摘　要：人工智能的理论和体系都在快速完善和发展，使得越来越多繁重的工作可以使用人工智能来完成。部分岗位也可以通过人机协同的运作方式减轻工人的工作量，提高工作效率。人机协同是人工智能的一个重要分支，基于此，论述在人机协同背景下面向机械产品创新设计的相关研究。

关键词：人机协同；机械产品；人工智能
Abstract: The theory and system of artificial intelligence are rapidly improving and developing, and more and more heavy tasks can use artificial intelligence to replace human work. There are also some positions that can reduce the workload of workers and improve work efficiency through man-machine coordination. Human-machine collaboration is an important branch of artificial intelligence. This article mainly discusses related research on the innovative design of mechanical products oriented to human-machine collaboration in the context of human-machine collaboration.

Keywords: man-machine collaboration; mechanical products; artificial intelligence

随着工业化进程的加快，需要更多的人力投入生产工作，而工业设备能显著提高工人的工作效率。各个国家重视设备仪器的开发和创新，而人工智能的出现优化了工作流程^[1]，使得传统手工制造慢慢向现代制造业发展。此外，物联网的加入使得整个现代制造业迈上了新的台阶。当前，人工智能被逐渐应用于现代化生产线，走进了千家万户。

1　人机协同及机械产品创新设计的概念

1.1　人机协同的概念

随着社会的发展，许多国家制定了利于本国发展的战略计划，大力提倡科技创新，以推动人工智能的发展。未来社会将会遍布人工智能概念的产品，为人们的生产生活提供极大的便利。但是，在人工智能参与工作的过程中，不可避免地会出现思维僵化等问题，于是人机协同的概念应运而生。人通过自身的主导地位利用信息技术进行工作，使得工作过程更具灵活性，同时可以促进智能系统的自我成长和学习。人工智能服务于产品的现实需求，因此需要充分满足产品的需求。

智能发展已历经十余年，原始的设计方案已经不能满足目前的人工智能发展的需求。面对人机协同的机械产品设计时，人们应该主动创新设计方案来进一步满足用户的需求。目前，实现面向人机协同的创新产品设计共有3大策略，分别为增强用户体验，遵循普适化与自然性、智能化和可移动化原则，以及充分运用可拓模型。

1.2　人机协同机械产品创新设计可拓模型

机械产品的创新源于一个问题的产生，由问题便会引发一个概念来解决问题。这个概念直接决定了产品的主要特性，包括功能和形态等。这个概念也会对产品开发的设计和生产造成一定的影响。人类创新概念的产生主要通过“知觉+行动”——将非概念的材料转换为命题概念以及“推理”——从已有概念出发形成新的概念，产生两条路径。所有的推论都是根据目前掌握的概念推导而来的，产生的创新概念可以通过已知的概念进行大胆的假设和推理验证。在产生新的产品创新概念后，通过分析用户的需求和心理、机械的运作机理，确定机械产品的设计导向。科技的进步依托于懒人的偷懒心理^[2]，因为偷懒会出现问题，从而产生产品创新概念，导向解决问题的结果。完成偷懒活动就是这个概念产生的目标，通过把已知的科技和理论进行组合，就是整个设计的过程。设计过程中要充分考虑用户即“偷懒者”的诉求进行产品设计。“偷懒者”作为产品的营销对象，设计者还要考虑“偷懒者”的接受能力和性格喜好，并对产品的外形等方面进行修改。创新概念在机械产品创新设计过程中一方面影响设计结果、调动设计资源，另一方面也为整个设计行为提供了依据。提出疑问和解决问题对应设计过程中的知觉和行动行为，产品创新概念的产生由问题导向，最终落实于问题被解决。在设计的过程中，通过实践验证概念的正确性，寻找正确的解决方法，不断修正和完善，最后达到满意的效果。这是人机协同机械产品创新设计的基本可拓模型。

2　人机协同的机械产品创新设计的现状

目前，对于传统的手工制造已经不能满足时代发展的需求，因此越来越多的生产企业选择用机械代替人工。这样既提高了员工的工作效率，减少了员工的工作时间，又降低了企业的用人成本。科技的快速发展促进了一大批人工智能的产生，但是应用这些人工智能的过程中并没有大的创新和优化，不能满足生产的需要。科学技术和知识水平的提升加快了创新设计活动，而不是对以往的人工智能进行简单的优化工作。只有不断创新才能更好地适应经济全球化和现代化制造业的各种挑战。

人机协同是基于人工智能提出的新概念，属于人工智能的分类，是人工智能的进一步优化。目前，所有的人工智能都是服务于人工活动的，而许多的人工活动都具有一定的灵活性，单靠人工智能只能完成机械化的工作，不能较好地满足用户的需求。通过人机协同，人可以通过对机器的操纵和设置改变一些机器的机械化程序，使得整个工作过程更加人性化，并能接受更加多的灵活指令。人们能够自主根据目前的环境变化做出一些改变，而机械由于程序设置的原因并不能及时根据环境的变化做出改变。通过互联网技术和大数据运算，机械产品可以自主学习并取得进步，但是并没有实际解决问题的经验。这些理论数据在实践中很容易产生误差，而通过人机协同，器械可以学习总结人类的处理方式升级自我，从而更好地适应工作环境。人机信息加工系统是产品创新设计过程中的心理与运算的集成。根据信息加工理论，元认知监控系统统领了整个创新活动，并负责主要的分析活动，在“知觉+行动”以及“推理”两条路径中产生信息，形成感官的刺激，并分析刺激进行辨别，形成对刺激意义的理解，然后形成短时记忆，再对短时记忆进行存储和加工处理形成长时记忆，最后在需要的时候调取长时记忆。该系统确定人机智能协同应遵循的原则，为影响创新设计的可控因素寻找利用机器智能实现的方法，帮助设计者利用计算机技术实现人机系统的机械产品创新设计。

3　面向人机协同的机械产品创新设计策略

3.1　为增强用户体验进行创新

手机作为现代常用的通信方式，从最初只具备打电话和发短信两个功能，变为现在集众多功能于一体的智能机。它创新的本源就是增强用户体验，并扩大市场份额，增强消费者的购买欲。在目前机械化可以满足用户基本需求的条件下，想要获得用户的认可，一定要不断进行创新。用户在使用产品的初期，只能初步了解产品的外形等外在条件，但使用一段时间后会对产品产生新的认识。附加特性对最基础的功能可能没有提升作用，但大大提高了用户操作产品的流畅度，简化了用户的操作流程。在进行产品的创新设计时，优化用户的体验项目可以让用户在使用产品的过程中感受到来自产品开发人员的贴心。用户体验分为本能层次、行为层次和反思层次3个层次。满足了基础的层级要求，必定会带来更高层次的相应要求。

3.2　遵循普适化与自然性、智能化和可移动化原则

在人机协同制造系统中，使用者和产品交互的过程是使用者了解产品的一个有效过程^[3]。在使用过程中，使用者了解产品的性能和功能。在交互过程中，产品也在学习使用者的使用习惯，形成一个固定的交互界面。这个交互界面适合使用者的所有使用习惯，能给使用者带来良好的操作感。在设立交互界面的初期，不能筛选使用者。因此，在程序设定初期，交互界面设定需要具有普适性，以满足多数使用者的使用习惯，也要提供个性化选择，保证产品的自然性。机械产品创新设计的用户范围十分广泛，一方面要求产品涉及范围广，另一方面需要产品的专业性强。这种涵盖大量不同数据的用户群体产品，只有利用物联网技术，加强网络连接^[4]，才能做到智能化和可移动化。产品的相关数据都是物联网大数据提供的，用户的数据也会上传到整个物联网，从而实现这个数据的共享和交流。

3.3　充分运用可拓模型机械产品

创新是在问题的不断刺激下产生的。可拓模型就是通过融合机械产品创新设计机理，基于用户的各种需求进行创新概念的开发研究。当前产品与用户之间存在一定的矛盾，主要是用户之间存在较大差异，产品设计者与用户之间也存在一定的认知偏差。实际上，可拓模型就是解决当前现有产品与用户需求之间的矛盾。人机协同背景下，人与机器产品互动不协调之间也有矛盾，可表示为P=G·L(M)，其中G表示用户的需要，L(M)表示现有机器的产品集。原有的机械产品经过用户多年的使用，已经发现了大量的问题，通过简单的技术优化和升级并不能有效解决这些问题。只有实现机械产品的创新设计，才能更好更快地解决这些问题。新的产品通过分析现有的用户习惯和需求，运用新技术，能够更好地实现人机协同，满足用户需求，并迅速占领市场。

4　结语

科技的发展从来都不是一蹴而就的，需要漫长的过程和数据的积累反馈。机械产品的创新设计以产品的创新概念为起点。随着人工智能的高速发展，人机协同成为产品概念设计中需要考虑的重要因素。只有基于用户的需求体验，以用户为中心，才能设计出真正符合现代社会发展和市场需要的创新机械产品。

参考文献

[1]张守刚，刘海波.机器进化与人工智能：机器进化论初探[J].社会科学战线，1980（3）：26-35.

[2]NormanAD.设计心理学：情感化设计[M].何笑梅，欧秋杏，译.北京：中信出版社，2015.

[3]耿红生.云制造下网络协同和人机交互融合的关键技术研究[D].沈阳：东北大学，2014.

[4]孙守迁，包恩伟，陈蘅，等.计算机辅助概念设计研究现状和发展趋势[J].中国机械工程，1999（6）：3-5.

基金项目：《机械创新设计与创业教育》课程标准研制及课程教学方法、手段及效果研究（2019JY0101）。