Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Машиностроение - это дисциплина, в основе которой лежит концепция использования мультипликаторов силы , движущихся компонентов и машин . Он использует знания математики , физики , материаловедения и инженерных технологий. Это одна из старейших и широчайших инженерных дисциплин .

От зарождения цивилизации до раннего средневековья [ править ]

Инженерное дело возникло в ранней цивилизации как общая дисциплина для создания крупномасштабных сооружений, таких как ирригация, архитектура и военные проекты. Достижения в производстве продуктов питания с помощью орошения позволили части населения стать специалистами в Древнем Вавилоне . [1]

Все шесть классических простых машин были известны на древнем Ближнем Востоке . Клин и наклонная плоскость (рампа) были известны с доисторических времен. [2] колесо , вместе с колесом и осью механизма, был изобретен в Месопотамии (современный Ирак) в течение 5 - го тыс . До н.э. [3] рычаг механизм впервые появился около 5000 лет назад в Ближнем Востоке , где она была использована в простых весах , [4] и перемещать большие объекты в древнеегипетской технологии. [5] Рычаг также использовался в водоподъемном устройстве shadoof , первой крановой машине, которая появилась в Месопотамии около 3000 г. до н.э. [4], а затем в древнеегипетских технологиях около 2000 г. до н.э. [6] Самые ранние свидетельства использования шкивов относятся к Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до нашей эры [7] и в Древнем Египте во время Двенадцатой династии (1991–1802 гг. До н.э.). [8] винт , последний из простых машин , которые будут изобретены, [9] впервые появился в Месопотамии во время нео-Ассурупериод (911-609) до н.э. [7] В египетские пирамиды были построены с использованием трех из шести простых машин, наклонной плоскости, клин, и рычаг, чтобы создать структуры , как в Великой Пирамиды в Гизе . [10]

В Ассирийцах отличались в их использовании металлургии и включения железного оружия. Многие из их достижений касались военной техники. Они не были первыми, кто их разработал, но продвинулись вперед в области колеса и колесницы. Они использовали поворотные оси на своих вагонах, что позволяло легко поворачивать. Они также были одной из первых армий, использовавших подвижную осадную башню и таран. [1]

Применение машиностроения можно увидеть в архивах различных древних обществ. Шкив появился в Месопотамии в 1500 г. до н.э., улучшение водного транспорта. Немецкий археолог Роберт Колдевей обнаружил, что Висячие сады, вероятно, использовали механический насос, приводимый в действие этими шкивами, для подачи воды в сады на крыше. [11] Жители Месопотамии продвинутся еще дальше, заменив «замену непрерывного движения прерывистым и вращательным движением вперед и назад» 1200 годом до нашей эры. [1]

Сегят было разработан в Куше в течение 4 века до н.э.. Он поднимал воду на 3-8 метров с меньшими затратами труда и времени. [12] Резервуары в форме хафиров были разработаны в Куше для хранения воды и повышения эффективности орошения. [13] Bloomeries и доменные печи были разработаны в седьмом веке до нашей эры в Мероэ . [14] [15] [16] [17] Солнечные часы Кушите прикладная математика в форме продвинутой тригонометрии. [18] [19]

В Древнем Египте , то винтовой насос является еще одним примером использования техники в эффективность повышающей воды транспорта. Хотя ранние египтяне строили колоссальные сооружения, такие как пирамиды, они не разработали шкивы для подъема тяжелых камней и очень мало использовали колесо. [1]

Самые первые практические водные машины, водяное колесо и водяная мельница , впервые появились в Персидской империи , на территории нынешних Ирака и Ирана, к началу 4 века до нашей эры. [20]

В Древней Греции , Архимед (287-212 до н.э.) разработал несколько ключевых теорий в области машиностроения , включая механическое преимущество , в Законе Левер , и ради его имени, закон Архимеда . В Ptolematic Египте , то музей Александрии разработан кран шкивы с блоком и талей для подъема камней. Эти краны приводились в движение колесами с человеческим протектором и основывались на более ранних месопотамских системах водяных шкивов. [1]Позже греки разработали механическую артиллерию независимо от китайцев. Первый из них стрелял дротиками, но достижения позволили бросать камень во вражеские укрепления или формирования. [1]


От поздней античности до раннего средневековья [ править ]

В римском Египте , Герона Александрийского (ок. 10-70 г. н.э.) создал первый паросиловых устройство, в Aeolipile . [21] Первый в своем роде, он не мог двигать или приводить в действие что-либо, кроме собственного вращения.

В Китае , Чжан Хэн (78-139 н.э.) улучшил водяные часы и изобрел сейсмометр . Ма Цзюнь (200–265 гг. Н.э.) изобрел колесницу с дифференциальными передачами.

Известно, что Лев Философ работал над сигнальной системой с использованием часов в Византийской империи в 850 году, соединяя Константинополь с Сицилийской границей и являясь продолжением сложных городских часов в Восточном Риме. Эти великие машины распространились по Арабской империи под руководством Харуна ар-Рашида . [22]

Другим великим механическим устройством был Орган , который был вновь представлен в 757 году, когда Константин V подарил Пепину короткометражку . [22]

За исключением нескольких машин, инженерия и наука на Западе находились в застое из-за распада Римской империи в период поздней античности.

Средневековье [ править ]

Во время Золотого века ислама (с 7 по 15 века) мусульманские изобретатели внесли значительный вклад в области механических технологий. Аль-Джазари , который был одним из них, написал свою знаменитую Книгу знаний об изобретательных механических устройствах в 1206 году и представил множество механических конструкций. [23] Аль-Джазари также является первым известным человеком, создавшим такие устройства, как коленчатый вал и распределительный вал , которые теперь составляют основу многих механизмов. [24]

Первые практические ветряные машины, ветряные мельницы и ветряные насосы , впервые появились в мусульманском мире во время Золотого века ислама , на территории нынешних Иран, Афганистана и Пакистана, к 9 веку нашей эры. [25] [26] [27] [28] Самой первой практической паровой машиной был паровой домкрат, приводимый в движение паровой турбиной , описанный в 1551 году Таки ад-Дин Мухаммад ибн Маруф в Османском Египте . [29] [30]

Хлопкоочистительный был изобретен в Индии в 6 веке н.э., [31] и вращающееся колесо было изобретено в исламском мире в начале 11 - го века, [32] оба из которых имеют основополагающее значение для роста хлопчатобумажной промышленности . Прялка также была предшественницей прялки Дженни , которая была ключевым событием во время ранней промышленной революции 18 века. [33] коленчатый вал и распределительный вал были изобретены Аль-Джазари в Северной Месопотамии около 1206, [34] [35][36] и позже они стали центральными в современном оборудовании, таком как паровой двигатель , двигатель внутреннего сгорания и автоматическое управление . [37]

Самые ранние программируемые машины были разработаны в мусульманском мире. Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматизированный флейтист , изобретенный братьями Бану Муса , описанный в их Книге изобретательных устройств в 9 веке. [38] [39] В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботы . Он описал четырех музыкантов- автоматов , включая барабанщиков, управляемых программируемой драм-машиной., где их можно было заставить играть разные ритмы и разные паттерны ударных. [40] часы замка , A hydropowered механических астрономические часы изобретены Al-Джазари, был первым программируемым аналоговым компьютером . [41] [42] [43]

Средневековый китайский часовщик и инженер Су Сун (1020–1101 гг. Нашей эры) включил спусковой механизм в свою башню с астрономическими часами за два столетия до того, как спусковые механизмы были обнаружены в средневековых европейских часах, а также изобрел первый в мире известный бесконечный цепной привод, передающий энергию . [44]

В средние века были широко распространены машины для помощи в труде. Многие реки Англии и Северной Европы позволили использовать силу движения воды. Водяная мельница стала роль в производстве многих товаров , таких как продукты питания, ткани, кожи и бумаги. Эти машины были одними из первых, в которых использовались зубья и шестерни, что значительно увеличило производительность мельниц. Распределительный вал позволял преобразовывать вращательную силу в направленную. Менее существенно то, что использовались приливы и водоемы. [45]

Позднее ветроэнергетика стала новым источником энергии в Европе, дополнив водяную мельницу. Это продвижение продвинулось из Европы на Ближний Восток во время крестовых походов. [45]

Металлургия в значительной степени продвинулась вперед в средние века, благодаря более качественному железу, позволяющему создавать более прочные конструкции и конструкции. Мельницы и механическая сила обеспечивали постоянную подачу ударов курка и воздуха из сильфона. [45]

Концепции летательных аппаратов да Винчи

Европейский ренессанс [ править ]

В 17 веке в Англии произошел важный прорыв в основах машиностроения . Сэр Исаак Ньютон сформулировал законы движения Ньютона и разработал исчисление , математическую основу физики. Ньютон не хотел публиковать свои работы в течение многих лет, но в конце концов его убедили сделать это его коллеги, такие как сэр Эдмонд Галлей , что принесло большую пользу всему человечеству. Готфриду Вильгельму Лейбницу также приписывают создание исчисления в этот период времени.

Леонардо да Винчи был известным инженером, проектировавшим и изучавшим многие механические системы, которые были сосредоточены на транспорте и войне [46]. Его конструкции позже будут сравнивать с ранними конструкциями самолетов. [47]

Хотя энергия ветра служила источником энергии вдали от прибрежных территорий и значительно улучшилась в использовании, она не могла заменить стабильную и мощную мощность водяной мельницы. Вода останется основным источником энергии доиндустриальной городской промышленности в эпоху Возрождения. [48]

Промышленная революция [ править ]

Смотрите также: История паровой машины

В конце эпохи Возрождения ученые и инженеры начали экспериментировать с паровой силой. Большинство ранних устройств сталкивались с проблемами низкой мощности, неэффективности или опасности. Потребность в эффективном и экономичном источнике энергии возникла из-за затопления глубоких шахт в Англии , которые нельзя было откачать альтернативными методами. Первым работающим дизайном был патент Томаса Сэвори 1698 года. Он постоянно работал над улучшением и продвижением изобретения по всей Англии. В то же время другие работали над улучшением конструкции Savory, которая не обеспечивала эффективную передачу тепла. [49]

Томас Ньюкомен использовал все достижения инженеров и разработал атмосферный двигатель Ньюкомена . Эта новая конструкция значительно снизит потери тепла, отводит воду непосредственно от двигателя и позволит использовать различные пропорции. [49]

Промышленная революция принесла паровые фабрики , использующие машиностроительные концепции. Эти достижения позволили невероятно увеличить масштабы производства, количество и эффективность.

В 19 веке достижения в области материаловедения начали позволять внедрять паровые двигатели в паровозы и паровые корабли , быстро увеличивая скорость, с которой люди и товары могли перемещаться по миру. Причиной этих достижений были станки, разработанные в Англии, Германии и Шотландии . Это позволило машиностроению развиться как отдельному направлению в машиностроении. Они привезли с собой производственные машины и двигатели для их питания. [50]

В конце промышленной революции технология двигателей внутреннего сгорания принесла с собой поршневой самолет и автомобиль . Аэрокосмическая инженерия будет развиваться в начале 20-го века как ответвление машиностроения, в конечном итоге включая ракетную технику.

Во многих сферах применения уголь был заменен производными на нефтяной основе.

Современная эпоха [ править ]

С появлением компьютеров в 20-м веке инженерам стали доступны более точные методы проектирования и производства. Распространение программного обеспечения САПР позволило сократить время проектирования и обеспечить точность производства. Инженеры могут моделировать силы и напряжения конструкций с помощью компьютерных программ. Автоматизированное и компьютеризированное производство позволило появиться многим новым областям машиностроения, таким как промышленная инженерия . Хотя большинство автомобилей по-прежнему работают на газе, электромобили стали реальной альтернативой. [51]

Из-за возросшей сложности инженерных проектов многие инженерные дисциплины сотрудничают и специализируются на подполях . [52] Одним из таких направлений сотрудничества является область робототехники , в которой инженеры-электрики , компьютерные инженеры и инженеры-механики могут специализироваться и работать вместе. Машиностроение - самая популярная из всех инженерных областей для студентов высших учебных заведений в 21 веке.

Профессиональные ассоциации [ править ]

Первое британское профессиональное общество инженеров-механиков было сформировано в 1847 г. Институт инженеров-механиков , через тридцать лет после того, как инженеры-строители создали первое подобное профессиональное общество « Институт инженеров-строителей» . [53]

В Соединенных Штатах Америки в 1880 году было образовано Американское общество инженеров-механиков (ASME), ставшее третьим таким профессиональным инженерным обществом после Американского общества инженеров-строителей (1852 г.) и Американского института горных инженеров (1871 г.). [54]

Образование [ править ]

Первыми школами в Соединенных Штатах, которые предлагали машиностроительное образование, были Военная академия США в 1817 году, учреждение, ныне известное как Норвичский университет в 1819 году, и Политехнический институт Ренсселера в 1825 году. фундамент в математике и естественных науках. [55]

В 20-м веке многие правительства начали регулировать как звание инженера, так и инженерную практику , требуя получения степени в аккредитованном университете и прохождения квалификационного теста.

См. Также [ править ]

  • История инженерии
  • История химического машиностроения
  • История электротехники
  • История строительной инженерии
  • История паровой машины

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f De Camp, Lyon Sprague (1963). Древние инженеры . Даблдэй . С. 20, 39, 59, 63–64, 104–106, 133–134, 149–150. ISBN 9780880294560.
  2. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999). Древние месопотамские материалы и промышленность: археологические свидетельства . Айзенбраунс . ISBN 9781575060422.
  3. ^ DT Поттс (2012). Товарищ по археологии древнего Ближнего Востока . п. 285.
  4. ^ a b Paipetis, SA; Чеккарелли, Марко (2010). Гений Архимеда - 23 Столетия влияние на математику, естественные науки и техники: Труды международной конференции , состоявшейся в Сиракузах, Италия, 8-10 июня 2010 года . Springer Science & Business Media . п. 416. ISBN 9789048190911.
  5. ^ Кларк, Сомерс; Энгельбах, Реджинальд (1990). Древнеегипетское строительство и архитектура . Курьерская корпорация . С. 86–90. ISBN 9780486264851.
  6. ^ Файелла, Graham (2006). Технология Месопотамии . Издательская группа Rosen . п. 27. ISBN 9781404205604.
  7. ^ a b Мури, Питер Роджер Стюарт (1999). Древние месопотамские материалы и промышленность: археологические свидетельства . Айзенбраунс . п. 4 . ISBN 9781575060422.
  8. ^ Арнольд, Дитер (1991). Строительство в Египте: каменная кладка фараонов . Издательство Оксфордского университета. п. 71. ISBN 9780195113747.
  9. ^ Вудс, Майкл; Мэри Б. Вудс (2000). Древние машины: от клинья до водяных колес . США: Книги двадцать первого века. п. 58. ISBN 0-8225-2994-7.
  10. ^ Вуд, Майкл (2000). Древние машины: от ворчания до граффити . Миннеаполис, Миннесота: Runestone Press. С.  35, 36 . ISBN 0-8225-2996-3.
  11. ^ Колдевей, Роберт (1914). Раскопки в Вавилоне . Лондон: Macmillan and Co., стр. 91. ISBN 9781298040022.
  12. ^ Г. Мохтар (1981-01-01). Древние цивилизации Африки . ЮНЕСКО. Международный научный комитет по составлению Всеобщей истории Африки. п. 309. ISBN. 9780435948054. Проверено 19 июня 2012 г. - через Books.google.com.
  13. ^ Фриц Хинтце, Куш XI; С. 222-224.
  14. ^ Хамфрис, Джейн; Чарльтон, Майкл Ф .; Кин, Джейк; Саудер, Ли; Альшишани, Фарид (2018). «Выплавка железа в Судане: экспериментальная археология в королевском городе Мероэ» . Журнал полевой археологии . 43 (5): 399. DOI : 10,1080 / 00934690.2018.1479085 . ISSN 0093-4690 . 
  15. ^ Коллинз, Роберт О.; Бернс, Джеймс М. (8 февраля 2007 г.). История Африки к югу от Сахары . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521867467 - через Google Книги.
  16. ↑ Эдвардс, Дэвид Н. (29 июля 2004 г.). Нубийское прошлое: археология Судана . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780203482766 - через Google Книги.
  17. ^ Humphris J Чарльтон MF, Keen J, L Sauder, Alshishani F (июнь 2018). «Выплавка железа в Судане: экспериментальная археология в королевском городе Мероэ» . Журнал полевой археологии . 43 (5): 399–416. DOI : 10.1080 / 00934690.2018.1479085 .
  18. ^ Depuydt, Лео (1 января 1998). «Гномоны в Мероэ и ранняя тригонометрия». Журнал египетской археологии . 84 : 171–180. DOI : 10.2307 / 3822211 . JSTOR 3822211 . 
  19. ^ Slayman, Андрей (27 мая 1998). «Наблюдатели эпохи неолита» . Архив журнала "Археология" . Архивировано 5 июня 2011 года . Проверено 17 апреля 2011 года .
  20. ^ Селин, Helaine (2013). Энциклопедия истории науки, техники и медицины в незападных культурах . Springer Science & Business Media . п. 282. ISBN. 9789401714167.
  21. ^ "Цапля Александрийская" . Британская энциклопедия 2010 - Британская энциклопедия онлайн. Доступ: 9 мая 2010 г.
  22. ^ а б Лаван, Лука; Занини, Энрико; Сарантис, Александр (2007). Технология в обучении AD 300-650 . Бостон. С. 373–374. ISBN 9789004165496.
  23. ^ «Средневековые роботы: Как механические чудеса аль-Джазари возродились в Стамбуле» . Ближневосточный глаз . Проверено 6 августа 2019 .
  24. ^ Al-Джазари. Книга знаний об изобретательных механических устройствах: Китаб фи ма'рифат аль-хиял аль-хандасийя . Springer, 1973. ISBN 90-277-0329-9 . 
  25. ^ Ахмад Y Хассан , Дональд Рутледж Хилл (1986). Исламские технологии: иллюстрированная история , стр. 54. Cambridge University Press . ISBN 0-521-42239-6 . 
  26. ^ Лукас, Адам (2006), Ветер, Вода, Работа: Древние и средневековые технологии фрезерования , издательство Brill Publishers, стр. 65, ISBN 90-04-14649-0
  27. ^ Элдридж, Фрэнк (1980). Ветряные машины (2-е изд.). Нью-Йорк: Litton Educational Publishing, Inc., стр. 15 . ISBN 0-442-26134-9.
  28. ^ Шеперд, Уильям (2011). Производство электроэнергии с использованием энергии ветра (1-е изд.). Сингапур: World Scientific Publishing Co. Pte. ООО п. 4. ISBN 978-981-4304-13-9.
  29. ^ Таки ад-Дин и паровой турбины Во- первых, 1551 AD архивации 2008-02-18 в Wayback Machine , вебстраницы, доступ на линии 23 октября 2009; эта веб-страница относится к Ahmad Y Hassan (1976), Taqi al-Din and Arabic Mechanical Engineering , стр. 34-5, Институт истории арабской науки, Университет Алеппо .
  30. ^ Ахмад Ю. Хасан (1976), Таки ад-Дин и арабское машиностроение , стр. 34-35, Институт истории арабской науки, Университет Алеппо
  31. ^ Lakwete Ангела (2003). Изобретая хлопковый джин: машина и миф в довоенной Америке . Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 1–6. ISBN 9780801873942.
  32. ^ Пейси, Арнольд (1991) [1990]. Технологии в мировой цивилизации: тысячелетняя история (первое издание MIT Press в мягкой обложке). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. С. 23–24.
  33. ^ Žmolek, Майкл Эндрю (2013). Переосмысление промышленной революции: пять веков перехода от аграрного к промышленному капитализму в Англии . БРИЛЛ. п. 328. ISBN 9789004251793. Вращающаяся Дженни была в основном адаптацией своего предшественника - прялки.
  34. ↑ Бану Муса (авторы), Дональд Рутледж Хилл (переводчик) (1979), Книга гениальных устройств (Китаб аль-Чиял) , Springer , стр. 23–4, ISBN 90-277-0833-9
  35. ^ Салли Ganchy, Сара Ганчер (2009), ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41 , ISBN 1-4358-5066-1
  36. ^ Жорж Ифра (2001). Всеобщая история вычислений: от Abacus до Quatum Computer , стр. 171, Пер. EF Harding, John Wiley & Sons, Inc. (см. [1] )
  37. ^ Хилл, Дональд (1998). Исследования средневековых исламских технологий: от Филона до Аль-Джазари, от Александрии до Дияр Бакра . Ashgate. С. 231–232. ISBN 978-0-86078-606-1.
  38. ^ Koetsier, Теун (2001), "О предыстории программируемых машин: музыкальные автоматы, ткацкие станки, калькуляторы", механизм и теория машина , Elsevier, 36 (5): 589-603, DOI : 10.1016 / S0094-114X (01) 00005-2 .
  39. ^ Капур, Аджай; Карнеги, Дейл; Мерфи, Джим; Лонг, Джейсон (2017). «Громкоговорители по желанию: история электроакустической музыки без громкоговорителей» . Организованный звук . Издательство Кембриджского университета . 22 (2): 195–205. DOI : 10.1017 / S1355771817000103 . ISSN 1355-7718 . 
  40. ^ Профессор Ноэль Шарки, Программируемый робот 13-го века (Архив) , Университет Шеффилда .
  41. ^ «Эпизод 11: Древние роботы» , Ancient Discoveries , History Channel , получено 6 сентября 2008 г.
  42. ^ Ховард Р. Тернер (1997), Наука в средневековом исламе: иллюстрированное введение , стр. 184, Техасский университет Press , ISBN 0-292-78149-0 
  43. ↑ Дональд Рутледж Хилл , «Машиностроение на Средневековом Ближнем Востоке», Scientific American , май 1991 г., стр. 64–9 ( см. Дональд Рутледж Хилл , Машиностроение )
  44. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4 . Тайбэй: Caves Books, Ltd.
  45. ^ a b c Гимпель, Жан (1976). Средневековая машина: промышленная революция средневековья . С. 1–24, 66–67. ISBN 9780030146367.
  46. ^ "Леонардо да Винчи" . www.asme.org . Проверено 6 августа 2019 .
  47. ^ "Леонардо да Винчи и полет" . Национальный музей авиации и космонавтики . 2013-08-22 . Проверено 6 августа 2019 .
  48. ^ Содей, Джонатан (2007). Двигатели воображения: культура Возрождения и рост машин . стр.  34 -35. ISBN 9780203696156.
  49. ^ a b Терстон (1939). История развития паровой машины . Нью-Йорк. С. 35–36.
  50. ↑ Engineering - Encyclopædia Britannica, по состоянию на 6 мая 2008 г.
  51. ^ ДиКристофер, Том (30.05.2018). «К 2030 году количество электромобилей вырастет с 3 миллионов до 125 миллионов, по прогнозам Международного энергетического агентства» . CNBC . Проверено 6 августа 2019 .
  52. ^ "Машиностроение | Институт ZJU-UIUC" . zjui.intl.zju.edu.cn . Проверено 6 августа 2019 .
  53. ^ RA Бьюкенен. Обзор экономической истории, новая серия, т. 38, № 1 (февраль 1985 г.), стр. 42–60.
  54. ^ История ASME архивации 23 февраля 2011 в Wikiwix, доступ6 мая 2008.
  55. ↑ Колумбийская энциклопедия, шестое издание. 2001 г., инжиниринг , по состоянию на 6 мая 2008 г.