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- 1 - is of of It is he of in of 8th a of an to of of As a a of 847 in of by of an on to by of in in is of a of a of be of of he of in to by to of to of of an in of to of in to in of to of is in - 2 - of is is or in A of is a of of a of in to to of a of a of is a on a by a of of an of of to of of to of to 0th a in of a in in of of an of of of of of of is In in as as on in of - 3 - of he to by to in is to to of to in is a of of to or of of in as is in of of in or to be of of at s by to or by of on a of to of of in on to of of of of is so by no A is of of or of to be is of - 4 - of as in of of is of to to a of an to a to is of is to or of or is of in In of is a of of or an of of by of be to up in as a he of to as as of is a in at in is in of of of to of be - 5 - to s to a of a in n 980s, be to As it is to a in a is to is a to in in be in a is is no a to If ve a is as as if re in of a a of be in to a to is in is to or to if a or a is to to In of to of to of - 6 - be or to in a is up a t to is to it to to be to is to of t to is to be to at it of or “is my of is we it to If t, s a on is a If to of of to be in a to to of on is is at or by is at be in to of an is or on to on in on to of of in of s a - 7 - at of of be to a to on of as As 0 at of a a an a to it to to of is of to up of be to be by of As we of in of as as in it a of at in in be to in in We a in of It as is in of To of be by of is a it as we of by - 8 - 機械工程簡介 機械工程是工程學的一個分支，它研究機械和動力的產生，尤其是力和運動。 機械工程的歷史 18 世紀后期，蒸汽機的發(fā)明為工業(yè)革命提供了一個主要的動力源泉，極大地推動了各種機械的發(fā)展。這樣，一個新的工程學的重要分支 —— 從民用工程學中分離出來的關于工具和機械的分支 —— 發(fā)展了起來。并隨著英國伯明翰機械工程師協(xié)會的建立在 1847 年得到了正式承認。 機械工程已經由一門主要基于試錯法的技工應用的技藝發(fā)展成為職業(yè)工程師在 研究、設計和生產領域使用的科學方法。 從最廣義的角度講，增進效率的需求不斷地促使機械工程師提高工作質量，并要求他接受更高程度的教育和訓練。不僅機器運轉要講求經濟，而且基建費也要降到最低。 機械工程的領域 商品機械的發(fā)展 在發(fā)達國家中，高水平的物質生活很大程度上取決于機械工程中得以實現(xiàn)的各種機械。機械工程師們不斷地發(fā)明機器來生產商品，不斷地開發(fā)精確性和復雜性越來越高的機械工具來生產機器。 機械發(fā)展的主要線索是：為提高生產率而增加機器的運轉速度、為獲得物美價廉的產品而提高精度以及降低生產成本。這 3 個要求促進了復 雜的控制系統(tǒng)的發(fā)展。 最成功的機械制造是其機器的機械設計能與控制系統(tǒng)緊密融合，不論這種控制系統(tǒng)從本質上是機械的還是電子的。現(xiàn)代化的汽車發(fā)動機生產傳送線（傳送帶）就是一系列復雜的生產工藝機械化的很好例子。人們正在著手開發(fā)以使機械生效后進一步自動化，利用計算機來存儲和處理大量數(shù)據，這些數(shù)據是少量多功能機床生產多種零件所必需的。其中一個目標就是使批量生產車間完全自動化，三班輪換，但每天只需一班人員來操作。 動力機械的發(fā)展 生產機械必須先有充足的動力供應。蒸汽機最先提供了用熱能來產生動力的實際可行的方法，在舊有的人 力、風力和水力之外增加了動力源。新的機械工程業(yè)面臨的最初挑戰(zhàn)之一就是增加熱效率和動力，這一點隨著蒸汽渦輪機和大的聯(lián)合蒸汽鍋爐的發(fā)展而基本實現(xiàn)了。 20 世紀， - 9 - 渦輪機為發(fā)電機提供的動力得到了持續(xù)快速的增長，同時熱效率也在穩(wěn)定增長，而且大電站每千瓦的資本消耗也在下降。最后，機械工程師們獲得了核能源。這種核能源的應用需要有特別高的可靠性和安全性，這就需要解決許多全新的問題。大型電廠和整個核電站的控制系統(tǒng)已變成高度復雜的電子、流體、電、水力和機械零件的網絡，這一切都涉及到機械工程師的所有學術領域。 小型的內燃機，不論是 往復式（汽油機和柴油機）還是旋轉式（燃氣輪機和旺克爾機），以及它們在運輸領域的廣泛應用也都要歸功于機械工程師們。在整個運輸業(yè)，不論是在空中和太空，還是在陸地和海洋，機械工程師創(chuàng)造了各種設備和動力裝置。他們越來越多地與電氣工程師合作，尤其是在開發(fā)適合的控制系統(tǒng)方面。 軍用武器的開發(fā) 機械工程師應用于戰(zhàn)爭的技術與民用中需要的類似，盡管其目的是增強毀壞力而不是提高生產率。噴氣式飛機和核反應堆就是眾所周知的例子。 生物工程 生物工程是機械工程中一個相對新的和與眾不同的領域，它提供用來替換或增加人體功能的機器以及用來 進行醫(yī)療的設備。人造肢體已被開發(fā)出來，并且具有諸如有力的運動和觸摸反應等人體功能。在人工器官移植手術方面的發(fā)展是迅速的，復雜的心肺機器和類似的設備使越來越復雜的手術得以進行，并使受重傷和重病病人的生命功能得以持續(xù)。 環(huán)境控制 機械工程師的一些最初的努力是要通過抽水來排澇或灌溉土地以及給礦井通風來控制人類的環(huán)境?，F(xiàn)代的制冷和空調廠普遍采用反向的熱引擎，在這些地方動力把熱從冷的地方抽出送到更熱的外部。 很多機械工程的產品以及其他領域的技術發(fā)展對環(huán)境有副作用，產生了噪音，引起了水和空氣的污染，破壞了土地和風景。商 品和動力的生產率提高太快，以致于自然力的再生跟不上步伐。對于機械工程師和他人來說，環(huán)境控制是一個快速發(fā)展的領域，它包括開發(fā)盡可能產生少量污染物的機器和生產工序，以及開發(fā)新的設備和技術來減少和消除已造成的污染。 機械工程的作用 機械工程師有四個通用于上述所有領域的作用。第 1 個作用是理解和研究機械科學的基礎。它包括涉及力和運動的關系的動力學，比如在振動中的力和運動的關系；自動控制；研究各種形式的熱、能量、動力之間關系的熱 - 10 - 力學；流體流動；熱傳遞；潤滑；和材料特性。 第 2 個作用是依次地進行研究、設計和開發(fā)。該作用試 圖進行必要的改變以滿足當前和將來的需要。這一工作不僅要求對機械科學有一個合成和發(fā)明。 第 3 個作用是生產產品和動力，包括計劃、運作和維護。其目的在于維護或提高企業(yè)或機構的較長期的和生存能力聲譽的同時，以最少的投資和消耗生產出最大的價值。 第 4 個作用是機械工程師的協(xié)調作用，包括管理、咨詢、以及在某些情況下進行市場營銷。 在所有這些作用中，體現(xiàn)出一種長期不斷地使用科學的方法，而不是傳統(tǒng)的或直覺的方法的傾向，這是不斷成長的機械工程專門技術的一個方面。這些新的合理化方法的典型名稱有：運籌學、工程經濟學、邏輯學 問題分析（簡稱 然而，創(chuàng)造性是無法合理化的。正如在其他領域一樣，在機械工程中，能夠采取重要的出人意料的并能開創(chuàng)出新方法的能力，仍然具有個人的、即興的特點。 機械工程的未來 機械工程師的數(shù)量依舊快速增長，同時他們所受訓練的時間也在延長并且質量也在提高。然而，工程師們和全體公眾越來越意識到，人口和生活水平的指數(shù)增長正在造成可怕的環(huán)境污染和自然資源消耗問題。這更清楚地表明，所有的技術職業(yè)都有必要考慮開發(fā)和發(fā)展的長期社會效益。人們越來越需要機械工程技術來滿足人類的需求，同時也需要將稀有的原材料的 消耗降到最低，保持一個令人滿意的環(huán)境。 信息時代的機械工程 在 20 世紀 80 年代初期，工程師門曾經認為要加快產品的研制看法，必須進行大量的研究工作。結果是實際上只進行了較少的研究工作，這是因為產品開發(fā)周期的縮短，促使工程師們盡可能的利用現(xiàn)代技術。研制開發(fā)一種創(chuàng)新性的技術并且將其應用在新產品上，使有風險的，并且易于招致失敗。在產品開發(fā)過程中采用較少的步驟是安全的和易于成功的方法。 對于資金和人力都處于全球性環(huán)境中的工程界而言，縮短產品研制開發(fā)周期也是有益的。能夠設計和制造各種產品和制造各種產品的人可以在世 界各地找到。但是，具有創(chuàng)新思想的人則比較難找。對于已經進行 6 個月的研 - 11 - 制開發(fā)工作的人，地里上的距離已經不再是其他人發(fā)現(xiàn)他的障礙。如果你的研發(fā)周期較短，只要仍然保持領先，這種情況并不造成嚴重后果。如果正處于一個長達 6 年的研制開發(fā)過程中期，一個競爭對手了解到你的研究工作的一些信息，這個項目將面臨比較大的麻煩。 工程師們在解決任何問題時都需要進行新的設計這種觀念很快就過時了，在現(xiàn)在設計中的第一步是瀏覽因特網或者其他信息系統(tǒng)，看其他人是否設計了一種類似于你所需要的產品，諸如船東裝置或換熱器等。通過這些信息系統(tǒng)， 你可能發(fā)現(xiàn)有些人已經有了制造圖紙，數(shù)控紙帶和制造你的產品所需要的其他東西。這樣，工程師們就可以把他們的職業(yè)技能集中在尚未解決的問題上。 在解決這些問題時，利用工作站和進入信息高速公路可以大大增強工程小組的能力和效率。這些信息時代的工具可使工程小組利用大規(guī)模的數(shù)據庫。數(shù)據庫中有材料性能 `標準 `技術和成功的設計方案等信息。這些經過驗證的設計可以通過下載直接應用，或者對其進行快速 `簡單的改進來滿足特定的要求。將產品的技術要求通過網絡送出去的遠程制造也是可行的。你可以建立一個沒有任何加工設備的虛擬公司，可以 只是制造商，在產品加工完成后，將其直接送給你的客戶。定期訪問你的客戶可以保證你設計的產品按照設計要求進行工作。盡管這些研制開發(fā)方式不可能對每個公司都完全適用，但是這種可能性是存在的。 過去客戶設計的產品，通常是由小公司制造的。大公司不屑于制造這些產品 者是與客戶設計的小批量大交道?！斑@就是我的產品，”一家大公司這樣說，“這是我們能夠制造出來的最好產品果你不喜歡，順這條街走有一家小公司，它會按你的要求做?！? 今天，因為顧客們又較大的選擇余地，幾乎 所有的市場都是瞄準機會的市場。如果你不能使產品滿足某些特定客戶的要求，你將失去市場份額中的一大部分，或者失去全部份額。由于這些瞄準機會的市場是經常變化的，你告訴應該對市場做出快速的反應。 瞄準機會的市場和根據客戶要求進行設計這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，改變了工程師們未能進行研究工作的方式。今天，研究工作通常是針對解決特定問題進行的。許多有政府資助或者由大公司出資開發(fā)的技術可以在非常低的成本下 - 12 - 輩自由使用盡管這種情況是暫時的，對這些技術進行適當改進后，他們通?？梢员恢苯佑糜诋a品開發(fā)，這使得許多公司可以節(jié)省昂貴的研究經費。在 主要的技術障礙被克服后，研究工作應該主要致力于產品的商品化方面，而不失開發(fā)新的，有趣的，不確定的替換產品。 采用上述觀點看問題，工程研究應該致力于消除將已知的技術快速商品化的障礙。工作的重點是產品的質量和可靠性，這些在當今的顧客的頭腦中是最重要的。很明顯，一個質量差的聲譽是一個不好的企業(yè)的同義詞。企業(yè)應該盡最大的努力來保證客戶得到合格的產品，這個努力包括在生產線的中斷對產品進行嚴格的檢驗和自動更換有缺陷的產品。 研究工作應該著重考慮諸如可靠性等因素對成本帶來的益處，當可靠性提高時制造成本和系統(tǒng)的最終成本將會 降低。如果在生產線的終端產生 30%的廢品，這不僅會浪費金錢，也會給你的競爭對手創(chuàng)造一個利用你的想法制造產品，并且將其銷售給你的客戶良機。 提高可靠性和合降低成本這個過程的關鍵是深入廣泛的利用設計軟件。設計軟件可以使工程師加快每個階段的設計工作。然而，僅僅縮短每個階段的設計時間，可能不會顯著的縮短整個設計的時間。因而，必須致力于并行工程軟件，這樣可以使所有者，即組的成員都能使用共同的數(shù)據庫。 隨著人們步入信息時代，要取得成功，工程師們在技術開發(fā)和技術管理方面都應該具有一些獨特的知識和經驗。成功的工程師們不但一 個具有寬廣的知識和技能，而且還應該是某些關鍵技術或學科的專家，他們還應該在社會因素和經濟因素對市場的影響方面有敏銳的洞察力。將來，花在解決日常工程問題上的費用將會減少，工程師們將會在一些更富有挑戰(zhàn)性，更亟待解決的問題上協(xié)同工作，大大縮短解決這些問題所需要的時間。我們已經開始了工程實踐的新階段。計算機和網絡工程師們具有越來越強的解決問題的能力，這些也給我們的工作帶來很大的希望和喜悅。為了確保成功，我們所使用工具的性能和對更好的產品與系統(tǒng)的不斷追求，應該與標志著在工程方面所有巨大努力的創(chuàng)新工作所帶來的喜悅相適應 。機械工程是一個偉大的行業(yè)，在我們盡可能多的利用了信息時代所提供的機遇后，他將變得更加偉大。