Машиностроение
-
Определение и история машиностроения
- Машиностроение изучает физические машины, использующие силу и движение.
- Включает принципы инженерной физики, математики и материаловедения.
- Возникло во время промышленной революции в Европе в 18 веке.
-
Основные принципы и инструменты
- Включает механику, динамику, термодинамику, материаловедение, дизайн и электроэнергетику.
- Используются CAD, CAM, CAE и управление жизненным циклом продукции.
-
Развитие машиностроения
- В 19 веке достижения в физике привели к развитию науки о машиностроении.
- Включает композиты, мехатронику и нанотехнологии.
- Пересекается с аэрокосмической инженерией, металлургией и другими дисциплинами.
-
Примеры из истории
- Примеры применения машиностроения можно найти в древних и средневековых обществах.
- Примеры включают клин, наклонную плоскость, колесо, рычажный механизм и шкивы.
- В Персидской империи появились водяное колесо и водяная мельница.
- В Древней Греции Архимед оказал влияние на западную механику.
- В Римском Египте Герон Александрийский создал первое устройство, приводимое в действие паром.
- В Китае Чжан Хэн усовершенствовал водяные часы и изобрел сейсмометр.
- В Индии и исламском мире были изобретены хлопкоочистительный станок и прялка.
- В 17 веке в Англии и на континенте произошли важные прорывы в области машиностроения.
-
Промышленная революция и развитие
- В начале 19 века в Англии, Германии и Шотландии были разработаны станки.
- Первое британское профессиональное общество инженеров-механиков было образовано в 1847 году.
- В США в 1880 году было образовано Американское общество инженеров-механиков.
-
Образование в области машиностроения
- Ученые степени в области машиностроения предлагаются в различных университетах.
- Программы обычно занимают от четырех до пяти лет обучения.
- В США большинство программ аккредитованы ABET.
- В Австралии и Южной Африке инженерные дипломы аккредитуются Engineers Australia и ECSA.
- В Индии и Непале для получения инженерной степени требуется высшее образование и профессиональные тесты.
-
Аспирантура и дальнейшее обучение
- Некоторые инженеры-механики продолжают обучение в аспирантуре.
- Возможные степени включают магистра инженерного дела, магистра технологии и доктора инженерной философии.
-
Степени и исследования
- Степени магистра и инженера могут включать или не включать научные исследования.
- Степень доктора философии включает значительный исследовательский компонент.
- Степень инженера существует между магистратурой и докторской степенью.
-
Стандарты и курсы
- Стандарты аккредитационных обществ обеспечивают единообразие в фундаментальных предметах.
- Курсы могут отличаться от программы к программе.
- Фундаментальные предметы включают математику, физику, химию, механику, термодинамику и другие.
-
Специализированные программы
- Программы предлагают специализированные программы, такие как системы управления, робототехника и другие.
- Большинство программ требуют исследований или общественных проектов.
-
Должностные обязанности
- Инженеры-механики исследуют, проектируют и тестируют механические и тепловые устройства.
- Они анализируют проблемы, проектируют устройства, разрабатывают прототипы и контролируют производство.
-
Лицензия и регулирование
- Инженеры могут получить лицензию для профессиональной деятельности.
- В США требуется экзамен FE, работа инженером-стажером и сдача экзаменов.
- В Великобритании требуется диплом BEng и 4 года обучения в аспирантуре.
-
Статистика заработной платы и рабочей силы
- В 2015 году в США было 1,6 миллиона инженеров, из них 278 340 инженеров-механиков.
- Средний годовой доход инженеров-механиков в 2012 году составлял 80 580 долларов.
-
Субдисциплины
- Механика включает статику, динамику, механику материалов, гидромеханику и кинематику.
- Механика используется для анализа и прогнозирования ускорения и деформации объектов.
- Специализированные дисциплины, такие как механика сплошных сред, обычно изучаются в аспирантуре.
-
Гидромеханика и мехатроника
- Гидромеханика используется для проектирования систем вентиляции и впуска двигателей.
- Мехатроника сочетает механику и электронику для автоматизации машин.
- Пример мехатронической системы: привод CD-ROM.
-
Робототехника
- Робототехника использует мехатронику для создания роботов.
- Роботы используются в промышленности для опасных и повторяющихся задач.
- Примеры: линии сборки роботов, роботизированные заводы.
-
Структурный анализ
- Структурный анализ изучает причины и способы выхода объектов из строя.
- Разрушения происходят в статическом и усталостном режимах.
- Структурный анализ используется для предотвращения сбоев и анализа неисправностей.
-
Термодинамика и теплотехника
- Термодинамика изучает энергию и её преобразование.
- Используется в машиностроении для проектирования двигателей и систем отопления.
-
Проектирование и составление чертежей
- Черчение используется для проектирования и создания инструкций по изготовлению деталей.
- Современные программы CAD позволяют создавать трехмерные модели.
-
Современные инструменты
- Программы CAE упрощают проектирование и анализ.
- Включают 2D и 3D моделирование, PLM и анализ методом конечных элементов.
- MDO используется для автоматизации и улучшения процесса проектирования.
-
Области исследований
- Микроэлектромеханические системы (MEMS) используются в датчиках и биомедицине.
- Сварка трением с перемешиванием (FSW) применяется в строительстве самолетов и ракет.
- Композитные материалы разрабатываются для повышения прочности и снижения веса.
-
Композиты и мехатроника
- Композиты, армированные углеродным волокном, используются в космических аппаратах и рыболовных удочках.
- Мехатроника объединяет машиностроение, электронику и разработку программного обеспечения.
- Типичные электромеханические датчики: тензодатчики, термопары, датчики давления.
-
Нанотехнологии
- Машиностроение превращается в нанотехнологию, цель которой — создание молекулярного ассемблера.
- Современные исследования включают нанофильтры, нанопленки, наноструктуры.
-
Анализ методом конечных элементов
- Метод конечных элементов (МКЭ) используется для оценки напряжений, деформаций и прогибов.
- Основан в 1941 году, эволюция компьютеров сделала его жизнеспособным.
- Коммерческие программные приложения: NASTRAN, ANSYS, ABAQUS.
-
Биомеханика
- Применение принципов механики к биологическим системам.
- Помогает в создании протезов и искусственных органов.
- Метод конечных элементов вошел в биомедицинский сектор.
-
Вычислительная гидродинамика
- Раздел механики жидкости и газа, использующий численные методы.
- Моделирование взаимодействия жидкостей и газов с поверхностями.
- Исследования повышают точность и скорость моделирования.
-
Акустическая инженерия
- Изучение звука и вибрации.
- Снижение шумового загрязнения и улучшение качества звучания.
- Работа с вибрацией механических систем.
-
Смежные области
- Машиностроение в обрабатывающей промышленности, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, судостроение.
- Степень бакалавра в этих областях отличается от специализированных курсов.
-
Дополнительные ресурсы
- Инженерный портал, автомобильное машиностроение, глоссарий по машиностроению.
- Список исторических достопримечательностей машиностроения, изобретателей, тем.
- Список инженеров-механиков, связанных журналов, компаний.
- Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE), Американское общество инженеров-механиков (ASME).
- Пи Тау Сигма, Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE), Общество женщин-инженеров (SWE).
- Институт инженеров-механиков (IMechE), Дипломированный институт инженеров строительных служб (CIBSE), Немецкая инженерная компания Verein (VDI).
- Инженерная механика, инженерная термодинамика, инженерная акустика, механика жидкости и газа, теплопередача, микротехнологии, нанотехнологии, ProE CAD, прочность материалов/механика твердого тела.