機(jī)械工程簡(jiǎn)介機(jī)械工程是工程學(xué)的一個(gè)分支，它研究機(jī)械和動(dòng)力的產(chǎn)生，尤其是力和運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程的歷史18 世紀(jì)后期，蒸汽機(jī)的發(fā)明為工業(yè)革命提供了一個(gè)主要的動(dòng)力源泉，極大地推動(dòng)了各種機(jī)械的發(fā)展。這樣，一個(gè)新的工程學(xué)的重要分支從民用工程學(xué)中分離出來(lái)的關(guān)于工具和機(jī)械的分支發(fā)展了起來(lái)。并隨著英國(guó)伯明翰機(jī)械工程師協(xié)會(huì)的建立在 1847 年得到了正式承認(rèn)。機(jī)械工程已經(jīng)由一門(mén)主要基于試錯(cuò)法的技工應(yīng)用的技藝發(fā)展成為職業(yè)工程師在研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)領(lǐng)域使用的科學(xué)方法。從最廣義的角度講，增進(jìn)效率的需求不斷地促使機(jī)械工程師提高工作質(zhì)量，并要求他接受更高程度的教育和訓(xùn)練。不僅機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)要講求經(jīng)濟(jì)，而且基建費(fèi)也要降到最低。機(jī)械工程的領(lǐng)域商品機(jī)械的發(fā)展 在發(fā)達(dá)國(guó)家中，高水平的物質(zhì)生活很大程度上取決于機(jī)械工程中得以實(shí)現(xiàn)的各種機(jī)械。機(jī)械工程師們不斷地發(fā)明機(jī)器來(lái)生產(chǎn)商品，不斷地開(kāi)發(fā)精確性和復(fù)雜性越來(lái)越高的機(jī)械工具來(lái)生產(chǎn)機(jī)器。機(jī)械發(fā)展的主要線索是：為提高生產(chǎn)率而增加機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、為獲得物美價(jià)廉的產(chǎn)品而提高精度以及降低生產(chǎn)成本。這 3 個(gè)要求促進(jìn)了復(fù)雜的控制系統(tǒng)的發(fā)展。最成功的機(jī)械制造是其機(jī)器的機(jī)械設(shè)計(jì)能與控制系統(tǒng)緊密融合，不論這種控制系統(tǒng)從本質(zhì)上是機(jī)械的還是電子的。現(xiàn)代化的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)傳送線（傳送帶）就是一系列復(fù)雜的生產(chǎn)工藝機(jī)械化的很好例子。人們正在著手開(kāi)發(fā)以使機(jī)械生效后進(jìn)一步自動(dòng)化，利用計(jì)算機(jī)來(lái)存儲(chǔ)和處理大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是少量多功能機(jī)床生產(chǎn)多種零件所必需的。其中一個(gè)目標(biāo)就是使批量生產(chǎn)車(chē)間完全自動(dòng)化，三班輪換，但每天只需一班人員來(lái)操作。動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展 生產(chǎn)機(jī)械必須先有充足的動(dòng)力供應(yīng)。蒸汽機(jī)最先提供了用熱能來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力的實(shí)際可行的方法，在舊有的人力、風(fēng)力和水力之外增加了動(dòng)力源。新的機(jī)械工程業(yè)面臨的最初挑戰(zhàn)之一就是增加熱效率和動(dòng)力，這一點(diǎn)隨著蒸汽渦輪機(jī)和大的聯(lián)合蒸汽鍋爐的發(fā)展而基本實(shí)現(xiàn)了。20 世紀(jì)，渦輪機(jī)為發(fā)電機(jī)提供的動(dòng)力得到了持續(xù)快速的增長(zhǎng)，同時(shí)熱效率也在穩(wěn)定增長(zhǎng)，而且大電站每千瓦的資本消耗也在下降。最后，機(jī)械工程師們獲得了核能源。這種核能源的應(yīng)用需要有特別高的可靠性和安全性，這就需要解決許多全新的問(wèn)題。大型電廠和整個(gè)核電站的控制系統(tǒng)已變成高度復(fù)雜的電子、流體、電、水力和機(jī)械零件的網(wǎng)絡(luò)，這一切都涉及到機(jī)械工程師的所有學(xué)術(shù)領(lǐng)域。小型的內(nèi)燃機(jī)，不論是往復(fù)式（汽油機(jī)和柴油機(jī)）還是旋轉(zhuǎn)式（燃?xì)廨啓C(jī)和旺克爾機(jī)），以及它們?cè)谶\(yùn)輸領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也都要?dú)w功于機(jī)械工程師們。在整個(gè)運(yùn)輸業(yè)，不論是在空中和太空，還是在陸地和海洋，機(jī)械工程師創(chuàng)造了各種設(shè)備和動(dòng)力裝置。他們?cè)絹?lái)越多地與電氣工程師合作，尤其是在開(kāi)發(fā)適合的控制系統(tǒng)方面。軍用武器的開(kāi)發(fā) 機(jī)械工程師應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)的技術(shù)與民用中需要的類(lèi)似，盡管其目的是增強(qiáng)毀壞力而不是提高生產(chǎn)率。噴氣式飛機(jī)和核反應(yīng)堆就是眾所周知的例子。生物工程 生物工程是機(jī)械工程中一個(gè)相對(duì)新的和與眾不同的領(lǐng)域，它提供用來(lái)替換或增加人體功能的機(jī)器以及用來(lái)進(jìn)行醫(yī)療的設(shè)備。人造肢體已被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并且具有諸如有力的運(yùn)動(dòng)和觸摸反應(yīng)等人體功能。在人工器官移植手術(shù)方面的發(fā)展是迅速的，復(fù)雜的心肺機(jī)器和類(lèi)似的設(shè)備使越來(lái)越復(fù)雜的手術(shù)得以進(jìn)行，并使受重傷和重病病人的生命功能得以持續(xù)。環(huán)境控制 機(jī)械工程師的一些最初的努力是要通過(guò)抽水來(lái)排澇或灌溉土地以及給礦井通風(fēng)來(lái)控制人類(lèi)的環(huán)境。現(xiàn)代的制冷和空調(diào)廠普遍采用反向的熱引擎，在這些地方動(dòng)力把熱從冷的地方抽出送到更熱的外部。很多機(jī)械工程的產(chǎn)品以及其他領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展對(duì)環(huán)境有副作用，產(chǎn)生了噪音，引起了水和空氣的污染，破壞了土地和風(fēng)景。商品和動(dòng)力的生產(chǎn)率提高太快，以致于自然力的再生跟不上步伐。對(duì)于機(jī)械工程師和他人來(lái)說(shuō)，環(huán)境控制是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，它包括開(kāi)發(fā)盡可能產(chǎn)生少量污染物的機(jī)器和生產(chǎn)工序，以及開(kāi)發(fā)新的設(shè)備和技術(shù)來(lái)減少和消除已造成的污染。機(jī)械工程的作用機(jī)械工程師有四個(gè)通用于上述所有領(lǐng)域的作用。第 1 個(gè)作用是理解和研究機(jī)械科學(xué)的基礎(chǔ)。它包括涉及力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的動(dòng)力學(xué)，比如在振動(dòng)中的力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系；自動(dòng)控制；研究各種形式的熱、能量、動(dòng)力之間關(guān)系的熱力學(xué)；流體流動(dòng)；熱傳遞；潤(rùn)滑；和材料特性。第 2 個(gè)作用是依次地進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。該作用試圖進(jìn)行必要的改變以滿(mǎn)足當(dāng)前和將來(lái)的需要。這一工作不僅要求對(duì)機(jī)械科學(xué)有一個(gè)合成和發(fā)明。第 3 個(gè)作用是生產(chǎn)產(chǎn)品和動(dòng)力，包括計(jì)劃、運(yùn)作和維護(hù)。其目的在于維護(hù)或提高企業(yè)或機(jī)構(gòu)的較長(zhǎng)期的和生存能力聲譽(yù)的同時(shí)，以最少的投資和消耗生產(chǎn)出最大的價(jià)值。第 4 個(gè)作用是機(jī)械工程師的協(xié)調(diào)作用，包括管理、咨詢(xún)、以及在某些情況下進(jìn)行市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)。在所有這些作用中，體現(xiàn)出一種長(zhǎng)期不斷地使用科學(xué)的方法，而不是傳統(tǒng)的或直覺(jué)的方法的傾向，這是不斷成長(zhǎng)的機(jī)械工程專(zhuān)門(mén)技術(shù)的一個(gè)方面。這些新的合理化方法的典型名稱(chēng)有：運(yùn)籌學(xué)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、邏輯學(xué)問(wèn)題分析（簡(jiǎn)稱(chēng)PABLA）。然而，創(chuàng)造性是無(wú)法合理化的。正如在其他領(lǐng)域一樣，在機(jī)械工程中，能夠采取重要的出人意料的并能開(kāi)創(chuàng)出新方法的能力，仍然具有個(gè)人的、即興的特點(diǎn)。機(jī)械工程的未來(lái)機(jī)械工程師的數(shù)量依舊快速增長(zhǎng)，同時(shí)他們所受訓(xùn)練的時(shí)間也在延長(zhǎng)并且質(zhì)量也在提高。然而，工程師們和全體公眾越來(lái)越意識(shí)到，人口和生活水平的指數(shù)增長(zhǎng)正在造成可怕的環(huán)境污染和自然資源消耗問(wèn)題。這更清楚地表明，所有的技術(shù)職業(yè)都有必要考慮開(kāi)發(fā)和發(fā)展的長(zhǎng)期社會(huì)效益。人們?cè)絹?lái)越需要機(jī)械工程技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足人類(lèi)的需求，同時(shí)也需要將稀有的原材料的消耗降到最低，保持一個(gè)令人滿(mǎn)意的環(huán)境。信息時(shí)代的機(jī)械工程 在 20 世紀(jì) 80 年代初期，工程師門(mén)曾經(jīng)認(rèn)為要加快產(chǎn)品的研制看法，必須進(jìn)行大量的研究工作。結(jié)果是實(shí)際上只進(jìn)行了較少的研究工作，這是因?yàn)楫a(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的縮短，促使工程師們盡可能的利用現(xiàn)代技術(shù)。研制開(kāi)發(fā)一種創(chuàng)新性的技術(shù)并且將其應(yīng)用在新產(chǎn)品上，使有風(fēng)險(xiǎn)的，并且易于招致失敗。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用較少的步驟是安全的和易于成功的方法。對(duì)于資金和人力都處于全球性環(huán)境中的工程界而言，縮短產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)周期也是有益的。能夠設(shè)計(jì)和制造各種產(chǎn)品和制造各種產(chǎn)品的人可以在世界各地找到。但是，具有創(chuàng)新思想的人則比較難找。對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行 6 個(gè)月的研制開(kāi)發(fā)工作的人，地里上的距離已經(jīng)不再是其他人發(fā)現(xiàn)他的障礙。如果你的研發(fā)周期較短，只要仍然保持領(lǐng)先，這種情況并不造成嚴(yán)重后果。如果正處于一個(gè)長(zhǎng)達(dá)6 年的研制開(kāi)發(fā)過(guò)程中期，一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手了解到你的研究工作的一些信息，這個(gè)項(xiàng)目將面臨比較大的麻煩。 工程師們?cè)诮鉀Q任何問(wèn)題時(shí)都需要進(jìn)行新的設(shè)計(jì)這種觀念很快就過(guò)時(shí)了，在現(xiàn)在設(shè)計(jì)中的第一步是瀏覽因特網(wǎng)或者其他信息系統(tǒng)，看其他人是否設(shè)計(jì)了一種類(lèi)似于你所需要的產(chǎn)品，諸如船東裝置或換熱器等。通過(guò)這些信息系統(tǒng)，你可能發(fā)現(xiàn)有些人已經(jīng)有了制造圖紙，數(shù)控紙帶和制造你的產(chǎn)品所需要的其他東西。這樣，工程師們就可以把他們的職業(yè)技能集中在尚未解決的問(wèn)題上。 在解決這些問(wèn)題時(shí)，利用工作站和進(jìn)入信息高速公路可以大大增強(qiáng)工程小組的能力和效率。這些信息時(shí)代的工具可使工程小組利用大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中有材料性能標(biāo)準(zhǔn) 技術(shù)和成功的設(shè)計(jì)方案等信息。這些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)可以通過(guò)下載直接應(yīng)用，或者對(duì)其進(jìn)行快速簡(jiǎn)單的改進(jìn)來(lái)滿(mǎn)足特定的要求。將產(chǎn)品的技術(shù)要求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送出去的遠(yuǎn)程制造也是可行的。你可以建立一個(gè)沒(méi)有任何加工設(shè)備的虛擬公司，可以只是制造商，在產(chǎn)品加工完成后，將其直接送給你的客戶(hù)。定期訪問(wèn)你的客戶(hù)可以保證你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工作。盡管這些研制開(kāi)發(fā)方式不可能對(duì)每個(gè)公司都完全適用，但是這種可能性是存在的。 過(guò)去客戶(hù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，通常是由小公司制造的。大公司不屑于制造這些產(chǎn)品-他們討厭瞄準(zhǔn)機(jī)會(huì)的市場(chǎng)，或者是與客戶(hù)設(shè)計(jì)的小批量大交道?！斑@就是我的產(chǎn)品，”一家大公司這樣說(shuō)，“這是我們能夠制造出來(lái)的最好產(chǎn)品-你應(yīng)該喜歡他。如果你不喜歡，順這條街走有一家小公司，它會(huì)按你的要求做。”今天，因?yàn)轭櫩蛡冇州^大的選擇余地，幾乎所有的市場(chǎng)都是瞄準(zhǔn)機(jī)會(huì)的市場(chǎng)。如果你不能使產(chǎn)品滿(mǎn)足某些特定客戶(hù)的要求，你將失去市場(chǎng)份額中的一大部分，或者失去全部份額。由于這些瞄準(zhǔn)機(jī)會(huì)的市場(chǎng)是經(jīng)常變化的，你告訴應(yīng)該對(duì)市場(chǎng)做出快速的反應(yīng)。瞄準(zhǔn)機(jī)會(huì)的市場(chǎng)和根據(jù)客戶(hù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，改變了工程師們未能進(jìn)行研究工作的方式。今天，研究工作通常是針對(duì)解決特定問(wèn)題進(jìn)行的。許多有政府資助或者由大公司出資開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以在非常低的成本下輩自由使用盡管這種情況是暫時(shí)的，對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)后，他們通?？梢员恢苯佑糜诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)，這使得許多公司可以節(jié)省昂貴的研究經(jīng)費(fèi)。在主要的技術(shù)障礙被克服后，研究工作應(yīng)該主要致力于產(chǎn)品的商品化方面，而不失開(kāi)發(fā)新的，有趣的，不確定的替換產(chǎn)品。采用上述觀點(diǎn)看問(wèn)題，工程研究應(yīng)該致力于消除將已知的技術(shù)快速商品化的障礙。工作的重點(diǎn)是產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，這些在當(dāng)今的顧客的頭腦中是最重要的。很明顯，一個(gè)質(zhì)量差的聲譽(yù)是一個(gè)不好的企業(yè)的同義詞。企業(yè)應(yīng)該盡最大的努力來(lái)保證客戶(hù)得到合格的產(chǎn)品，這個(gè)努力包括在生產(chǎn)線的中斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)和自動(dòng)更換有缺陷的產(chǎn)品。研究工作應(yīng)該著重考慮諸如可靠性等因素對(duì)成本帶來(lái)的益處，當(dāng)可靠性提高時(shí)制造成本和系統(tǒng)的最終成本將會(huì)降低。如果在生產(chǎn)線的終端產(chǎn)生 30%的廢品，這不僅會(huì)浪費(fèi)金錢(qián)，也會(huì)給你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手創(chuàng)造一個(gè)利用你的想法制造產(chǎn)品，并且將其銷(xiāo)售給你的客戶(hù)良機(jī)。提高可靠性和合降低成本這個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵是深入廣泛的利用設(shè)計(jì)軟件。設(shè)計(jì)軟件可以使工程師加快每個(gè)階段的設(shè)計(jì)工作。然而，僅僅縮短每個(gè)階段的設(shè)計(jì)時(shí)間，可能不會(huì)顯著的縮短整個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)間。因而，必須致力于并行工程軟件，這樣可以使所有者，即組的成員都能使用共同的數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著人們步入信息時(shí)代，要取得成功，工程師們?cè)诩夹g(shù)開(kāi)發(fā)和技術(shù)管理方面都應(yīng)該具有一些獨(dú)特的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。成功的工程師們不但一個(gè)具有寬廣的知識(shí)和技能，而且還應(yīng)該是某些關(guān)鍵技術(shù)或?qū)W科的專(zhuān)家，他們還應(yīng)該在社會(huì)因素和經(jīng)濟(jì)因素對(duì)市場(chǎng)的影響方面有敏銳的洞察力。將來(lái)，花在解決日常工程問(wèn)題上的費(fèi)用將會(huì)減少，工程師們將會(huì)在一些更富有挑戰(zhàn)性，更亟待解決的問(wèn)題上協(xié)同工作，大大縮短解決這些問(wèn)題所需要的時(shí)間。我們已經(jīng)開(kāi)始了工程實(shí)踐的新階段。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)工程師們具有越來(lái)越強(qiáng)的解決問(wèn)題的能力，這些也給我們的工作帶來(lái)很大的希望和喜悅。為了確保成功，我們所使用工具的性能和對(duì)更好的產(chǎn)品與系統(tǒng)的不斷追求，應(yīng)該與標(biāo)志著在工程方面所有巨大努力的創(chuàng)新工作所帶來(lái)的喜悅相適應(yīng)。機(jī)械工程是一個(gè)偉大的行業(yè)，在我們盡可能多的利用了信息時(shí)代所提供的機(jī)遇后，他將變得更加偉大。