기계 공학의 간략한 역사;
석기 시대 인류가 제조하고 사용하는 각종 돌도끼, 망치, 간단한 도구는 나중에 기계의 선구자였다. 수천 년 전, 인간은 껍질을 벗기고 곡물을 으깨는 연구발과 방앗간, 물을 올리는 오렌지와 풍차, 바퀴가 달린 자동차, 강을 항해하는 배, 노, 노, 방향타를 만들었다. 사용된 동력은 인력에서 축력, 풍력, 수력으로 발전했다. 사용된 재료는 천연 석두, 나무, 흙, 가죽에서 인조 재료로 발전했다. 최초의 인조 재료는 도자기였다. 도기 그릇을 만드는 도기차는 동력, 전동, 일의 세 부분으로 구성된 완전한 기계이다. 송풍기는 인류 사회의 발전에서 중요한 역할을 했다. 강력한 송풍기는 광석에서 금속을 추출할 수 있도록 야금난로를 충분히 높은 온도에 이르게 한다. 서주 시대에는 중국에 제련 주조용 송풍기가 있었다. 15 ~ 16 세기 이전에는 기계공학이 더디게 발전했다. 17 세기 이후 자본주의 상품경제가 영국 프랑스 등 국가에서 급속히 발전하면서 많은 사람들이 각종 공업에 필요한 작업기계를 개선하고 새로운 동력기계인 증기기관을 개발하기 위해 노력하고 있다. 18 세기 후반에 증기 기관의 응용은 광업에서 방직 밀가루 야금 등 산업으로 확대되었다. 기계를 만드는 주요 재료가 점차 목재에서 금속으로 변했다. 기계 제조업이 규모를 형성하기 시작하여 점차 중요한 산업이 되었다. 기계 공학은 장인 개인의 재능과 기술에 주로 의존하는 분산 기술에서 이론화, 체계화, 독립공학 기술로 발전했다. 기계공학은 18 ~ 19 세기 산업혁명과 자본주의 기계의 대규모 생산을 촉진하는 주요 기술적 요인이다.
동력기계의 발전 17 세기 후반, 기계 개선과 석탄, 금속광석에 대한 수요가 증가함에 따라 인력과 축력만으로는 생산량 증가 요구를 충족시킬 수 없었기 때문에 18 세기 초에는 T. Newcomen 의 대기증기기관이 나타나 광산 배수펌프를 구동했다. 1765 년, J. Watt 는 독립 냉응기가 있는 증기기관을 발명하여 연료 소비율을 낮췄다. 178 1 년, 와트는 회전 동력을 제공하는 증기기관을 발명하여 증기기관의 응용 범위를 넓혔다. 증기기관의 발명과 발전은 채굴과 공업 생산 철도 운반기계의 동력을 촉진시켰다. 거의 19 세기의 유일한 동력원이 되었다. 하지만 증기기관과 보일러, 냉응기, 냉각수 시스템은 부피가 커서 사용이 불편하다. 발전소 초기에 증기 엔진은 원동기로 사용되었다. 20 세기 초에는 고효율, 고속, 고출력 증기터빈이 등장했고, 각종 수력자원에 적응하는 크기 전력 터빈도 등장했다. 19 세기 후반에 발명된 내연기관은 해마다 개선되어 무게가 가볍고, 부피가 작고, 효율이 높고, 조작이 편리하며, 언제든지 가동할 수 있는 원동기로 자리잡았다. 내연 기관은 먼저 동력 공급 없이 육지 작업 기계를 구동한 다음 자동차, 이동 기계 (예: 트랙터, 굴착기 등) 에 사용한다. ) 와 기선, 그리고 20 세기 중반에 철도 기관차에 쓰이기 시작했다. 내연 기관과 나중에 발명된 가스 터빈과 제트 엔진도 비행기와 우주선 개발의 성공의 기본 기술 요소 중 하나이다.
가공 기술의 발전
산업혁명 이전에는 기계가 목수를 위해 만든 목재 구조가 많았고, 금속 (주로 강철과 철) 은 기기, 시계, 자물쇠, 펌프, 목재 구조의 작은 부품을 만드는 데만 사용되었다. 금속 가공은 주로 정비사의 세심한 작업에 의지하여 요구의 정확도를 달성한다. 증기 기관의 광범위한 사용과 이후 광산 야금 선박 기관차 등 대형 기계의 발전에 따라 점점 더 많은 금속 부품이 성형과 절단이 필요하며 사용된 금속 재료도 구리 철에서 강철로 발전했다. 가공 (주조, 단조, 용접, 열처리 등 기술 및 장비, 절삭 기술 및 기계, 공구, 게이지 등 포함) ) 발전이 신속하여 생산을 발전시키는 데 필요한 각종 기계 설비의 공급을 보장하였다. 동시에, 생산 로트 크기가 증가하고 정밀 가공 기술이 발전함에 따라 대량의 생산 방식 (부품 호환성, 전문 분업 협력, 조립 라인, 조립 라인 등) 이 발생합니다. ) 모두 승진했다.
기계 공학 기본 이론의 발전;
18 세기 이전에는 기계공 제조기계가 전적으로 개인의 경험과 직감, 솜씨에 의존해 과학과는 큰 관계가 없었다. 18 ~ 19 세기까지 기계공학을 둘러싼 기초이론이 점차 형성되었다. 동력기계는 증기 기관의 발명가 T. savery 의 이론, D. Papan 과 J. Black, 물리학자 S. Cano, W.J.M.Rankin, Kelvin 과 같은 과학과 가장 먼저 결합되었다. 19 세기 초, 기계 중의 기구 구조, 운동 등 기관학은 처음으로 고등공학대학 (파리 이공대) 의 과정으로 등재되었다. 19 세기 후반부터 디자인과 계산에서 재료의 피로를 고려했습니다. 그런 다음 파단 역학, 실험 응력 해석, 유한 요소법, 수학 통계, 컴퓨터 등이 설계 및 계산에 사용됩니다.
기계 공학 서비스 분야:
기계공학의 서비스 분야는 매우 광범위하며, 기계와 공구를 사용하는 모든 부서와 에너지 및 재료 생산에는 기계공학 서비스가 필요하다. 현대 기계 공학은 다섯 가지 주요 서비스 분야를 가지고 있습니다.
1. 열 에너지, 화학 에너지, 원자력, 전기 에너지, 유체 압력 에너지 및 자연 기계 에너지를 응용에 적합한 기계 에너지로 변환하는 다양한 동력 기계 및 기계 에너지를 다른 필수 에너지로 변환하는 에너지 변환 기계를 포함하여 에너지 변환 기계를 개발하고 제공합니다.
2. 농업, 임업, 축산, 어업 기계 및 광업 기계, 다양한 중공업 기계 및 경공업 기계 등 다양한 제품을 생산하는 기계를 개발하고 제공합니다.
3. 자재 취급 기계, 운송 기계, 의료 기계, 사무 기계, 환기, 난방 에어컨 장비 및 먼지 제거, 정화, 소음 감소 등 다양한 서비스에 종사하는 기계를 개발하고 제공합니다.
4. 세탁기, 냉장고, 시계, 카메라, 스포츠 장비 및 엔터테인먼트 장비와 같은 가정 및 개인 생활에 사용되는 기계를 개발하고 제공합니다.
다양한 기계 무기를 개발하고 제공하십시오.
기계공학과 내용
기계 공학의 학과 내용은 다음과 같이 나눌 수 있다.
1. 기계 공학에 직접 적용할 수 있는 엔지니어링 이론의 기초를 수립하고 발전시킨다. 공학역학, 유체역학, 공학재료학, 재료역학, 연소과학, 열전학, 열역학, 마찰 공학, 기계학, 기계원리, 기계부품, 금속기술, 비금속제 기술 등.
2. 새로운 기계 제품을 연구, 설계 및 개발하고, 기존 기계 제품을 개선하고, 현재와 미래의 요구를 충족시키기 위해 차세대 기계 제품을 생산합니다.
3, 생산 시설 계획 및 구현, 생산 계획 및 생산 일정, 제조 기술 준비 및 구현, 제조 기술 및 장비 설계, 노동 쿼터 및 자재 쿼터 결정, 가공, 조립, 포장 및 검사와 같은 기계 제품 생산
4, 기계 제조 기업의 경영 관리 (예: 생산 방식 결정, 제품 판매 및 생산 경영 관리)
5. 기계 제품의 응용 (예: 각 업계에서 사용되는 기계 제품 및 기계 장비의 선택, 주문, 수용, 설치, 조정, 운영, 수리 및 개조)
6. 기계 제품의 제조 및 사용 과정에서 발생하는 환경오염과 천연자원에 대한 과도한 소비 및 관리 조치를 연구합니다.
기계 공학 분기:
기계는 기능에 따라 동력 기계, 분쇄 기계, 운송 기계 및 자재 취급 기계로 나눌 수 있습니다.
서비스업에 따라 농업기계, 화공기계, 광산기계, 방직기계로 나눌 수 있다.
작동 원리에 따라 열력 기계, 터빈 기계, 생체 공학 기계 및 유체 기계로 나눌 수 있습니다.
작동 원리, 기능, 또는 같은 업종에 봉사하는 기계는 같은 문제와 특징을 가지고 있기 때문에 기계공학은 여러 가지 다른 분야를 가지고 있다. 또한 모든 기계는 연구, 개발, 설계, 제조 및 적용 과정에서 서로 다른 작업 특성을 가진 여러 단계를 거칩니다.
이러한 분기 학과 체계는 서로 교차하고 겹치기 때문에 기계공학이 수백 개의 분기 학과로 나눌 수 있다. 예를 들어 동력기계는 기능별로 열력기계, 유체기계, 터빈기계, 왕복기계, 증기동력장치, 원전, 내연 기관, 가스터빈으로 나뉜다. 산업별로 중앙발전소 설비, 공업동력장치, 철도기관차, 해양공사, 자동차공사 등과 복잡한 교차와 겹치는 관계가 있다. 선박용 증기터빈은 동력기계, 열력기계, 유체기계, 터빈기계로 선박동력장치, 증기동력장치, 원자력장치에 속할 수 있다. 시계를 구동하는 데 사용되는 태엽과 망치 장치도 동력기계이지만 열력기계, 유체기계, 터빈 기계 또는 왕복식 기계는 아니다. 다른 분기에도 유사한 겹침 및 겹침 관계가 있습니다. 그러나 실용적 가치는 크지 않다.
전망:
기계공업은 국민경제에 장비를 제공하는 기초산업으로 과학기술의 발전에 따라 변화할 것이다.
기계공학은 생산량을 늘리고, 노동생산성을 높이고, 생산경제를 개선하고, 새로운 기계제품을 연구하고 개발하는 것을 목표로 한다. 미래 시대에 신제품 개발은 자원 소비 감소, 청정 재생 에너지 개발, 환경 오염 통제, 감소, 심지어 제거 등을 초경제의 목표와 임무로 삼을 것이다.
기계는 손과 눈으로 직접 할 수 있는 일을 할 수 있고, 발과 귀로 할 수 있고, 직접 할 수 없는 일을 할 수 있으며, 더 빠르고 더 잘 할 수 있다. 현대 기계 공학은 점점 더 정교하고 복잡한 기계와 기계 장치를 만들어 과거의 많은 환상을 현실로 만들었다.
인류는 이미 하늘과 우주에서 역류하여 바다 깊숙한 곳으로 잠입하고, 멀리서 수백 억 광년을 엿보고, 세포와 분자를 가까이서 관찰할 수 있다. 신흥 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 과학은 인간을 강화시켰고, 일부는 인간의 뇌의 과학기술 수단, 즉 인공지능을 대체했다. 이 새로운 발전은 이미 큰 영향력을 보여 주었고, 앞으로도 사람들이 상상할 수 없는 기적을 계속 창조할 것이다.
인간의 지혜의 증가는 손의 기능을 떨어뜨리는 것이 아니라, 손이 더 많은, 더 정교하고 복잡한 일을 하도록 요구하여 손의 기능을 더욱 촉진시킨다. 손의 연습은 차례로 인간의 두뇌의 지혜를 촉진시켰다. 인간 진화의 전 과정에서, 모든 사람이 성장하는 과정에서, 뇌와 손은 서로 촉진되고 동시에 진화한다.
인공지능과 기계공학의 관계는 뇌와 손의 관계와 비슷하지만, 유일한 차이점은 인공지능의 하드웨어는 기계적으로 제조해야 한다는 것이다. 과거에는 각종 기계들이 인간의 조작과 통제에서 벗어날 수 없었고, 그들의 반응 속도와 조작 정확도는 천천히 진화한 인간의 뇌와 신경계에 의해 제한되었다. 인공지능은 이런 제한을 없앨 것이다. 컴퓨터 과학과 기계 공학의 상호 촉진과 병행 발전은 기계 공학이 더 높은 수준에서 새로운 큰 발전을 시작할 수 있게 할 것이다.
19 세기에는 기계공학에 대한 총지식이 제한되어 유럽의 대학과 대학에서 일반적으로 토목공학과 하나로 융합되어 토목공학이라고 불리며 19 세기 후반이 되어서야 점차 독립된 학과가 되었다. 20 세기에는 기계 공학 기술의 발전과 총지식의 증가로 기계 공학이 분해되기 시작했고, 전문적인 가지가 잇따라 나타났다. 이러한 분해 추세는 20 세기 중반, 즉 제 2 차 세계대전이 끝나기 전후로 정점에 이르렀다.
기계공학의 총지식이 개인의 통제 범위를 훨씬 넘어 확대되어, 약간 큰 프로젝트의 전반을 관찰하고 조정할 수 없고, 기술교류의 범위도 좁아져 신기술의 생성과 기술의 전반적인 진보를 방해하고, 외부 조건의 변화에 대한 적응력이 매우 떨어진다. 폐쇄된 전문가의 지식 범위는 너무 좁고, 문제가 너무 전문적이어서 협동작업을 조율하기 어렵고, 지속적인 자기학습과 향상에 불리하다. 그래서 20 세기 중후반부터 전면적인 추세가 나타났다. 사람들은 기초 이론을 더욱 중시하고, 전문 분야를 넓히고, 과도하게 차별화된 전공을 합병한다.
통합-전문 차별화-재통합의 반복순환은 지식 발전의 합리적이고 필요한 과정이다. 각기 다른 학과의 전문가들은 뛰어난 전문지식과 충분한 종합 지식을 갖추고 있어 다른 학과의 문제와 프로젝트의 전반적인 면모를 인식하고 이해함으로써 함께 노력하는 강력한 집단을 형성할 수 있다.
종합과 전공은 다층적이다. 기계 공학의 종합성과 전문성에 모순이 있다. 종합공학 기술에도 종합적이고 전문적인 문제가 있다. 사회과학, 자연과학, 공학기술을 포함한 모든 인류지식에도 더 높은 수준의 거시적인 종합성과 전문적인 문제가 있다.
메카트로닉스:
메카트로닉스 기술 및 메카트로닉스 제품의 총칭은 메카트로닉스 제품에 마이크로 전자 부품 및 기술을 도입 한 후에 형성됩니다. 메카트로닉스 기술이라고도 하는 메카트로닉스 기술은 기계 공학, 마이크로전자 기술, 정보 처리 기술 등 다양한 기술을 하나로 통합한 시스템 기술입니다. 메카트로닉스 제품은 기계 일체화 기술을 이용하여 설계된 하드웨어 및 소프트웨어 시스템을 갖춘 다기능 독립 실행형 또는 완전한 장치로, 일반적으로 기계 본체, 마이크로전자 장치, 센서 및 실행기로 구성됩니다. 메카트로닉스 기술은 기계 공학 (예: 기계, 기계 가공, 정밀 기술 등) 을 포함한다. ), 전기 및 전자 기술 (예: 전자기학, 컴퓨터 기술, 전자 회로 등). ) 및 * * * 기술 (예: 시스템 기술, 제어 기술 및 센서 기술 등). ). 메카트로닉스 제품은 주로 상품 생산 (예: 로봇, 자동화 생산 라인, 공장 등) 을 포함한다. ), 상품 유통 (예: CNC 포장 기계 및 시스템, 마이크로 컴퓨터 제어 운송 기계 및 CNC 건설 기계 및 장비 등). ), 상품 창고 판매 (예: 자동 창고, 자동 계량 판매 및 현금 처리 시스템 등). ), 사회 서비스 (예: 자동화 사무 기계 및 의료 환경 보호 시설 등). ) 가족, 과학 연구, 농림목어업, 항공우주, 국방. 메카트로닉스 크게 기계 산업의 기술 구조, 제품 구조, 기능 및 구성, 생산 방식 및 관리 시스템을 변경 했습니다.
일본 재계는 최초로 1970 쯤에' 메카트로닉스 기술' 이라는 개념을 제시했다. 당시 그들은 그것을' 메카트로닉스' 라고 불렀는데, 기계 기술과 전자 기술의 결합이었다. 컴퓨터 기술의 급속한 발전과 광범위한 응용으로 메카트로닉스 기술은 유례없는 발전을 이루었고, 상호 연관된 시스템 기술로 보편적으로 분해되어 컴퓨터와 정보 기술, 자동 제어 기술, 센서 감지 기술, 서보 구동 기술 및 기계 기술을 하나로 통합했으며, 광학 메카트로닉스 방향으로 발전하여 응용 범위가 날로 확대되고 있다.
메카트로닉스 기술은 구체적으로 다음을 포함합니다:
1. 기계 기술: 기계 기술은 기계 일체화의 기초이다. 기계 기술의 중점은 어떻게 메카트로닉스 기술에 적응하고, 다른 첨단 기술을 이용하여 개념을 쇄신하고, 구조, 재료, 성능의 변화를 실현하며, 무게를 줄이고, 부피를 줄이고, 정확도를 높이고, 강성을 높이고, 성능을 향상시키는 요구를 충족시키는 것이다. 메카트로닉스 시스템 제조 과정에서 고전적인 기계 이론과 기술은 컴퓨터 지원 기술에 의존해야 하며 정보 교환, 액세스, 연산, 판단 및 의사 결정, 인공지능 기술, 전문가 시스템 기술, 신경망 기술은 모두 컴퓨터 정보 처리 기술에 속한다.
2. 시스템 기술: 시스템 기술은 전체적인 개념으로 각종 관련 기술을 조직하고 응용하여 전체를 여러 개의 상호 연관된 기능 단위로 분해하는 것이다. 인터페이스 기술은 시스템 기술의 중요한 측면이며, 시스템 각 부분의 유기적 연결을 보장하는 것입니다.
자동 제어 기술: 광범위한 적용 범위. 제어 이론의 지도 하에 시스템 설계, 설계 후 시스템 시뮬레이션 및 현장 디버깅을 수행합니다. 제어 기술에는 고정밀 위치 제어, 속도 제어, 어댑티브 제어, 자체 진단 및 보정, 보정, 복제 및 검색이 포함됩니다.
4. 감지 감지 기술: 감지 감지 감지 기술은 시스템의 감각 기관으로 자동 제어 및 조정의 관건입니다. 기능이 강할수록 시스템의 자동화 수준이 높아집니다. 현대공학은 센서가 빠르고 정확하게 정보를 얻고 열악한 환경의 시련을 견딜 수 있도록 하는 것이 메카트로닉스 시스템의 높은 수준의 보증이다.
5. 서보 전동 기술: 전기, 공압, 유압 등 다양한 유형의 전동장치를 포함한다. 서보 시스템은 전기 신호에서 기계적 동작으로의 변환을 실현하는 부품과 구성요소로, 시스템의 동적 성능, 제어 품질 및 기능에 결정적인 영향을 미칩니다.
메카트로닉스 시스템 구성 요소:
1. 매커니즘: 매커니즘에는 프레임, 기계 연결, 기계 전동 등이 포함됩니다. 메카트로닉스 기반이며, 시스템의 다른 기능 단위를 지원하고 움직임과 동력을 전달하는 역할을 합니다. 순수 기계 제품에 비해 기계 일체화 시스템의 기술적 성능과 기능이 향상되어 기계 구조, 재료, 가공 공예, 형상 치수 등에 맞게 기계 본체가 필요하며 고효율, 다재다능함, 신뢰성, 에너지 절약, 작은 크기, 경량, 미관 등의 특징을 갖추고 있습니다.
2. 감지 감지 섹션: 감지 감지 센서 섹션에는 다양한 센서와 해당 신호 감지 회로가 포함되며, 이는 메카트로닉스 시스템 작동 중 외부 환경과 관련된 매개변수 변경을 감지하고 정보를 전자 제어 장치로 전달하는 데 사용됩니다. 전자 제어 장치는 감지된 정보에 따라 실행자에게 적절한 제어를 전송합니다.
3. 전자제어장치: 전자제어장치는 리듬이라고도 하며, 그에 상응하는 지시를 내려 전체 시스템을 목적 있게 통제한다.
4. 실행기: 실행기의 역할은 전자제어장치의 지시에 따라 기계 부품의 동작을 구동하는 것이다. 액추에이터는 일반적으로 전기, 기압 및 유압으로 구동되는 운동 부품입니다.
5. 전원 공급 장치: 전원 공급 장치는 시스템 제어 요구 사항에 따라 기계 시스템에 에너지와 동력을 공급하여 시스템이 정상적으로 작동하도록 하는 메카트로닉스 제품의 에너지 공급 부분입니다. 에너지를 제공하는 방식은 전기, 공압에너지, 유압에너지입니다. 여기서 전기는 주요 에너지입니다.
기계 공학 및 인간 생활 환경;
공학기술의 발전은 인간의 물질문명과 생활수준을 높이는 동시에 자연환경도 파괴한다. 20 세기 중반 이후 가장 두드러진 문제는 자원, 특히 에너지의 대량 소비와 환경오염이다. 미래의 기계 신제품의 R&D 는 자원 소비 감소, 순수 재생 에너지 및 통제, 환경 오염 감소, 제거 등을 중요한 임무로 삼을 것이다.
기계 공학의 전문화와 통합;
19 세기 후반에 기계공학은 독립된 학과가 되었다. 분해 추세는 20 세기 중반 (제 2 차 세계대전이 끝나기 전후) 에 절정에 달했다. 기계공학의 총지식이 한 사람의 장악 범위를 훨씬 넘어서기 때문에, 약간 큰 프로젝트의 전모와 전반을 관찰하고 조정할 수 없고, 기술교류의 범위가 좁아져 신기술의 출현과 기술의 전반적인 진보를 가로막고, 외부 조건의 변화 (예: 신기술, 신소재, 신상품의 출현, 재료와 반제품의 공급, 가격의 변화) 에 대한 적응력이 떨어진다. 이에 따라 20 세기 중후반부터 기계공학은 통합화 추세를 보이고 있다. 사람들은 기초 이론을 더욱 중시하고, 전문 분야를 넓히고, 과도하게 차별화된 전공을 합병한다.