基本介紹
- 中文名：機械工程及其自動化
- 類別：學科專業
- 目的：開發、設計、製造
- 發展時間：17世紀以後
專業簡史,服務領域,學科內容,學科分支,發展展望,主幹課程,能力要求,
專業簡史
機械工程及其自動化以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合生產實踐中的技術經驗，研究和解決在開發、設計、製造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的套用學科。機械是現代社會進行生產和服務的五大要素（人、資金、能源、材料和機械）之一，並參與能量和材料的生產。
石器時代人類製造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是後來出現的機械的先驅。
幾千年前，人類已創製了用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨，用於提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械 。鼓風器對人類社會發展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。17世紀以後，資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展，許多人致力於改進各產業所需要的工作機械和研製新的動力機械——蒸汽機。18世紀後期，蒸汽機的套用從採礦業推廣到紡織、麵粉和冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械製造工業開始形成，並逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。
動力機械的發展
17世紀後期，隨著機械的改進，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生產提高的要求，於是在18世紀初出現了T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。1765年，J.瓦特發明了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創製出提供迴轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的套用範圍。蒸汽機的發明和發展，促進礦業和工業生產、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統等體積龐大、笨重，套用不便。19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。發電站初期套用蒸汽機為原動機；20世紀初，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱並可隨時啟動的原動機。內燃機最初用於驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，20世紀中期開始用於鐵路機車。內燃機和以後發明的燃氣輪機和噴氣發動機，還是飛機、太空飛行器等成功發展的基礎技術因素之一。 機械加工技術的發展
工業革命以前，機械大都是由木工手工製成的木結構，金屬（主要是鋼和鐵）僅用以製造儀器、鐘錶、鎖、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作以達到需要的精度。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，所用金屬材料由銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工（包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術及其設備以及切削加工技術和工具機、刀具、量具等）迅速發展，從而保證了發展生產所需要的各種機械裝備供應。同時，隨著生產批量的增大和精密加工技術的發展，也促進了大量生產方法（零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等）的形成。
機械工程基礎理論的發展
18世紀以前，機械匠師全憑個人經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎無關。直到18～19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎理論。動力機械最先與科學相結合，如蒸汽機的發明人T.薩弗里和瓦特套用物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎上建立起一門新的學科——熱力學等。19世紀初，研究機械中機構結構和運動等的機構學第一次列為高等工程學院（巴黎的工藝學院）的課程。從19世紀後半期起已開始設計計算考慮材料的疲勞。隨後斷裂力學、實驗應力分析、有限元法、數理統計、電子計算機等相繼被用在設計計算中。
服務領域
機械工程的服務領域很廣，凡使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，無不需要機械工程的服務。
現代機械工程有5大服務領域 ：①研製和提供能量轉換機械，包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合於套用的機械能的各種動力機械，以及將機械能轉換為所需要的其他能量的能量變換機械。②研製和提供用以生產各種產品的機械，包括農、林、牧、漁業機械和礦山機械以及各種重工業機械和輕工業機械等。③研製和提供從事各種服務的機械，如物料搬運機械，交通運輸機械，醫療機械，辦公機械，通風、採暖和空調設備以及除塵、淨化、消聲等環境保護設備等。④研製和提供家庭和個人生活用的機械，如洗衣機、電冰櫃、鐘錶、照相機、運動器械和娛樂器械等。⑤研製和提供各種機械武器。
學科內容
機械工程的學科內容，按工作性質可分為以下方面：①建立和發展可實際和直接套用於機械工程的工程理論基礎。如工程力學、流體力學、工程材料學、材料力學、燃燒學、傳熱學、熱力學、摩擦學、機構學、機械原理、機械零件、金屬工藝學和非金屬工藝學等。②研究、設計和發展新機械產品，改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和未來的需要。③機械產品的生產，如生產設施的規劃和實現、生產計畫的制訂和生產調度、編制和貫徹製造工藝、設計和製造工藝裝備、確定勞動定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗等。④機械製造企業的經營和管理，如確定生產方式、產品銷售以及生產運行管理等。⑤機械產品的套用，如選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維修和改造各產業所使用的機械產品和成套機械設備。⑥研究機械產品在製造和使用過程中所產生的環境污染和自然資源過度耗費問題及處理措施。
學科分支
機械按功能可分為動力機械、粉碎機械、交通運輸機械和物料搬運機械等；按服務的產業可分為農業機械、化工機械、礦山機械和紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、透平機械、仿生機械和流體機械等。相同的工作原理，相同的功能或服務於同一產業的機械有相同的問題和特點，因此機械工程就有幾種不同的分支學科體系。另外，全部機械在研究、開發、設計、製造、運用過程中，要經過若干工作性質不同的階段，依此，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統，如機械科研、機械設計、機械製造、機械運用和維修等。這些分支學科系統互相交叉、互相重疊，使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如按功能分的動力機械，與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力裝置、核動力裝置，內燃機、燃氣輪機，以及按行業分的中心電站設備、工業動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等有複雜的交叉和重疊關係。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，屬於船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，也可能屬於核動力裝置。而驅動時鐘用的發條和重錘裝置也是動力機械，但不是熱力機械、流體機械、透平機械或往復機械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關係。分析這種複雜關係，研究機械工程最合理的分支系統，有一定的知識意義，但實用價值不大。
發展展望
機械工業是為國民經濟提供裝備的基礎工業，將隨著科學技術的發展而產生變化。
機電一體化
機電一體化技術和機電一體化產品的統稱，是在機電產品中引入微電子元器件和技術之後形成的。機電一體化技術又稱機械微電子技術，是機械工程、微電子技術、信息處理技術等多種技術融合成的一種系統技術。機電一體化產品是運用機電一體化技術設計、生產的一種帶有軟、硬體系統的多功能的單機或成套裝置，通常由機械本體、微電子裝置、感測器和執行機構等組成。機電一體化技術涉及的學科有機械工程（如機構學、機械加工和精密技術等）、電工與電子技術（如電磁學、計算機技術和電子電路等）、共性技術（如系統技術、控制技術和感測器技術等）。機電一體化產品主要有商品生產用（如機器人、自動生產線和工廠等）、商品流通用（如數控包裝機械及系統、微機控制交通運輸機具和數控工程機械設備等）、商品貯存銷售用（如自動倉庫、自動稱量和銷售及現金處理系統等）、社會服務性（如自動化辦公機械和醫療及環保等自動化設施等）和家庭、科研、農林牧漁、航空航天及國防等用的機電一體化產品。機電一體化使機械工業的技術結構、產品結構、功能和構成、生產方式和管理體系等發生巨大變化。
機械工程與人類生存環境
工程技術的發展在提高人類物質文明和生活水平的同時，也對自然環境起破壞作用。20世紀中期以來，最突出的問題是資源，尤其是能源的大量消耗和對環境的污染。未來，機械新產品的研製將以降低資源耗費，發展純淨的再生能源，治理、減輕以至消除環境污染作為重要任務。
機械工程專業化和綜合化
19世紀下半葉，機械工程成為一門獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續出現了專業化的分支學科。分解趨勢在20世紀中期（第二次世界大戰結束前後）達到最高峰。由於機械工程的知識總量已擴大到遠非一個人所能全部掌握，一定的專業化是必不可少的。但是過度的專業化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統觀和統籌稍大規模工程的全貌和全局，並且縮小技術交流的範圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化（如新技術、新材料和新產品的出現、材料與半成品的供應及價格變化等）的適應能力很差。封閉性專業的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利於繼續自學提高。因此，從20世紀中、後期開始，機械工程又出現了綜合的趨勢。人們更多地關注基礎理論，拓寬專業領域，合併分化過細的專業。
機械設計製造及其自動化專業
業務培養目標：本專業培養具備機械設計製造基礎知識與套用能力，能在工業生產第一線從事機械製造領域內的設計製造、科技開發、套用研究、運行管理和經行銷售等方面工作的高級工程技術人才。
業務培養要求：本專業學生主要學習機械設計與製造的基礎理論，學習微電子技術、計算機技術和信息處理技術的基本知識，受到現代機械工程師的基本訓練，具有進行機械產品設計、製造及設備控制、生產組織管理的基本能力。
主幹課程
主幹學科：力學、機械工程。
主要課程：工程力學、機械設計基礎、電工與電子技術、微型計算機原理及套用、機械工程材料、製造技術基礎。
主要實踐性教學環節：包括軍訓，金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計(論文)等，一般應安排40周以上。
能力要求
畢業生應獲得以下幾方面的知識與能力：
1. 具有較紮實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力；
2.較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論基礎知識，主要包括力學、機械學、電工與電子學、流體力學、工程熱力學、市場經濟及企業管理等基礎知識；
4.具有本專業領域內某個專業方向所必要的專業知識，了解其科學前沿及發展趨勢；
5.具有較強的自學能力、創新意識和較高的綜合素質。
所以，我們的職業目標可以從大學一年級開始確定！在校期間還可以通過嘗試各種兼職，在學校階段就發現自己的職業興趣和職業能力。提前進行職業準備，將有助於減少我們在社會上為選擇職業付出的成本，增加我們成功的可能性。
進行職業準備主要包括兩個方面：一是獲取從事該項職業的知識和技能。這種獲取主要通過學校教育和自學來實現。我們選擇高等教育就是為將來的就業做準備，在大學學習期間就要充分利用時間，獲取我們將來從事這項職業的資本。有專業才會有高度，任何時候，把一個專業做精了，都是可以獲得競爭優勢的。如果是選擇去外資單位，或者以外商為主要客戶的單位就業，還需要及早培養語言能力。有些應屆畢業生常常在進行專業測試時暴露出他們在校園中虛度時光的事實。
二是培養獲取這種職業的意識以及這種職業要求的綜合能力。在大學我們就要關注有關這種職業的信息，了解相關行業的最新發展動態，根據變化及時調整自己的就業計畫。最後1~2個學期可以選擇自己中意的單位去實習，獲得實際的操作知識。很多石油院校的大學生畢業時對中國有幾大石油公司、世界排名前十名的石油公司是哪些都不清楚，就業時很難去主動應聘理想的單位。
