Mechanické inženýrství
Mechanické inženýrství je inženýrská disciplína, která zahrnuje aplikaci principů fyziky pro analýzu, design, vyrábění a udržování mechanických systémů. Mechanické inženýrství je jeden z nejstarších a nejširších inženýrských disciplín.
To vyžaduje pevnou látku chápavou v pojetích jádra včetně mechaniky, kinematiky, termodynamiky, mechanik kapalin a energie. Mechaničtí inženýři používají principy jádra také jako jiné znalosti na poli navrhovat a analyzovat motorová vozidla, letadla, ohřívat a chladit systémy, watercraft, vyrábějící podniky, průmyslové vybavení a strojní zařízení, robotika, lékařská zařízení a více.
Nepřehlédněte: Tato stránka obsahuje strojový překlad textu z anglické encyklopedie Wikipedia. Pokud budou některé pasáže špatně srozumitelné, zkuste se podívat i na text v originále, který najdete pod odkazem Mechanical engineering. Překlad byl vytvořen pomocí překladače Eurotran.
Vývoj
Použití mechanického inženýrství jsou nalezená v záznamech mnoho starověkých a středověkých společností skrz zeměkouli. Ve starověkém Řecku, práce Archimedes (287 př.n.l. – 212 př.n.l.) a volavka Alexandrie (c. 10 – 70 n.l.) hluboce ovlivňoval mechaniku v západní tradici. V Číně, Zhang Heng (78 – 139 n.l.) zlepšil hodiny vody a vynalezl seismometer a mámu Jun (200 – 265 n.l.) vynalezl chariot s diferenciálními soukolími. Středověký čínský hodinář a připravit Su píseň (1020 – 1101 n.l.) včlenil escapement mechanismus do jeho věže orloje dvě století před nějakými escapement mohla být nalezená v hodinách středověké Evropy, zatímco studna jako svět má první známou nekonečnou moc-přenášet řetězový pohon.
Během let od 7th do 15. století, éra volala islámskou zlatou dobu, tam byly pozoruhodné příspěvky od Muslims na poli mechanické technologie, Al Jaziri, kdo byl jeden z nich psal jeho slavný “svazek znalosti vynalézavých mechanických zařízení” v 1206 představoval mnoho mechanických designů. On je také považován za vynálezce takových mechanismů, které nyní se tvoří velmi základní mechanismů, takový jako ztřeštěný nápad a šachty vačky.
Během brzy 19. století v Anglii a Skotsku, vývoj nástrojů vedl mechanické inženýrství se vyvíjet jako oddělené pole uvnitř inženýrství, poskytovat výrobní stroje a motory pohánět je. První britská profesionální společnost mechanických inženýrů byla tvořena v 1847, třicet roků po stavebních inženýrech vytvořilo první takovou profesionální společnost. Ve Spojených státech, americká společnost mechanických inženýrů (ASME) byl tvořen v 1880, stávat se třetí takovou profesionální inženýrskou společností, po americké společnosti stavebních inženýrů (1852) a americký institut báňských inženýrů (1871). První stupně ve Spojených státech k nabídce inženýrské vzdělání bylo Spojené státy vojenská akademie v 1817, instituce nyní známá jako Norwich univerzita v 1819, a Rensselaer polytechnický institut v 1825. Vzdělání ve strojírenství historicky bylo založené na pevném základě v matematice a vědě.
Pole mechanického inženýrství je zvažováno mezi nejširší disciplín inženýrství. Práce mechanického inženýrství sahá od oceánských den prostoru.
Vzdělání
Míry ve strojírenství jsou nabídnuty u univerzit celosvětově. V Číně, Indii a severní Americe, programy mechanického inženýrství typicky brát čtyři k pěti rokům a skončit bakalářem věd (B.Sc), bakalář technologie (B.Tech), bakalář inženýrství (B.Eng), nebo bakalář aplikované vědy (B.A.Sc) míra, v nebo s důrazem ve strojírenství. Ve Španělsku, Portugalsku a většině z jižní Ameriky, kde žádný BSc ani BTech programy byly adoptované, formální jméno pro míru je “mechanický inženýr” a práce kursu je umístěná na pět nebo šest roků tréninku.
V USA, většina vysokoškoláka programy mechanického inženýrství jsou pověřeny Accreditation tabulí pro strojírenství a technologií (navádět) zajistit podobné kursové požadavky a standardy mezi univerzity. Navádět seznamy internetového místa 276 pověřil programy mechanického inženýrství jak 19. června 2006. Programy mechanického inženýrství v Kanadě jsou pověřeny inženýrstvím Kanaďana Accreditation nastoupí na (CEAB), a většina nabídky jiných zemí diplomy v inženýrství mají podobné accreditation společnosti.
Někteří mechaničtí inženýři pokračují honit postgraduální hodnost takový jako mistr inženýrství, mistr vědy, mistr inženýrského vedení (MEng.Mgt nebo MEM), lékař filozofie v strojírenství (EngD, PhD) nebo inženýr má titul. Pán je a míry inženýra smějí nebo smějí ne zahrnovat výzkum. Doktor filozofie zahrnuje významnou výzkumnou komponentu a je často prohlížený jako bod záznamu k akademickému světu.
Ročníková práce
Soubor standardů každou zemí je společnost accreditation být zamýšlel se starat o jednotnost v materiálu základního tématu, podporovat schopnost mezi inženýry promování, a udržovat důvěru v profesi inženýrství jako celek. Inženýrské programy v USA, například, být vyžadován navádět ukázat, že jejich studenti mohou “pracovat profesionálně v obou termálních a mechanických systémech oblasti.” specifické kursy vyžadované k absolventovi, nicméně, smět se lišit od programu k programu. Univerzity často spojí rozmanité předměty do jediné třídy nebo rozdělí předmět do tříd násobku, se spoléhat na dostupnou schopnost a univerzitní větší oblast (s) výzkumu. Základní témata mechanického inženýrství obvykle obsahují:
- statics a dynamika
- síla materiálů a pevní mechanici
- vybavení a měření
- termodynamika, přenos tepla, přeměna energie, a HVAC
- mechanika kapalin a dynamika kapalin
- design mechanismu (včetně kinematiky a dynamiky)
- výrobní technologie nebo procesy
- hydraulika a pneumatics
- konstrukční návrh
- mechatronics a teorie kontroly
- projektování, hulvát (obvykle zahrnovat modelování pevné látky), a Cam
Mechaničtí inženýři jsou také čekal, že rozumí a je schopný aplikovat základní pojmy od chemie, chemické technologie, elektroinženýrství, stavebních inženýrství a fyziky. Většina programů mechanického inženýrství zahrnuje několik semestrů počtu, stejně jako pokročilé matematické představy, které mohou zahrnovat diferenciální rovnice a parciální deferenciální rovnice, lineární a moderní algebra a geometrie diferencovanosti, mezi ostatními.
Kromě jádra učební plán mechanického inženýrství, mnoho programů mechanického inženýrství nabídne více specializované programy a třídy, takový jako robotika, doprava a logistika, cryogenics, podporovat technologii, automobilové inženýrství, biomechanics, chvění, optika a jiní, jestliže oddělené oddělení neexistuje pro tyto předměty.
Většina programů mechanického inženýrství také vyžaduje různorodá množství výzkumu nebo projekty komunity k ziskovému praktickému problému-řešit zážitek. Studenti mechanického inženýrství obvykle drží jednoho nebo více internships studování chvíle, ačkoli toto není typicky nařízené univerzitou.
Licence
Inženýři mohou hledat licence státem, venkovanský, nebo národní vláda. Účel tohoto procesu má zajistit, že inženýři posednou nutný odborný poznatek, skutečný zážitek a znalost místního právního systému k inženýrství praxe u profesionální úrovně. Jednou kvalifikovaný, inženýr dostane titul Inženýr profesionála (ve Spojených státech, Kanadě, Japonsku, Jižní Koreji a jižní Africe), Autorizovaný technik (ve V. Británii, Irsko, Indie a Zimbabwe), Objednaný profesionální inženýr (v Austrálii a Novém Zélandu) nebo Evropský inženýr (hodně z Evropské unie). Ne všichni mechaničtí inženýři rozhodnou se stát se licensovaný; ti to dělat moci být rozlišován jako Chartered nebo inženýři profesionála pošta-nominální titul P.E., P. Eng., nebo C.Eng., jak v: John Doe, P.Eng.
V USA, stát se licensovaným Professional inženýrem, inženýr musí projít úplný FE (základy inženýrství) zkouška, pracovat dané množství roků jak inženýrství internují (EI) nebo snují-v-cvičit (EIT), a konečně projít “principy a praxe” nebo PE (cvičit inženýra nebo Professional inženýra) zkoušky.
Ve Spojených státech, požadavkách a krokách tohoto procesu být prosazován národní radou examinátorů pro strojírenství a zkoumat (NCEES), národní nevýdělečné zastupování všech států. Ve V. Británii, absolventi proudu vyžadují BEng plus vhodný míra pánů nebo integrovaná Meng míra plus minimum 4 roků posílají absolventa v práci vývoj schopnosti aby stal se objednaný přes Institution mechanických inženýrů.
Ve většině moderních zemích, jisté inženýrské úlohy, takový jak konstrukce mostů, rostlin elektrické energie a chemických továren, muset být schválen inženýrem profesionála nebo autorizovaným technikem. “jediný licensovaný inženýr, například, smět se připravovat, podepsat, pečetit a předkládat sestrojení plánů a kreslení k veřejné moci pro schválení, nebo zapečetit inženýrskou práci pro veřejnost a soukromé klienty.” tento požadavek může být zahrnutý ve státě a venkovské legislativě, takový jak Quebek je akt inženýra. V jiných zemích, takový jako Austrálie, žádná taková legislativa existuje; nicméně, prakticky všechna těla ověření udržují kód etiky nezávislé na legislativě že oni očekávají všechny členy dodržovat nebo riskovat expulsion.
Platy a statistiky pracovní síly
Úplné množství inženýrů upotřebilo v USA v roce 2004 byl hrubě 1.4 milión. Tito, 226,000 byl mechaničtí inženýři (15.6%), sekunda jediný ke stavebním inženýrům ve velikosti u 237,000 (16.4%). Úplné množství prací mechanického inženýrství v roce 2004 bylo projektováno růst 9 % k 17 %, s průměrnými nástupními platy být $50,236 s bakalářským titulem, $59,880 s magisterským stupněm, a $68,299 s mírou doktorátu. Toto umístí mechanické inženýrství u 8th 14 mezi inženýrství míry svobodných mládenců, 4th 11 mezi míry pánů, a 6th 7 mezi míry doktorátu v průměrném ročním plate. Střední roční příjem mechanických inženýrů v USA pracovní síla je hrubě $63,000. Toto číslo je nejvyšší když pracuje pro vládu ($72,500), a nejnižší když dělá generálovi účelové strojové vyrábění v soukromém sektoru ($55,850).
Inženýři Kanaďana dělají průměr $29.83 na hodinu s 4 % nezaměstnaný. Průměr pro všechna zaměstnání je $18.07 na hodinu s 7 % nezaměstnaný. Dvanáct procenta těchto inženýrů je podnikající a od roku 1997 podíl inženýrů ženy zvedl se k 6 %.
Ve V. Británii průměrný Mechanical inženýr s CEng stavem vydělá £55,000 rok. To je také uznal, že Mechanical inženýři jsou velmi šťastní pracovníci podle národních statistcs v roce 2006. Mechanical inženýrství je druhá nejvyšší zaplacená profese po medicíně ve V. Británii.
Moderní nástroje
Mnoho společností mechanického inženýrství, obzvláště ti v industrializovaných národech, začali včlenit computer-aided snovat (CAE) programy do jejich existujícího designu a procesů analýzy, včetně 2D a 3D pevné modelování počítačový návrh (hulvát). Tato metoda má mnoho výhod, zahrnovat snadnější a vyčerpávajícejší vizualizaci produktů, schopnost vytvořit virtuální shromáždění částí a snadnost použití v projektování odpovídat rozhraním a tolerancím.
Jiné CAE programy obyčejně používaly mechanickými inženýry zahrnovat produkt lifecycle vedení (PLM) nástroje a analyzační nástroje vykonávali komplexní simulace. Analyzační nástroje mohou být používány předvídat produktovou reakci k očekávaným nákladům, včetně života únavy a manufacturability. Tyto nástroje zahrnují konečný elementový rozbor (FEA), výpočetní dynamika kapalin (CFD), a computer-aided vyrábět (Cama).
Používat CAE programy, mechanická projektová skupina může rychle a levně opakovat proces designu vyvinout produkt, který lépe se setká s cenou, výkon a jiná omezení. Žádná fyzická prototypní potřeba být vytvořen dokud ne design blíží se dokončení, dovolovat stovky nebo tisíce designů být ohodnocen, místo příbuzného nemnoho. Navíc, CAE analýzové programy mohou modelovat komplikované fyzikální jevy který nemůže být řešen po ruce, takový jako viscoelasticity, komplexní kontakt mezi částmi párování nebo non-Newtonian teče
Jak mechanické inženýrství začne se spojit s ostatními disciplínami, jak viděný v mechatronics, multidisciplinary designové optimalizaci (MDO) je používán s jinými CAE programy zautomatizovat a zlepšit opakovací designový proces. MDO nástroje se zalomí kolem existujících CAE procesů, dovolovat hodnocení výrobku pokračovat dokonce po analytik jde domů na den. Oni také využijí důmyslné optimalizační algoritmy k více inteligentně prozkoumat možné designy, často nacházet lepší, inovační řešení těžkých multidisciplinary designových problémů.
Subdisciplines
Pole mechanického inženýrství může být myšlenka jako sbírka mnoha mechanických disciplín. Několik tyto subdisciplines, které jsou typicky učily na vysokoškolácké úrovni být níže uveden, s krátkým vysvětlením a nejvíce obyčejnou aplikací každého. Někteří tyto subdisciplines jsou charakteristické pro strojírenství, zatímco jiní jsou kombinace mechanického inženýrství a jeden nebo více ostatních disciplín. Většina práce že strojní inženýr dělá použitím dovednosti a techniky od několik těchto subdisciplines, stejně jako specializovaný subdisciplines. Specializované subdisciplines, jak použitý v tomto článku, být více pravděpodobný, že je předmět postgraduálního studia nebo na-- školení práce než vysokoškolácký výzkum. Několik specializovaných subdisciplines je projednáno na konci této sekce.
Mechanici
Mechanika je, v nejobecnějším smyslu, studii sil a jejich účinku na záležitosti. Typicky, inženýrská mechanika je používána analyzovat a předpovídat zrychlení a deformaci (oba pružný a plastický) objektů pod známými sílami (také volal náklady) nebo stresy. Subdisciplines mechaniky obsahovat
- Statics, studie o non-pohybovat těly pod známými náklady
- Dynamika (nebo kinetics), studium jak síly ovlivní dojemná těla
- Mechanici materiálů, studie jak různých materiálů deformovat dolů různé druhy stresu
- Kapalinová mechanika, studium jak tekutiny reagují na síly
- Mechanika kontinua, metoda mechaniky nanášení, která předpokládá, že objekty jsou spojité (spíše než jednotlivý)
Mechaničtí inženýři typicky používat mechaniku v designu nebo fáze analýzy inženýrství. Jestliže inženýrský projekt byl návrh vozidla, statics by mohly být zaměstnávány navrhnout rám vozidla, aby zhodnotil kde stresy budou nejvíce intenzivní. Dynamika by mohla být používána když navrhne motor auta, ocenit síly v pístech a vačky jako cykly motoru. Mechanika materiálů by mohla být používána si vybrat vhodné materiály na rám a motor. Kapalinová mechanika by mohla být zvyklá na design systém větrání pro vozidlo (vidět HVAC), nebo navrhnout systém příjmu pro motor.
Kinematika
Kinematika je studium pohybu těl (objekty) a systémy (skupiny objektů), zatímco ignoruje síly, které způsobí pohyb. Pohyb jeřába a oscilace pístu v motoru jsou oba jednoduché kinematic systémy. Jeřáb je druh otevřeného kinematic řetězu, zatímco píst je část uzavřený čtyři spojení baru.
Mechaničtí inženýři typicky používat kinematiku v designu a analýzu mechanismů. Kinematika může být používána najít možný rozsah návrhu na daný mechanismus, nebo, pracovat opačně, moci být zvyklý na design mechanismus, který má požadovaný rozsah pohybu.
Mechatronics a robotika
Mechatronics je mezivědní odvětví strojírenství, elektrotechniky a softwarového inženýrství, které je znepokojeno začleňováním elektrické a mechanické inženýrství vybudovat hybridní systémy. Tímto způsobem, stroje mohou být automatizované přes použití elektrických motorů, servo-mechanismy, a jiné elektrické systémy v spojení se zvláštním softwarem. Obyčejný příklad mechatronics systému je CD-ROM jednotka. Mechanické systémy se otevřou a zavřou pohon, se točit CD a pohybovat laserem, zatímco optický systém přečte údaje na CD a změní to na kousky. Integrovaný software řídí proces a sděluje obsah CD k počítači.
Robotika je žádost mechatronics vytvořit roboty, který být často používán v průmyslu vykonávat úlohy, které jsou nebezpečné, nepříjemný, nebo opakovaný. Tyto roboty mohou být nějakého tvaru a klížit, ale všichni jsou preprogrammed a ovlivňují se fyzicky se světem. Vytvořit robot, inženýr typicky zaměstná kinematiku (určovat robotový rozsah pohybu) a mechanici (určovat stresy uvnitř robota).
Roboty jsou používány značně v provozním inženýrství. Oni dovolí obchodům šetřit peníze na práci, vykonávat úlohy, které jsou jeden příliš nebezpečný nebo příliš přesný pro lidi vykonávat je ekonomicky, a pojistit lepší kvalitu. Mnohé společnosti zaměstnají montážní linky robotů a některé továrny jsou tak robotized že oni mohou běžet sám. Mimo továrnu, roboty byly zaměstnány v likvidaci výbušnin, vesmírný průzkum, a mnoho ostatního pole. Roboty jsou také prodávány pro různé obytné aplikace.
Strukturní analýza
Strukturní analýza je odvětví strojírenství (a také stavební inženýrství) oddaný zkoumání proč a jak namítá selhání. Strukturální nezdary nastanou ve dvou obecných režimech: statická porucha, a únavový lom. Statický strukturální nezdar nastane když, na být načten (vlastnění působnosti platilo) objekt být analyzován jeden se láme nebo je deformovaný plastically, se spoléhat na kritérium pro poruchu. Únavový lom nastane, když objekt propadne po množství opakovaného nakládání a cyklech vyložení. Únavový lom nastane protože nedokonalostí v objektu: mikrotrhlinka na povrchu objektu, například, stane se mírně s každým cyklem (propagace) dokud ne prasklina je velká dost zapříčinit konečné selhání.
Porucha není prostě definovaná jak když část se zlomí, nicméně; to je definováno jak když část neoperuje jak zamýšlený. Některé systémy, takový jako děrovaný vrchol části některých igelitových pytlů, být navržený ke zlomu. Jestliže tyto systémy se nezlomí, analýza selhání by mohla být zaměstnávána určit příčinu.
Strukturní analýza je často používána mechanickými inženýry poté, co nezdar nastal, nebo když navrhne předejít poruše. Inženýři často používají online dokumenty a knihy takový jak ti publikovali ASM pomáhat jim v určení druhu poruchy a možných příčinách.
Strukturní analýza může být používána v kanceláři, když konstruování se rozdělí, na poli analyzovat neúspěšné části, nebo v laboratořích kde části by mohly podstoupit kontrolované poruchové testy.
Termodynamika a thermo-věda
Termodynamika je použitá věda používaná v několika odvětvích inženýrství, včetně mechanického a chemického inženýrství. U jeho nejjednodušší, termodynamika je studie o energii, jeho použití a transformace přes systém. Typicky, termodynamika inženýrství je znepokojena měnící se energií z jedné formy k jinému. Jako příklad, automobilové motory přemění chemickou energii (enthalpy) od paliva do tepla, a pak do mechanické práce to nakonec točí koly.
Principy termodynamiky jsou používány mechanickými inženýry v polích přenosu tepla, thermofluids a přeměny energie. Použití strojních inženýrů thermo-věda navrhovat motory a pohánět rostliny, topení, větrání a klimatizaci (HVAC) systémy, výměníky tepla, chladiče, radiátory, refrigeration, izolace, a jiní.
Projektování
Projektování nebo technický výkres je prostředky kterými mechanickými inženýry vytvoří instrukce pro výrobní části. Technický výkres může být model počítače nebo ruka-natažené schématické představení všechny rozměry nutné vyrábět část, stejně jako poznámky shromáždění, seznam požadovaných materiálů a jiné vhodné informace. Americký mechanický inženýr nebo kvalifikovaný pracovník, který vytvoří technická kreslení mohou být odkazoval se na jako drafter nebo projektant. Projektování historicky bylo dvojrozměrný proces ale počítačový návrh (hulvátské) programy nyní dovolí návrháři vytvořit ve třech rozměrech.
Instrukce pro zhotovení část musí být krmena k nutnému strojnímu zařízení, jeden ručně, přes naprogramovaná poučení, nebo přes použití computer-aided vyrábět (Cama) nebo kombinoval hulváta/program Cama. Volitelně, inženýr může také ručně vyrábět část použití technických nákresů, ale toto se stane rostoucí raritou, s příchodem počítače číselně řídil (CNC) vyrábění. Inženýři primárně ručně výroba se rozdělí v oblastech aplikovaných sprškových povlaků, skončí, a jiné procesy to nemůže ekonomicky nebo prakticky být dělán strojem.
Projektování je použito v téměř každém subdiscipline mechanického inženýrství, a mnoho jiných odvětví inženýrství a architektury. Trojrozměrné modely vytvořily používání software hulváta být také obyčejně použit v konečné elementové analýze (FEA) a výpočetní dynamika kapalin (CFD).
Hranice výzkumu
Mechaničtí inženýři stále tlačí hranice čeho je fyzicky možný aby produkoval bezpečnější, levnější, a více výkonných strojů a mechanické systémy. Některé technologie u špičky mechanického inženýrství jsou níže uvedeny (vidět také průzkumné inženýrství).
Směsice
Směsice nebo složené materiály jsou kombinace materiálů, které poskytují různé fyzikální vlastnosti než jeden materiál odděleně. Složený materiální výzkum uvnitř mechanického inženýrství typicky zájmy o projektování (a, následně, najití použití pro) silnější nebo tužší materiály zatímco pokouší se redukovat váhu, citlivost na korozi a jiné faktory nežádoucí osoby. Karbonové vlákno posílilo směsice, například, byli používáni v takových různorodých aplikacích jako kosmická loď a rybářských prutech.
Mechatronics
Mechatronics je synergistic kombinace mechanického inženýrství, elektronické inženýrství a softwarové inženýrství. Účel tohoto mezivědního inženýrského pole je studium automatů z inženýrské perspektivy a má účely řízení pokročilých hybridních systémů.
Nanotechnology
U nejmenších měřítek, strojírenství se stane nanotechnology a molekulárním inženýrstvím — jedna spekulativní branka kterého má vytvořit molekulární assembler stavět molekuly a materiály přes mechanosynthesis. Prozatím tento cíl zůstane uvnitř průzkumného inženýrství.
Konečná elementová analýza
Toto pole není nové, jako východisko pro Finite elementovou analýzu (FEA) nebo Finite elementová metoda (FEM) se datuje k 1941. Ale evoluce počítačů dělala FEM životaschopná volba pro analýzu strukturálních problémů. Mnoho obchodních zákoníků takový jako ANSYS, Nastran a ABAQUS je široce použitý v průmyslu pro výzkum a návrh komponent.
Jiné techniky takový jako Finite rozdílná metoda (FDM) a Finite hlasitostní metoda (FVM) je zaměstnán vyřešit problémy souviset teplo a masa přenášejí, tekutina teče, tekuté povrchové vzájemné ovlivňování etc.
Viz též
- Úředníci stavby
- Stavba opraví inženýrství
- Seznam historických mechanických inženýrských orientačních bodů
- Seznam témat mechanického inženýrství
- Příbuzné žurnály
- Technologie strojírenství
- Pole inženýrství
- Jednoduchý stroj
- Seznam mechanických inženýrů
- Seznam vynálezců
- Patent
Asociace
- Sae (společnost automobilových inženýrů)
- ASHRAE (americká společnost topení, chlazení a inženýři klimatizace)
- ASME (americká společnost mechanických inženýrů)
- Pi Tau Sigma (mechanická inženýrská čestná společnost)
- ImechE (instituce mechanických inženýrů) (Britové)
- Kvalifikovaná instituce služeb stavby připraví (CIBSE) (Britové)
Wikibooks
Další četba
- Burstall, Aubrey F. (1965). Historie mechanického inženýrství. MIT tiskne. ISBN 0-262-52001-X.