Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Машиностроение
Род занятий
ИменаИнженер-механик
Сферы деятельности
прикладная механика , динамика , термодинамика , механика жидкости , теплопередача , технология производства и др.
Описание
Компетенциитехнические знания, навыки управления, дизайн (см. также глоссарий машиностроения )
Требуется образование
См. Профессиональные требования ниже
Сферы
занятости
технологии , наука , разведка , военный объект

Машиностроение - это инженерная отрасль, в которой принципы инженерной физики и математики сочетаются с материаловедением для проектирования , анализа, производства и обслуживания механических систем . [1] Это одна из старейших и широчайших инженерных отраслей .

Область машиностроения требует понимания основных областей, включая механику , динамику , термодинамику , материаловедение , структурный анализ и электричество . В дополнение к этим основным принципам инженеры-механики используют такие инструменты, как автоматизированное проектирование (CAD), автоматизированное производство (CAM) и управление жизненным циклом продукции для проектирования и анализа производственных предприятий , промышленного оборудования и механизмов , систем отопления и охлаждения , транспортные системы,самолеты , гидроциклы , робототехника , медицинские приборы , оружие и другие. Это отрасль машиностроения, которая включает в себя проектирование, производство и эксплуатацию машинного оборудования . [2] [3]

Машиностроение возникло как отрасль во время промышленной революции в Европе 18 века; однако его развитие можно проследить несколько тысяч лет назад по всему миру. В 19 веке развитие физики привело к развитию машиностроительной науки. Эта область постоянно развивалась, чтобы включать в себя достижения; сегодня инженеры-механики занимаются разработками в таких областях, как композиты , мехатроника и нанотехнологии . Он также перекликается с аэрокосмической техникой , металлургией , гражданским строительством , электротехникой ,производственная инженерия , химическая инженерия , промышленная инженерия и другие инженерные дисциплины в различной степени. Механические инженеры могут также работать в области биомедицинской инженерии , в частности , с биомеханикой , явлениями переноса , biomechatronics , бионанотехнологией , и моделирование биологических систем.

... конструкции и автомобили любых размеров.

История [ править ]

Основная статья: История машиностроения

Применение машиностроения можно увидеть в архивах различных древних и средневековых обществ. Шесть классических простых машин были известны на древнем Ближнем Востоке . Клин и наклонная плоскость (рампа) были известны с доисторических времен. [4] колесо , вместе с колесом и осью механизма, был изобретен в Месопотамии (современный Ирак) в течение 5 - го тыс . До н.э. [5] рычаг механизма впервые появился около 5000 лет назад на Ближнем Востоке, где она была использована в простом весах , [6]и перемещать большие объекты по древнеегипетской технологии . [7] Рычаг также использовался в водоподъемном устройстве Shadoof , первой крановой машине, которая появилась в Месопотамии около 3000 г. до н.э. [6] Самые ранние свидетельства использования шкивов относятся к Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до нашей эры. [8]

Сегят было разработан в Куше в течение 4 века до н.э.. Он полагался на силу животных, сокращая буксировку на потребность в энергии человека. [9] Резервуары в форме хафиров были разработаны в Куше для хранения воды и повышения эффективности орошения. [10] Клумбы и доменные печи были разработаны в седьмом веке до нашей эры в Мероэ . [11] [12] [13] [14] Солнечные часы Кушите прикладная математика в форме продвинутой тригонометрии. [15] [16]

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. [17] В Древней Греции работы Архимеда (287–212 до н. Э.) Оказали влияние на механику в западной традиции. В римском Египте , Герона Александрийского (ок. 10-70 г. н.э.) создал первый паросиловых устройство ( Aeolipile ). [18] В Китае , Чжан Хэн (78-139 н.э.) улучшил водяные часыи изобрел сейсмометр , а Ма Цзюнь (200–265 гг. н.э.) изобрел колесницу с дифференциальными передачами. Средневековый китайский часовщик и инженер Су Сун (1020–1101 гг. Н.э.) включил спусковой механизм в свою башню с астрономическими часами за два столетия до того, как спусковые механизмы были обнаружены в средневековых европейских часах. Он также изобрел первый в мире известный цепной привод с бесконечной передачей энергии . [19]

Во время Золотого века ислама (с 7 по 15 века) мусульманские изобретатели внесли заметный вклад в области механических технологий. Аль-Джазари , который был одним из них, написал свою знаменитую « Книгу изобретательных устройств» в 1206 году и представил множество механических конструкций. Аль-Джазари также является первым известным человеком, создавшим такие устройства, как коленчатый вал и распределительный вал , которые теперь составляют основу многих механизмов. [20]

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. [21]

Во время промышленной революции начала 19 века станки были разработаны 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. [22] Первое британское профессиональное общество инженеров-механиков было сформировано в 1847 г. Институт инженеров-механиков , через тридцать лет после того, как инженеры-строители сформировали первое подобное профессиональное общество « Институт инженеров-строителей» . [23] На европейском континенте Иоганн фон Циммерманн (1820–1901) основал первую фабрику шлифовальных станков в Хемнице., Германия в 1848 году.

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.). [24] Первыми школами в Соединенных Штатах, предлагающими инженерное образование, были Военная академия США в 1817 году, учреждение, ныне известное как Норвичский университет в 1819 году, и Политехнический институт Ренсселера в 1825 году. прочный фундамент в математике и естественных науках. [25]

Образование [ править ]

Винт Архимеда управлялся вручную и мог эффективно поднимать воду, как демонстрирует анимированный красный шар.

Дипломы в области машиностроения предлагаются в различных университетах по всему миру. Программы машиностроения обычно занимают от четырех до пяти лет обучения в зависимости от места и университета и приводят к получению степени бакалавра технических наук (B.Eng. Или BE), бакалавра наук (B.Sc. или BS), бакалавра инженерных наук ( B.Sc.Eng.), Бакалавр технологий (B.Tech.), Бакалавр машиностроения (BME) или бакалавр прикладных наук(BASc.), В области машиностроения или с упором на машиностроение. В Испании, Португалии и большей части Южной Америки, где ни BS, ни B.Tech. были приняты программы, формальное название степени - «Инженер-механик», а курсовая работа рассчитана на пять или шесть лет обучения. В Италии курсовая работа основана на пятилетнем обучении и обучении, но для получения квалификации инженера необходимо сдать государственный экзамен по окончании курса. В Греции курсовые работы основаны на пятилетнем учебном плане и требовании наличия дипломной работы, по завершении которой выдается диплом, а не степень бакалавра наук. [26]

В Соединенных Штатах, большинство бакалавриата машиностроительные программы аккредитованы по аккредитации Совета по инженерным наукам и технике (ABET) , чтобы обеспечить аналогичные требования курса и стандарты среди университетов. На веб-сайте ABET перечислено 302 аккредитованных программы машиностроения по состоянию на 11 марта 2014 года. [27] Программы машиностроения в Канаде аккредитованы Канадским советом по аккредитации инженеров (CEAB), [28] и большинство других стран, предлагающих инженерные степени, имеют аналогичные общества аккредитации. .

В Австралии степень бакалавра инженерных наук (механика) или аналогичная номенклатура присуждаются как степень бакалавра инженерии, хотя количество специальностей растет. Для получения степени требуется четыре года очного обучения. Чтобы гарантировать качество инженерных степеней, Engineers Australia аккредитует инженерные степени, присваиваемые австралийскими университетами в соответствии с глобальным Вашингтонским соглашением . Перед присуждением степени студент должен проработать не менее 3 месяцев в инженерной фирме. [29] Подобные системы также присутствуют в Южной Африке и контролируются Инженерным советом Южной Африки (ECSA).

В Индии, чтобы стать инженером, нужно иметь степень инженера, такую ​​как B.Tech или BE, иметь диплом инженера или пройти курс инженерной специальности, например, слесарь, в Индустриальном учебном институте (ITI), чтобы получить получить «Сертификат ITI Trade», а также пройти Всеиндийский торговый тест (AITT) в инженерном деле, проводимом Национальным советом профессионального обучения (NCVT), по которому каждый получает «Национальный торговый сертификат». Похожая система используется в Непале. [30]

Некоторые инженеры-механики продолжают учиться в аспирантуре, например, магистр технических наук , магистр технологий , магистр наук , магистр инженерного менеджмента (M.Eng.Mgt. Или MEM), доктор философии в области инженерии (Eng.D. .или доктор философии) или степень инженера . Степени магистра и инженера могут включать или не включать исследования . Доктор философии включает в себя значительный исследовательский компонент и часто рассматривается как отправная точка в академических кругах . [31] Степень инженера существует в нескольких учреждениях на промежуточном уровне между степенью магистра и докторской степени.

Курсовая работа [ править ]

Стандарты, установленные аккредитационным обществом каждой страны, предназначены для обеспечения единообразия основного предметного материала, повышения компетентности выпускаемых инженеров и поддержания доверия к инженерной профессии в целом. Например, инженерные программы в США требуются ABET, чтобы показать, что их студенты могут «профессионально работать как в области тепловых, так и механических систем». [32] Конкретные курсы, необходимые для получения диплома, могут отличаться от программы к программе. Университеты и технологические институты часто объединяют несколько предметов в один класс или разбивают предмет на несколько классов, в зависимости от имеющихся преподавателей и основной области исследований университета.

Фундаментальные предметы машиностроения обычно включают:

  • Математика (в частности, исчисление , дифференциальные уравнения и линейная алгебра )
  • Основные физические науки (включая физику и химию )
  • Статика и динамика
  • Сопротивление материалов и механика твердого тела
  • Материаловедение , Композиты
  • Термодинамика , теплопередача , преобразование энергии и HVAC
  • Топливо , сгорание , Двигатель внутреннего сгорания
  • Механика жидкостей ( в том числе жидкости статики и динамики жидкости )
  • Механизм и конструкция машины (включая кинематику и динамику )
  • Приборы и измерения
  • Производство , технологии или процессы
  • Вибрация , теория управления и контроля инженерного
  • Гидравлика и пневматика
  • Мехатроника и робототехника
  • Инженерное проектирование и дизайн продукции
  • Черчение , автоматизированное проектирование (CAD) и автоматизированное производство (CAM) [33] [34]

От инженеров-механиков также ожидается понимание и способность применять основные концепции из химии, физики, трибологии , химической инженерии , гражданского строительства и электротехники . Все программы по машиностроению включают несколько семестров математических классов, включая исчисление , и продвинутые математические концепции, включая дифференциальные уравнения , уравнения в частных производных , линейную алгебру , абстрактную алгебру и дифференциальную геометрию , среди прочего.

Помимо основной учебной программы по машиностроению, многие программы машиностроения предлагают более специализированные программы и классы, такие как системы управления , робототехника , транспорт и логистика , криогеника , топливные технологии, автомобилестроение , биомеханика , вибрация , оптика и другие, если они выделены отдельно. отдела по этим предметам не существует. [35]

Большинство программ машиностроения также требуют различного количества исследований или общественных проектов для получения практического опыта решения проблем. В Соединенных Штатах студенты-механики обычно проходят одну или несколько стажировок во время учебы, хотя это обычно не требуется университетом. Кооперативное образование - еще один вариант. Исследования будущих рабочих навыков [36] предъявляют спрос на компоненты обучения, которые подпитывают творческий потенциал и новаторство учащихся. [37]

Должностные обязанности [ править ]

Инженеры-механики исследуют, проектируют, разрабатывают, создают и испытывают механические и тепловые устройства, включая инструменты, двигатели и машины.

Инженеры-механики обычно делают следующее:

  • Проанализируйте проблемы, чтобы увидеть, как механические и тепловые устройства могут помочь в их решении.
  • Проектируйте или модифицируйте механические и тепловые устройства с помощью анализа и компьютерного проектирования.
  • Разрабатывать и тестировать прототипы устройств, которые они проектируют.
  • Проанализируйте результаты теста и при необходимости измените дизайн.
  • Наблюдайте за производственным процессом устройства.

Инженеры-механики проектируют и контролируют производство многих продуктов, от медицинских устройств до новых батарей. Они также проектируют энергетические машины, такие как электрические генераторы, двигатели внутреннего сгорания, паровые и газовые турбины, а также энергопотребляющие машины, такие как системы охлаждения и кондиционирования воздуха.

Как и другие инженеры, инженеры-механики используют компьютеры для создания и анализа проектов, моделирования и тестирования того, как машина может работать.

Лицензия и регулирование [ править ]

Инженеры могут получить лицензию от правительства штата, провинции или страны. Цель этого процесса - убедиться, что инженеры обладают необходимыми техническими знаниями, практическим опытом и знанием местной правовой системы для практической инженерной деятельности на профессиональном уровне. После сертификации инженеру присваивается звание профессионального инженера (США, Канада, Япония, Южная Корея, Бангладеш и Южная Африка), дипломированного инженера (в Великобритании, Ирландии, Индии и Зимбабве), дипломированного профессионального инженера (в Австралии). и Новая Зеландия) или European Engineer (большая часть Европейского Союза).

В США, чтобы стать лицензированным профессиональным инженером (PE), инженер должен сдать комплексный экзамен FE (Основы инженерии), проработать не менее 4 лет в качестве инженерного стажера (EI) или инженера по обучению (EIT). , и сдать экзамены «Принципы и практика» или PE (практикующий инженер или профессиональный инженер). Требования и этапы этого процесса изложены Национальным советом экспертов по инженерно-геодезическим работам (NCEES), состоящим из комиссий по лицензированию инженерных и землеустроительных работ, представляющих все штаты и территории США.

В Великобритании нынешним выпускникам требуется BEng плюс соответствующая степень магистра или интегрированная степень MEng , как минимум 4 года аспирантуры по развитию профессиональных компетенций и рецензируемый отчет о проекте, чтобы стать дипломированным инженером-механиком (CEng, MIMechE) через Институт инженеров - механиков . CEng MIMechE также можно получить через экзамен, проводимый Институтом Сити и Гильдий Лондона . [38]

В большинстве развитых стран определенные инженерные задачи, такие как проектирование мостов, электростанций и химических заводов, должны быть одобрены профессиональным инженером или дипломированным инженером . «Например, только лицензированный инженер может подготовить, подписать, запечатать и представить инженерные планы и чертежи в государственный орган для утверждения или опечатать инженерные работы для государственных и частных клиентов». [39] Это требование может быть прописано в законодательстве штата или провинции, например, в канадских провинциях, например, в Законе об инженерах Онтарио или Квебека. [40]

В других странах, таких как Австралия и Великобритания, такого законодательства не существует; однако практически все органы по сертификации поддерживают кодекс этики, не зависящий от законодательства, и ожидают, что все члены будут соблюдать его или рискуют быть исключенными. [41]

Дополнительная информация: Экзамен FE , профессиональный инженер , корпоративный инженер , Вашингтонское соглашение , а также регулирование и лицензирование в инженерии.

Статистика заработной платы и персонала [ править ]

Общее количество инженеров, нанятых в США в 2015 году, составляло примерно 1,6 миллиона человек. Из них 278340 инженеров-механиков (17,28%), самая крупная дисциплина по размеру. [42] В 2012 году средний годовой доход инженеров-механиков в рабочей силе США составлял 80 580 долларов. Средний доход был самым высоким при работе на правительство (92 030 долларов США) и самым низким в сфере образования (57 090 долларов США). [43] В 2014 г. прогнозировалось, что общее количество рабочих мест в машиностроении вырастет на 5% в течение следующего десятилетия. [44] По состоянию на 2009 год средняя начальная зарплата со степенью бакалавра составляла 58 800 долларов. [45]

Субдисциплины [ править ]

Сфера машиностроения может рассматриваться как собрание многих научных дисциплин машиностроения. Некоторые из этих субдисциплин, которые обычно преподаются на уровне бакалавриата, перечислены ниже с кратким объяснением и наиболее распространенным применением каждой из них. Некоторые из этих дисциплин уникальны для машиностроения, в то время как другие представляют собой комбинацию машиностроения и одной или нескольких других дисциплин. В большинстве работ, выполняемых инженером-механиком, используются навыки и методы нескольких из этих дисциплин, а также специализированных дисциплин. Специализированные дисциплины, используемые в этой статье, с большей вероятностью станут предметом аспирантуры или обучения на рабочем месте, чем исследования на уровне бакалавриата. В этом разделе обсуждаются несколько специализированных дисциплин.

Механика [ править ]

Круг Мора , распространенный инструмент для изучения напряжений в механическом элементе
Основная статья: Механика

Механика - это в самом общем смысле изучение сил и их воздействия на материю . Обычно инженерная механика используется для анализа и прогнозирования ускорения и деформации (как упругой, так и пластической ) объектов под действием известных сил (также называемых нагрузками) или напряжений . Поддисциплины механики включают:

  • Статика , изучение неподвижных тел при известных нагрузках, влияние сил на статические тела.
  • Динамика - изучение того, как силы влияют на движущиеся тела. Динамика включает кинематику (о движении, скорости и ускорении) и кинетику (о силах и результирующих ускорениях).
  • Механика материалов , изучение того, как различные материалы деформируются при различных видах напряжения.
  • Механика жидкостей , изучение того, как жидкости реагируют на силы [46]
  • Кинематика , изучение движения тел (объектов) и систем (групп объектов) при игнорировании сил, вызывающих движение. Кинематика часто используется при проектировании и анализе механизмов .
  • Механика сплошной среды , метод применения механики, который предполагает, что объекты являются непрерывными (а не дискретными )

Инженеры-механики обычно используют механику на этапах проектирования или анализа. Если бы инженерный проект был проектированием транспортного средства, статика могла бы использоваться для проектирования рамы транспортного средства, чтобы оценить, где напряжения будут наиболее интенсивными. Динамика может использоваться при проектировании двигателя автомобиля для оценки сил в поршнях и кулачках при циклах двигателя. Механика материалов может быть использована для выбора подходящих материалов для рамы и двигателя. Гидравлическую механику можно использовать для проектирования системы вентиляции автомобиля (см. HVAC ) или для проектирования системы впуска для двигателя.

Мехатроника и робототехника [ править ]

Обучение FMS с обучающим роботом SCORBOT-ER 4u , фрезерным станком с ЧПУ и токарным станком с ЧПУ
Основные статьи: мехатроника и робототехника

Мехатроника - это сочетание механики и электроники. Это междисциплинарная отрасль машиностроения, электротехники и разработки программного обеспечения, которая занимается интеграцией электротехники и машиностроения для создания гибридных систем. Таким образом, машины можно автоматизировать с помощью электродвигателей , сервомеханизмов и других электрических систем в сочетании со специальным программным обеспечением. Типичным примером системы мехатроники является привод CD-ROM. Механические системы открывают и закрывают привод, вращают компакт-диск и перемещают лазер, а оптическая система считывает данные с компакт-диска и преобразует их в биты.. Интегрированное программное обеспечение контролирует процесс и передает содержимое компакт-диска на компьютер.

Робототехника - это применение мехатроники для создания роботов, которые часто используются в промышленности для выполнения опасных, неприятных или повторяющихся задач. Эти роботы могут иметь любую форму и размер, но все они заранее запрограммированы и физически взаимодействуют с миром. Для создания робота инженер обычно использует кинематику (для определения диапазона движения робота) и механику (для определения напряжений внутри робота).

Роботы широко используются в промышленном строительстве . Они позволяют предприятиям экономить деньги на рабочей силе, выполнять задачи, которые либо слишком опасны, либо слишком точны для человека, чтобы выполнять их экономично, и обеспечивать лучшее качество. Многие компании используют конвейеры для сборки роботов, особенно в автомобильной промышленности, а некоторые заводы настолько роботизированы, что могут работать самостоятельно . За пределами завода роботы использовались для обезвреживания бомб, исследования космоса и многих других областях. Роботы также продаются для различных жилых помещений, от отдыха до домашних применений.

Структурный анализ [ править ]

Основные статьи: Структурный анализ и анализ отказов

Структурный анализ - это отрасль машиностроения (а также гражданского строительства), посвященная изучению того, почему и как объекты выходят из строя, а также исправлению объектов и их производительности. Разрушения конструкции происходят в двух основных режимах: статическое разрушение и усталостное разрушение. Статическое разрушение конструкции происходит, когда при нагрузке (приложении силы) анализируемый объект либо разрушается, либо пластически деформируется , в зависимости от критерия разрушения. Усталостный отказпроисходит, когда объект выходит из строя после нескольких повторных циклов загрузки и разгрузки. Усталостное разрушение происходит из-за несовершенства объекта: например, микроскопическая трещина на поверхности объекта будет немного расти с каждым циклом (распространением), пока трещина не станет достаточно большой, чтобы вызвать окончательное разрушение . [47]

Однако отказ не определяется просто как поломка детали; он определяется как ситуация, когда деталь не работает должным образом. Некоторые системы, такие как перфорированные верхние секции некоторых пластиковых пакетов, предназначены для разрушения. Если эти системы не сломаются, для определения причины может быть использован анализ отказов.

Структурный анализ часто используется инженерами-механиками после того, как произошел отказ, или при проектировании для предотвращения отказа. Инженеры часто используют онлайн-документы и книги, например, опубликованные ASM [48], чтобы помочь им определить тип отказа и возможные причины.

После применения теории к механической конструкции часто проводятся физические испытания для проверки результатов расчетов. Структурный анализ может использоваться в офисе при проектировании деталей, в полевых условиях для анализа вышедших из строя деталей или в лабораториях, где детали могут подвергаться контролируемым испытаниям на отказ.

Термодинамика и термоведение [ править ]

Основная статья: Термодинамика

Термодинамика - это прикладная наука, используемая в нескольких областях техники, включая машиностроение и химическую инженерию. В самом простом виде термодинамика - это изучение энергии, ее использования и преобразования через систему . [49] Обычно инженерная термодинамика занимается преобразованием энергии из одной формы в другую. Например, автомобильные двигатели преобразуют химическую энергию ( энтальпию ) топлива в тепло, а затем в механическую работу, которая в конечном итоге поворачивает колеса.

Термодинамика принципы используются инженеров - механиков в области теплообмена , thermofluids и преобразования энергии . Инженеры-механики используют науку о теплоте для проектирования двигателей и электростанций , систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), теплообменников , радиаторов , радиаторов , холодильного оборудования , изоляции и т. Д. [50]

Дизайн и черчение [ править ]

CAD-модель двойного механического уплотнения
Основные статьи: Технический чертеж и ЧПУ

Чертеж или технический чертеж - это средство, с помощью которого инженеры-механики проектируют изделия и создают инструкции по изготовлению деталей. Технический чертеж может представлять собой компьютерную модель или нарисованную от руки схему, показывающую все размеры, необходимые для изготовления детали, а также примечания по сборке, список необходимых материалов и другую относящуюся к делу информацию. [51] Инженер-механик или квалифицированный рабочий из США, который создает технические чертежи, может называться чертежником или чертежником. Составление чертежей исторически было двухмерным процессом, но программы автоматизированного проектирования (САПР) теперь позволяют проектировщику создавать трехмерные объекты.

Инструкции по изготовлению детали должны подаваться на необходимое оборудование либо вручную, с помощью запрограммированных инструкций, либо с использованием автоматизированного производства (CAM) или комбинированной программы CAD / CAM. При желании инженер может также вручную изготовить деталь, используя технические чертежи. Однако с появлением производства с числовым программным управлением (ЧПУ) детали теперь можно изготавливать без необходимости постоянного участия технических специалистов. Детали, изготовленные вручную, обычно состоят из покрытий распылением , обработки поверхности и других процессов, которые экономически или практически невозможно выполнить с помощью машины.

Черчение используется почти во всех отраслях машиностроения, а также во многих других отраслях инженерии и архитектуры. Трехмерные модели, созданные с помощью программного обеспечения САПР, также широко используются в анализе методом конечных элементов (FEA) и вычислительной гидродинамике (CFD).

Современные инструменты [ править ]

Косой вид четырехцилиндрового рядного коленчатого вала с поршнями

Многие машиностроительные компании, особенно в промышленно развитых странах, начали включать программы автоматизированного проектирования (CAE) в свои существующие процессы проектирования и анализа, включая 2D и 3D твердотельное моделирование и компьютерное проектирование (CAD). Этот метод имеет много преимуществ, в том числе более простую и исчерпывающую визуализацию продуктов, возможность создавать виртуальные сборки деталей и простоту использования при проектировании сопрягающихся интерфейсов и допусков.

Другие программы CAE, обычно используемые инженерами-механиками, включают инструменты управления жизненным циклом продукта (PLM) и инструменты анализа, используемые для выполнения сложных симуляций. Инструменты анализа могут использоваться для прогнозирования реакции продукта на ожидаемые нагрузки, включая усталостную долговечность и технологичность. Эти инструменты включают анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительную гидродинамику (CFD) и автоматизированное производство (CAM).

Используя программы CAE, группа инженеров-проектировщиков может быстро и дешево выполнить итерацию процесса проектирования, чтобы разработать продукт, который лучше соответствует требованиям по стоимости, производительности и другим ограничениям. Нет необходимости создавать физический прототип до тех пор, пока проект не будет близок к завершению, что позволит оценить сотни или тысячи проектов вместо небольшого числа. Кроме того, программы анализа CAE могут моделировать сложные физические явления, которые нельзя решить вручную, такие как вязкоупругость, сложный контакт между сопряженными частями или неньютоновские потоки .

Поскольку машиностроение начинает сливаться с другими дисциплинами, как это видно в мехатронике , многопрофильная оптимизация проектирования (MDO) используется с другими программами CAE для автоматизации и улучшения итеративного процесса проектирования. Инструменты MDO охватывают существующие процессы CAE, позволяя продолжить оценку продукта даже после того, как аналитик уйдет домой. Они также используют сложные алгоритмы оптимизации, чтобы более разумно исследовать возможные конструкции, часто находя лучшие инновационные решения сложных многодисциплинарных проблем проектирования.

Области исследований [ править ]

Инженеры-механики постоянно расширяют границы физических возможностей, чтобы производить более безопасные, дешевые и эффективные машины и механические системы. Некоторые передовые технологии машиностроения перечислены ниже (см. Также исследовательское проектирование ).

Микро-электромеханические системы (МЭМС) [ править ]

Механические компоненты микронного размера, такие как пружины, шестерни, жидкостные и теплопередающие устройства, изготавливаются из различных материалов подложки, таких как кремний, стекло и полимеры, такие как SU8 . Примерами компонентов MEMS являются акселерометры, которые используются в качестве датчиков автомобильных подушек безопасности, современные сотовые телефоны, гироскопы для точного позиционирования и микрофлюидные устройства, используемые в биомедицинских приложениях.

Сварка трением с перемешиванием (FSW) [ править ]

Основная статья: Сварка трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием, новый вид сварки , была открыта в 1991 году Институтом сварки (TWI). Инновационная технология сварки в установившемся режиме (без плавления) позволяет соединять ранее не свариваемые материалы, в том числе несколько алюминиевых сплавов . Он играет важную роль в строительстве самолетов в будущем, потенциально заменяя заклепки. Текущее использование этой технологии на сегодняшний день включает сварку швов алюминиевого основного внешнего бака космического шаттла, экипажа Orion, расходных ракет-носителей Boeing Delta II и Delta IV и SpaceX.Ракета Falcon 1, броня для десантных кораблей и сварка крыльев и панелей фюзеляжа нового самолета Eclipse 500 от Eclipse Aviation среди все более растущего круга применений. [52] [53] [54]

Композиты [ править ]

Композитное полотно, состоящее из тканого углеродного волокна
Основная статья: Композитный материал

Композиты или композитные материалы представляют собой комбинацию материалов, которые обладают различными физическими характеристиками, чем любой материал по отдельности. Исследования композитных материалов в машиностроении обычно сосредоточены на разработке (и, как следствие, поиске применения) более прочных или более жестких материалов, пытаясь снизить вес , подверженность коррозии и другие нежелательные факторы. Композиты, армированные углеродным волокном, например, используются в таких разнообразных приложениях, как космические корабли и рыболовные удочки.

Мехатроника [ править ]

Мехатроника - это синергетическое сочетание машиностроения, электронной техники и разработки программного обеспечения. Дисциплина мехатроники началась как способ объединения механических принципов с электротехникой. Концепции мехатроники используются в большинстве электромеханических систем. [55] Типичными электромеханическими датчиками, используемыми в мехатронике, являются тензодатчики, термопары и датчики давления.

Нанотехнологии [ править ]

Основная статья: Нанотехнологии

В самых малых масштабах машиностроение превращается в нанотехнологию, одна из теоретических целей которой состоит в создании молекулярного ассемблера для создания молекул и материалов посредством механосинтеза . Пока эта цель остается в рамках исследовательской инженерии . Области текущих исследований в области машиностроения в области нанотехнологий включают, среди прочего, нанофильтры, [56] нанопленки [57] и наноструктуры [58] .

Смотрите также: Пикотехнология

Анализ методом конечных элементов [ править ]

Основная статья: Анализ методом конечных элементов

Анализ методом конечных элементов - это вычислительный инструмент, используемый для оценки напряжения, деформации и прогиба твердых тел. Он использует сетку с определенными пользователем размерами для измерения физических величин на узле. Чем больше узлов, тем выше точность. [59] Эта область не нова, поскольку основы анализа конечных элементов (FEA) или метода конечных элементов (FEM) восходят к 1941 году. Но развитие компьютеров сделало FEA / FEM жизнеспособным вариантом для анализа структурных проблем. Многие коммерческие коды, такие как NASTRAN , ANSYS и ABAQUS , широко используются в промышленности для исследований и проектирования компонентов. В некоторые пакеты программного обеспечения для 3D-моделирования и САПР добавлены модули FEA. В последнее время платформы облачного моделирования, такие какSimScale становятся все более распространенными.

Другие методы, такие как метод конечных разностей (FDM) и метод конечных объемов (FVM), используются для решения проблем, связанных с тепломассопереносом, потоками жидкости, взаимодействием жидкости с поверхностью и т. Д.

Биомеханика [ править ]

Основная статья: Биомеханика

Биомеханика - это применение механических принципов к биологическим системам, таким как люди , животные , растения , органы и клетки . [60] Биомеханика также помогает в создании протезов конечностей и искусственных органов для людей. Биомеханика тесно связана с инженерией , потому что она часто использует традиционные инженерные науки для анализа биологических систем. Некоторые простые приложения механики Ньютона и / или материаловедения могут дать правильные приближения к механике многих биологических систем.

В последнее десятилетие обратная инженерия материалов, встречающихся в природе, таких как костная ткань, получила финансирование в академических кругах. Структура костного вещества оптимизирована для того, чтобы выдерживать большое количество сжимающих напряжений на единицу веса. [61] Цель состоит в том, чтобы заменить необработанную сталь биоматериалом для проектирования конструкций.

За последнее десятилетие метод конечных элементов (МКЭ) также вошел в биомедицинский сектор, подчеркнув дополнительные инженерные аспекты биомеханики. С тех пор FEM зарекомендовал себя как альтернатива хирургической оценке in vivo и получил широкое признание в академических кругах. Основное преимущество вычислительной биомеханики заключается в ее способности определять эндоанатомический ответ анатомии, не подвергаясь этическим ограничениям. [62] Это привело к тому, что моделирование КЭ стало повсеместным в нескольких областях биомеханики, в то время как несколько проектов даже приняли философию открытого исходного кода (например, BioSpine).

Вычислительная гидродинамика [ править ]

Основная статья: Вычислительная гидродинамика

Вычислительная гидродинамика, обычно сокращенно CFD, представляет собой раздел механики жидкости, который использует численные методы и алгоритмы для решения и анализа проблем, связанных с потоками жидкости. Компьютеры используются для выполнения расчетов, необходимых для моделирования взаимодействия жидкостей и газов с поверхностями, определяемыми граничными условиями. [63] С помощью высокоскоростных суперкомпьютеров можно достичь лучших решений. Постоянные исследования позволяют получить программное обеспечение, которое повышает точность и скорость сложных сценариев моделирования, таких как турбулентные потоки. Первоначальная проверка такого программного обеспечения выполняется с использованием аэродинамической трубы, а окончательная проверка проводится в ходе полномасштабных испытаний, например, летных испытаний.

Акустическая инженерия [ править ]

Основная статья: Акустическая инженерия

Акустическая инженерия - одна из многих других дисциплин машиностроения и применение акустики. Акустическая инженерия - это изучение звука и вибрации . Эти инженеры эффективно работают над уменьшением шумового загрязнения механических устройств и зданий путем звукоизоляции или устранения источников нежелательного шума. Изучение акустики может варьироваться от разработки более эффективного слухового аппарата, микрофона, наушников или студии звукозаписи до улучшения качества звука в оркестровом зале. Акустическая инженерия также занимается вибрацией различных механических систем. [64]

Связанные поля [ править ]

Промышленное машиностроение , аэрокосмическая инженерия и автомобилестроение иногда объединяются с машиностроением. Степень бакалавра в этих областях обычно отличается от нескольких специализированных классов.

См. Также [ править ]

Списки
  • Глоссарий машиностроения
  • Список исторических достопримечательностей машиностроения
  • Список изобретателей
  • Список тем машиностроения
  • Список инженеров-механиков
  • Список связанных журналов
  • Список компаний-производителей механического, электрического и электронного оборудования по выручке
Ассоциации
  • Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE)
  • Американское общество инженеров-механиков (ASME)
  • Пи Тау Сигма (Общество чести машиностроения)
  • Общество автомобильных инженеров (SAE)
  • Общество женщин-инженеров (SWE)
  • Институт инженеров-механиков (IMechE) (британский)
  • Сертифицированный институт инженеров по обслуживанию зданий (CIBSE) (британский)
  • Verein Deutscher Ingenieure (VDI) (Германия)
Викиучебники
  • Инженерная механика
  • Инженерная термодинамика
  • Инженерная акустика
  • Механика жидкости
  • Теплопередача
  • Микротехнологии
  • Нанотехнологии
  • Профессионал / Инженер (ProE CAD)
  • Сопротивление материалов / Механика твердого тела

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Что такое машиностроение?" .
  2. ^ инженерное "машиностроение" . Словарь английского языка американского наследия, четвертое издание. Дата обращения: 19 сентября 2014.
  3. ^ «Машиностроение» . Словарь Вебстера . Дата обращения: 19 сентября 2014.
  4. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999). Древние месопотамские материалы и промышленность: археологические свидетельства . Айзенбраунс . ISBN 9781575060422.
  5. ^ DT Поттс (2012). Товарищ по археологии древнего Ближнего Востока . п. 285.
  6. ^ 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.
  7. ^ Кларк, Сомерс; Энгельбах, Реджинальд (1990). Древнеегипетское строительство и архитектура . Курьерская корпорация . С. 86–90. ISBN 9780486264851.
  8. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999). Древние месопотамские материалы и промышленность: археологические свидетельства . Айзенбраунс . п. 4 . ISBN 9781575060422.
  9. ↑ Г. Мохтар (1 января 1981 г.). 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.
  10. ^ Фриц Хинтце, Куш XI; С. 222-224.
  11. ^ 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 . 
  12. ^ Коллинз, Роберт О.; Бернс, Джеймс М. (8 февраля 2007 г.). История Африки к югу от Сахары . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521867467 - через Google Книги.
  13. ↑ Эдвардс, Дэвид Н. (29 июля 2004 г.). Нубийское прошлое: археология Судана . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780203482766 - через Google Книги.
  14. ^ 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 .
  15. ^ Depuydt, Лео (1 января 1998). «Гномоны в Мероэ и ранняя тригонометрия». Журнал египетской археологии . 84 : 171–180. DOI : 10.2307 / 3822211 . JSTOR 3822211 . 
  16. ^ Slayman, Андрей (27 мая 1998). «Наблюдатели эпохи неолита» . Архив журнала "Археология" . Архивировано 5 июня 2011 года . Проверено 17 апреля 2011 года .
  17. ^ Селин, Helaine (2013). Энциклопедия истории науки, техники и медицины в незападных культурах . Springer Science & Business Media . п. 282. ISBN. 9789401714167.
  18. ^ "Цапля Александрийская" . Британская энциклопедия 2010 - Британская энциклопедия онлайн. Доступ: 9 мая 2010 г.
  19. ^ Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4 . Тайбэй: Caves Books, Ltd.
  20. ^ Al-Джазари. Книга знаний об изобретательных механических устройствах: Китаб фи ма'рифат аль-хиял аль-хандасийя . Springer, 1973. ISBN 90-277-0329-9 . 
  21. ^ Саид Ахмед (24 сентября 2019). Ты мог бы стать победителем (Том - II) . Публикация Санкалпа. ISBN 978-93-88660-66-2.
  22. ↑ Engineering - Encyclopædia Britannica, по состоянию на 6 мая 2008 г.
  23. ^ RA Бьюкенен. Обзор экономической истории, новая серия, т. 38, № 1 (февраль 1985 г.), стр. 42–60.
  24. ^ История ASME архивации 23 февраля 2011 в Wikiwix, доступ6 мая 2008.
  25. ↑ Колумбийская энциклопедия, шестое издание. 2001 г., инжиниринг , по состоянию на 6 мая 2008 г.
  26. ^ Саид Ахмед (24 сентября 2019). Ты мог бы стать победителем (Том - II) . Публикация Санкалпа. ISBN 978-93-88660-66-2.
  27. ^ База данных аккредитованных инженерных программ с возможностью поиска ABET, дата обращения 11 марта 2014 г.
  28. ^ Аккредитованные инженерные программы в Канаде Канадским советом профессиональных инженеров. Архивировано 10 мая 2007 г. в Wayback Machine , по состоянию на 18 апреля 2007 г.
  29. ^ «Машиностроение» . Проверено 8 декабря 2011 года .
  30. ^ Саид Ахмед (24 сентября 2019). Ты мог бы стать победителем (Том - II) . Публикация Санкалпа. ISBN 978-93-88660-66-2.
  31. ↑ Типы аспирантов, предлагаемых в Массачусетском технологическом институте. Архивировано 16 июня 2006 г. в Wayback Machine - по состоянию на 19 июня 2006 г.
  32. ^ 2008-2009 Abet Критерии Заархивированные 28 февраля 2008 в Wayback Machine , стр. 15.
  33. ^ Обязательные курсы ME в университете Талсы - бакалавриат по специальностям и несовершеннолетним. Архивировано 4 августа 2012 года в Archive.today . Кафедра машиностроения, Университет Талсы, 2010 г. Дата обращения: 17 декабря 2010 г.
  34. ^ Harvard Машиностроение Page архивации 21 марта 2007 в Wayback Machine . Harvard.edu. Доступ: 19 июня 2006 г.
  35. ^ Курсы машиностроения , Массачусетский технологический институт. По состоянию на 14 июня 2008 г.
  36. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала 4 ноября 2011 года . Проверено 5 ноября 2012 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ). Исследовательский институт Аполлона, Future Work Skills 2020, по состоянию на 5 ноября 2012 г.
  37. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинального 16 ноября 2012 года . Проверено 5 ноября 2012 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) Инженерная школа Университета Аалто, Design Factory - Блог исследователей, доступ 5 ноября 2012 г.
  38. ^ Саид Ахмед (24 сентября 2019). Ты мог бы стать победителем (Том - II) . Публикация Санкалпа. ISBN 978-93-88660-66-2.
  39. ^ "Зачем нужна лицензия?" . Национальное общество профессиональных инженеров . Проверено 6 мая 2008 года .
  40. ^ "Инженерный закон" . Статуты и правила Квебека (CanLII) . Архивировано из оригинала 5 октября 2006 года . Проверено 24 Июль 2005 .
  41. ^ «Кодексы этики и поведения» . Центр онлайн-этики . Архивировано из оригинального 19 июня 2005 года . Проверено 24 Июля 2005 .
  42. ^ «Май 2015 Национальные оценки занятости и заработной платы» . Министерство труда США, Бюро статистики труда . Проверено 3 марта 2017 года .
  43. ^ Профессиональная занятость и заработная плата, 17-2141 инженеров-механиков . Бюро труда США, май 2012 г. Дата обращения: 15 февраля 2014 г.
  44. ^ Инженеры-механики . Бюро статистики труда США, 17 декабря 2015 г. Дата обращения: 3 марта 2017 г.
  45. ^ «Выпуск 2010–11, Инженеры» . Бюро статистики труда Министерства труда США, Справочник по профессиональным прогнозам, дата обращения: 9 мая 2010 г.
  46. ^ Примечание: механику жидкости можно разделить на статику жидкости и динамику жидкости, и она сама по себе является подразделом механики сплошных сред. Применение механики жидкости в машиностроении называется гидравликой и пневматикой .
  47. ^ «Глава 8. Неудача» . www.virginia.edu . Проверено 9 сентября 2018 года .
  48. ^ Сайт много документов ASM International, такие как ASM Handbook серии архивации 1 сентября 2007 в Wayback Machine . ASM International .
  49. ^ «Термодинамика» . www.grc.nasa.gov . Проверено 9 сентября 2018 года .
  50. ^ "Применение законов термодинамики. Карно, Стирлинг, Эрикссон, Дизельные циклы" . Brighthub Engineering . 10 июня 2009 . Проверено 9 сентября 2018 года .
  51. ^ «SOLIDWORKS 3D CAD» . SOLIDWORKS . 27 ноября 2017 . Проверено 9 сентября 2018 года .
  52. ^ "Достижения в области сварки трением с перемешиванием для аэрокосмической промышленности" (PDF) . Проверено 12 августа 2017 года .
  53. ^ Номер предложения: 08-1 A1.02-9322 - НАСА 2008 SBIR
  54. ^ «Военное применение» . Архивировано из оригинала на 31 января 2019 года . Проверено 15 декабря 2009 года .
  55. ^ "Что такое технология мехатроники?" . www.ecpi.edu . Проверено 9 сентября 2018 года .
  56. ^ Нильсен, Кайл. (2011) «Разработка испытательного сосуда для фильтров низкого давления и анализ мембран из электропряденого нановолокна для очистки воды»
  57. ^ Механические характеристики алюминиевых нанопленок , Microelectronic Engineering, Volume 88, Issue 5, May 2011, pp. 844–847.
  58. ^ "Columbia Nano Initiative" .
  59. ↑ Ся, Тинг (3 февраля 2003 г.). «Введение в анализ методом конечных элементов (FEA)» (PDF) . UIOWA Engineering . Архивировано из оригинального (PDF) 30 августа 2017 года . Проверено 4 сентября 2018 года .
  60. ^ Александр, Р. Макнейл (2005). «Механика движения животных». Текущая биология . 15 (16): R616 – R619. DOI : 10.1016 / j.cub.2005.08.016 . PMID 16111929 . S2CID 14032136 .  
  61. Перейти ↑ Dempster, Coleman (15 августа 1960 г.). «Прочность костей при растяжении вдоль и поперек волокон». Журнал прикладной физиологии . 16 (2): 355–360. DOI : 10.1152 / jappl.1961.16.2.355 . PMID 13721810 . 
  62. ^ Цукнидас, А., Саввакис, С., Асаниотис, Ю., Анагностидис, К., Лонтос, А., Михайлидис, Н. (2013) Влияние параметров кифопластики на передачу динамической нагрузки в поясничном отделе позвоночника с учетом реакции биореалистичного сегмента позвоночника. Клиническая биомеханика 28 (9–10), стр. 949–955.
  63. ^ «Что такое CFD | Вычислительная гидродинамика? - Документация SimScale» . www.simscale.com . Проверено 9 сентября 2018 года .
  64. ^ "Какова должна быть должностная инструкция инженера-акустика?" . learn.org .

Дальнейшее чтение [ править ]

Ресурсы библиотеки по
машиностроению
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках
  • Берстолл, Обри Ф. (1965). История машиностроения . MIT Press. ISBN 978-0-262-52001-0.
  • Стандартный справочник Марка для инженеров-механиков (11-е изд.). Макгроу-Хилл. 2007. ISBN 978-0-07-142867-5.
  • Оберг, Эрик; Франклин Д. Джонс; Холбрук Л. Хортон; Генри Х. Райффель; Кристофер Макколи (2016). Справочник машин (30-е изд.). Нью-Йорк: ISBN Industrial Press Inc. 978-0-8311-3091-6.

Внешние ссылки [ править ]

Котировки, связанные с машиностроением на Wikiquote