CALM/arwiki huggingface dataset:
الميكاترونيك هو مزيج من الميكانيكا والإلكترونيات. إنه فرع متعدد التخصصات من الهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية وهندسة البرمجيات يهتم بدمج الهندسة الكهربائية والميكانيكية لإنشاء أنظمة هجينة. بهذه الطريقة ، يمكن أتمتة الآلات من خلال استخدام المحركات الكهربائية وآليات المؤازرة والأنظمة الكهربائية الأخرى جنبًا إلى جنب مع البرمجيات الخاصة. من الأمثلة الشائعة على نظام الميكاترونكس محرك الأقراص المضغوطة. تفتح الأنظمة الميكانيكية محرك الأقراص وتغلقه ، وتدير القرص المضغوط وتحرك الليزر ، بينما يقرأ النظام البصري البيانات الموجودة على القرص المضغوط ويحولها إلى وحدات بت. بينما يتحكم برنامج مدمج في العملية وينقل محتويات القرص المضغوط إلى الكمبيوتر.
الروبوتية هي تطبيق للميكاترونكس لإنشاء الروبوتات ، والتي غالبًا ما تستخدم في الصناعة لأداء مهام خطيرة أو غير محببة أو متكررة. قد تكون هذه الروبوتات بأي شكل وحجم ، ولكن جميعها مبرمجة مسبقًا وتتفاعل ماديًا مع العالم. لإنشاء روبوت ، يستخدم المهندس عادة الكينماتيك (لتحديد نطاق حركة الروبوت) والكيناتيك (لتحديد الاجهادات داخل الروبوت).
تستخدم الروبوتات على نطاق واسع في الهندسة الصناعية. فهي تسمح للشركات بتوفير اجور العمالة ، وأداء المهام التي تكون إما شديدة الخطورة أو دقيقة للغاية ويصعب علي البشرادائها علي نحو اقتصاديًا ، ولضمان جودة أفضل. تستخدم العديد من الشركات خطوط تجميع من الروبوتات ، خاصة في صناعات السيارات ويتم تشغيل بعض المصانع آليًا بحيث يمكن تشغيلها ذاتيا. و بعيدا عن المصنع ، تم استخدام الروبوتات في التخلص من القنابل واستكشاف الفضاء والعديد من المجالات الأخرى. تُباع الروبوتات أيضًا لمختلف التطبيقات الاجتماعية، من الترفيه إلى الاستخدامات المنزلية.
تحليل المنشآت.
التحليل الإنشائي هو فرع من فروع الهندسة الميكانيكية (وكذلك الهندسة المدنية) مكرس لدراسة لماذا وكيف تنهار الاجسام والعناصر الانشائية ولإصلاح الأشياء وأدائها. تحدث الانهيارات في الهياكل الانشائية تبعا لنموذجين رئيسيين: الانهيار الاستاتيكي ، وانهيارحد الكلال. يحدث انهيارالمنشآت الاستاتيكي ، عند التحميل (مع تطبيق القوة) ، فينكسر االجسم الذي يتم تحليله أو يتشكل تشكلا لدناً ، اما الانهياربالكلال. فيحدث عندما ينهار جسم ما بعد عدد من دورات التحميل والتفريغ المتكررة. يحدث الكلال بسبب عيوب في الجسم فعلى سبيل المثال يبدأ بشق مجهري على سطح الجسم ، ثم يأخذ في التوسع قليلاً مع كل دورة (انتشار) حتى يصبح الشق كبيرًا بما يكفي لإحداث الانهيار النهائي. [47]
لا يتم تعريف الانهيار ببساطة على أنه عندما ينكسر أحد الأجزاء ؛ ولكمن تعريفه عندما لا يعمل جزء على النحو المصمم . بعض الأنظمة ، مثل الأجزاء العلوية المثقبة لبعض الأكياس البلاستيكية ، مصممة للقطع. فإذا استعصت علي القطع ، فقد يتم استخدام تحليل الانهيار لتحديد السبب.
غالبًا ما يستخدم المهندسون الميكانيكيون التحليل الإنشائي بعد حدوث عطل ما ، أو عند التصميم لمنع الانهيار. غالبًا ما يستخدم المهندسون المستندات والكتب عبر الإنترنت مثل تلك التي نشرتها [ASM 48] لمساعدتهم في تحديد نوع الفشل والأسباب المحتملة.
بمجرد تطبيق النظرية على التصميم الميكانيكي ، غالبًا ما يتم إجراء الاختبار المادي للتحقق من النتائج المحسوبة. يمكن استخدام التحليل الإنشائي في المكتب عند تصميم الأجزاء ، أو في الميدان لتحليل الأجزاء التالفة ، أو في المختبرات حيث قد تخضع الأجزاء لاختبارات انهيار مقننة.
الديناميكا الحرارية والعلوم الحرارية.
الديناميكا الحرارية هي علم تطبيقي يستخدم في العديد من فروع الهندسة ، بما في ذلك الهندسة الميكانيكية والكيميائية. الديناميكا الحرارية ، في أبسط صورها ، هي دراسة الطاقة واستخدامها وتحويلها من خلال نظام ما. عادةً ما تهتم الديناميكا الحرارية الهندسية بتغيير الطاقة من شكل إلى آخر. على سبيل المثال ، تقوم محركات السيارات بتحويل الطاقة الكيميائية من الوقود إلى حرارة ، ثم إلى عمل ميكانيكي يؤدي في النهاية إلي تدوير العجلات.
يتم استخدام مبادئ الديناميكا الحرارية من قبل المهندسين الميكانيكيين في مجالات نقل الحرارة ، والموائع الحرارية ، وتحويل الطاقة. يستخدم المهندسون الميكانيكيون العلوم الحرارية لتصميم المحركات ومحطات الطاقة ، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) ، االمبادلات الحرارية ، والمشتتات الحرارية ، والمشعات ، والتبريد ، والعزل ، وغيرها.
التصميم والصياغة.
الصياغة أو الرسم الفني هو الوسيلة التي يصمم بها المهندسون الميكانيكيون المنتجات ويضعون تعليمات التصنيع للأجزاء. يمكن أن يكون الرسم الفني نموذجًا حاسوبيًا أو مخططًا مرسومًا يدويًا يوضح جميع الأبعاد اللازمة لتصنيع جزء ، بالإضافة إلى ملاحظات التجميع ، وقائمة بالمواد المطلوبة ، وغيرها من المعلومات ذات الصلة. [51] يمكن الإشارة إلى المهندس الميكانيكي الأمريكي أو العامل الماهر الذي يقوم بإنشاء الرسومات الفنية كمحرر أو رسام. كانت الصياغة تاريخياً عملية ثنائية الأبعاد ، لكن برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) تسمح الآن للمصمم بالإنشاء في ثلاثة أبعاد. و ينم تغذية التعليمات الخاصة بتصنيع الجزء المطلوب الي الماكينة المحددة، إما يدويًا ، من خلال تعليمات مبرمجة ، أو من خلال استخدام التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) أو برنامج CAD / CAM المدمج. وقد يقوم المهندس أيضًا بتصنيع جزء يدويًا باستخدام الرسومات الفنية. ومع ذلك ، مع ظهور التصنيع باستخدام الحاسب الآلي (CNC) ، يمكن الآن تصنيع الأجزاء دون الحاجة إلى تدخل الفننيين . تتضمن عمليات التصنيع اليدويً بشكل عام ، الطلاء بالرش ، والتشطيبات السطحية ، والعمليات الأخرى التي لا يمكن أن تقوم بها الآلة اقتصاديًا أو عمليًا. تستخدم الصياغة في كل فرع من فروع الهندسة الميكانيكية تقريبًا ، وفي العديد من فروع الهندسة والعمارة الأخرى. تُستخدم النماذج ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها باستخدام برنامج CAD بشكل شائع أيضًا في تحليل العناصر المحدودة (FEA) وديناميكيات الموائع الحسابية (CFD).
ادوات حديثة.
بدأت العديد من شركات الهندسة الميكانيكية ، وخاصة تلك الموجودة في الدول الصناعية ، في دمج برامج الهندسة بمساعدة الكمبيوتر (CAE) في عمليات التصميم والتحليل الحالية ، بما في ذلك التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) للنمذجة ثنائية وثلاثية الأبعاد. تتمتع هذه الطريقة بالعديد من الفوائد ، بما في ذلك التصور الأسهل والأكثر شمولاً للمنتجات ، والقدرة على إنشاء تجميعات افتراضية للأجزاء ، وسهولة الاستخدام في تصميم العلاقات التجميعية والتجاوزات.
تتضمن برامج CAE الأخرى التي يشيع استخدامها من قبل المهندسين الميكانيكيين أدوات إدارة دورة حياة المنتج (PLM) وأدوات التحليل المستخدمة لأداء عمليات المحاكاة المعقدة. يمكن استخدام أدوات التحليل للتنبؤ باستجابة المنتج للأحمال المتوقعة ، بما في ذلك حد الكلال وقابلية التصنيع. تتضمن هذه الأدوات تحليل العناصر المحدودة (FEA) ، وديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) ، والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM).
باستخدام برامج CAE ، يمكن لفريق التصميم الميكانيكي تكرار عملية التصميم بسرعة وبتكلفة زهيدة لتطوير منتج يلبي بشكل أفضل متطلبات التكلفة والأداء والمحددات الأخرى. لا يلزم إنشاء نموذج أولي مادي حتى يقترب التصميم من الاكتمال ، مما يسمح بتقييم مئات أو آلاف التصميمات ، بدلاً من عدد قليل نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبرامج تحليل CAE نمذجة الظواهر الفيزيائية المعقدة التي لا يمكن حلها يدويًا ، مثل اللزوجة المرنة أو الاتصال المعقد بين عناصرالازدواجات أو التدفقات اللانيوتونية.
عندما تبدأ الهندسة الميكانيكية في الاندماج مع التخصصات الأخرى ، كما يتجلي في الميكاترونكس ، يتم استخدام تحسين التصميم متعدد التخصصات (MDO) مع برامج CAE الأخرى لأتمتة عملية التصميم التكراري وتحسينها. استخدام أدوات MDO مع عمليات CAE الحالية ، يسمح بمواصلة تقييم المنتج علي مدار اليوم حتى بعد عودة الباحث إلى المنزل . كما أنهم يستخدمون خوارزميات تحسين متطورة لاستكشاف التصاميم الممكنة بشكل أكثر ذكاءً ، وغالبًا ما يجدون حلولًا أفضل ومبتكرة لمشاكل التصميم متعددة التخصصات الصعبة.
يدفع المهندسون الميكانيكيون باستمرار حدود ما هو ممكن ماديًا من أجل إنتاج آلات وأنظمة ميكانيكية أكثر أمانًا وأرخص واعلي كفاءة. بعض التقنيات في طليعة الهندسة الميكانيكية مذكورة أدناه (انظر أيضًا الهندسة الاستكشافية).
الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS).
\يتم تصنيع المكونات الميكانيكية علي المستوي المجهري مثل النوابض والتروس وأجهزة نقل السوائل والحرارة من مجموعة متنوعة من مواد الركيزة مثل السيليكون والزجاج والبوليمرات مثل SU8. من أمثلة مكونات نظام MEMS مقاييس التسارع التي تُستخدم كأجهزة استشعار للوسادة الهوائية في السيارة ، وهواتف خلوية حديثة ، وجيروسكوبات لتحديد المواقع بدقة وأجهزة ميكروفلويديك المستخدمة في التطبيقات الطبية الحيوية.
اللحام الاحتكاكي (FSW).
تم اكتشاف اللحام بالاحتكاك، وهو نوع جديد من اللحام ، في عام 1991 من قبل معهد اللحام (TWI). تلك الطريقة المبتكرة التي تصنف ضمن طرق اللحام في الحالة الصلبة ، اي بدون صهر، تمكننا من وصل مواد كانت غير قابلة للحام بالطرق التقليدية ، بما في ذلك العديد من سبائك الألومنيوم. إنه يلعب دورًا مهمًا في البناء المستقبلي للطائرات ، ويحتمل أن يحل محل المسامير. تشمل الاستخدامات الحالية لهذه التقنية حتى الآن لحام طبقات الخزان الخارجي من مكوك الفضاء الخارجي من الألومنيوم ، ومركبة Orion Crew ، ومركبات Boeing Delta II و Delta IV القابلة للاستهلاك ، وصاروخ SpaceX Falcon 1 ، وطلاء الدروع للسفن الهجومية البرمائية ، ولحام أجنحة وألواح جسم الطائرة لطائرة Eclipse 500 الجديدة من Eclipse Aviation من بين مجموعة متزايدة من الاستخدامات.
المركبات أو المواد المركبة هي مزيج من المواد التي توفر خصائص فيزيائية مختلفة عن خواص أي مادة داخلة في تركيبها على حدة. تركز أبحاث المواد المركبة في الهندسة الميكانيكية عادةً على تصميم (وبالتالي ، إيجاد تطبيقات) مواد أقوى أو أكثر صلابة أثناء محاولة تقليل الوزن ، وقابلية التآكل ، وعوامل أخرى غير مرغوب فيها. على سبيل المثال ، تم استخدام المركبات المقواة بألياف الكربون في تطبيقات متنوعة مثل المركبات الفضائية وقضبان الصيد.
ميكاترونكس.
الميكاترونكس هو مزيج تآزري من الهندسة الميكانيكية والهندسة الإلكترونية وهندسة البرمجيات. بدأ تخصص الميكاترونكس كطريقة للجمع بين المبادئ الميكانيكية والهندسة الكهربائية. تستخدم مفاهيم الميكاترونيك في غالبية الأنظمة الكهروميكانيكية. من التطبيقات الكلاسيكية للميكاترونيك في مجال الحساسات والقياس، مقاييس الضغط والمزدوجات الحرارية ومحولات الضغط.
ان تقنية النانو ماهي الا الهندسة الميكانيكية عند تطبيقها علي اصغر المقاييس وهي المستوي الجزيئي أو الذري ، فأحد الاهداف المرجوة من تقنية النانوهو إنشاء مُجمِّع جزيئي لبناء الجزيئات والمواد عن طريق التخليق الميكانيكي. ، يظل هذا الهدف ضمن الهندسة الاستكشافية. تشمل مجالات أبحاث الهندسة الميكانيكية الحالية في مجال تكنولوجيا النانو المرشحات النانوية ، [56] والأغشية النانوية ، [57] والبنى النانوية ، [58] من بين أمور أخرى.
تحليل العنصرالمحدودة.
تحليل العناصر المحدودة هو أداة حسابية تستخدم لتقدير الإجهاد والانفعال والتشوه المرن في الأجسام الصلبة. يستخدم تمثبلا شبكيًا بأحجام محددة بواسطة المصمم لقياس الكميات المادية في العقدة. وكلما زاد عدد العقد ، زادت الدقة. [59] هذا المجال ليس جديدًا ، لأن أساس تحليل العناصر المحدودة (FEA) أو طريقة العناصر المحدودة (FEM) يعود إلى عام 1941. ولكن تطور أجهزة الكمبيوتر جعل FEA / FEM خيارًا قابلاً للتطبيق لتحليل المشكلات الهيكلية. تستخدم العديد من الرموز التجارية مثل NASTRAN و ANSYS و ABAQUS على نطاق واسع في الصناعة للبحث وتصميم المكونات. أضافت بعضبرامج النمذجة ثلاثية الأبعاد وحزم برامج CAD وحدات FEA. في الآونة الأخيرة ، أصبحت منصات المحاكاة السحابية مثل SimScale أكثر شيوعًا.
يتم استخدام تقنيات أخرى مثل طريقة الفروق المحدودة (FDM) وطريقة الحجم المحدود (FVM) لحل المشكلات المتعلقة بنقل الحرارة والكتلة ، وتدفق الموائع ، وتفاعل سطح المائع ، إلخ.
الميكانيكا الحيوية هي تطبيق المبادئ الميكانيكية على الأنظمة البيولوجية ، مثل البشر والحيوانات والنباتات والأعضاء والخلايا. [60] تساعد الميكانيكا الحيوية أيضًا في تكوين الأطراف الاصطناعية والأعضاء الاصطناعية للإنسان. ترتبط الميكانيكا الحيوية ارتباطًا وثيقًا بالهندسة ، لأنها غالبًا ما تستخدم العلوم الهندسية التقليدية لتحليل الأنظمة البيولوجية. يمكن لبعض التطبيقات البسيطة لميكانيكا نيوتن وعلوم المواد أن توفر التقريبات الصحيحة لميكانيكا العديد من الأنظمة البيولوجية.
في العقد الماضي ، اكتسبت الهندسة العكسية للمواد الموجودة في الطبيعة مثل مادة العظام تمويلًا في الأوساط الأكاديمية. تم تحسين بنية مادة العظام بغرض تحمل قدر كبير من اجهاد الضغط لكل وحدة وزن. [61] الهدف هو استبدال الفولاذ الخام بالمواد الحيوية للتصميم الإنشائي.
على مدار العقد الماضي ، دخلت طريقة العناصر المحدودة (FEM) أيضًا إلى قطاع الطب الحيوي لتسليط الضوء على جوانب هندسية أخرى للميكانيكا الحيوية. منذ ذلك الحين ، رسخت FEM نفسها كبديل للتقييم الجراحي في الجسم الحي وحصلت على قبول واسع من الأوساط الأكاديمية. تكمن الميزة الرئيسية للميكانيكا الحيوية الحاسوبية في قدرتها على تحديد الاستجابة التشريحية الداخلية للجسم ، دون التعرض للقيود الأخلاقية. وقد أدى ذلك إلى أن تصبح نماذج FE منتشرة في كل مكان في العديد من مجالات الميكانيكا الحيوية بينما اعتمدت العديد من المشاريع فلسفة المفتوحة المصادر المفتوحة (مثل BioSpine).
ديناميكا الموائع الحسابية.
ديناميات الموائع الحسابية ، عادة ما يتم اختصارها باسم CFD ، هي فرع من ميكانيكا الموائع تستخدم الطرق والخوارزميات العددية لحل المشكلات التي تنطوي على تدفقات الموائع وتحليلها. تُستخدم أجهزة الكمبيوتر لإجراء الحسابات المطلوبة لمحاكاة تفاعل السوائل والغازات مع الأسطح المحددة بشروط حدودية. [63] باستخدام أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة ، يمكن الوصول إلى حلول أفضل. ينتج عن الأبحاث الجارية برامج تعمل على تحسين دقة وسرعة سيناريوهات المحاكاة المعقدة مثل التدفقات المضطربة. يتم إجراء التحقق الأولي من مثل هذا البرنامج باستخدام نفق هوائي مع إجراء التحقق النهائي في اختبار شامل ، على سبيل المثال اختبارات الطيران.
هندسة الصوتيات.
الهندسة الصوتية هي واحدة من العديد من التخصصات الفرعية الأخرى للهندسة الميكانيكية وهي تطبيق الصوتيات. الهندسة الصوتية هي دراسة الصوت والاهتزاز. يعمل المهندسون بشكل فعال للحد من التلوث الضوضائي في الأجهزة الميكانيكية والمباني عن طريق عزل الصوت أو إزالة مصادر الضوضاء غير المرغوب فيها. يمكن أن تتراوح دراسة الصوتيات من تصميم أكثر كفاءة للسمع أو الميكروفون أو سماعة الرأس أو استوديو التسجيل إلى تحسين جودة الصوت في قاعة الأوركسترا. تتعامل الهندسة الصوتية أيضًا مع اهتزاز الأنظمة الميكانيكية المختلفة.
القصر الإمبراطوري أو المدينة المحرّمة (بالـصينية: 紫禁城) والتي تعني المدينة القرمزية المحرّمة، من المعالم التاريخية لمدينة بكين. يقع القصر في قلب المدينة، وعلى الشمال من ميدان "تيانانمن. صنفته منظمة اليونيسكو ضمن التراث الثقافي العالمي. يعتبر من أهم الأماكن السياحية في الصين.
يقع القصر الإمبراطوري وسط مدينة بكين. وكان مقر إقامة الأباطرة من أسرتي "مينغ" ثم "تشينغ". ويشتهر بـ"المدينة المحرمة". استغرق تشييده 14 سنة (1406-1420 م). ويعتبر أكبر مجموعة من القصور القديمة المحفوظة في الصين.
يوجد في القصر الإمبراطوري حوالي مليون قطعة من التحف الفنية النادرة. وأصبح اليوم متحفا شاملا يجمع بين الفنون المعمارية القديمة والآثار الإمبراطورية والفنون القديمة المختلفة.
تحتل المدينة المحرمة مساحة تقارب 720,000 م². ويبلغ طولها من الجنوب إلى الشمال 960 م وعرضها من الشرق إلى الغرب 750 م. ويصل إجمالي مساحة مبانيها إلى أكثر من 150,000 م²، يضم المجمع أكثر من 800 مبني وحوالي 8700 غرفة.
يحيط بالمدينة المحرمة سور يبلغ ارتفاعه 10 م، ويوجد خارج هذا السور نهر اصطناعي يبلغ عرضه 52 م ويسمى "نهر هو تشنغ" أي نهر الدفاع عن المدينة. وعلى كل ركن من أركان السور المحيط بالمدينة المحرمة مقصورة جميلة ورائعة. وكانت هياكل هذه المقصورات معقدة للغاية. ويصفها الناس بإنها مكونة من تسعة دعامات وثمانية عشر عمودا واثنتين وسبعين دعامة فرعية.
يعود اسم المدينة المحرمة إلى الصينية حيث تسمى(Zijin Cheng)
هذه الأيام يطلق على المدينة(Gùgōng)أو القصر السابق .
تعاقب على "المدينة المحرمة" 42 إمبراطورا (في عهد أسرتي مينغ وتشينغ)، وسيطر هؤلاء الحكام على الصين لمدة 491 سنة.
أطاحت ثورة عام 1911 م بحكم أسرة "تشينغ"، وحسب الاتفاقية "التفضيلية لعائلة تشينغ الملكية" التي وقعتها الحكومة الوطنية وديوان أسرة تشينغ، تم السماح للإمبراطور الأخير "بوئي" بالإقامة في الجزء الداخلي من القصر الإمبراطوري.
في عام 1914، أصبح الجزء الأمامي من القصر الإمبراطوري مفتوحا أمام الجماهير . وفي عام 1924 م طُرد آخر الأباطرة بوئي من القصر الإمبراطوري نهائيا. ثم فتح الجزء الداخلي للجماهير عام 1925 م، وتم تسميته بـ"متحف القصر الإمبراطوري "، ثم وفي عام 1947 م، دمج الجزءان الأمامي والداخلي تحت نفس المسمى دائما("متحف القصر الإمبراطوري").
بعد تأسيس جمهورية الصين الشعبية عام 1949، ظل الحزب والحكومة الصينية يهتمان بمتحف القصر الإمبراطوري، ويرصد كل سنة مبلغ خاص لإصلاحه وإعادة ترميمه. وفي عام 1961، صنفه مجلس الدولة الصيني وحدة أثرية محمية هامة على مستوى البلاد كدفعة أولى. وأدرج في قائمة التراث الثقافي التي حددتها منظمة اليونسكو التابعة للأمم المتحدة عام 1987 م.
وفقا للوظائف المختلفة، تنقسم المدينة المحرمة إلى جزئين وهما:
لم تدرك أسرتا منغ وشينغ اللتان حكمتا الصين في القرن الـ15 الميلادي أن قصورهم الفخمة المعروفة بالمدينة المحرمة وسط بكين ستكون يوما من الأيام مستباحة للسياح بعد أن كانت محرمة على الشعب الصيني حتى إن ما في داخلها ظل مجهولا بل مادة للخرافات والقصص والتأويلات إلى العام 1925 عندما فتحت أمام الجمهور لأول مرة.
من بوابة كبيرة يتدفق عشرات آلاف السياح من مختلف أنحاء العالم يوميا على هذه المدينة التي تسمى أيضا "حديقة القصر" للوقوف على حقبة من أكثر حقب التاريخ إبداعا وازدهار تكشف عنه المباني المصممة من كتل حجرية نحتت يدويا وساحات رصفت أيضا بقطع حجرية كثيرة النقوش ما يدل على أن جهدا ووقتا كبيرين بذلا من أجل إنجازها.
ويطغى على القصور والمباني الأخرى الملحقة بها اللونان الأصفر والأحمر اللذان يحتلان مساحة كبيرة في الثقافة الصينية لأن الأول ارتبط بالأسر الحاكمة التي احتكرته لنفسها وغير مسموح للعامة باستخدامه بينما يمثل الأحمر لونا لحسن الطالع والتبريك.
وتفصل بين القصور المتراصة في شكل سلسلة وكلها تفتح في اتجاه الجنوب كما هو سائد في الثقافة الصينية منذ القدم، ساحات تتسع للآلاف تستخدم عادة للعروض العسكرية والمهرجانات الإمبراطورية. كما شيدت منازل على أطراف سور المدينة الذي يبلغ ارتفاعه عشرة أمتار ويقال إنها كانت مخصصة للصف الثاني من أمراء الأسرة الحاكمة.
ألمانيا هي جمهورية اتحادية تتكون من ست عشرة ولاية تُدعى بشكل شائع وغير رسمي . بما أن ألمانيا الحالية تشكلت من مجموعة سابقة من عدة ولايات، فإن لديها دستوراً اتحادياً، بموجبه تحتفظ الولايات المؤسسة للدولة بقدر من السيادة والإدارة الذاتية. بالنظر إلى المساحة الجغرافية تسمى كلاً من برلين وهامبورغ بولاية-مدينة (Stadtstaaten)، وكذلك مدينة بريمن الهانزية الحرة التي تضم مدينتي بريمن وبريمرهافن. تسمى الولايات الـ 13 المتبقية Flächenländer.
تم إنشاء جمهورية ألمانيا الاتحادية في عام 1949 من خلال توحيد الولايات الغربية (التي كانت في السابق تحت الإدارة الأمريكية والبريطانية والفرنسية) حيث قُسّمت في أعقاب الحرب العالمية الثانية. في عام 1949 كانت ولايات الجمهورية الاتحادية هي بادن، وبافاريا، وبريمن، وهامبورغ، وهسن، وساكسونيا السفلى، وشمال الراين-وستفاليا، وراينلند بالاتينات، وشلسفيغ هولشتاين، وفورتمبيرغ-بادن (حتى 1952)، وفورتمبيرغ-هوهنزولرن (حتى 1952). رغم أن برلين الغربية لم تكن جغرافياً جزءاً من جمهورية ألمانيا الاتحادية، إلا أنها كانت تعتبر جزءاً منها بحكم الأمر الواقع.
بعد استفتاء في عام 1952 اندمجت بادن وفورتمبيرغ-بادن لتكوّنا ولاية بادن-فورتمبيرغ. في عام 1957 انضمت محمية سار إلى الجمهورية الاتحادية لتكون ولاية سارلاند. مع إعادة توحيد ألمانيا في عام 1990 انضمت جمهورية ألمانيا الديمقراطية (ألمانيا الشرقية) إلى الجمهورية الاتحادية، مما أدى إلى انضمام الولايات الشرقية المعاد تأسيسها وهي براندنبورغ، ومكلنبورغ فوربومرن، وساكسونيا، وساكسونيا أنهالت، وتورينغن، وبرلين بعد إعادة توحيد شقيها الغربي والشرقي (تُسمى هذه الولايات الخمس بالولايات الجديدة). في عام 1996 فشل استفتاء إقليمي لدمج برلين مع براندنبورغ المحيطة بها لتشكّلا معاً ولاية تُسمى"برلين-براندنبورغ" فشل هذه الاستفتاء بالوصول إلى الأغلبية اللازمة في براندنبورغ، في حين كان صوت أغلبية سكان برلين لصالح الاندماج.
النظام الاتحادي هو واحد من المبادئ الدستورية الراسخة لألمانيا. وفقا للدستور الألماني (القانون الأساسي (Grundgesetz))، فإن بعض القضايا مثل الشؤون الخارجية والدفاع، هي مسؤولية حصرية بالهيئات الاتحادية (على سبيل المثال الحكومة الاتحادية)، في حين تقع الشؤون الأخرى تحت السلطة المشتركة للولايات والاتحاد. تحتفظ الولايات بسلطة تشريعية متبقية لجميع المجالات الأخرى، بما في ذلك "الثقافة"، التي لا تشمل في ألمانيا فقط مواضيع مثل الترويج المالي للفنون والعلوم، ولكن أيضًا معظم أشكال التعليم والتدريب الوظيفي. على الرغم من أن العلاقات الدولية، بما في ذلك المعاهدات الدولية، تقع في المقام الأول على عاتق المستوى الاتحادي، إلا أن الولايات لها سلطات محدودة معينة في هذا المجال: ففي المسائل التي تؤثر عليها بشكل مباشر، تدافع الولايات عن مصالحها على المستوى الاتحادي من خلال البوندسرات (المجلس الاتحادي) وفي المناطق التي يتمتعون فيها بسلطة تشريعية لديهم صلاحيات محدودة لإبرام المعاهدات الدولية "بموافقة الحكومة الاتحادية".
بعد عام 1945 تم تشكيل ولايات جديدة في جميع مناطق الاحتلال الأربعة. في عام 1949 شكلت الولايات في المناطق الغربية الثلاث جمهورية ألمانيا الاتحادية. وهو عكس ما حدث في النمسا، حيث تم تأسيس الاتحاد (Bund) أولاً، ثم تم إنشاء الولايات الفردية كوحدات تابعة للدولة الاتحادية.
يعود استخدام مصطلح "ولايات" (Länder) إلى دستور فايمار عام 1919. وقبل هذا الوقت كانت الولايات المؤسّسة للقيصرية الألمانية تسمى "دول" (Staaten). ويشيع اليوم استخدام المصطلح "ولاية اتحادية" (Bundesland). رغم أن هذا المصطلح لم يُستخدم لا بموجب دستور 1919 ولا بموجب القانون الأساسي (الدستور) عام 1949. تُسمّي ثلاث مقاطعات نفسها باسم الولايات الحرة /المستقلة (Freistaaten، وهو تعبير ألماني قديم لـ "الجمهورية"): بافاريا (منذ 1919)، ساكسونيا (منذ عام 1919 ومرة أخرى منذ عام 1990)، وتورنغن (منذ عام 1994). هناك القليل من الاستمرارية بين الولايات الحالية وأسلافها في جمهورية فايمار باستثناء الولايات الحرة الثلاث، وهامبورغ وبريمن.
يظل موضوع إعادة ترسيم الحدود للولايات موضع جدل في ألمانيا، حيث ورغم وجود "اختلافات كبيرة بين الولايات الأمريكية والحكومات الإقليمية في الاتحادات الأخرى لايوجد دعوات جدية للتغيرات الإقليمية" في تلك البلدان الأخرى. يلخص الكاتب "آرثر غونليكس" الحجج الرئيسية لإصلاح الحدود في ألمانيا: "النظام الألماني للاتحادية المزدوجة يتطلب وجود ولايات قوية تتمتع بالقدرة الإدارية والمالية لتنفيذ التشريعات ودفع ثمنها من إيرادات المصادر الخاصة. كما أن العديد من الولايات تجعل التنسيق بينها وبين الاتحاد أكثر تعقيداً". لكن العديد من المقترحات قد فشلت حتى الآن. يبقى الإصلاح الإقليمي موضوعًا مثيرًا للجدل في السياسة الألمانية والتصور العام.
النظام الاتحادي له جذور راسخة في التاريخ الألماني. حيث احتوت الإمبراطورية الرومانية المقدسة العديد من الدول الصغيرة، والتي بلغ عددها أكثر من 300 في حوالي عام 1796. وقد انخفض عدد الأراضي بشكل كبير خلال حروب نابليون (1796-1814). بعد مؤتمر فيينا عام 1815 شكلت 39 ولاية الاتحاد الألماني. تم حل هذا الاتحاد بعد الحرب النمساوية البروسية.
بروسيا والولايات الأخرى في شمال ووسط ألمانيا توحدت في 1 تموز/يوليو 1867 لتشكل دولة اتحادية دُعيت الاتحاد الألماني الشمالي. دخلت بعدها ولايات بافاريا الجنوبية وفورتمبرغ وبادن وهسن-دارمشتات في تحالفات عسكرية مع بروسيا. في الحرب الفرنسية البروسية 1870-1871 انضمت تلك الولايات رسمياً إلى الاتحاد الألماني الشمالي. ثم أعيدت تسميتها لتصير الإمبراطورية الألمانية، وقرر البرلمان والمجلس الاتحادي منح الملك البروسي لقب الإمبراطور الألماني (اعتباراً من 1 يناير 1871). تضمنت الإمبراطورية الألمانية الجديدة 25 ولاية/دولة (ثلاثة منها مدن هانزية) وأيضاً الأراضي الإمبراطورية الألزاس واللورين. ضمن الإمبراطورية كانت نسبة 65٪ من الأراضي و 62٪ من السكان تنتمي لدولة بروسيا.
بعد الخسائر الإقليمية بحكم معاهدة فرساي، استمرت الولايات المتبقية كجمهوريات اتحاد ألماني جديد. وقد ألغيت هذه الولايات بحكم الأمر الواقع وتم تخفيضها لتكون فقط مقاطعات في ظل النظام النازي في تقسيم إداري جديد للدولة.
أثناء احتلال الحلفاء لألمانيا بعد الحرب العالمية الثانية، أعادت حكومات الحلفاء العسكرية رسم الحدود الداخلية. بحيث لا تشكل أي ولاية أكثر من 30٪ من عدد السكان أو المساحة عن مما كان عليه وضع الولاية سابقاً. كان الهدف من هذا منع أي ولاية من أن تكون مهيمنة داخل ألمانيا كما كانت بروسيا في الماضي. في البداية بقيت سبع ولايات فقط من ولايات ما قبل الحرب: بادن (جزئياً)، وبافاريا (قُلّصت مساحتها)، وبريمن، وهامبورغ، وهسن (وُسّعت مساحتها)، وساكسونيا، وتورنغن. الولايات التي تحمل أسماء مُركّبة، مثل راينلند-بالاتينات، وشمال الراين-وستفاليا، وساكسونيا-أنهالت تدين بوجودها لسلطات الاحتلال حيث تم إنشاؤها من خلال دمج المقاطعات البروسية السابقة والولايات الصغرى. الأراضي الألمانية السابقة التي كانت تقع شرق خط أودر-نايسه وُضعت تحت الإدارة البولندية أو السوفياتية، في الستينيات جرت محاولات رمزية لعدم التخلي عن السيادة على تلك الأراضي. إلا أنه لم تبذل أية محاولات لإنشاء ولايات جديدة في هذه المناطق، نظراً لأنها تقع خارج نطاق ألمانيا الغربية في ذلك الوقت. وعلاوة على ذلك كانت الأقاليم الشرقية السابقة مطهرة عرقياً من سكانها الألمان الأصليين، وبالتالي توقفت عن كونها جزءاً من الأراضي الناطقة بالألمانية.
عند تأسيسها في عام 1949 كانت ألمانيا الغربية تتكون من إحدى عشرة ولاية. انخفض هذا العدد إلى تسعة في عام 1952 عندما اندمجت ثلاث ولايات في الجنوب الغربي (جنوب بادن وفورتمبيرغ-هوهنزولرن وفورتمبيرغ-بادن) لتشكل بادن-فورتمبيرغ. اعتباراً من عام 1957 عندما أُعيدت محمية سار التي كانت فرنسا قد احتلتها صارت ولاية سارلاند وبذلك تألفت جمهورية ألمانيا الاتحادية من عشرة ولايات، والتي يشار إليها اليوم باسم "الولايات القديمة". كانت برلين الغربية تخضع لسيادة الحلفاء الغربيين ولم تكن تتبع أي ولاية في ألمانيا الغربية.
ألمانيا الشرقية تألفت في الأصل من خمس ولايات (براندنبورغ ومكلنبورغ-فوربومرن وساكسونيا وساكسونيا-أنهالت وتورينغن). في عام 1952 حُلّت هذه الولايات وتم تقسيم الشرق إلى 14 منطقة إدارية تسمى Bezirke. أُعلنت برلين الشرقية التي يسيطر عليها الاتحاد السوفييتي - على الرغم من أنها رسمياً لها نفس وضع برلين الغربية بعدم تبعيتها لأي ولاية - عاصمةً لألمانيا الشرقية وحيّها الخامس عشر.
مباشرةً قبل إعادة توحيد ألمانيا في 3 أكتوبر 1990 أُعيد تشكيل ولايات ألمانيا الشرقية بشكل مشابه لما كانت عليه قبلاً باسم "الولايات الجديدة" الخمس. انضم "حي برلين الشرقية" إلى برلين الغربية لتشكيل ولاية برلين. وبانضمام الولايات الخمس الجديدة بالإضافة إلى برلين الموحدة تصبح ولايات ألمانية 16.
في وقت لاحق تم تعديل الدستور ليوضّح أن مواطني الولايات الـ 16 نجحوا في تحقيق وحدة ألمانيا بشكل حر بتقرير المصير، وبأن القانون الأساسي يُطبّق على الشعب الألماني بأكمله. وأُعيد صياغة المادة 23 التي سمحت "لأية أجزاء أخرى من ألمانيا" بالانضمام إليها. حيث أن هذه المادة كانت قد استخدمت في عام 1957 لإعادة دمج محمية سار في الجمهورية الاتحادية باسم سارلاند. وتحدد المادة المعدلة الآن مشاركة المجلس الاتحادي والولايات الـ 16 في المسائل المتعلقة بالاتحاد الأوروبي.
يمكن للولايات الألمانية إبرام المعاهدات مع الدول الأجنبية في الأمور التي تقع ضمن مجال اختصاصها وبموافقة من الحكومة الاتحادية (المادة 32 من القانون الأساسي). ترتبط المعاهدات الاعتيادية بالعلاقات الثقافية والشؤون الاقتصادية.