元宇宙赋能机械设计制造的应用研究*

卢筱琴

（江苏省靖江中等专业学校，江苏 泰州 214500）

智能科技革命促进人工智能向元宇宙不断转变，人工智能推动了机械设计制造领域的进步与发展，但在精确化、预防风险、环境方式等方面仍存在现实困境。而元宇宙的快速发展可以妥善解决人工智能尚未解决的问题，因此，将元宇宙技术融入机械设计和制造流程，可以帮助制造商优化分析、做出准确决策，管理好业务并改进制造流程、节约成本，提高制造运营效率、完成定制设计和制造。元宇宙技术正成为机械设计制造现代化的重要支撑和组成部分，随着新时代基础技术的不断发展，新的设计模式和制造方法在机械设计制造过程中迅速扩散。这使得自动化实践应用不断成熟，有效推动了我国制造行业的发展与转型，促进了元宇宙行业的进步与发展，并为各行各业带来了全新的挑战与发展机遇，因此，对元宇宙的研究具有重要的现实意义。

1 元宇宙概念释义

元宇宙一词源于科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中虚拟世界的概念，描述了人类通过眼镜和耳机等VR 设备连接终端进入计算机模拟的虚拟空间，与虚拟人共同生活在一个虚拟世界的未来设定。从本质上讲，它是指一个独立于现实世界的平行虚拟空间，一个映射现实世界的在线虚拟世界，通过底层技术创造一个越来越现实的数字虚拟世界[1]。而目前随着数据资源、人工智能、区块链、5G、VR、AR 等数字技术以及脑机接口、可穿戴设备、MR 等交互技术的不断更新发展，元宇宙被赋予更多特征，也将赋能机械设计制造领域。

2 机械设计制造发展概述

2.1 机械设计制造发展现状

机械设计制造统称机械设计制造及其自动化，属于机械专业，涵盖机械产品的研发、设计、制造、项目管理等机械领域的复杂技术和工程人员。人们的生活和生产离不开这个领域。当前，机械设计制造可以说是推动经济社会发展的重要载体，也是有效提升我国国际竞争力的重要抓手。人工智能技术的不断发展与成熟，为当前机械设计、制造和自动化的创新发展注入新的活力，有效推动了机电工程智能化、系统化发展，引领机电工程未来发展。电子领域的各项技术有了新发现，有效地适应了当前社会发展的需要[2]。

在机械设计制造及其自动化的实际运用中，不仅有效降低了人工成本，而且极大地提升了生产效率，保障了制造质量，为提高企业经济效益打下了坚实的基础。人工智能推动了机械设计制造的数字化和智能化，进而实现了更科学合理的精准设计和测试，不再需要过多的人为参与和操作，达到反应速度更快、质量更高的效果。现代化科技融入机械设计制造行业，推动着机械设计制造水平的大幅提升，同时刺激着我国的机械设计制造行业的改造、转型和发展[3]。

2.2 机械设计制造行业的现实困境

2.2.1 实践创新程度较低，人才需求不匹配

机械设计制造包括人工智能、自动化、多功能化和集成化等技术，但这些技术的运用往往需要创新的想法和市场支持。但是，目前的人力资源培训方式是通过理论教育传授知识，缺乏专业的技术实践，因此培养出来的机械人才虽具有扎实的理论基础，但缺乏较强的操作和实践能力，难以做到学以致用。学生实践能力、创新能力弱，无法适应工作发展和提高的需要，导致实际的高级人才数量不足[4]。现如今，各种科学技术正在不断地发展创新，但目前学生缺乏机械设计制造及其自动化技术的创造性，只专注于计算机辅助设计和计算机辅助制造这一相对重要的核心技术，这也是许多制造加工技术难以取得长足进步和发展的重要原因之一。

2.2.2 安全健康发展匮乏，生态化理念缺失

目前，机械设计制造产业存在着可持续性发展战略理念缺失的问题，虽然出台了相关的法律进行引导，但仍没有达到节约资源以及保护自然生态环境的目的，所以当下需要调节以往的生产思路。在过去，由于在开展机械设计制造时缺乏绿色环保理念以及节能环保新技术，导致在全面提高和机械设计制造相关的设计及生产工艺技术上落后，引发资源、材料浪费和过度使用污染系数高的材料等问题[5]。因此，在开展机械设计制造以及机械自动化生产过程中，有必要重视污水排放的控制工作，为维护我国自然生态环境、推进资源再利用作出重要贡献。

2.2.3 资源配置不科学，工作模式不完善

随着机械产品的生产规模不断扩大，商企逐渐加大投入成本，使得生产效率得到充分的提高，但在满足各行各业的生产需要的同时，目前还面临着资源配置不合理的问题。相关实例可以说明，资源配置不科学，人力和物力应用缺乏科学性，会导致人为因素对后续机械设计和生产的不良影响。因此，要科学地进行资源配置，完善相关工作模式。可强化内部人员配置和管理，从外部引进技能型人才，进行绩效考核，建立组织内部人才管理制度，促进人力资源的优化配置。

2.3 解决策略和路径

2.3.1 加大创新人才引进力度

随着机械设计制造行业的不断发展，现代科技的不断更新，两者的交叉融合越来越紧密。为适应当前社会的发展，工程行业需要的优秀人才不再是过去的专业机械人才，而应根据市场需求和制造业发展情况及时进行调整[6]。调整引进方式，促进人才自主创新意识和专业技术技能的提升，实现以社会需求为导向，合理设置学科，加强产教研融合发展，加大对专业人才的培养力度，为机械领域发展提供人才支撑。

2.3.2 狠抓绿色安全制造工作

推动机械化生产向无公害方向发展十分重要，相关行业应落实以人为本的管理机制，提高绿色制造意识，从而扩大机械自动化制造技术范围，促进绿色制造发展。正确的行业标准政策可以推动发展的各个方面朝着科学和可持续的方向发展。提高机械自动化行业的标准，有利于改变行业懒惰工人的心态，降低生产的错误率，提高生产效率。同时，国家应积极引导和完善相关法律法规，及时监测和消除行业违规行为，确保机械自动化行业健康发展。此外，做好安全生产工作，及时发现在制造过程中存在的安全隐患，消除安全隐患，保证整体制造过程中的安全性，保障生产工作的顺利进行。

2.3.3 升级应用配套发展模式

在推动机械工程创新和自动化发展的过程中，要充分应用配套发展模式，充分发挥人力、物力资源的积极作用。在机械设计制造过程中，注重各环节的协同作用，树立正确的生产观念，合理分析人力、物力资源的具体作用，充分展示各环节的应用价值。在工程企业的发展过程中，除了要注重基础项目的建设外，还要立足大局，从整体和发展的角度出发，充分运用企业内部的嵌套开发模式；发展零部件检测技术和计算机技术，充分利用先进科学技术促进企业全面发展，提升企业在社会发展过程中的影响力和综合竞争力。在企业经营发展过程中，管理和技术人员要在了解传统生产工艺技术的基础上，积极学习机械设计制造的新技术以及与机械设计制造自动化相关的知识和工作规范。同时，要因地制宜，加强人才培训教育，不断提高人才使用专业技能的能力和综合素质，进一步推动创新发展机械设计、生产和自动化企业，降低企业生产成本。

3 元宇宙赋能机械设计制造

3.1 通信环境的实时性和全时性

目前国内外互联网产业趋于完善，包括空间定位算法、虚拟场景拟合、实时网络传输、GPU 服务器和边缘计算等在内的底层技术正在蓬勃发展，搭建高效低延迟的去中心化算力平台，可以在机械设计制造过程中迅速、科学地调整所获取的各种信息数据，确保信息精准化[7]。采用人工智能技术，可在出现问题时第一时间进行反馈，及时通过人工智能调控信息，有效再现人工智能的反馈效果，运行状态可控。高精度操作数据类型允许不断优化和调整，最终达到保证数据准确性的目的。

3.2 沉浸式信息产出

数字孪生可视化系统解决了搭建实体原型的难题，数字孪生即在虚拟空间内建立真实事物的动态孪生体。数字孪生技术可以创建具有高度详细信息的逼真环境，以创造身临其境的体验。在机电产品的制造过程中，需要通过诊断来检查产品是否合格。产品诊断是机电产品生产过程中的重要内容，元宇宙技术能够持续优化有效的电子产品诊断过程[8]。电子产品系统复杂，运行不稳定，存在对质量影响较大的问题，传统的问题解决方法使用起来既不简单又费时，无法满足当前高效生产的需求，且产品诊断效率较低。因此，需要充分发挥元宇宙技术的作用，进行针对性处理。

3.3 动态分配的数据处理

大数据处理对机械、教育、金融和城市管理等领域具有深远的影响，需要提高面向元宇宙中海量实时交互式内容的云计算能力。元宇宙技术的全面应用，实际上提升了目前微控技术的水平。规模化应用微控技术，大大提高了当前机电产品的数字化水平，保证了其有效性。电子产品的数字化更能展现人性化的优势，界面的操作更加简洁易用，在实现可视化的同时便于维护，深受人们的喜爱。显然，元宇宙的应用将全面提升微控技术的效果，人们在应用技术的过程中将得到有效引导，实现操作的数字化，体验各种机制和控制方式，实现高效可控电子设备的使用[9]。

3.4 拓展现实、多元化的人机交互

医学领域应用的脑机接口技术已成为焦点，随着虚拟现实、增强现实、混合现实、扩展现实和拟真现实的持续迭代升级，目前研究人员正在打造虚拟沉浸现实体验不断深化的感知交互应用场景。机械电子工程领域的成功离不开精准的数据信息，数据信息只有在最短的时间内找到表现空间，才能最大化发挥其作用。依托交互技术，可以有效地进行最优表达空间的搜索，整合各种数据资源，快速发现有用信息，为领导决策提供科学依据。加强功能耦合，可以有效促进机电工程空间表示这一重要内容的实现[10]。当机械操作人员充分应用功能连接技术时，既可以借助该技术实现网络系统空间的不断优化，也可以全面提升系统控制的运行水平。

4 不足与展望

虽然当下的认知、想象与未来的元宇宙融合机械制造现实之间必然存在无法预估的差异，也无法全然理解呈现在人们面前的智能时代，但仍需要提前布局，不能去限制对元宇宙赋能机械设计制造广阔发展的想象。同时，还应该冷静思考，站在客观、公正的视角描绘元宇宙机械发展蓝图，在机遇与风险面前切实推进机械设计制造及其自动化发展。