기계공학
Mechanical engineering기계공학은 힘과 움직임을 수반할 수 있는 물리적 기계를 연구하는 학문입니다.공학 물리학 및 수학 원리와 재료 과학을 결합하여 기계 시스템을 설계, 분석, 제조 및 유지 관리하는 공학 분야입니다.[1]가장 오래되고 광범위한 엔지니어링 부서 중 하나입니다.
기계공학은 역학, 역학, 열역학, 재료과학, 설계, 구조해석, 전기 등 핵심 분야에 대한 이해가 필요합니다.기계 엔지니어는 이러한 핵심 원리 외에도 컴퓨터 지원 설계(CAD), 컴퓨터 지원 제조(CAM), 제품 수명 주기 관리 등의 도구를 사용하여 제조 공장, 산업 장비 및 기계, 가열 및 냉각 시스템, 운송 시스템, 항공기, 수상 선박, 로보틱스, 의료 기기 등을 설계하고 분석합니다.es, 무기, 기타 등등.[2][3]
기계공학은 18세기 유럽의 산업혁명 동안 한 분야로 등장했지만, 그 발전은 전 세계에서 수천 년 전으로 거슬러 올라갈 수 있습니다.19세기에 물리학의 발전은 기계공학 과학의 발전으로 이어졌습니다.이 분야는 발전을 통합하기 위해 지속적으로 발전해 왔으며, 오늘날 기계 공학자들은 복합 재료, 메카트로닉스 및 나노 기술과 같은 분야에서 발전을 추구하고 있습니다.항공우주공학, 야금공학, 토목공학, 구조공학, 전기공학, 제조공학, 화학공학, 산업공학 및 기타 공학 분야와 다양한 양으로 중복됩니다.기계 공학자들은 생물 의학 공학 분야에서 일할 수도 있는데, 특히 생물 역학, 수송 현상, 생물 역학, 생물 나노 기술, 생물 시스템 모델링 분야에서 일할 수도 있습니다.
역사
기계공학의 응용은 다양한 고대와 중세 사회의 아카이브에서 볼 수 있습니다.여섯 개의 고전적인 간단한 기계들은 고대 근동에서 알려져 있었습니다.쐐기와 경사면(램프)은 선사시대부터 알려져 있었습니다.[4]바퀴는 바퀴와 차축 메커니즘과 함께 기원전 5천년 동안 메소포타미아(현재의 이라크)에서 발명되었습니다.[5]레버 메커니즘은 약 5,000년 전 근동에서 처음 등장했는데, 그곳에서 간단한 균형 척도로 사용되었고,[6] 고대 이집트 기술에서 큰 물체를 움직이기 위해 사용되었습니다.[7]지렛대는 기원전 3000년경 메소포타미아에 등장한 최초의 크레인 기계인 물을 들어올리는 장치의 그림자에도 사용되었습니다.[6]도르래에 대한 최초의 증거는 기원전 2천년 초에 메소포타미아로 거슬러 올라갑니다.[8]
사키아는 기원전 4세기 동안 쿠시 왕국에서 개발되었습니다.그것은 동물의 힘에 의존하여 인간의 에너지를 필요로 하는 힘을 줄였습니다.[9]하피르 형태의 저수지는 물을 저장하고 관개를 강화하기 위해 쿠시에서 개발되었습니다.[10]블로메리와 고로는 기원전 7세기에 메로에서 개발되었습니다.[11][12][13][14]쿠샤이트 해시계는 고급 삼각법의 형태로 수학을 적용했습니다.[15][16]
가장 초기의 실용적인 수력 기계인 물레방아와 물레방아는 페르시아 제국에서 기원전 4세기 초에 지금의 이라크와 이란에 처음 등장했습니다.[17]고대 그리스에서, 아르키메데스 (기원전 287–212)의 작품은 서양 전통의 역학에 영향을 미쳤습니다.로마 이집트에서, 알렉산드리아의 헤론 (서기 10–70년경)은 최초의 증기 동력 장치 (Aeolipile)를 만들었습니다.[18]중국에서는, 장흥 (78–139 AD)이 물시계를 개선하고 지진계를 발명했고, 마준 (200–265 AD)은 차동 장치를 갖춘 전차를 발명했습니다.중세 중국의 천문학자이자 기술자인 쑤 송 (1020년–1101년)은 중세 유럽 시계에서 탈출 장치가 발견되기 2세기 전에 탈출 메커니즘을 그의 천문 시계탑에 통합시켰습니다.그는 또한 세계 최초로 끝없는 송전 체인 드라이브를 발명했습니다.[19]
이슬람 황금기 (7세기에서 15세기) 동안, 이슬람교 발명가들은 기계 기술 분야에서 괄목할만한 공헌을 했습니다.그들 중 한 명이었던 알 자자리는 1206년에 그의 유명한 기계 장치 지식의 책을 썼고 많은 기계 설계를 발표했습니다.
17세기에 영국과 대륙에서 기계공학의 기초에 중요한 돌파구가 생겼습니다.네덜란드의 수학자이자 물리학자인 Christian Huygens는 1657년에 진자 시계를 발명했는데, 이것은 거의 300년 동안 신뢰할 수 있는 최초의 시계였고, 시계 디자인과 그 뒤에 숨겨진 이론에 전념하는 작품을 출판했습니다.[20][21]영국에서 아이작 뉴턴은 뉴턴의 운동의 법칙을 만들었고 물리학의 수학적 기초가 될 미적분학을 개발했습니다.뉴턴은 몇 년 동안 그의 작품들을 출판하는 것을 꺼려했지만, 마침내 Edmond Halley와 같은 그의 동료들에 의해 그렇게 하도록 설득당했습니다.기계식 계산기를 일찍이 설계한 고트프리트 빌헬름 라이프니츠는 같은 기간 동안 미적분학을 발전시킨 공로도 인정받고 있습니다.[22]
19세기 초 산업 혁명 동안, 공작 기계들은 영국, 독일, 스코틀랜드에서 개발되었습니다.이를 통해 기계공학은 공학 내에서 별도의 분야로 발전할 수 있었습니다.그들은 기계를 생산하는 기계와 엔진을 가지고 와서 동력을 공급했습니다.[23]최초의 영국 기계 공학자 전문 협회는 토목 공학자들이 최초의 토목 공학자 전문 협회를 만든 후 30년 후인 1847년에 만들어졌습니다.[24]유럽 대륙에서, Johann von Zimmermann (1820–1901)은 1848년 독일의 켐니츠에 분쇄기를 위한 최초의 공장을 세웠습니다.
미국에서는 1880년에 미국기계공학회(ASME)가 설립되어 미국 토목공학회(1852)와 미국 광산공학회(1871)에 이어 세 번째로 전문적인 공학회가 되었습니다.[25]미국에서 공학 교육을 제공한 최초의 학교는 1817년의 미국 육군사관학교, 1819년의 노리치 대학교로 알려진 기관, 그리고 1825년의 렌셀라 폴리테크닉 인스티튜트였습니다.기계공학의 교육은 역사적으로 수학과 과학의 강한 기초 위에 있었습니다.[26]
교육

기계공학 학위들은 전세계의 다양한 대학들에서 제공됩니다.기계공학 프로그램은 일반적으로 지역과 대학에 따라 4년에서 5년의 학습 기간이 소요되며, 공학 학사(B)를 받게 됩니다.영어 또는 B.E.), 과학 학사(B.Sc. 또는 B.S.), 과학 공학 학사(B.Sc.Eng.), 기술 학사(B.기술), 기계공학 학사(B.M.E.) 또는 응용과학 학사(B.A.Sc.) 학위(기계공학 전공 또는 중점).B.S.도 B.S.도 아닌 스페인, 포르투갈 그리고 남미 대부분에서.기술 프로그램이 채택되었고, 학위의 정식 명칭은 "기계 공학자"이며, 과정 작업은 5년 또는 6년의 훈련에 기초합니다.이탈리아에서는 5년간의 교육과 훈련을 기반으로 하는 과정이지만 엔지니어 자격을 얻기 위해서는 과정이 끝나면 주 시험을 통과해야 합니다.그리스에서, 그 과정은 5년 과정의 교육과정에 근거로 합니다.[27]
미국에서는 대부분의 학부 기계공학 프로그램이 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology)의 인가를 받아 대학 간 유사한 과정 요건과 표준을 보장합니다.ABET 웹사이트는 2014년 3월 11일 현재 302개의 공인 기계공학 프로그램을 열거하고 있습니다.[28]캐나다의 기계공학 프로그램은 CEAB(Canadian Engineering Accreditation Board)에 의해 인증되며,[29] 공학 학위를 제공하는 대부분의 다른 국가들은 유사한 인증 협회를 가지고 있습니다.
호주에서는 기계공학 학위가 공학 학사(기계학) 또는 이와 유사한 명칭으로 수여되지만 전문 분야가 점점 늘어나고 있습니다.이 학위를 얻기 위해서는 전임으로 4년의 공부가 필요합니다.엔지니어 호주(Engineers Australia)는 공학 학위의 품질을 보장하기 위해 글로벌 워싱턴 협정(Washington Agreement)에 따라 호주 대학에서 수여하는 공학 학위를 인정합니다.학위를 수여받기 전에 학생은 엔지니어링 회사에서 최소 3개월 이상의 직무 경험을 이수해야 합니다.[30]남아프리카에도 유사한 시스템이 존재하며 남아프리카 엔지니어링 위원회(ECSA)의 감독을 받습니다.
인도에서 엔지니어가 되기 위해서는 B와 같은 공학 학위가 있어야 합니다.기술이나 B.E. 공학 학위가 있고또는 산업훈련원(ITI)의 피터와 같은 엔지니어링 무역 관련 과정을 이수함으로써 "ITI 무역 인증서"를 받고 전인도 무역 테스트(AIT)를 통과하여 전인도 무역 테스트(NCVT)를 통과함으로써 "국가 무역 인증서"를 획득할 수 있습니다.네팔에서도 비슷한 시스템이 사용되고 있습니다.[31]
일부 기계 공학자들은 공학 석사, 기술 석사, 과학 석사, 공학 경영 석사 (M)와 같은 대학원 학위를 취득합니다.Eng.Mgt. 또는 M.E.M.) 공학박사(Eng.D. 또는 Ph.D.) 또는 공학박사 학위.석사 및 엔지니어 학위에는 연구가 포함될 수도 있고 포함되지 않을 수도 있습니다.철학박사는 중요한 연구 요소를 포함하고 있으며, 종종 학계의 진입점으로 여겨집니다.[32]엔지니어 학위는 석사와 박사 학위 사이의 중간 수준의 몇몇 기관에 존재합니다.
코스워크
각 국가의 인증협회가 정한 기준은 기초 교과목의 통일성을 제공하고, 졸업 기술자들의 역량을 증진하며, 공학계 전반에 대한 신뢰를 유지하기 위한 것입니다.예를 들어, ABET는 학생들이 "열 시스템과 기계 시스템 분야 모두에서 전문적으로 일할 수 있다"는 것을 보여주기 위해 미국의 공학 프로그램을 요구하고 있습니다.[33]그러나 졸업하는데 필요한 구체적인 과정은 프로그램마다 다를 수 있습니다.대학과 기술 기관은 종종 여러 과목을 단일 수업으로 결합하거나 한 과목을 여러 수업으로 나누는데, 이는 이용 가능한 교수진과 대학의 주요 연구 분야에 따라 다릅니다.
기계공학에 필요한 기본 과목은 보통 다음과 같습니다.
- 수학(특히 미적분학, 미분방정식, 선형대수학)
- 기초물리학(물리학, 화학 포함)
- 정역학과 동역학
- 재료 및 고체역학의 강도
- 재료공학, 복합재료
- 열역학, 열전달, 에너지 변환 및 HVAC
- 연료, 연소, 내연기관
- 유체 역학(유체 정적 및 유체 역학 포함)
- 메커니즘 및 기계 설계(운동학 및 역학 포함)
- 계측 및 계측
- 제조 엔지니어링, 기술 또는 프로세스
- 진동, 제어이론 및 제어공학
- 유압학과 공압학
- 메카트로닉스와 로봇공학
- 엔지니어링 디자인 및 제품 디자인
- 초안, 컴퓨터 지원 설계(CAD) 및 컴퓨터 지원 제조(CAM)[34][35]
기계 공학자들은 또한 화학, 물리학, 마찰학, 화학 공학, 토목 공학, 전기 공학의 기본 개념을 이해하고 적용할 수 있을 것으로 기대됩니다.모든 기계공학 프로그램은 미적분학을 포함한 여러 학기의 수학 수업과 미분방정식, 편미분방정식, 선형대수, 추상대수, 미분기하학 등을 포함한 고급 수학 개념을 포함합니다.
핵심적인 기계공학 교육과정 이외에도, 많은 기계공학 프로그램들은 제어 시스템, 로봇공학, 운송과 물류, 극저온, 연료 기술, 자동차 공학, 생체역학, 진동, 광학 그리고 다른 것들과 같은 더 전문화된 프로그램과 수업들을 제공합니다.이들 과목에 대해 별도의 부서가 존재하지 않는 경우.[36]
대부분의 기계공학 프로그램은 또한 실제적인 문제 해결 경험을 얻기 위해 다양한 양의 연구나 커뮤니티 프로젝트가 필요합니다.미국에서 기계공학을 전공하는 학생들은 공부하는 동안 하나 이상의 인턴십을 이수하는 것이 일반적이지만, 이것이 일반적으로 대학에 의해 의무화된 것은 아닙니다.협동 교육은 또 다른 선택입니다.미래의 작업 기술[37] 연구는 학생들의 창의력과 혁신을 공급하는 공부 요소에 대한 수요를 부여합니다.[38]
직무.
기계 엔지니어는 도구, 엔진 및 기계를 포함한 기계 및 열 장치를 연구, 설계, 개발, 제작 및 테스트합니다.
기계 엔지니어는 일반적으로 다음과 같은 작업을 수행합니다.
- 문제를 분석하여 기계 및 열 장치가 문제 해결에 어떤 도움을 줄 수 있는지 확인합니다.
- 분석 및 컴퓨터 지원 설계를 사용하여 기계 및 열 장치를 설계 또는 재설계합니다.
- 설계한 장치의 프로토타입을 개발하고 테스트합니다.
- 테스트 결과를 분석하고 필요에 따라 설계를 변경합니다.
- 장치의 제조 프로세스를 감독합니다.
- 기계 제도 및 설계, 시제품 제작, 3D 인쇄 또는 CNC 기계 전문가와 같은 전문 분야의 전문가 팀을 관리합니다.
기계 공학자들은 의료 기기에서부터 새로운 배터리에 이르기까지 많은 제품의 제조를 설계하고 감독합니다.그들은 또한 전기 발전기, 내연 기관, 증기 및 가스 터빈과 같은 발전기 및 냉동 및 공조 시스템과 같은 전력 사용 기계를 설계합니다.
다른 엔지니어들과 마찬가지로 기계 엔지니어들도 컴퓨터를 사용하여 설계를 만들고 분석하며 시뮬레이션을 실행하고 기계가 어떻게 작동하는지 테스트합니다.
라이선스 및 규정
기술자는 주, 지방 또는 국가 정부에 의해 면허를 취득할 수 있습니다.이 과정의 목적은 엔지니어들이 전문적인 수준에서 엔지니어링을 수행하기 위해 필요한 기술적 지식, 실제 경험 및 현지 법률 시스템에 대한 지식을 보유하도록 보장하는 것입니다.인증을 받은 엔지니어는 Professional Engineer(미국, 캐나다, 일본, 한국, 방글라데시 및 남아프리카 공화국), Chartered Engineer(영국, 아일랜드, 인도 및 짐바브웨), Chartered Professional Engineer(호주 및 뉴질랜드) 또는 European Engineer(유럽 연합의 대부분)라는 직책을 받게 됩니다.
미국에서, 엔지니어는 PE(Professional Engineer)가 되려면 종합 FE(Fundamentals of Engineering) 시험을 통과해야 하며, EI(Engineering Inter) 또는 EIT(Engineer-in-Training)로 최소 4년 이상 일하고 "Principle and Practice" 또는 PE(Practicing Engineer 또는 Professional Engineer) 시험을 통과해야 합니다.이 프로세스의 요구사항과 단계는 미국의 모든 주와 지역을 대표하는 엔지니어링 및 토지 측량 라이센스 위원회로 구성된 NCEES(National Council of Examiners for Engineering and Surveying)에 의해 규정됩니다.
영국에서, 현재 졸업생들은 BENG와 적절한 석사 학위 또는 통합 MENG 학위, 직무 역량 개발에 관한 최소 4년의 졸업 후, 기계 공학 기관을 통해 공인 기계 공학자(CENG, MIMechE)가 되기 위한 동료 검토 프로젝트 보고서를 필요로 합니다.CENG MImechE는 City and Guilds of London Institute에서 관리하는 검사 경로를 통해서도 획득할 수 있습니다.[39]
대부분의 선진국에서, 교량, 전기 발전소, 화학 공장의 설계와 같은 특정한 공학 작업은 전문 기술자 또는 공인 기술자에 의해 승인되어야 합니다."예를 들어 허가를 받은 엔지니어만이 공공기관에 엔지니어링 계획서와 도면을 작성, 서명, 날인 및 제출하여 승인을 받거나 공공 및 민간 고객을 위한 엔지니어링 작업을 날인할 수 있습니다."[40]이 요구 사항은 캐나다 지방과 같은 주 및 주 법률(예: 온타리오 또는 퀘벡의 엔지니어법)에 기록될 수 있습니다.[41]
호주나 영국과 같은 다른 나라에서는 그러한 법률이 존재하지 않지만, 실질적으로 모든 인증 기관은 모든 구성원이 준수하거나 제명될 위험이 있기를 기대하는 법률과 독립적인 윤리강령을 유지하고 있습니다.[42]
급여 및 인력 통계
2015년 미국에서 고용된 엔지니어 수는 약 160만 명이었습니다.이 중 278,340명이 기계기술자(17.28%)로 규모별로는 가장 많은 분야였습니다.[43]2012년 미국 노동력에서 기계 기술자의 연간 평균 수입은 80,580달러였습니다.중위소득은 정부에서 일할 때(92,030달러)가 가장 높았고, 교육(57,090달러)이 가장 낮았습니다.[44]2014년에는 향후 10년간 기계공학 분야의 총 일자리 수가 5% 증가할 것으로 예상됩니다.[45]2009년 기준, 학사 학위를 받은 평균 초봉은 58,800달러였습니다.[46]
하위 학문
기계공학 분야는 많은 기계공학 과학 분야의 집합체로 생각될 수 있습니다.일반적으로 학부 수준에서 가르치는 몇 가지 하위 분야가 아래에 나열되어 있으며, 각 하위 분야에 대한 간단한 설명과 가장 일반적인 적용 방법이 있습니다.이러한 하위 분야 중 일부는 기계 공학에 고유한 것이지만, 다른 분야는 기계 공학과 하나 이상의 다른 분야의 조합입니다.기계 엔지니어가 수행하는 대부분의 작업은 전문화된 하위 분야뿐만 아니라 여러 하위 분야의 기술과 기술을 사용합니다.이 글에서 사용하는 전문적인 하위 학문은 학부 연구보다 대학원 연구나 현장 실습의 대상이 될 가능성이 더 높습니다.이 섹션에서는 몇 가지 전문 하위 분야에 대해 설명합니다.
메카닉스

역학은, 가장 일반적인 의미에서, 힘과 그것이 물질에 미치는 영향에 대한 연구하는 것입니다.일반적으로 엔지니어링 역학은 알려진 힘(하중이라고도 함) 또는 응력 하에서 물체의 가속 및 변형(탄성 및 플라스틱 모두)을 분석하고 예측하는 데 사용됩니다.역학의 하위 분야는 다음과 같습니다.
- 통계학, 알려진 하중 하에서 움직이지 않는 물체에 대한 연구, 힘이 정적 물체에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구
- 힘이 움직이는 물체에 어떤 영향을 미치는지 연구하는 역학 연구.역학에는 운동학(운동, 속도, 가속도)과 운동학(힘과 그에 따른 가속도)이 포함됩니다.
- 재료의 역학, 다양한 종류의 응력하에서 다른 재료가 어떻게 변형되는지에 관한 연구
- 유체역학, 유체가 힘에[47] 어떻게 반응하는지에 대한 연구
- 운동학, 운동을 일으키는 힘을 무시하면서 물체(물체)와 시스템(물체의 그룹)의 운동을 연구하는 학문.운동학은 종종 메커니즘의 설계와 분석에 사용됩니다.
- 연속체 역학, 물체가 (불연속적이 아닌) 연속적이라고 가정하는 역학 적용 방법
기계 공학자들은 일반적으로 공학의 설계 또는 분석 단계에서 기계를 사용합니다.엔지니어링 프로젝트가 차량을 설계하는 것이라면, 스트레스가 가장 심한 곳을 평가하기 위해 차량의 프레임을 설계하기 위해 통계학을 사용할 수도 있습니다.엔진을 설계할 때 엔진 사이클에 따라 피스톤과 캠의 힘을 평가하기 위해 동역학을 사용할 수 있습니다.재료의 역학은 프레임과 엔진에 적합한 재료를 선택하는 데 사용될 수 있습니다.유체 역학은 차량의 환기 시스템을 설계하거나(HVC 참조), 엔진의 흡기 시스템을 설계하는 데 사용될 수 있습니다.
메카트로닉스와 로봇공학
메카트로닉스는 기계와 전자의 합성어입니다.하이브리드 자동화 시스템을 만들기 위해 전기 및 기계 공학을 통합하는 것과 관련된 기계 공학, 전기 공학 및 소프트웨어 공학의 학제적 분야입니다.이러한 방식으로, 기계는 특수한 소프트웨어와 함께 전기 모터, 서보 메커니즘 및 기타 전기 시스템을 사용하여 자동화될 수 있습니다.메카트로닉스 시스템의 일반적인 예는 CD-ROM 드라이브입니다.기계 시스템은 드라이브를 여닫고, CD를 회전하고 레이저를 이동하는 반면 광학 시스템은 CD의 데이터를 읽고 비트로 변환합니다.통합 소프트웨어는 프로세스를 제어하고 CD의 내용을 컴퓨터에 전달합니다.
로봇 공학은 위험하고 불쾌하거나 반복적인 작업을 수행하기 위해 산업에서 자주 사용되는 로봇을 만들기 위해 메카트로닉스를 적용하는 것입니다.이 로봇들은 어떤 모양과 크기라도 상관없지만, 모두 미리 프로그램되어 있고, 물리적으로 세상과 상호작용합니다.엔지니어는 일반적으로 로봇을 만들기 위해 운동학(로봇의 운동 범위를 결정하기 위해)과 역학(로봇 내의 응력을 결정하기 위해)을 사용합니다.
로봇은 산업 자동화 공학에서 광범위하게 사용됩니다.그것들은 기업들이 노동력에 대한 비용을 절약하고, 인간이 경제적으로 그것들을 수행하기에 너무 위험하거나 너무 정확한 일들을 수행하도록 하고, 더 나은 품질을 보장하도록 합니다.많은 회사들이 특히 자동차 산업에 로봇의 조립 라인을 사용하고 있고 일부 공장들은 로봇화되어 있어서 스스로 운영할 수 있습니다.공장 밖에서, 로봇들은 폭탄 처리, 우주 탐험 그리고 많은 다른 분야에서 사용되어 왔습니다.로봇은 레크리에이션에서부터 가정용에 이르기까지 다양한 주거용으로도 판매되고 있습니다.[48]
구조해석
구조해석학은 기계공학(및 토목공학)의 한 분야로, 물체가 왜 고장이 나는지, 어떻게 고장이 나는지를 조사하고 물체와 성능을 고칩니다.구조 고장은 정적 고장과 피로 고장의 두 가지 일반적인 모드로 발생합니다.정적 구조적 고장은 하중이 가해졌을 때(힘이 가해졌을 때) 고장 기준에 따라 분석 대상이 파손되거나 소성 변형될 때 발생합니다.피로 파괴는 여러 번의 로딩 및 언로딩 사이클을 반복한 후 객체가 실패할 때 발생합니다.피로 파괴는 물체의 불완전함 때문에 발생합니다. 예를 들어, 물체의 표면에 있는 미세한 균열은 균열이 궁극적인 파괴를 일으킬 수 있을 정도로 충분히 클 때까지 각 주기(전파)에 따라 약간씩 증가합니다.[49]
그러나 고장은 단순히 부품이 파손될 때로 정의되는 것이 아니라 부품이 의도한 대로 작동하지 않을 때로 정의됩니다.일부 비닐봉지의 구멍이 뚫린 상단 부분과 같은 일부 시스템은 파손되도록 설계되어 있습니다.이러한 시스템이 고장나지 않을 경우 고장 분석을 통해 원인을 파악할 수 있습니다.
구조 분석은 고장이 발생한 후 또는 고장을 방지하기 위해 설계할 때 기계 엔지니어가 자주 사용합니다.엔지니어들은 종종 ASM에서[50] 출판한 문서와 같은 온라인 문서와 책을 사용하여 고장 유형과 발생 가능한 원인을 파악하는 데 도움을 줍니다.
일단 이론이 기계적 설계에 적용되면 계산된 결과를 검증하기 위해 물리적 테스트를 수행하는 경우가 많습니다.구조 분석은 부품을 설계할 때 사무실에서, 고장 부품을 분석하기 위해 현장에서, 또는 부품이 제어 고장 테스트를 받을 수 있는 실험실에서 사용될 수 있습니다.
열역학과 열과학
열역학은 기계 및 화학 공학을 포함한 여러 공학 분야에서 사용되는 응용 과학입니다.가장 간단한 열역학은 에너지, 에너지의 사용, 그리고 시스템을 통한 변환에 대한 연구입니다.[51]일반적으로 공학적 열역학은 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 바꾸는 것과 관련이 있습니다.예를 들어, 자동차 엔진은 연료로부터 화학적 에너지(엔탈피)를 열로 변환한 다음 결국 바퀴를 돌리는 기계적 작업으로 변환합니다.
열역학 원리는 열전달, 열유체, 에너지 변환 분야에서 기계 공학자들에 의해 사용됩니다.기계 공학자들은 열 과학을 이용하여 엔진과 발전소, 난방, 환기, 공조 시스템, 열교환기, 방열기, 방열기, 냉동, 단열 등을 설계합니다.[52]
설계 및 제도

제도(drafting) 또는 기술 도면(technical drafting)은 기계 엔지니어가 제품을 설계하고 부품을 제조하기 위한 지침을 만드는 수단입니다.기술 도면은 부품을 제조하는 데 필요한 모든 치수와 조립 노트, 필수 재료 목록 및 기타 관련 정보를 보여주는 컴퓨터 모델 또는 손으로 그린 도면일 수 있습니다.[53]기술 도면을 작성하는 미국의 기계 엔지니어 또는 숙련된 작업자를 제도자 또는 제도자라고 할 수 있습니다.제도는 역사적으로 2차원적인 과정이었지만, 이제는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 프로그램을 통해 설계자가 3차원으로 설계할 수 있게 되었습니다.
부품을 제조하기 위한 지침은 수동으로, 프로그래밍된 지침을 통해, 또는 컴퓨터 지원 제조(CAM) 또는 복합 CAD/CAM 프로그램을 사용하여 필요한 기계에 입력해야 합니다.또는 엔지니어가 기술 도면을 사용하여 수동으로 부품을 제작할 수도 있습니다.그러나 CNC(Computer Numerical Controlled) 제조의 등장으로 부품은 기술자의 끊임없는 입력 없이 제작할 수 있게 되었습니다.수작업으로 제작되는 부품은 일반적으로 스프레이 코팅, 표면 마감재 및 기계가 경제적으로 또는 실질적으로 할 수 없는 기타 공정으로 구성됩니다.
제도는 기계 공학의 거의 모든 하위 분야와 기타 여러 공학 및 건축 분야에서 사용됩니다.CAD 소프트웨어를 이용하여 개발된 3차원 모델은 유한요소해석(FEA) 및 전산유체역학(CFD)에서도 일반적으로 사용됩니다.
현대공구

특히 선진국에 있는 많은 기계 엔지니어링 회사들은 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE) 프로그램을 2D 및 3D 솔리드 모델링 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 포함한 기존 설계 및 분석 프로세스에 통합하기 시작했습니다.이 방법은 제품을 보다 쉽고 철저하게 시각화할 수 있고, 부품의 가상 어셈블리를 만들 수 있으며, 짝짓기 인터페이스와 허용오차를 설계할 때 쉽게 사용할 수 있는 등 많은 이점을 가지고 있습니다.
기계 엔지니어가 일반적으로 사용하는 다른 CAE 프로그램으로는 복잡한 시뮬레이션을 수행하는 데 사용되는 제품 수명 주기 관리(PLM) 도구와 분석 도구가 있습니다.분석 도구를 사용하여 피로 수명 및 제조 가능성을 비롯한 예상 부하에 대한 제품 반응을 예측할 수 있습니다.이러한 도구에는 유한 요소 분석(FEA), 전산 유체 역학(CFD), 컴퓨터 지원 제조(CAM) 등이 포함됩니다.
기계 설계 팀은 CAE 프로그램을 사용하여 빠르고 저렴하게 설계 프로세스를 반복하여 비용, 성능 및 기타 제약 조건을 더 잘 충족하는 제품을 개발할 수 있습니다.설계가 완성될 때까지 물리적 프로토타입을 생성할 필요가 없으므로 상대적으로 적은 수의 설계 대신 수백 또는 수천 개의 설계를 평가할 수 있습니다.또한 CAE 분석 프로그램은 점탄성, 짝짓기 부분 간의 복잡한 접촉 또는 비뉴턴 흐름과 같이 손으로 해결할 수 없는 복잡한 물리적 현상을 모델링할 수 있습니다.
메카트로닉스에서 볼 수 있듯이, 기계 공학이 다른 분야와 융합되기 시작하면서, 다학제 설계 최적화(MDO)는 반복 설계 프로세스를 자동화하고 개선하기 위해 다른 CAE 프로그램과 함께 사용되고 있습니다.MDO 도구는 기존의 CAE 프로세스를 포괄하므로 분석가가 집에 돌아간 후에도 제품 평가를 계속할 수 있습니다.또한 정교한 최적화 알고리즘을 사용하여 가능한 설계를 보다 지능적으로 탐색하고, 종종 어려운 다학제 설계 문제에 대한 보다 나은 혁신적인 해결책을 찾아냅니다.
연구분야
기계 공학자들은 더 안전하고, 더 저렴하고, 더 효율적인 기계와 기계 시스템을 생산하기 위해 물리적으로 가능한 것의 경계를 끊임없이 허물고 있습니다.기계 공학의 최첨단 기술이 아래에 나열되어 있습니다(탐구 공학도 참조).
미세전기기계시스템(MEMS)
스프링, 기어, 유체 및 열전달 장치와 같은 마이크론 규모의 기계 부품은 SU8과 같은 실리콘, 유리 및 폴리머와 같은 다양한 기판 재료로 제조됩니다.MEMS 구성요소의 예로는 자동차 에어백 센서, 현대 휴대전화, 정밀한 위치결정을 위한 자이로스코프, 생체의료 응용에 사용되는 미세유체소자 등으로 사용되는 가속도계가 있습니다.
마찰교반용접(FSW)
1991년 용접연구소(The Welding Institute, TWI)는 새로운 형태의 용접인 마찰 교반 용접을 발견했습니다.혁신적인 정상 상태(비융접) 용접 기술은 여러 알루미늄 합금을 포함하여 이전에는 용접되지 않았던 재료들을 결합합니다.그것은 잠재적으로 리벳을 대체할 수 있는 미래의 비행기 건설에 중요한 역할을 합니다.현재까지 이 기술의 사용은 알루미늄 주 우주왕복선 외부 탱크, 오리온 크루 비히클, 보잉 델타 II 및 델타 IV 소모성 발사 차량 및 스페이스X Falcon 1 로켓의 솔기 용접, 수륙 양용 공격선용 갑옷 도금,이클립스 항공사의 신형 이클립스 500 항공기의 날개와 동체 패널을 용접하는 작업을 진행하고 있습니다.[54][55][56]
합성물

복합재료 또는 복합재료는 각각의 재료와는 다른 물리적 특성을 제공하는 재료의 조합입니다.기계 공학 내의 복합 재료 연구는 일반적으로 중량, 부식에 대한 취약성 및 기타 바람직하지 않은 요인을 감소시키기 위해 시도하면서 더 강하거나 더 강성인 재료를 설계(그리고 그 후 적용을 발견)하는 것에 초점을 맞춥니다.예를 들어, 탄소 섬유 강화 복합재는 우주선, 낚싯대 등의 다양한 용도로 사용되어 왔습니다.
메카트로닉스
메카트로닉스는 기계 공학, 전자 공학, 소프트웨어 공학의 시너지 효과를 내는 조합입니다.메카트로닉스의 학문은 기계적 원리와 전기공학을 결합하기 위한 방법으로 시작되었습니다.메카트로닉 개념은 대부분의 전기 기계 시스템에서 사용됩니다.[57]메카트로닉스에 사용되는 대표적인 전기기계식 센서는 스트레인 게이지, 열전대 및 압력 변환기입니다.
나노기술
기계공학은 가장 작은 규모로 나노기술이 됩니다. 그 중 하나의 추측적인 목표는 기계합성을 통해 분자와 재료를 만드는 분자 어셈블러를 만드는 것입니다.지금까지 그 목표는 탐색적 엔지니어링 안에 남아 있습니다.나노기술의 현재 기계공학 연구 분야는 나노필터,[58] 나노필름,[59] 나노구조 [60]등이 있습니다.
유한요소해석
유한요소해석(Finite Element Analysis)은 고체의 응력, 변형, 편향을 추정하는 데 사용되는 계산 도구입니다.사용자 정의 크기의 메쉬 설정을 사용하여 노드에서 물리량을 측정합니다.노드가 많을수록 정밀도가 높습니다.[61]FEA(Finite Element Analysis) 또는 FEM(Finite Element Method)의 기초가 1941년으로 거슬러 올라가기 때문에 이 분야는 새로운 것이 아닙니다.그러나 컴퓨터의 진화는 FEA/FEM을 구조적 문제 분석을 위한 실행 가능한 옵션으로 만들었습니다.NASTRAN, ANSYS, ABAQ 등 많은 상용 코드들이 있습니다.미국은 산업계에서 연구와 부품 설계를 위해 널리 사용되고 있습니다.일부 3D 모델링 및 CAD 소프트웨어 패키지에는 FEA 모듈이 추가되었습니다.최근에는 심스케일과 같은 클라우드 시뮬레이션 플랫폼이 보편화되고 있습니다.
열 및 물질 전달, 유체 흐름, 유체 표면 상호 작용 등과 관련된 문제를 해결하기 위해 유한 차분법(FDM) 및 유한 체적법(FVM)과 같은 다른 기술이 사용됩니다.
생체역학
생체역학은 인간, 동물, 식물, 장기, 세포와 같은 생물학적 시스템에 기계적 원리를 적용하는 것입니다.[62]생체 역학은 또한 인간을 위한 의족과 인공 장기를 만드는 것을 돕습니다.생물역학은 공학과 밀접한 관련이 있는데, 생물학적 시스템을 분석하기 위해 전통적인 공학 과학을 사용하는 경우가 많기 때문입니다.뉴턴 역학 및/또는 재료 과학의 간단한 응용은 많은 생물학적 시스템의 역학에 정확한 근사치를 제공할 수 있습니다.
지난 10년간, 뼈 물질과 같은 자연에서 발견되는 물질의 역공학은 학계에서 자금을 조달했습니다.골질의 구조는 단위 무게당 많은 양의 압축 응력을 견디는 목적에 최적화되어 있습니다.[63]구조 설계를 위해 조강을 바이오 소재로 대체하는 것이 목표입니다.
지난 10년 동안 유한 요소 방법(FEM)은 생체 역학의 추가적인 공학적 측면을 강조하는 생체 의학 분야에도 진출했습니다.FEM은 그 이후 생체 내 수술 평가의 대안으로 자리 잡았고 학계의 광범위한 수용을 받았습니다.Computational Biomechanics의 주된 장점은 윤리적 제한을 받지 않고 해부학의 해부학적 반응을 결정할 수 있는 능력에 있습니다.[64]이로 인해 FE 모델링은 바이오메카닉스의 여러 분야에서 널리 사용될 정도로 발전했으며, 여러 프로젝트에서는 오픈 소스 철학(예: BioSpine)을 채택했습니다.
전산 유체 역학
일반적으로 CFD로 약칭되는 전산 유체 역학은 유체 흐름과 관련된 문제를 해결하고 분석하기 위해 수치적 방법과 알고리즘을 사용하는 유체 역학의 한 분야입니다.컴퓨터는 경계 조건에 의해 정의된 표면과의 액체와 기체의 상호작용을 시뮬레이션하는 데 필요한 계산을 수행하는 데 사용됩니다.[65]초고속 슈퍼컴퓨터를 사용하면 더 나은 해결책을 얻을 수 있습니다.지속적인 연구는 난류와 같은 복잡한 시뮬레이션 시나리오의 정확성과 속도를 향상시키는 소프트웨어를 제공합니다.그러한 소프트웨어의 초기 유효성 검사는 풍동을 사용하여 수행되며, 최종 유효성 검사는 비행 시험과 같은 본격적인 시험에서 제공됩니다.
음향공학
음향 공학은 기계 공학의 많은 다른 하위 분야 중 하나이며 음향학의 응용입니다.음향공학은 소리와 진동에 관한 학문입니다.이러한 엔지니어들은 방음 또는 원치 않는 소음의 원인을 제거함으로써 기계 장치 및 건물의 소음 공해를 감소시키기 위해 효과적으로 작업합니다.음향학의 연구는 더 효율적인 보청기, 마이크, 헤드폰 또는 녹음 스튜디오를 설계하는 것에서부터 오케스트라 홀의 음질을 향상시키는 것까지 다양합니다.음향 공학은 또한 다양한 기계 시스템의 진동을 다룹니다.[66]
관련 필드
제조 공학, 항공 우주 공학 및 자동차 공학은 때때로 기계 공학과 함께 분류됩니다.이 분야의 학사 학위는 일반적으로 몇 가지 전문적인 수업의 차이가 있을 것입니다.
참고 항목
- 목록
- 협회
- 미국난방냉장공조기술자협회(ASHRAE)
- 미국기계공학회
- Pi Tau Sigma (기계공학 명예회)
- 자동차공학회
- 여성공학자협회
- 기계공학연구소(IMechE) (영국)
- CIBSE(Chartered Institute of Building Services Engineers) (영국)
- Verein Deutscher Ingenieure (VDI) (독일)
- 위키북스
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추가열람
라이브러리 리소스정보 기계공학 |
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외부 링크

