مهندسی مکانیک شاخه‌ای از رشته‌های مهندسی که حاصل تلفیق ریاضیات و فیزیک مهندسی با دانش مواد است و سروکار با طراحی، آنالیز و برپایی سیستم‌های مکانیکی دارد را مهندسی مکانیک می‌نامند.
درواقع این رشته از کهن‌ترین و وسیع‌‌ترین بخش‌های علوم مهندسی است و بعضا به عنوان مادر علوم مهندسی از آن یاد می‌شود. فراگیری مهندسی مکانیک نیازمند درک و احاطه بر مفاهیمی‌چون مکانیک، دینامیک، دانش مواد، ترمودینامیک، الکتریسیته و آنالیز سازه‌ها است.
به علاوه مفاهیم پایهای فوق الذکر، مهندسین مکانیک بایستی توانایی استفاده از ابزارهایی چون طراحی و تولید به کمک رایانه برای مدیریت چرخه عمر محصولات برای مواردی مانند طراحی سیستم‌های گرمایش و خنک‌کننده، تجهیزات صنعتی و ماشین آلات، هواپیما، شناورها، ترابری، رباتیک، تجهیزات پزشکی، جنگ‌افزار و… داشته باشند.
نخستین بار مهندسی مکانیک طی انقلاب صنعتی در قرن ۱۸ میلادی در اروپا به عنوان یک بخش مهندسی مجزا رواج یافت؛ اما درواقع توسعه آن در دنیا طی اعصار مختلف و چندین هزار سال به طول انجامیده است. شاخه‌ی مهندسی مکانیک در طی قرن ۱۹ میلادی در نتیجه پیشرفت‌های چشمگیر فیزیک رشد چشمگیری پیدا کرد. این دانش به صورت پیوسته‌ای تکامل یافته تا با پیشرفت‌های فناوری هر عصر تطبیق یافته و آنان را را به‌کار گیرد. به عنوان مثال مهندسان مکانیک عصر حاضر در پی گسترش این دانش در رشته‌هایی چون مواد مرکب و کمامپوزیت، مکاترونیک و نانوتکنولوژی هستند.
“جهت آموزش piping در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید”
تاریخچه مهندسی مکانیک
کاربردهای متعدد مهندسی مکانیک را می‌شود در تاریخچه‌ی جوامع مختلف باستانی و یا قرون وسطی مشاهده کرد. در زمان‌های قدیم، در مناطق خاور نزدیک شش ماشین ساده و ابتدایی توسط دانشمدان و صنعت‌پیشگان به خوبی شناخته شده بودند.
گُوِه و سطح شیب دار هر دو از دوران پیش از تاریخ مورد شناخت افراد بوده‌اند. سازوکار چرخ و محور در پمج هزار سال قبل از میلاد در بین‌النهرین برای اولین بار اختراع گردید. در حدود 3 هزار سال پیش از میلاد سازوکار ابتدایی اهرم در خاور نزدیک برای استفاده در ترازوی ساده، و در مصر برای حرکت دادن اشیاء و قطعات بزرگ سنگ و مصالح حجیم به‌وجود آمد، همچنین در حدود 3000 سال قبل از میلاد در منطقه‌ی بین‌النهرین، اهرم در نخستین ماشین متشابه به جرثقیل‌های امروزی به نام شادوف که برای بالا بردن آب در چاه‌ها بکار برده می‌شد، مورد استفاده بود. قدیمی‌ترین اسناد و آثار به‌جا مانده در مورد قرقره‌ها به اوایل هزاره دوم پیش از میلاد مسیح در منطقه‌ی بین‌النهرین برمی‌گردد.
اولین انواع از ماشین‌های کاربردی که به وسیله‌ی نیروی آب عمل می‌کردند به عنوان مثال چرخ آبی و آسیاب آبی در قرن ۴ پیش از میلاد در امپراتوری ایران در کشورهای ایران و عراق امروزی، پدیدار گشتند.
هدف از ایجاد مهندسی مکانیک
در جوامع غربی علم مهندسی مکانیک تحت نفوذ تحقیق‌ها و کارهای ارشمیدس دانشمند شهیر یونان کهن قرار گرفته‌است. در عصر سلطه رومیان بر مصر، نخستین ماشینی که به وسیله‌ی نیروی بخار فعالیت می‌کرد به‌نام آیولیپایل توسط فردی به‌نام هرون اسکندرانی طراحی ساخته شد.
در عصر طلایی تمدن اسلامی (قرون ۷ تا ۱۵ میلادی)، مخترعین و دانشمندان اسلامی تأثیر قابل توجهی بر فن‌آوری علم مکانیک گزاردند. یکی از نامی‌ترین آنان فردی به‌نام بدیع الزمان ابوالعز بن اسماعیل نویسنده‌ی کتاب معروف و اثرگذار «مبانی نظری و عملی مهندسی مکانیک در تمدن اسلامی» را در سال۱۲۰۶ به نگاشت درآورد و طرح‌های مکانیکی فراوان و مهمی از دانشمندین و مهندسین دوره‌ی طلایی اسلامی را ارائه داد. جَزَری همچنین معمولا به‌عنوان اولین طراح ابزارهای تخصصی چون میل‌لنگ و میل‌بادامک که در ماشین‌های پیشرفته‌ی امروزه اساس اکثر سازوکارهای مکانیکی می‌باشند، شناخته می‌شود.
در قرن ۱۷ میلادی پیشرفت‌های بسیارمهمی‌در اصول پایهای و اساسی مهندسی مکانیک در انگلستان را شاهد بودیم. در طی این سد‌ه اسحاق نیوتن قوانین پایهای و انقلابی حرکت نیوتن را ارائه داد و اساس حساب دیفرانسیل و انتگرال را، که درواقع پایه‌ی ریاضیِ علم فیزیک می‌باشند، ابداع نمود. در آغاز نیوتن در چاپ و نشر کار‌ها و نتایج تحقیقات خود بسیار مردد بود، لکن، در انتها با پافشاری و اصرارتنی چند از همکارانش مانند ادموند‌هالی او متقاعد به چاپ آثارش شد و نهایتا جامعه‌ی بشری از این آثار گرانبها برخوردار گشت. لایبنیتس نیز به‌عنوان مبتکر و پایه‌گذار انتگرال و حساب دیفرانسیل در این عصر شناخته می‌شود.
در اوایل انقلاب صنعتی قرن میلادی۱۹، ساخت ماشین ابزارهای به نسبت پیچیده در کشورهای انگلستان، آلمان و اسکاتلند توسعه چشمگیری یافت. این امر موجب شناخته شدن هرچه بیشتر مهندسی مکانیک به عنوان رشته‌ای مجزا در میان رشته‌های فراوان مهندسی گردید. در نتیجه این پیشرفت، انواع ماشین‌های ساخت و تولید و گستره‌ی فراوانی از موتور‌ها در جهت به حکت درآوردن و نیرو دادن به این ماشین‌ها پدید آمدند. اولین انجمن تخصصی مهندسان مکانیک به‌نام “مؤسسه مهندسان مکانیک” در ۱۸۴۷ در انگلستان شکل گرفت. در اروپا، یو‌هان فون زیمرمن اولین کارخانه ویژه‌ی ساخت و تولید ماشین تراش را در سال ۱۸۴۸ در شهر کمنیتس آلمان تاسیس کرد.
مهندسی مکانیک و انواع گرایش‌های آن
در آغاز عصر آموزش مهندسی در ایران، رشته مکانیک با برق یکجا تدریس می‌شد و آن را الکترومکانیک می‌نامیدند. نهایتا درحدود ۴۵ سال قبل این دو رشته از یکدیگر جدا گشتند و با گذشت زمان رشته‌های مهندسی دیگر همانند مهندسی شیمی و مواد هم از مهندسی مکانیک مشتق شد؛ اما با پیشرفت صنعت در گذر زمان و نیاز هرچه بیشتر صنایع به تخصص‌های متفاوت در این زمینه، از مهندسی مکانیک عمومی دو گرایش اصلی «طراحی جامدات» و «حرارت و سیالات» و سپس «ساخت و تولید» خارج شد.
گرایش سیالات مهندسی مکانیک
این گرایش به صورت کلی در به‌کاربردن تکنولوژی و علوم مربوطه در جهت محاسبه و طراحی اجزاء سیستم‌هایی که برپایه‌ی تبدیل انرژی، انتقال حرارت و همچنین جرم است؛ کارایی کافی را در اختیار متخصصان و مهندسین می‌گذارد و آن‌ها را برای فعالیت در صنایع متفاوت و زمینه‌های مختلف مهندسی مکانیک در شاخه‌ی حرارت و سیالات آماده می‌سازد. فارغ‌التحصیلان این گرایش توانایی طراحی و محاسبه سیستم‌ها و اجزا در اکثر بخش‌های صنایع مانند نیروگاه‌های حرارتی و آبی، صنایع غذایی، صنایع خودروسازی، نفت، ذوب فلزات و غیره هستند.به طور کلی مهندسین فارغ‌التحصیل گرایش حرارت و سیالات توانایی این را دارند که تا مقطع کارشناسی ارشد و دکتری به ادامه تحصیل در داخل یا خارج از کشور بپردازند. داوطلبان و متقاضیان شرکت در این رشته بایستی بر دروس ریاضی و فیزیک تسلط ویژه داشته و حداقل با یک زبان خارجی آشنا باشند.
گرایش جادمات در مکانیک
هدف اصلی این گرایش مهندسی مکانیک، متخصصان و مهندسانی است که بتوانند در مرکزهای تولید و کارخانجات اجزاء و مکانیزم ماشین‌آلات مختلف را تولید و طراحی کنند. درس های این گرایش شامل درس های نظری، آزمایشگاهی، کارگاهی و پروژه و کارآموزی است. فارغ‌التحصیل های مهندسی مکانیک گرایش جامدات می‌توانند در کارخانجات مختلف مثل خودروسازی، صنایع نفت، ذوب فلزات، قطع سازی‌ها، صنایع غذایی و البته غیره مشغول شوند و برای این گرایش امکان ادامه تحصیل تا سطح کارشناسی ارشد و دکتری در داخل ویا خارج از کشور نیز وجود دارد. موفقیت داوطلبان به آگاهی آن‌ها در دروس جبر و مثلثات، هندسه، جبر خطی، معادلات دیفرانسیل، تحلیل عددی فیزیک و مکانیک همچنین آشنایی و تسلط آن ها به زبان خارجی بستگی فراوان دارد. از جمله درس های این دوره می‌توان به درس های ریاضیات مهندسی، محاسبات عددی، مقاومت مصالح، طراحی و دینامیک و کنترل و ارتعاشات و دینامیک ماشین و استاتیک، طراحی اجزا، طراحی قالب و هیدرولیک را نام برد. در این رشته زمینه اشتغال و بازارکار بسیار خوب وجود دارد و مطالب ارائه شده در طول تحصیل برای دانشجو ها محسوس و البته قابل لمس است و نیاز به توانایی حل مسئله و کار به کمک نرم افزار های کامپیوتری نیز دارد.
ساخت و تولید
در این گرایش هدف اساسی تربیت کارشناسانی است که بتوانند با استفاده از تکنولوژی‌های مربوط ریخته‌گری، جوشکاری، به ابزارسازی، فرم دادن فلزات، طراحی کارگاه‌ها یا کارخانجات تولیدی آماده کار در زمینه ساخت و تولید ماشین‌آلات صنعتی باشند. مهندسین فارغ‌التحصیل گرایش ساخت و تولید خواهند توانست در صنایعی همچون ابزارسازی، صنایع کشاورزی، ماشین‌سازی، صنایع هوایی خودروسازی و تسلیحاتی به فعالیت بپردازند و نظارت و بهره‌برداری و اجرای صحیح پروژه‌ها را برعهده بگیرند. داوطلبان و علاقمندان این گرایش بایستی در دروس فیزیک، ریاضی و مکانیک از آگاهی و مهارت کافی برخوردار باشند. دروسی که در گرایش ساخت وتولید ارائه می‌شوند به طور کلی شامل مطالبی درباره‌ی نحوه تولید، طراحی قید و بند‌ها، طراحی قالب‌های پرس، اصول کلی و نحوه کار با ماشین‌های دستی، کار و برنامه‌ریزی با ماشین‌های اتوماتیک و تعمیر و نصب تمام سرویس‌ها و سیستم‌های صنعتی می‌باشد و درصد بالایی از این دروس به صورت عملی و کارگاهی ارائه می‌شود.
گرایش دریا
مهندسی دریا رشته‌ای از گرایشات مهندسی مکانیک است که هدف اصلی آن پرورش و تربیت کارشناسان و مهندسین جهت محاسبه، طراحی و ساخت اجزا و قطعاتی است که اساس کار آن‌ها برپایه‌ی شناوری در آب و حرکت می‌باشد که شامل بندرسازی، اسکله‌سازی، کشتی‌سازی، فراساحل و غیره می‌شود. ارشمیدس به صورت سنتی به عنوان اولین مهندس دریایی شناخته می شود که در عصر باستان عامل توسعه تعداد قابل توجهی سیستم مهندسی دریایی شده است. مهندسی مدرن دریایی به ابتدای انقلاب صنعتی برمی گردد.
زمینه فعالیت مهندسان مکانیک
در ادامه برخی از زمینه‌های فعالیت در شاخه مهندسی مکانیک مه در مجتمع فنی و آموزشگاه‌ها تدریس می‌شود را معرفی میکنیم:
در زمینه‌ی طراحی
- تجهیزات دوار مانند توربوماشین‌ها (توربین‌ها، پمپ‌ها، کمپرسور‌ها، دمنده‌ها و …)
- موتور‌های درون‌سوز، موتور جت و موتور موشک
- مخزن‌های تحت فشار، رآکتور‌های شیمیایی و رآکتور‌های هست‌های
- مبدل‌های حرارتی (بویلر‌ها، کندانسور‌ها، اواپراتور‌ها و …)
- سامانه‌های لوله‌کشی
- طراحی کانال‌های عبور جریان سیال
- طراحی اجزای مکانیکی در سیستم‌ها نظیر چرخ دنده‌ها، کلاچ‌ها، ترمز‌ها، پیچ‌ها، تسمه‌ها، زنجیر‌ها، کابل‌ها، فنر‌ها، یاتاقان‌ها، بادامک‌ها
- طراحی سازه‌های دینامیکی و استاتیکی
- طراحی سیستم‌های تعلیق و سیستم‌های جذب ارتعاشات
- طراحی دینامیکی سیستم‌ها
- طراحی مخزن‌ها
- طراحی مبدل‌های حرارتی
در زمینه‌ی تحلیل
- خزش، خستگی و شکست دستگاه‌ها
- CFD
- انتقال گرما
- ارتعاشات مکانیکی
- کمانش ستون‌ها، تیر‌ها، ورق و پوسته‌ها
- تحلیل خیز و انحراف در تیر‌ها
- تحلیل سیستم‌های تبدیل انرژی
- تحلیل استاتیک و دینامیک سیالات
- تحلیل سینماتیک و دینامیک جریان‌های سیال
- تحلیل سیکل جریان سیال در هواپیما‌ها و وسایل جریان پایدار نظیر نازل‌ها و دیفیوزر‌ها
- تحلیل موتور‌های احتراق داخلی
- تحلیل تنش و کرنش (کشش، فشار، برش، خمش و پیچش)
- تحلیل معیار‌های درونی شکست اجسام
در زمینه‌ی آزمایش
- آزمایش کیفیت، بهبود عملکرد و قابلیّت اطمی‌نان فراورده‌ها، دستگاه‌ها و فرایند‌ها
- آزمون‌های غیرمخرب
در زمینه‌ی فرایند‌های ساخت و تولید
- فرایند‌های ماشین‌کاری سنتی
- فرایند‌های ماشین‌کاری غیر سنتی
- فرایند‌های شکل‌دهی
- طراحی و ساخت قالب‌ها
- روش‌های اتصال و جوشکاری
- عملیات حرارتی
- روش‌های ریخته‌گری
- مترولوژی و سیستم‌های اندازه‌گیری
زمینه‌های نوین
- فناوری نانو
- دینامیک سیالات محاسباتی
- پلاستیسیته محاسباتی
- پرینتر‌های سه بعدی
- روش اجزاء محدود غیر خطی
- الاستیسیته
- خستگی
- مواد هوشمند
- روباتیک
- روتور دینامیک
- روان کاری
- سیستم‌های دارو رسانی در ابعاد نانو
- سیستم‌های می‌کرو و نانو سیالاتی
- ارتعاشات سیستم‌های غیر خطی
- ارتعاشات سیستم‌های پیوسته
- ارتعاشات سیستم‌های تصادفی
- عیب‌یابی سیستم‌های مکانیکی
- باتری‌های الکتریکی
- می‌کروتوربوماشین‌ها
- پیل‌های سوختی
- انرژی‌های نو
- مکانیک محیط‌های پیوسته
- مکانیک ضربه
- کنترل فازی
- کنترل مقاوم
مشکلات و آینده شغلی مهندسان مکانیک
چشم‌انداز آینده شغلی مهندسی مکانیک، امیدبخش و روشن است. به عنوان مثال، در آمریکا، رشد شغل‌ها و حرفه‌های تخصصی مرتبط با مهندسی مکانیک، هر ساله حدود ۱۶٪ (۳۵ هزار شغل) می‌باشد و انتظار این می‌رود این روند رشد تا سال‌های آینده باقی بماند. مهندسان تحصیل کرده در رشته مکانیک از زمان‌های گذشته تا به امروز، بیشتر در قسمت‌های صنعتی ذیل نقش عمد‌های ایفا می‌کنند:
خودروسازی، هوافضا، فناوری نانو، رایانه و الکترونیک، ساختمان‌سازی، واحد‌های شیمیایی، رباتیک، انواع فراورده‌های مصرفی، انرژی، مشاوره مهندسی و بخش‌های دولتی.
همینطور در صنعت پزشکی و داروسازی، فرصت‌های شغلی جذابی برای مهندسین مکانیک به وجود آمده است؛ فرصت‌های شغلی این رشته در ایران به نسبت رشته‌های دیگر بسیار مناسب است.
اصلی ترین مباحث در مهندسی مکانیک
- استاتیک
- دینامیک
- ساخت و تولید
- مقاومت مصالح
- طراحی اجزاء ماشین
- ترمودینامیک
- ممکانیک سیالات
- انتقال حرارت
- ارتعاشات مکانیکی
- دینامیک ماشین
- کنترل خودکار و روباتیک
- مدار‌های الکتریکی آنالوگ
- تبدیل انرژی الکتریکی
- علم مواد
- ریاضیات مهندسی
- تحلیل عددی
- معادلات دیفرانسیل
- جبرخطی
- محاسبات عددی
برخی از نرم افزارهای مهندسی مکانیک
- NX (Unigraphics) (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
- Catia (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
- SolidWorks (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAM/CAD/CAE)
- Creo (Pro/Engineer) (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD/CAM/CAE)
- Autodesk inventor (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
- Autodesk Autocad (نرم‌افزار طراحی به‌صورت دو بعدی 2D CAD)
- Autodesk Autocad Mechanical (نرم‌افزار طراحی مکانیکی قطعات)
- Solid Edge (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت سه‌بعدی 3D CAD)
- Microstation (نرم‌افزار طراحی قطعات به‌صورت دو بعدی 2D CAD)
- Autodesk Autocad MEP (نرم‌افزار ترسیم نقشه تأسیسات ساختمان)
- Autodesk Autocad P&ID (نرم‌افزار ترسیم نقشه پایپینگ و ابزار دقیق)
- Autodesk Autocad Plant (نرم‌افزار طراحی پلنت)
نظرات بسته شده اند.