Mašinstvo

Mašinstvo (ili mašinsko inženjerstvo) jeste disciplina inženjerstva koja se odnosi na principe inženjerstva, fizike i nauke o materijalima za analizu, dizajn, proizvodnju i upravljanje mehaničkim sistemima. Mašinstvo je grana inženjerstva koja uključuje proizvodnju i korištenje toplote i mehaničke snage za dizajn, proizvodnju i upravljanje mašinama i alatima. Jedna je od najstarijih i najširih disciplina inženjerstva.

Inženjerska oblast zahtijeva shvatanje suštinskih principa uključujući mehaniku, kinematiku, termodinamiku, nauku o materijalima, strukturnu (konstrukcionu) analizu i elektricitet. Mašinski inženjeri koriste ove suštinske principe sa alatima poput CAE i upravljanje životnim ciklusom proizvoda za dizajniranje i analizu proizvodnih pogona, industrijske opreme i mašinerije, toplotnih i rashladnih sistema, transportnih sistema, avijacije, moreplovstva, robotike, medicinskih pomagala, oružja i drugo.

Mašinstvo se pojavilo kao polje nauke tokom industrijske revolucije u Evropi u 18. vijeku; ipak, njegov razvoj može se uzeti nekoliko hiljada godina unazad širom svijeta. Nauka o mašinstvu se pojavila u 19. vijeku kao rezultat razvoja fizike. Oblast je kontinualno razvijana da spoji prednosti tehnologije i mašinski inženjeri danas teže razvoju u takvim poljima, poput kompozita, mehatronike i nanotehnologija. Mašinstvo se preklapa sa aero-svemirskim inženjerstvom, metalurškim inženjerstvom, građevinom, elektrotehnikom, petrolejskim inženjerstvom, proizvodnim inženjerstvom, hemijskim inženjerstvom i ostalim inženjerskim disciplinama u određenom stepenu. Mašinski inženjeri mogu također raditi u polju biomedicine, posebno sa biomehanikom, fenomenom transporta, biomehatronikom, bionanotehnologijom i modeliranjem bioloških sistema, kao što je mehanika mehkih tkiva.

 Razvoj 

Mašinstvo nalazi svoju primjenu u arhivama raznih drevnih i srednjovjekovnih društava u ljudskoj djelatnosti. U drevnoj Grčkoj, radovi Arhimeda (287. p.n.e.–212. p.n.e.) su duboko podstaknuti mehanikom zapadne tradicije, a Heron od Aleksandrije (ca. 10–70. n.e.) kreira prvu parnu mašinu. U Kini, Zhang Heng (78–139. n.e.) je unaprijedio vodeni sat i pronašao seizmometar, dok Ma Jun (200–265. n.e.) pronalazi kočiju s diferencijalnim zupčanikom. Srednjovjekovni kineski knjigovođa i inženjer Su Song (1020–1101. n.e.) ubacuje mehanizam zapinjače u svoju astronomsku sahat-kulu dva vijeka prije bilo kojeg mehanizma pronađenog u satovima srednjovjekovne Evrope, kao i prvih svjetski poznatih neograničenih energetskih lančanih predajnika.Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Volume 4. Taipei: Caves Books, Ltd.

U periodu između 7. i 15. vijeka, kada se era zvala "Zlatno doba islama", zabilježeni su doprinosi islamskih naučnika u oblasti mehaničke tehnologije. Al-Džazari, koji je bio jedan od njih, napisao je svoju famoznu Knjigu znanja genijalnih mehaničkih uređaja godine 1206, te predstavio više mehaničkih dizajna. Također, on se smatra otkrivačem mehaničkih naprava koje sada formiraju veoma jednostavne mehanizme, poput koljenastog vratila i bregaste osovine.Al-Jazarí. The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices: Kitáb fí ma'rifat al-hiyal al-handasiyya. Springer, 1973. ISBN 90-277-0329-9.

Važna otkrića u temeljima mašinstva pojavila su se u Engleskoj tokom 17. vijeka kada je Isaac Newton formulisao tri Newtonova zakona kretanja i razvio analizu (kalkulus) kao matematičku bazu za fiziku. Newton nije htio otkriti svoje metode i zakone godinama, ali su ga napokon nagovorile kolege, kao što je Edmund Halley, da to uradi kako bi pomogao čovječanstvu. Gottfried Wilhelm Leibniz je zaslužan za kreiranje kalkulusa tokom istog vremenskog perioda.

Tokom ranog 19. vijeka u Engleskoj, Njemačkoj i Škotskoj, razvoj mašinskih alata je doprinio tome da se mašinstvo razvije kao zasebno polje unutar inženjerstva, obezbjeđujući proizvodne mašine motorima koji će ih napajati. Prvo britansko profesionalno društvo mašinskih inženjera formirano je 1847. godine kao Institucija mašinskih inženjera, trideset godina nakon što su građevinski inženjeri formirali prvo takvo profesionalno društvo, Institucija građevinskih inženjera.R. A. Buchanan. Ekonomski historijski pregled, Nove serije, izd. 38, No. 1 (Februar 1985), str. 42–60. Na evropskom kontinentu, Johann von Zimmermann (1820–1901.) napravio je prvu fabriku za brusilice u Chemnitzu, Njemačka, 1848. godine.

U Sjedinjenim Američkim Državama, Američko društvo mašinskih inženjera (ASME) je formirano u 1880. postajući treće takvo profesionalno inženjersko društvo, poslije Američkog društva građevinskih inženjera (1852.) i Američkog društva inženjera rudarstva (1871.). Prve škole u SAD koje su nudile inženjersko obrazovanje su bile Vojna akademija SAD 1817, institucija danas poznata kao Norwich univerzitet u 1819, te Rensselaer politehnički institut godine 1825. Obrazovanje u mašinstvu je kroz historiju bilo bazirano na jakom temelju u matematici i nauci.

 Obrazovanje 

Diplome u mašinskom inženjerstvu se nude na univerzitetima širom svijeta. U Brazilu, Irskoj, Filipinima, Pakistanu, Kini, Grčkoj, Turskoj, Sjevernoj Americi, Južnoj Aziji, Indiji, Dominikanskoj Republici i Ujedinjenom Kraljevstvu, programi mašinskog inženjerstva obično traju četiri do pet godina studija i završavaju sa zvanjem Bachelor of Engineering (B.Eng. ili B.E.), Bachelor of Science (B.Sc. or B.S.), Bachelor of Science Engineering (B.Sc.Eng.), Bachelor of Technology (B.Tech.), Bachelor of Mechanical Engineering (B.M.E.), ili Bachelor of Applied Science (B.A.Sc.), sa ili bez naglaska o mašinskom inženjerstvu. U Španiji, Portugalu i većem dijelu Južne Amerike, gdje nisu B.Sc. niti B.Tech. programi usvojeni, formalno ime za stepen je "mašinski inženjer", a kurs je baziran na petogodišnjem ili šestogodišnjem treningu. U Italiji, kurs je baziran na pet godina treninga, ali u cilju kvalificiranja kao inženjer potrebno je proći državni ispit na kraju kursa. U Grčkoj, kurs je baziran na petogodišnjem nastavnom planu i programu i uvjetu za 'Diploma' tezu, koja se umjesto B.Sc dodjeljuje nakon završetka studija.

U Australiji, stepeni mašinskog inženjerstva se dodjeljuju kao Bachelor of Engineering (Mechanical) ili slične nomenklature, mada postoji rastući broj specijalizacija. Stepen traje četiri godine studiranja punog radnog vremena. Za postizanje kvaliteta u inženjerskim stepenima, Engineers Australia akreditira inženjerske stepene dodijeljene od australskih univerziteta u skladu sa globalnim Washington Accordom. Prije nego se dodjeljuje diploma, student mora proći najmanje 3 mjeseca radnog iskustva u inženjerskoj firmi. Slični sistemi su prisutni u Južnoj Africi i nadgledaju se od strane Engineering Council of South Africa (ECSA).

U Sjedinjenim Američkim Državama, većina dodiplomskih pograma se akreditira kod Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET) da se osiguraju jednaki kursni zahtjevi i standardi širom univerziteta. ABET web-sajt broji 302 akreditirana programa mašinskog inženjerstva od 11. marta 2014. Programi mašinskog inženjerstva u Kanadi se akreditiraju kod Canadian Engineering Accreditation Board (CEAB), a većina drugih država nudi inženjerske diplome koje imaju slične akreditacijske solucije.

Neki mašinski inženjeri idu za nastavkom studija da steknu zvanje Master of Engineering, Master of Technology, Master of Science, Master of Engineering Management (M.Eng.Mgt. ili M.E.M.), Doctor of Philosophy u inženjerstvu (Eng.D. or Ph.D.) ili inženjersku diplomu. Master i inženjerske diplome mogu, a i ne moraju, uključivati istraživanje. Doctor of Philosophy sadržava znatnu komponentu istraživanja i često je prikazan kao ulazna tačka u akademiji. Inženjerska diploma postoji na nekoliko institucija na srednjem nivou između mastera i doktorata.

 Kursevi 
Standardi postavljeni u svakoj državnom akreditacijskom društvu teže omogućiti uniformnost u temeljnim materijalima predmeta, promovirati konkurenciju među studentima inženjerima i održati samopouzdanje u inženjerskoj profesiji u cjelini. Inženjerski programi u SAD, naprimjer, zahtjevaju da ABET prikaže da njihovi studenti mogu "raditi profesionalno u termo-mehaničkim sistemskim oblastima."2008-2009 ABET Criteria , str. 15. Posebni kursevi koje zahtjeva diplomiranje, ipak, mogu se razlikovati od programa do programa. Univerziteti i tehnološki instituti često kombiniraju višestruke predmete u jedan ili dijele predmet na više predmeta, zavisno od dostupnih fakulteta i univerzitetskih glavnih područja istraživanja.

Temeljni predmeti mašinskog inženjerstva često uključuju:
Matematika (partikularno, kalkulus, diferencijalne jednačine i linearna algebra)
Osnovne fizikalne nauke (uključujući fiziku i hemiju)
Statika i dinamika
Otpornost materijala (elastostatika) i mehanika krutog tijela
Nauka o materijalima i kompozitima
Termodinamika, prijenos toplote, pretvorba energije i HVAC
Goriva, sagorijevanje, motor s unutrašnjim sagorijevanjem
Mehanika fluida (uključujući statiku fluida i dinamiku fluida)
Mehanizmi i mašinski dizajn (uključujući kinematiku i dinamiku)
Mjerni instrumenti i mjerenja
Proizvodno inženjerstvo, tehnologija ili procesi
Vibracije, teorija kontrole i kontrolno inženjerstvo
Pneumatika i hidraulika 
Mehatronika i robotika
Inženjerski dizajn i dizajn proizvoda
Tehničko crtanje, CAD i CAM

Od mašinskih inženjera se također očekuje da razumiju i umiju primijeniti osnovne koncepte iz hemije, fizike, hemijskog inženjerstva, građevinskog i elektroinženjerstva. Svi programi mašinskog inženjerstva uključuju višestruke semestre časova matematike uključujući kalkulus i napredne matematičke koncepte uključujući diferencijalne jednačine, parcijalne diferencijalne jednačine, linearnu algebru, apstraktnu algebru i diferencijalnu geometriju, među ostalim.

U dodatku sa jezgrom plana i programa mašinstva, većina mašinskih inženjerskih programa nude više specijalizacijskih programa i časova, kao što je kontrola sistema, robotika, transport i logistika, kriogenika, tehnologija o gorivu, automobilsko inženjerstvo, biomehanika, vibracija, optika i ostale, ako poseban odsjek ne postoji za ove predmete.

Većina programa za mašinske inženjere također zahtjeva različitu količinu proučavanje ili društvenih projekata za dobijanje praktičnih iskustava rješavanja problema. U Sjedinjenim Američkim Državama često je obavezno za mašinske inženjere da obave jedan ili više stažiranja prilikom studiranja, ipak ovo nije obično pod mandatom univerziteta. Kooperativna edukacija je druga opcija. Buduće radne sposobnosti istraživanja stavljaju potražnju na studijske komponente koje hrane studentsku kreativnost i inovaciju.

Dozvola
Inženjeri mogu tražiti licencu od države, provincije ili nacionalne vlade. Svrha ovog procesa jeste osigurati da inženjeri posjeduju potrebno tehničko znanje, stvarno iskustvo i znanje lokalnog legalnog sistema za praktikovanje inženjerstva na profesionalnom nivou. Jednom kada je certificiran, inženjer dobija naslov "profesionalni inženjer" (u Sjedinjenim Državama, Kanadi, Japanu, Južnoj Koreji, Bangladešu i Južnoj Africi), "ovlašteni inženjer" (u Ujedinjenom Kraljevstvu, Irskoj, Indiji i Zimbabveu), ovlašteni profesionalni inženjer (u Australiji i Novom Zelandu) ili evropski inženjer (u Evropskoj Uniji), "registrirani inženjer" ili "profesionalni inženjer" na Filipinima i u Pakistanu. Ovlašteni inženjer i evropski inženjer nisu licencirani za praksu - oni su kvalifikacije.

U Sjedinjenim Državama, da bi se postalo licencirani profesionalni inženjer (PE), inženjer mora proći sveobuhvatni FE (temelji inženjerstva) ispit, rad od minimum 4 godine kao Inženjerski stažer (EI) ili Inženjer-u-treningu (EIT), te proći "Principe i praksu" ili PE (praktični inženjer ili profesionalni inženjer) ispite. Zahtjevi i koraci ovog procesa su postavljeni unaprijed od strane National Council of Examiners for Engineering and Surveying (NCEES), sadržanog od of licencnih odjela inženjerstva i geodezije koji reprezentiraju sve države i teritorije u SAD-u.

U Ujedinjenom Kraljevstvu, trenutni diplomci trebaju BEng plus adekvatan master stepen ili integriran MEng stepen, minimum od 4 godine postdiplomskih studija na poslovnom nadležnom razvoju, kao i recenziji projekta u kandidatskoj oblasti specijalizacije u cilju postajanja ovlaštenim preko Institura mašinskih inženjera.

U većini razvijenih zemalja, određeni inženjerski zadaci, kao što je dizajniranje mostova, elektrocentrala i hemijskih centrala, moraju biti odobreni od strane profesionalnog ili ovlaštenog inženjera. "Jedino licencirani inženjer, naprimjer, može pripremiti, potpisati, udariti pečat i dostaviti inženjerske planove i crteže javnom autoritetu za odobrenje, ili pečatiti inženjerski rad za javne i privatne klijente." Ovaj zahtjev može biti pisan u državnom ili provincijskom zakonodavstvu, kao što su kanadske provincije, naprimjer Ontario ili Quebecov inženjerski akt.

U ostalim državama, kao npr. Australiji i UK, takva zakonodavstva ne postoje; ipak, praktično sva certificirajuća tijela održavaju etički kod nezavisan od zakonodavstva, očekuju od svih članova da se pridržavaju ili rizikuju protjerivanjem.

Plaće i statistike radne snage
Ukupan broj inženjera zaposlenih u SAD u 2009. bio je cca. 1,6 miliona. Od ovih, 239.000 su bili mašinski inženjeri (14,9%), druga najveća disciplina po veličini iza građevinskih inženjera (278.000). Ukupan broj poslova za mašinske inženjere u 2009. je projektovan da raste 6% tokom sljedeće decenije, sa srednjim startnim plaćama od 58.800 $ sa bachelor diplomom. Srednji godišnji prihod mašinskih inženjera u SAD radnoj snazi ​​je 80.580 $. Prosječni prihod je bio najveći pri radu za vladu (92.030 $), a najmanji u obrazovanju (57.090 $) od 2012.

Moderni alati

Većina mašinskih kompanija, posebno one u industijaliziranim nacijama, počele su primjenjivati inženjerstvo podržano računarom (CAE) programe u svoje postojeće procese dizajna i analize, uključujući 2D i 3D solid modeliranje dizajniranjem potpomognutim računarom (CAD). Ova metoda ima dosta koristi, uključujući lakše i iscrpnije vizualizacije proizvoda, mogućnost kreiranja virtualnih sklopova dijelova i jednostavnost korištenja u dizajnerskim interfejsima spajanja i tolerancija.

Ostali CAE programi obično korišteni od mašinskih inženjera sadrže alate upravljanja životnim ciklusom proizvoda (PLM) i alate za analizu korištene za obavljanje kompleksnih simulacija. Alati za analizu mogu biti korišteni da predvide odgovor proizvoda na očekivane napone, uključujući život pri zamoru i proizvodljivost. Ovi alati uključuju analizu konačnih elemenata (FEA), račuinarsku dinamiku fluida (CFD) i proizvodnju podržanu računarima (CAM).

Koristeći CAE programe, tim mašinskog dizajna može brzo i jeftino iterirati proces dizajna za razvoj proizvoda koji bolje zadovoljava troškove, performanse i ostala ograničenja. Nije potrebno kreirati fizički prototip dok se dizajn ne privede kraju, dopuštajući stotinama ili hiljadama dizajnova da budu provjereni, radije nego nekoliko relativnih. U dodatku, CAE programi analize mogu modelirati komplikovani fizički fenomen koji ne može biti riješen ručno, poput viskoelastičnosti, kompleksnog kontakta između dodirnih površina ili nenjutnovskih fluida.

Kako mašinstvo počinje da se spaja sa ostalim disciplinama, kao što je slučaj u mehatronici, višedisciplinarna optimizacija dizajna (MDO) se koristi sa ostalim CAE programima za automatizaciju i poboljšanje iterativnog procesa dizajna. MDO alati se motaju oko postojećih CAE procesa, dopuštajući ocjenu proizvoda da se nastavi čak i nakon što analitičar ode kući. Oni također primjenjuju sofisticiranu optimizaciju algoritmima za inteligentnije istraživanje mogućih dizajna, često nalazeći bolja, inovativna rješenja za složene višedisciplinske probleme dizajna.

Poddiscipline
Oblasti mašinskog inženjerstva mogu biti zamišljene kao kolekcija više mašinskih naučnih disciplina. Nekoliko ovih poddisciplina koje su obično izučavane na poddiplomskom nivou su prikazane ispod, sa jasnim objašnjenima i najčešćim primjenama svake. Neke od ovih poddisciplina su unikatne za mašinstvo, dok su ostale kombinacija mašinskog inženjerstva i jedne ili više drugih disciplina. Većina rada koje mašinski inženjer uradi koristi sposobnosti i tehnike od nekoliko ovih poddisciplina, kao i specijaliziranih poddisciplina. Specijalizirane poddiscipline, koje se opisuju u ovom članku, su radije predmet postdiplomskih studija ili na treningu na poslu, nego na dodiplomskom. Nekoliko specijaliziranih poddisciplina su diskutovane u ovoj sekciji.

Mehanika

Mehanika je, u najopćenitijem smislu, proučavanje sila i njihovog utjecaja na predmet na koji djeluju. Obično, inženjerska mehanika se koristi za analizu i predvišanje ubrzanja i deformacije (elastične i plastične) objekata pod djelovanjem poznatih sila (također zvanih opterećenja) ili napona. Poddiscipline mehanike uključuju:
Statika, proučavanje nepomičnih tijela pod poznatim opterećenjima, kako sile djeluju na statička tijela
Dinamika (ili kinetika), proučavanje kako sile djeluju na pomična tijela
Mehanika materijala, proučavanje kako se različiti materijali deformiraju pod različitim tipovima napona
Mehanika fluida, proučavanje kako fluidi reaguju na sileNapomena: mehanika fluida može dalje biti podijeljena na statiku fluida i dinamiku fluida, i po sebi je poddisciplina mehanike kontinuuma. Primjena mehanike fluida u inženjerstvu se zove pneumatika i hidraulika.
Kinematika, proučavanje kretanja tijela (objekata) i sistema (grupa objekata), dok se sile zanemaruju kao uzročnici kretanja. Kinematika se često koristi u dizajniranju i analizi mehanizama.
Mehanika kontinuuma, metoda primjene mehanike koja pretpostavlja da su objekti kontinualni (a ne diskretni)

Mašinski inženjeri obično koriste mehaiku u fazama dizajna ili analize u inženjerstvu. Ako je inženjerski projekt dizajniranje vozila, statika se primjenjuje zadizajniranje okvira vozila, u cilju provjere gdje će naponi biti najveći. Dinamika se može koristiti prilikom dizajniranja automobilskog motora, za procjenu sila u klipovima i klinovima dok se motor okreće. Mehanika materijala može biti korištena za odabir adekvatnih materijala za okvir i motor. Mehanika fluida može se koristiti za dizajniranje ventilacionog sistema vozila (pogledati HVAC), ili za dizajniranje usisnog sistema za motor.

 Mehatronika i robotika 

Mehatronika je kombinancija mehanike i elektronike. To je međudisciplinarna grana mašinskog, elektro i softverskog inženjerstva koja se bavi intergriranjem elektro i mašinskog inženjerstva za kreiranje hibridnih sistema. U ovom načinu, mašine mogu biti automatizirane korištenjem elektromotora, servo mehanizama i ostalih elektrosistema u konjunkciji sa posebnim softverom. Opći primjer mehatroničkog sistema je CD-ROM uređaj. Mehanički sistemi otvaraju i zatvaraju pogon, vrte CD i pomjeraju laser, dok optički sistem čita podatke na CD-u i pretvara ih u bitove. Integrirani softver kontrolira proces i komunicira sadržajima CD-a prema računaru.

Robotika je primjena mehatronike za kreiranje robota, koji su često korišteni u industriji da obavljaju zadatke koji su opasni, neugodni, ili ponavljajući. Ovi roboti mogu biti bilo kojeg oblika i veličine, ali svi su prethodno programirani i fizički komuniciraju sa okolinom. Za kreiranje robota, inženjer obično koristi kinematiku (da odredi raspon kretanja robota) i mehaniku (da odredi napone unutar robota).

Roboti se koriste obimno u industrijskom inženjerstvu. Dopuštaju biznisima da sačuvaju novac na rad, obave zadatke koji su ili preopasni ili preprecizni da bi ih ljudi obavili ekonomski, te da osiguraju bolji kvalitet. Više kompanija koriste redne linije robota, posebno u autoindustriji i neke fabrije su tako robotizirane da se mogu same održavati. Van fabrike, roboti se koriste za odlaganje bombi, istraživanju svemira i u mnogim drugim oblastima. Roboti se također prodaju za različite stambene aplikacije, od rekreacije do domaćinstava.

Strukturna analiza

Strukturna analiza je grana mašinskog inženjerstva (kao i građevinskog) posvećena ispitivanju zašto i kako objekti pucaju, te kako popraviti objekte i njihove performanse. Strukturni lom se pojavljuje u dva opća načina: statički lom i lom usljed zamora. Statički strukturni lom se pojavljuje kada prilikom opterećivanja (primjene sile) objekt biva analiziran da li se lomi ili deformira plastično, zavisno od kriterija za lom. Lom usljed zamora se pojavljuje kada objekat puca nakon određenog broja ponavljenih ciklusa naprezanja i otpuštanja. Lom usljed zamora se pojavljuje zbog imperfekcije u objektu: mikroskopske pukotine na površini objekta, naprimjer, će rasti polahko sa svakim ciklusom (propagacijom) dok pukotina ne postane velika dovoljno da uzrokuje finalni lom.

Lom nije jednostavno opisan kada se dio slomi, nego je definiran kada se dio ne ponaša kako se očekivalo. Neki sistemi, kao perforirane top sekcije nekih plastičnih vreća, su dizajnirani da se slome/puknu. Ako se ovi sistemi ne slome, analiza loma može biti iskorištena da se otkrije uzrok.

Strukturna analiza se često koristi od mašinskih inženjera nakon što se lom dogodi, ili kada dizajniraju da spriječe lom. Inženjeri često koriste online dokumente i knjige kao one objavljene od ASM ASM International web-sajt sadrži više od 20,000 dokumenata koji se mogu pretraživati, uključujući članke iz ASM Handbook serija i Advanced Materials & Processes da im pomognu u determiniranju tipa loma i mogućih uzroka.

Strukturna analiza može biti korištena u uredu kada se dizajniraju dijelovi, u oblasti analize slomljenih dijelova, ili u laboratorijama gdje dijelovi mogu biti podloženi testovima loma.

Termodinamika

Termodinamika je primjenjena nauka korištena u nekoliko grana inženjerstva, uključujući mašinski i hemijsko inženjerstvo. U najjednostavnijem slučaju, termodinamika je proučavanje energije, njene upotrebe i transformacije kroz sistem. Obično, inženjerska termodinamika se bavi izmjenom energije iz jednog oblika u drugi. Kao primjer, automatizacijske mašine pretvaraju hemijsku energiju (entalpija) iz goriva u toplotu, a zatim u mehanički rad koji eventualno pokreće točkove.

Principi termodinamike se koriste u mašinstvu u oblastima prijenosa toplote, termofluida, i pretvaranja energije. Mašinski inženjeri koriste termonauku za dizajniranje mašina i elektrana, zagrijavanja, ventilacije i klima uređaja (HVAC), razmjenjivača toplote, hladnjaka, radijatora, frižidera, izolacije i drugo.

Dizajn i skiciranje

Drafting ili tehničko crtanje su načini kojima mašinski inženjeri dizajniraju proizvode i kreiraju instrukcije proizvodnim dijelovima. Tehnički crtež može biti računarski model ili šema crtana rukom koja pokazuje sve dimenzije potrebne za prouzvodnju dijela, kao i sklopne napomene, listu potrebnih materijala, i ostale relevantne informacije. Mašinski inženjer ili sposoban radnik koji kreira tehničke crteže može se nazvati drafter ili draftsman u SAD-u. Drafting je historijski bio dvodimenzionalni proces, ali CAD programi sada dopuštaju dizajneru da kreira u tri dimenzije.

Instrukcije za proizvodnju dijelova moraju biti dovedene do potrebne opreme, bilo ručno, preko programiranih instrukcija, ili korištenjem CAM-a ili kombinacije CAD/CAM programa. Opcionalno, inženjer može također ručno proizvesti dio koristeći tehničke crteže, ali ovo postaje rijetkost, sa razvijanjem CNC proizvodnje. Inženjeri primarno ručno proizvode dijelove u područjima primjenjenih sprejnih premaza, završne obrade i ostalih procesa koji ne mogu ekonomski ili praktično biti urađeni korištenjem mašine.

Crtež se koristi u skoro svakoj poddisciplini mašinstva i drugih grana inženjerstva i arhitekture. Trodimenzionalni modeli kreirani korištenjem CAD softvera su također često korišteni u FEA analizi i računarskoj dinamici fluida (CFD).

Granice istraživanja
Mašinski inženjeri konstantno guraju granice onoga što je fizikalno moguće u cilju proizvodnje sigurnijih, jefitinijih i efikasnijih mašina i mehaničkih sistema. Neke tehnologije su prikazane u nastavku.

Mikroelektromehanički sistemi (MEMS)
Mikromehaničke komponente kao što su opruge, zupčanici, fluidni i uređaji prijenosa toplote su proizvedeni iz različitih materijalnih supstrata kao što je silikon, staklo i polimeri kao SU8. Primjeri MEMS komponenti su akcelerometri koji se koriste kod automobila kao airbag senzori, moderni mobiteli, žiroskopi za precizno pozicioniranje i mikrofluidni uređaji korišteni u biomedicinske svrhe.

Zavarivanje trenjem (FSW)

Zavarivanje pomoću trenja (), novi način zavarivanja, otkriven je 1991. od strane The Welding Institute (TWI). Inovativna tehnika steady state (ne-fuzijska) spaja materijale koji su prethodno nezavarivi, uključujući nekoliko legura aluminija. Igra bitnu ulogu u budućnosti konstruiranja aviona, potencijalno zamjenjujući zakovice. Trenutne primjene ove tehnologije uključuju zavarivanje šavova aluminija za glavne vanjske rezervoare Space Shuttlea, Orion Crew Vehicle testni predmet, Boeing Delta II i Delta IV Expendable Launch Vozila te SpaceX Falcon 1 rakete, pancir za desantne ratne brodove i zavarivanje krila i trupnih ploča na novoj Eclipse 500 letjelici firme Eclipse Aviation među rastućim oblastima djelatnosti.PROPOSAL NUMBER: 08-1 A1.02-9322  - NASA 2008 SBIR

Kompoziti

Kompoziti ili kompozitni materijali su kombinacija materijala koji omogućavaju bolje fizičke karakteristike nego jedan materijal. Istraživanje kompozitnih materijala unutar mašinskog inženjerstva obično se svodi na dizajniranje (i, naknadno, traženje primjena za iste) jačih ili više striktnih materijala prilikom pokušavanja smanjenja težine, osjetljivosti na hrđanje i ostale nepovoljne faktore. Kompoziti pojačani karbonskim vlaknom, naprimjer, se koriste u raznovrsnim primjenama kao što su svemirski brodovi i štapovi za pecanje.

Mehatronika

Mehatronika je sinergična kombinacija mašinskog, elektronskog i softverskog inženjerstva. Svrhva ove međudisciplinarne inženjerske oblasti je proučavanje automatizacije iz inženjerske perspektive i služi svrsi kontroliranja naprednih hibridnih sistema.

Nanotehnologija

Pri malim razmjerama, mašinstvo postaje nanotehnologija —jedan spekulativni cilj od kojeg je kreiranje molekularnog asemblera za kreiranje molekula i materijala putem mehanosinteze. Za sada taj cilj ostaje unutar istraživačkog inženjerstva. Oblasti trenutnog istraživanja mašinstva u nanotehnologiji uključuje nanofiltere,Nilsen, Kyle. (2011) "Development of Low Pressure Filter Testing Vessel and Analysis of Electrospun Nanofiber Membranes for Water Treatment" nanofilmoveMechanical Characterization of Aluminium Nanofilms, Microelectronic Engineering, Volume 88, Issue 5, May 2011, pp. 844–847. i nanostrukture, između ostalih.

Analiza metodom konačnih elemenata

Ova oblast nije novost, pošto analiza sa nazivima Finite Element Analysis (FEA) ili Finite Element Method (FEM) datira od 1941. Ali evolucija računara je učinila FEA/FEM metodu dobru opciju za analizu konstrukcijskih problema. Nekoliko komercijalnih kodova poput ANSYS, Nastran i ABAQUS se naširoko koriste u industriji za istraživanje i dizajn komponenti. Calculix je program otvorenog koda za FEM analizu. Neki softverski paketi za 3D modeliranje i CAD su dodali FEA module.

Ostale tehnike kao što su finite difference method (FDM) i finite-volume method (FVM) su kreirane za rješavanje problema vezane za prijenos toplote i mase, protok fluida, interakciju površina fluida itd.

Biomehanika

Biomehanika je primjena mehaničkih principa na biološke sisteme, kao što su ljudi, životinje, biljke, organi i ćelije.R. McNeill Alexander (2005) "Mechanics of animal movement", Biology|Current Biology Volume 15, Issue 16, 23 August 2005, pp. R616-R619. Biomehanika također pomaže u kreiranju protetičkih udova i umjetnih organa za ljude.

Biomehanika je usko vezana za inženjerstvo, jer često koristi tradicionalne inženjerske nauke za analizu bioloških sistema. Neke jednostavne primjene Njutnovske mehanike i/ili nauke o materijalima mogu dostaviti tačne aproksimacije mehanici više bioloških sistema.

Tokom posljednje decenije, FEM analiza je također ušla u biomedicinski sektor osvjetljavajući dalje inženjerske aspekte biomehanike. FEM se od tada stabilizirao kao alternativa za in-vivo hirurške procjene i dobio široko prihvatanje akademske zajednice. Glavna prednost računarske biomehanike leži u njenoj sposobonosti određivanja endo-anatomskog odgovora anatomije, bez prekoračivanja etičkih ograničenja.Tsouknidas, A., Savvakis, S., Asaniotis, Y., Anagnostidis, K., Lontos, A., Michailidis, N. (2013) Efekt of kifoplastičnih parametara na dinamička opterećenja se prenose unutar lumbarne kralježnice uzimajući odgovor od bio-realističnog kralježnog segmenta. Klinička biomehanika 28 (9-10), str. 949-955. To je dovelo FE modeliranje do tačke da postane sveprisutno u nekoliko područja biomehanike, a nekoliko projekata je čak usvojilo otvorenog koda filozofiju (npr. BioSpine).

Računarska dinamika fluida

Računarska (kompjuterska) dinamika fluida, često skraćeno kao CFD, jeste grana mehanike fluida koja koristi numeričke metode i algoritme za rješavanje i analizu problema koji uključuju protok fluida. Računari se koriste za proračune potrebne za simulaciju interakcije tečnosti i gasova sa površinama definisanim graničnim uvjetima. Sa veoma brzim superračunarima, bolja rješenja se mogu postići. Buduća upotreba softvera koji poboljšava preciznost i brzinu kompleksnih simulacijskih scenarija poput transoničnih ili turbulentnih protoka. Početna provjera takvih softvera se obavlja koristeći aerodinamički tunel sa finalnom validacijom koja dolazi u potpunom testiranju, npr. testovi leta.

Akustično inženjerstvo

Akustično inženjerstvo se sastoji iz drugih poddisciplina mašinstva i predstavlja primjenu akustike. Akustično inženjerstvo je proučavanje zvuka i vibracije. Ovi inženjeri rade efikasno da smanje buku kod mehaničkih uređaja i u zgradama zvučnom izolacijom ili uklanjanjem izvora neželjene buke. Proučavanje akustike može obuhvatati raspon od dizajniranja efikasnijih slušnih aparata, mikrofona, slušalica ili studija za snimanje da se poboljša kvalitet zvuka u orkestarskoj dvorani. Akustično inženjerstvo se također bavi vibracijom različitih mehaničkih sistema.

Srodne oblasti
Proizvodno inženjerstvo, aerosvemirsko inženjerstvo i automobilska industrija su ponekad grupisani sa mašinskim inženjerstvom. Bachelor diploma u ovim područjima će obično imati razliku u nekoliko specijaliziranih oblasti.

 Također pogledajte 
 Elektrotehnika
 Fizika

Reference

Literatura



Vanjski linkovi

 Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) – Filmovi i slike stotina radnih mehaničkih sistema na Cornell univerzitetu. Također sadrži e-book biblioteku klasičnih tekstova vezanih za mehanički dizajn i inženjerstvo.
 Videi o mašinskom inženjerstvu na EngineeringMotion.com
 Časovi mašinskog inženjerstva od MIT OpenCourseWare-a