什么是机械工程?

简介

5月30日th2020年,世界见证了“乘员龙”的完美发射,这是一个旨在将宇航员往返于国际空间站的太空舱。这艘商业飞船是美国宇航局和Space X公司的合资企业,这是第一次,它促进了机械和航空航天工程领域的先进技术。它不仅看起来很漂亮,而且还融合并赋予了大量的现代技术。这艘飞船很容易让人想起我们在科幻电影中看到的那些飞船,它充满了先进的工程技术,如3D打印头盔、3D打印超级巨龙引擎、触摸屏显示器和自动对接系统。在未来的许多年里,这一切必将激励和鼓舞几代人。

因此,让我们退一步,鸟瞰这个最古老、最广泛的核心工程学科,它将数学和工程物理原理与材料科学相结合,以设计、分析、制造,并最终控制工作模型。

什么是机械工程?

什么是机械工程

机械工程需要了解化学、物理、土木工程、电气工程、航空航天工程、汽车工程等其他基本知识,才能设计、开发和操作任何机械。

这是一个包含力学、动力学、材料科学、材料强度、热力学、结构分析和电能等核心概念的领域新利18体育苹果版计算机辅助设计(CAD)计算机辅助制造(CAM).此外,从分析车辆设计和性能到其他领域的适用性,如飞机、船舶、机器人、核电站交通等等。此外,机械工程师正在追求复合材料,纳米技术,特别是在机电一体化

根据NASSCOM最新的EY报告,随着人工智能的到来,许多工作岗位将被取代,如设计工程师到交互设计师,卓越运营经理到持续改进经理,机械到机电一体化控制工程师,粘土建模师到3D粘土建模师,客户服务专员到客户服务专家。简而言之,我们需要提高和重新校准我们的技能组合,这是一个既定的结论。

机械工程历史

尽管机械工程在19世纪早期被作为一个独立的工程领域引入th世纪,但有许多应用和实例,从远古时代。这个世界在古代和中世纪产生了许多卢克曼人,他们通过自己的发明改变了世界。如果我们谈论由文艺复兴时期的科学家(14年的欧洲科学家)定义的简单机器th到17th世纪),通过简单地乘以力来改变力的方向和大小。

简单的机器

1.楔-

这是在石器时代使用的,当时人类习惯用手斧劈开石块。这把手斧是最早也是最重要的楔形斧。它的作用是将力从钝边转移到斜面上。楔子只是转换能量并将其收集到锐化点。力学上的优势是由斜坡的长度与宽度之比(M.A=长度/宽度)给出的。

2.斜面——

倾向于飞机

它存在了数千年,也被称为斜坡,以许多自然的方式,如山脉和斜坡。这是一种被动静态装置,它以一定角度倾斜,一个在高端,另一个在低端,以抬起较重的物体。倾斜物体比垂直举起物体更容易。我们离垂直的虚线越远,在斜面上举起物体所需要的力就越小。许多希腊科学家对简单机器中的斜面的考虑和分类一直存在争论,这些问题后来被文艺复兴时期的科学家整理出来。

3.轮-

陶工轮

车轮最早的应用之一被发现在陶工的车轮,它被用来制造陶罐,也被称为慢轮。这在大约5年的中东地区很有名th公元前

卢布尔雅那沼泽轮是第一个有轴的木轮,可以追溯到大约5150年前,于2002年在斯洛文尼亚的卢布尔雅那市被发现。这是用白蜡树和橡木制成的最古老的木轮之一。车轮和车轴以这样一种方式连接在一起,使力从一个传递到另一个。

还读:

4.杠杆- - - - - -

杆

第一台起重机机器,在公元前3000年早期,在美索不达米亚(今伊拉克)的某个地方发明,被称为shadowof或Shaduf,用于从运河中提水或从固定铰链上旋转的延伸杠杆端移动重物。杠杆在另一端将输入力放大为更大的输出力,这被称为机械优势,它在从简单的开瓶器到制动系统的各个领域都有许多应用。

5.轮-

滑轮

滑轮最原始的证据可以追溯到公元2年nd公元前千年,在美索不达米亚和古埃及的某个地方。亚历山大的英雄,他发明了Aeolipile(我们将在后面讨论),也被认为是一种6简单的机器,它提供了机械优势,被用于使用滑车和滑车的组合来提升重型机器。设计滑轮是为了在轴和电缆之间传递动力。

6.螺杆,

螺杆

螺丝钉是一种工具,它不需要像现代的螺丝钉那样有螺纹或轴。这是最后发明的简单机器之一,首先出现在新亚述时期(公元前911-609年铁器时代之间)在东亚的美索不达米亚,后来出现在古埃及和古希腊。它被用作螺杆泵或水螺杆,在阿基米德螺杆出现之前的古埃及,通过将扭矩转化为线性力或将旋转运动转化为线性运动,将水从下端提升到高处。

卢克曼工程师的贡献

自古以来,这个星球上就有伟大的思想家。世界各地发生了许多发明。第一个实用和最早的水磨是在波斯,现代伊拉克和伊朗的某个地方发明的th公元前世纪。这些磨坊利用水作为能源,将能量从一个轮子转换到另一个轮子,并被用于研磨面粉,多年来,纸张、纺织品、木材和许多金属产品等许多其他材料的生产都需要面粉。

然后在公元10-70年之间,第一台蒸汽动力机器,被称为Aeolipile,被开发出来。它是工业革命时代进一步改进的蒸汽机的前身。中国的郑衡在公元78-139年左右发明了地震仪并改进了水钟。中国工程师马军(公元200-265年)发明了差动齿轮战车。另一位中国工程师苏颂(1020-1101AD)发明了一种无限动力传动的链传动。

同样,在7岁之间的伊斯兰黄金时代也有许多发明th到14th世纪广告。

Al-Jazari出生于美索不达米亚,他在1206年创造了当今世界的基本机械:曲轴和凸轮轴。

在17世纪,艾萨克·牛顿爵士的参与将机械工程推向了另一个高度th世纪。这可以通过应用牛顿运动定律和微积分(物理学的数学基础)来体现。

早期的19th世纪工业革命,当时商业、必需品、原材料和发明一起开启了工业革命,使机械工程成为一个独立的领域。1847年,第一个英国机械工程师专业协会成立,最后在1880年,美国机械工程师协会(ASME)成立

蒸汽机的发明

被遗忘的英雄——亚历山大的苍鹭

把蒸汽机的发明归功于一个人是不公平的。从古至今,许多人经历了成百上千年的努力才使蒸汽机最终成形。

蒸汽机是一项可以彻底改变世界的发明。一切都从1开始公元20世纪,古埃及人亚历山大的赫伦首次发明了埃奥利匹勒(Aeolipile)的工作模式,也被称为英雄引擎。这台奇怪的机器(如图所示)就是苍鹭蒸汽球,它是第一台蒸汽涡轮机器,也是古代世界旋转速度最快的机械仪器。赫伦离发明蒸汽机只有半步之遥。他知道蒸汽动力的原理,并设计了一种革命性的装置,这是一种引人注目的景象。苍鹭成功地控制了蒸汽的力量,这是一个了不起的突破。

这个装置本可以在两千年前引发工业革命,但遗憾的是,它没有。尽管如此,赫伦斯还是向世界展示了未来的可能性。

但是问题来了,为什么赫伦最伟大的发明不能引发革命呢?想想这些可能性。

在那之后,一位英国发明家托马斯·萨弗里在1698年发明了第一台蒸汽机器,它做了一些有用的工作,从煤矿里抽水。它用了大量的煤来除去少量的水。后来,在1712年,另一位英国发明家托马斯·纽科伦(Thomas Newcomen)对萨弗里低效的蒸汽泵进行了即兴创作,实际上是利用蒸汽使活塞向一个方向移动。然而,萨弗里和纽科伦都没有意识到,这台神奇的机器可以在17年后半段改变世界th18岁之前th世纪。

1736年,詹姆斯·瓦特,一个苏格兰人他是18世纪的产物th世纪——现代性的第一个世纪——诞生了。他受益于苏格兰启蒙运动在智力、经济和文化上的发展。他相信知识的力量,思想的力量能够立即改变这个世界。他有时被错误地描述为蒸汽机的发明者,因为我们已经看到上面提到的许多工程师对蒸汽机的发展做出了贡献。他完善了蒸汽动力技术,使其更高效,最终更便于携带。

为什么机械工程是所有工程之母?

正如我们一定从我们的父亲和祖先那里听说的,机械工程是长青领域。是的,这是真的,因为它是许多其他工程领域的基础(如下所述)。几乎没有一个领域与这个领域是分开和被遗忘的。从医药、汽车、建筑、电气到IT行业,每个领域都有一些机械应用。

让我们看一看。

机械工程分支

因为机械工程是所有工程之母,所以有许多工程专业知识适合它的范围。所以,以下是毕业生最常见的职业选择。

1.声学工程

声学工程

这个专业开始于20世纪20年代末,专门研究声音、振动和频率。这个世界上的每一种物质都有自己的一套频率和振动。声学工程师的一个主要任务是减少噪音污染或控制噪音,因为不必要的噪音对动物和人类都有不利的影响。这不仅仅是为了减少不必要的噪音;它涵盖了超声医学领域,无论是创建音乐厅,电影院,还是清晰的超声扫描。

从汽车设计到航空航天设计,现代社会的方方面面都有它的身影,它被生动地用来控制声音和振动。

2.航空航天工程

航空航天工程

它是各种工程学科和技术的产物,包括空气动力学,推进,材料科学,航空电子(涉及航空航天工程的电子方面),结构分析和设计,以及制造。这个领域涉及飞机和宇宙飞船的设计和发展。它有两个主要的和相互联系的分支-航空航天工程。它在军事、太空探索方面有多种应用。

3.汽车工程

汽车工程

该领域专注于所有类型道路车辆的设计、动力学和开发。汽车改装也是这一广阔领域的一部分。它从使用Solidworks、CATIA和Ansys等各种工具设计车辆开始,并与车辆的动力学并行,然后转移到生产工厂制造所需的车辆。它包括除机械以外的各个领域的研究,如电子,安全元件,软件。这是一个研究密集的领域,直接使用数学和物理。它由三个主要功能组成:生产、开发和制造。的汽车工程师学会此字段的完整源。

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4.海洋工程

海洋工程

你认识第一位轮机员吗?是的,正是阿基米德,他在他的时代设计和开发了大量的海洋工程系统。托马斯·纽科伦,正如我们上面讨论的,他开发了蒸汽动力机器,从矿井中取水,也是这一领域的典范。该领域涉及所有类型的海外船舶和船只的设计、动力学开发、修理和维护。它还包括海洋工程,处理海洋生物和物理方面的海洋工程,以及海上风力发电场和石油平台的设计和结构分析。海军建筑师和轮机工程师协会(SNAME)是这一领域的完整来源。

5.机电一体化工程

机电一体化工程

机电一体化工程最初是机械和电子学两个领域的融合。后来,随着时间的推移,这个领域的定义被扩大到涉及更多的技术领域,如机器人、电信、编码等。日本工程师森哲郎(Tetsuro Mori)在1969年创造了或者说创造了“机电一体化”这个词。工业机器人是该领域的主要范例。

6.铁路工程

铁路工程

这一切都始于19世纪初铁路的出现th世纪,在工业革命时期,需要一群能够设计、开发和与铁路工程相关的各种可能性的工程师。它包括设计、建造和维护轨道,以安全有效地与轨道接触。

在机械工程领域的不同领域进行学习和探索

当涉及到不同行业的工作时,机械工程师有广泛的兴趣领域。从医疗到火箭,它是应用最广泛的工程形式之一。如果你刚上大学,在选择任何显然也需要大量研究工作的领域之前,了解自己的强项是很重要的。

1.空气动力学和流体力学

空气动力学

它研究气体如何与运动物体相互作用。它主要与阻力和升力有关,这主要是由空气在固体上方和周围移动引起的。工程师们将空气动力学原理应用到一些事情上,比如在车辆设计或飞机设计等过程中,它是流体动力学的一个分支领域。

流体力学

它是连续介质力学的一个分支学科,研究连续材料的物理,是物理学的一个分支,涉及流体力学(液体,气体),当受到力时,流体力学会变形。它可分为流体静力学和流体动力学两类。前者代表静止流体的研究,后者代表运动流体的研究。这基本上是一种通过计算流体动力学(CFD)等计算机的数值方法来解决问题的数学方法。

它在许多领域都有应用,如航空航天、生物力学、计量学、汽车等。

2.燃烧、能源与环境

机械工程师广泛参与内燃机,燃气轮机,推进等的设计,这一领域是为那些想要在使用燃烧来提高效率和减少污染的领域工作的人而设计的。许多大学正在研究液体燃料在飞机和汽车上的交替使用;超绝热燃烧;固体颗粒与水燃烧制氢等。

3.机械设计

这就是当一个想法变成现实时,从收集需求开始,然后创建一个概念性的想法,最后创建全面的设计。它涉及各种机械系统的零件、部件、产品的设计。例如-轴的设计,齿轮,轴承,和各种紧固件属于机械设计范畴。在设计时,人们需要考虑各种参数,如重量、尺寸、可制造性、安全系数(FOS)、可靠性等,一般来说,机械设计应该用清晰而完整的功能、规格和评估标准进行评估。有几个工具用于设计各种产品,如AutoCAD, SOLIDWORKS, CATIA, Inventor, Fusion 360等。

4.制造业

这是一个非常广泛的兴趣领域,随着技术的不断发展和发展而不断变化。这些步骤是用来将原材料转化为增值产品。制造的第一步是产品设计(正如我们上面讨论的那样)和规格,从这些设计中可以制造出适合市场的产品。机械工程师的主要工作是研究各种生产方法和技术。

制造方法有很多,如大规模制造、精益制造、快速制造、准时制造、敏捷制造、灵活制造等等。

5.材料科学

这一领域有助于理解材料如何影响其结构,从而影响材料的性能和特性。在任何产品设计的背后,都有对所使用的所有材料的完整研究和分析。材料的选择通常基于它们在所提供的应用中的性能,有时也根据特定的产品要求进行定制。对加工-结构-属性关联的理解被称为材料范式。这被用于一些领域,如纳米技术生物材料冶金。

6.动力学

它是力学的一个分支,研究力及其对固体运动的影响。为了研究车辆的性能和效率,需要了解车辆动力学的基本概念。它涉及各种主题,例如制动系统悬架、转向、轮胎和车轮、传动系统等齿轮箱引擎和轴。

工业4.0及其影响

Industry_4.0

工业4.0的特点是技术融合,模糊了物理、数字和生物领域之间的界限。我们正在进入一个高科技的世界,在这个世界里,机器不仅聪明,而且聪明。工业4.0包括物联网、机器学习、人工智能、大数据、增材制造(AM)等技术,这对机械工程设计和生产产生了令人不安的冲击。它深刻地改变了我们设计和制造的方式,使产品比-à-vis通过传统方法制造和设计的产品更可靠。

随着工业4.0占领市场,工程师们将拥抱这些数字工具和技术。这将使他们能够通过数据驱动的智能高效地生产高质量的产品,这种智能将迅速对消费者的需求做出反应,并将增加定制产品的需求,以满足个人偏好,从而提高客户的忠诚度。像发动机、涡轮机、机车和许多医疗设备这样的机器也变得具有分析性和预测性,从而相互之间以及与我们进行智能和自动的交流。这将有助于预测断裂,从而消除许多前所未有的错误和故障,最终提高生产率。

机械作业受到各种因素和周界的影响。据称,在未来5年内,有一些不可避免的力量,如全球化、人口变化和工业4.0的采用,这将要求机械工程师升级他们的技能。

到2022年,一个大致的数字,在汽车和机械行业,5%到10%的员工将从事今天不存在的工作。50%到55%的劳动力将从事技能完全改变的工作。此外,10%到15%的人目前面临着工作威胁。

如今,数据存储和分析正变得越来越多,这从根本上改变了几乎每个行业,并创造了无数的工作岗位:汽车分析工程师、研究分析师、质量分析师等。

但最重要的问题是

  • 我们的教育系统是否已经进化到足以应对这些技术变革和进步?
  • 在这个瞬息万变的世界里,我们的学生是否具备足够的技能?

这些问题的答案将为机械工程的新时代奠定基础。

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