解呈現(xiàn)在人們面前的智能時(shí)代，但仍需要提前布局，不能去限制對元宇宙賦能機(jī)械設(shè)計(jì)制造廣闊發(fā)展的想象。同時(shí)，還應(yīng)該冷靜思考，站在客觀、公正的視角描繪元宇宙機(jī)械發(fā)展藍(lán)圖，在機(jī)遇與風(fēng)險(xiǎn)面前切實(shí)推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化發(fā)展。