BY 维基百科，自由的百科全书
機械工程是一門涉及利用物理定律為機械系統作分析、設計、生產及維修的工程學科。這學科要求學員對應用力學、熱學、物質與能量守恆等基礎科學原理有鞏固的認識，並利用這些知識去分析靜態和動態物質系統，創造、設計實用的裝置、設備、器材、器件、工具等。機械工程學的知識可應用於汽車、飛機、空調、建築、橋樑、工業儀器及機器等各個層面之上。
機械工程所處理的，是把能量及物料轉化成可使用的物品。從宏觀的角度來看，我們生活中所接觸的每一件物件，其製造過程均可說與機械工程有關。 機械工程是眾多工程學科中範圍最廣的一科。從業員需擁有富創造性的智力，充份明瞭各科學理論的原理，及對不同物品的需求和特點有充份認識。此外，他更須備有力求追上最新科技發展的意向。合資格的機械工程人員可從事不同行業的工作，包括製造、屋宇設備工程、發電站、海事、交通、環境保護、公共服務及學術機構等等。
任何現代產業和工程領域都需要應用機械，例如農業、林業、礦山等需要農業機械、林業機械、礦山機械；冶金和化學工業需要冶金機械、化工機械；紡織和食品加工工業需要紡織機械、食品加工機械；房屋建築和道路、橋梁、水利等工程需要工程機械；電力工業需要動力機械；交通運輸業需要各種車輛、船舶、飛機等；各種商品的計量、包裝、儲存、裝卸需要各種相應的工作機械。
就是人們的日常生活，也越來越多地應用各種機械了，如汽車、自行車、縫紉機、鐘錶、照相機、洗衣機、冰箱、冷氣、吸塵器，等等。機械工程是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合在生產實踐中積累的技術經驗，研究和解決在開發、設計、製造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的一門應用學科。
各個工程領域的發展都要求機械工程有與之相適應的發展，都需要機械工程提供所必需的機械。某些機械的發明和完善，又導致新的工程技術和新的產業的出現和發展，例如大型動力機械的製造成功，促成了電力系統的建立；機車的發明導致了鐵路工程和鐵路事業的興起；內燃機、燃氣輪機、火箭發動機等的發明和進步以及飛機和太空飛行器的研製成功導致了航空、太空工程和航空、太空事業的興起；高壓設備（包括壓縮機、反應器、密封技術等）的發展導致了許多新型合成化學工程的成功。機械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發展動力，同時又從各個學科和技術的進步中得到改進和創新的能力。
目錄
[隐藏]
- 1 發展演進歷史
- 1.1 古代
- 1.2 近代
- 1.2.1 動力機械的發展
- 1.2.2 機械加工技術的發展
- 1.3 現代
- 2 機械工程教育
- 2.1 基礎學科
- 3 機械工程的服務領域和工作內容
- 3.1 服務領域
- 3.2 工作內容
- 3.3 機械工程人才
- 3.4 薪酬及就業前景
- 4 分支學科
- 4.1 固體力學
- 4.2 流體力學
- 4.3 電機與控制
- 4.4 機械設計
- 4.5 熱力學與熱科學
- 4.6 機械製造
- 5 前瞻研究領域
- 5.1 微機電系統
- 5.2 奈米技術
- 6 未來展望
- 6.1 機械工程與人工智慧
- 6.2 機械工程的專業化和綜合化
- 7 參見
- 8 參考文獻
- 8.1 Wikibooks
- 8.2 相關期刊
- 8.3 專業團體
- 8.4 延伸閱讀
- 9 外部連結
[编辑]發展演進歷史
[编辑]古代
人類成為「現代人」的標誌是製造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是後來出現的機械的先驅。從製造簡單工具演進到製造由多個零件、部件組成的現代機械，經歷了漫長的過程。
幾千年前，人類已創製了例如用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及其槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，並漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。
早在公元前，中國已在指南車上應用複雜的齒輪系統，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關於齒輪傳動瞬時速比與齒形的關係和齒形曲線的選擇，直到17世紀之後方有理論闡述。手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。
機構學作為一個專門學科遲至19世紀初才第一次列入高等工程學院（巴黎的工藝學院）的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括複雜的空間連桿機構的運動，並進而能按需要綜合出新的機構。
[编辑]近代
太空梭機械工程師
15－16世紀以前，機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。許多高才藝的機械匠師和有生產觀念的知識分子致力於改進各產業所需的工作機械和研製新的動力機械──蒸汽機。18世紀後期，蒸汽機的應用從採礦業推廣到紡織、麵粉、冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械製造工業開始形成，並在幾十年中成為一個重要產業。機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18－19世紀的工業革命以及資本主義機械大生產的主要技術因素。
[编辑]動力機械的發展
動力是發展生產的重要因素。17世紀後期，隨著各種機械的改進和發展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。在英國，紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時已有一定規模的煤礦、錫礦、銅礦礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提昇和排除。
在這樣的生產需要下，18世紀初出現了紐科門，T.的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用於煤礦。
1765年英國人瓦特發明了有分開的凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。
1781年瓦特又創製出提供迴轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用範圍。蒸汽機的發明和發展，使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積龐大、笨重，應用很不方便。19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發揮作用。
發電站初期應用蒸汽機為原動機。20世紀初期，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機，促進了電力供應系統的蓬勃發展。
19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被 fuq u用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣渦輪發動機、噴氣發動機的發展，還是飛機、太空飛行器等成功發展的基礎技術因素之一。
[编辑]機械加工技術的發展
工業革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工製成。金屬（主要是銅、鐵）僅用以製造儀器、鎖、鐘錶、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工包括鑄造、鍛壓、鈑金、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和車床、刀具、量具等，得到迅速發展，保證了各產業發展生產所需的機械裝備的供應。
社會經濟的發展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產方法（零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等）的形成。
簡單的互換性零件和專業分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在莫茲利，H.於1797年利用其創製的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師E.惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂「美國生產方法」。
18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎不發生聯繫。到18－19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識。他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人T.薩弗里、瓦特應用了物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論。在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文建立起一門新的科學──熱力學。內燃機的最重要的理論基礎是法國的A.E.B.de羅沙在1862年創立的，1876年奧托，N.A.應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
[编辑]現代
在工業革命以前，大多數的工程項目都限於軍事及城市發展。從事軍事方面的工程師負責研製戰爭工具和系統；從事城市發展的工程師則負責建築和地面設施。在十九世紀早期的英國，機械工程師成為新興的行業，負責提供工業用機械和推動機械所需要的動力。在1818年，首個專業土木工程師組織成立，而機械工程師亦相繼於1847年成立組織。
20世紀初期，福特，H.在汽車製造上又創造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒，F.W.在19世紀末創立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想像的高度。
20世紀中、後期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；發展少無切削加工工藝；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度。自動化從機械控制的自動化發展到電氣控制的自動化和計算機程序控制的完全自動化，直至無人車間和無人工廠；利用數字控制機床、加工中心、成組技術等，發展柔性加工系統，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
而世界上建立最早的機械工程學術團體是英國機械工程師學會（IME），成立於1847年，第一任主席是鐵路機車發明家喬治·史蒂芬生。英國機械工程師學會的建立，標誌著機械工程已確立為一個獨立的學科，機械工程師被社會公認為受尊敬的職稱。
在此之前，從事機械製造、使用和修理的人，被稱為機器匠，社會地位不高。
隨著機械製造作為一個獨立的工業部門日益發展，各國機械工程師學會紛紛建立，這在很大程度上反映了機械工業初創階段，企業主和技術人員要求自由開展學術交流、維護共同利益、爭取提高社會地位的共同願望。
在西方，機械工程師學會和機械工程學科同時誕生，在推動學科發展、提高機械工程師社會地位方面起到了重要的作用。 英國機械工程師學會根據國家法律規定，有權考核工程師，並授予特許工程師稱號。
