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機(jī)械工程
mechanical engineering
以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決在開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械中的全部理論和實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用學(xué)科。機(jī)械是現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù)的五大要素（人、資金、能源、材料和機(jī)械）之一，并參與能量和材料的生產(chǎn)。
發(fā)展簡(jiǎn)史 石器時(shí)代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡(jiǎn)單工具是后來(lái)出現(xiàn)的機(jī)械的先驅(qū)。幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用于提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動(dòng)力由人力發(fā)展到畜力、風(fēng)力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動(dòng)力、傳動(dòng)和工作3個(gè)部分的完整機(jī)械 。鼓風(fēng)器對(duì)人類社會(huì)發(fā)展起了重要作用。強(qiáng)大的鼓風(fēng)器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時(shí)期，中國(guó)就已有了冶鑄用的鼓風(fēng)器。15～16世紀(jì)以前，機(jī)械工程發(fā)展緩慢。17世紀(jì)以后，資本主義商品經(jīng)濟(jì)在英、法等國(guó)迅速發(fā)展，許多人致力于改進(jìn)各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機(jī)械和研制新的動(dòng)力機(jī)械——蒸汽機(jī)。18世紀(jì)后期，蒸汽機(jī)的應(yīng)用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉和冶金等行業(yè)。制作機(jī)械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機(jī)械制造工業(yè)開(kāi)始形成，并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機(jī)械工程從分散性的、主要依賴匠師個(gè)人才智和手藝的技藝發(fā)展成為有理論指導(dǎo)的、系統(tǒng)的和獨(dú)立的工程技術(shù)。機(jī)械工程是促成18～19世紀(jì)的工業(yè)革命和資本主義機(jī)械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。
動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展 17世紀(jì)后期，隨著機(jī)械的改進(jìn)，煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應(yīng)生產(chǎn)提高的要求，于是在18世紀(jì)初出現(xiàn)了T.紐科門(mén)的大氣式蒸汽機(jī)，用以驅(qū)動(dòng)礦井排水泵。1765年，J.瓦特發(fā)明了有分開(kāi)凝汽器的蒸汽機(jī)，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī)，擴(kuò)大了蒸汽機(jī)的應(yīng)用范圍。蒸汽機(jī)的發(fā)明和發(fā)展，促進(jìn)礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和搬運(yùn)機(jī)械動(dòng)力化。幾乎成為19世紀(jì)唯一的動(dòng)力源。但蒸汽機(jī)及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應(yīng)用不便。19世紀(jì)末，電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)開(kāi)始發(fā)展和推廣。20世紀(jì)初，電動(dòng)機(jī)已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機(jī)，成為驅(qū)動(dòng)各種工作機(jī)械的基本動(dòng)力。發(fā)電站初期應(yīng)用蒸汽機(jī)為原動(dòng)機(jī)；20世紀(jì)初，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機(jī)，也出現(xiàn)了適應(yīng)各種水力資源的大、小功率的水輪機(jī)。19世紀(jì)后期發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過(guò)逐年改進(jìn)，成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時(shí)啟動(dòng)的原動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃機(jī)最初用于驅(qū)動(dòng)沒(méi)有電力供應(yīng)的陸上工作機(jī)械，以后又用于汽車、移動(dòng)機(jī)械（如拖拉機(jī)、挖掘機(jī)械等）和輪船，20世紀(jì)中期開(kāi)始用于鐵路機(jī)車。內(nèi)燃機(jī)和以后發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，還是飛機(jī)、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。
機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展 工業(yè)革命以前，機(jī)械大都是由木工手工制成的木結(jié)構(gòu)，金屬（主要是鋼和鐵）僅用以制造儀器、鐘表、鎖、泵和木結(jié)構(gòu)機(jī)械上的小型零件。金屬加工主要靠機(jī)匠的精工細(xì)作以達(dá)到需要的精度。隨著蒸汽機(jī)的廣泛使用以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機(jī)車等大型機(jī)械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來(lái)越多，所用金屬材料由銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。機(jī)械加工（包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術(shù)及其設(shè)備以及切削加工技術(shù)和機(jī)床、刀具、量具等）迅速發(fā)展，從而保證了發(fā)展生產(chǎn)所需要的各種機(jī)械裝備供應(yīng)。同時(shí)，隨著生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)了大量生產(chǎn)方法（零件互換性生產(chǎn)
、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等）的形成。
機(jī)械工程基礎(chǔ)理論的發(fā)展 18世紀(jì)以前，機(jī)械匠師全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、直覺(jué)和手藝進(jìn)行機(jī)械制作，與科學(xué)幾乎無(wú)關(guān)。直到18～19世紀(jì)才逐漸形成圍繞機(jī)械工程的基礎(chǔ)理論。動(dòng)力機(jī)械最先與科學(xué)相結(jié)合，如蒸汽機(jī)的發(fā)明人T.薩弗里和瓦特應(yīng)用物理學(xué)家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學(xué)家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開(kāi)爾文在蒸汽機(jī)實(shí)踐的基礎(chǔ)上建立起一門(mén)新的學(xué)科——熱力學(xué)等。19世紀(jì)初，研究機(jī)械中機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)等的機(jī)構(gòu)學(xué)第一次列為高等工程學(xué)院（巴黎的工藝學(xué)院）的課程。從19世紀(jì)后半期起已開(kāi)始設(shè)計(jì)計(jì)算考慮材料的疲勞。隨后斷裂力學(xué)、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析、有限元法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)等相繼被用在設(shè)計(jì)計(jì)算中。
服務(wù)領(lǐng)域 機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域很廣，凡使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門(mén)，無(wú)不需要機(jī)械工程的服務(wù)?，F(xiàn)代機(jī)械工程有5大服務(wù)領(lǐng)域 ：①研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械，包括將熱能、化學(xué)能、原子能、電能、流體壓力能和天然機(jī)械能轉(zhuǎn)換為適合于應(yīng)用的機(jī)械能的各種動(dòng)力機(jī)械，以及將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為所需要的其他能量的能量變換機(jī)械。②研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械，包括農(nóng)、林、牧、漁業(yè)機(jī)械和礦山機(jī)械以及各種重工業(yè)機(jī)械和輕工業(yè)機(jī)械等。③研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械，如物料搬運(yùn)機(jī)械，交通運(yùn)輸機(jī)械，醫(yī)療機(jī)械，辦公機(jī)械，通風(fēng)、采暖和空調(diào)設(shè)備以及除塵、凈化、消聲等環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。④研制和提供家庭和個(gè)人生活用的機(jī)械，如洗衣機(jī)、電冰箱、鐘表、照相機(jī)、運(yùn)動(dòng)器械和娛樂(lè)器械等。⑤研制和提供各種機(jī)械武器。
學(xué)科內(nèi)容 機(jī)械工程的學(xué)科內(nèi)容，按工作性質(zhì)可分為以下方面：①建立和發(fā)展可實(shí)際和直接應(yīng)用于機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。如工程力學(xué)、流體力學(xué)、工程材料學(xué)、材料力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、熱力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等。②研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新機(jī)械產(chǎn)品，改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和未來(lái)的需要。③機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，如生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度、編制和貫徹制造工藝、設(shè)計(jì)和制造工藝裝備、確定勞動(dòng)定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗(yàn)等。④機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理，如確定生產(chǎn)方式、產(chǎn)品銷售以及生產(chǎn)運(yùn)行管理等。⑤機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用，如選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維修和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械產(chǎn)品和成套機(jī)械設(shè)備。⑥研究機(jī)械產(chǎn)品在制造和使用過(guò)程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染和自然資源過(guò)度耗費(fèi)問(wèn)題及處理措施。
學(xué)科分支 機(jī)械按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、粉碎機(jī)械、交通運(yùn)輸機(jī)械和物料搬運(yùn)機(jī)械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、化工機(jī)械、礦山機(jī)械和紡織機(jī)械等；按工作原理可分為熱力機(jī)械、透平機(jī)械、仿生機(jī)械和流體機(jī)械等。相同的工作原理，相同的功能或服務(wù)于同一產(chǎn)業(yè)的機(jī)械有相同的問(wèn)題和特點(diǎn)，因此機(jī)械工程就有幾種不同的分支學(xué)科體系。另外，全部機(jī)械在研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)若干工作性質(zhì)不同的階段，依此，機(jī)械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個(gè)分支系統(tǒng)，如機(jī)械科研、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械運(yùn)用和維修等。這些分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉、互相重疊，使機(jī)械工程可能分化成上百個(gè)分支學(xué)科。例如按功能分的動(dòng)力機(jī)械，與按工作原理分的熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、蒸汽動(dòng)力裝置、核動(dòng)力裝置，內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，以及按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動(dòng)力裝置、鐵路機(jī)車、船舶輪機(jī)工程、汽車工程等有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，也是熱力機(jī)械、流體機(jī)械和透平機(jī)械，屬于船舶動(dòng)力裝置、蒸汽動(dòng)力裝置，也可能屬于核動(dòng)力裝置。而驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘用的發(fā)條和重錘裝置也是動(dòng)力機(jī)械，但不是熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械或往復(fù)機(jī)械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關(guān)系。分析這種復(fù)雜關(guān)系，研究機(jī)械工程最合理的分支系統(tǒng)，有一定的知識(shí)意義，但實(shí)用價(jià)值不大。
展望 機(jī)械工業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備的基礎(chǔ)工業(yè)，將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生變化。
機(jī)電一體化 機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品的統(tǒng)稱，是在機(jī)電產(chǎn)品中引入微電子元器件和技術(shù)之后形成的。機(jī)電一體化技術(shù)又稱機(jī)械微電子技術(shù)，是機(jī)械工程、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)融合成的一種系統(tǒng)技術(shù)。機(jī)電一體化產(chǎn)品是運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的一種帶有軟、硬件系統(tǒng)的多功能的單機(jī)或成套裝置，通常由機(jī)械本體、微電子裝置、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。機(jī)電一體化技術(shù)涉及的學(xué)科有機(jī)械工程（如機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械加工和精密技術(shù)等）、電工與電子技術(shù)（如電磁學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子電路等）、共性技術(shù)（如系統(tǒng)技術(shù)、控制技術(shù)和傳感器技術(shù)等）。機(jī)電一體化產(chǎn)品主要有商品生產(chǎn)用（如機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線和工廠等）、商品流通用（如數(shù)控包裝機(jī)械及系統(tǒng)、微機(jī)控制交通運(yùn)輸機(jī)具和數(shù)控工程機(jī)械設(shè)備等）、商品貯存銷售用（如自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)稱量和銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng)等）、社會(huì)服務(wù)性（如自動(dòng)化辦公機(jī)械和醫(yī)療及環(huán)保等自動(dòng)化設(shè)施等）和家庭、科研、農(nóng)林牧漁、航空航天及國(guó)防等用的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和構(gòu)成、生產(chǎn)方式和管理體系等發(fā)生巨大變化。
機(jī)械工程與人類生存環(huán)境 工程技術(shù)的發(fā)展在提高人類物質(zhì)文明和生活水平的同時(shí)，也對(duì)自然環(huán)境起破壞作用。20世紀(jì)中期以來(lái)，最突出的問(wèn)題是資源，尤其是能源的大量消耗和對(duì)環(huán)境的污染。未來(lái)，機(jī)械新產(chǎn)品的研制將以降低資源耗費(fèi)，發(fā)展純凈的再生能源，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為重要任務(wù)。
機(jī)械工程專業(yè)化和綜合化 19世紀(jì)下半葉，機(jī)械工程成為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開(kāi)始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。分解趨勢(shì)在20世紀(jì)中期（第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前后）達(dá)到最高峰。由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非一個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過(guò)度的專業(yè)化造成知識(shí)過(guò)分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化（如新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品的出現(xiàn)、材料與半成品的供應(yīng)及價(jià)格變化等）的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過(guò)狹，考慮問(wèn)題過(guò)專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此，從20世紀(jì)中、后期開(kāi)始，機(jī)械工程又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地關(guān)注基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過(guò)細(xì)的專業(yè)。