كتب هندسة ميكانيكية

تاريخ

إن اختراع المحرك البخاري في منتصف القرن التاسع عشر، أعطى مفتاحًا لمصدر الطاقة للثورة الصناعية، ودافعًا كبيرًا لتطوير الآلات بجميع أشكالها. وبالنتيجة، تطور صنف جديد هام في الهندسة يتناول الأدوات والآلات المتطورة، وتلقت اعترافًا رسميًا بها في عام 1847 بتأسيس مؤسسة المهندسين الميكانيكيين في برمنغهام.

نشأت الهندسة الميكانيكية نتيجة الممارسة ومبدأ المحاولة والخطأ من قبل مهندسين مختصين وبطرق علمية في البحث والتصميم والإنتاج. وقد كان الطلب الدائم على الكفاءة سبب في الارتفاع المتزايد لنوعية العمل المطلوب من المهندس الميكانيكي مما يتطلب درجة عالية من التعلم والمهارة.

أهم انجازات حدثت في الهندسة الميكانيكية في إنجلترا خلال القرن السابع عشر عندما قام إسحاق نيوتن بوضع قوانينه الثلاثة للحركة وتطوير علم الرياضيات والتفاضل، ووضع الأساس الرياضي للفيزياء. خلال أوائل القرن في إنجلترا واسكتلندا، ادى اختراع أدوات هندسة ميكانيكية لتطوير الهندسة الميكانيكية كفرع مستقل في الهندسة، ا. أول جمعية مهنية للمهندسين الميكانيكيين تشكلت في عام 1847 في بريطانيا. أول منظمة أمريكية للمهندسين الميكانيكين تشكلت في عام 1880. المعهد الأمريكي الحربي كان أول جامعة لتدريس هندسة الميكانيك عام 1825.

التعليم

شهادات الهندسة الميكانيكية تُمنح من جامعات عديدة حول العالم، وعادة ما يكون نظام دراسة الهندسة الميكانيكية من أربع إلى خمس سنوات ويمنح في نهاية الدراسة بكالوريوس علوم أو بكالوريوس تكنولوجيا أو بكالوريوس هندسة أو بكالوريوس هندسة تطبيقية. في قارة أمريكا الشمالية معظم الجامعات التي تدرس هندسة الميكانيك لديها إجازة أو شهادة معينة من قبل لجنة التي تفحص المواد التي يتم تدريسها للطلاب قبل الموافقة عليها. خلال السنوات الأربع أو الخمس التي يقضيها الطلاب في الجامعة يدرسون الرياضيات، الفيزياء بمختلف انواعها مثل فيزياء السوائل، علم المواد، وبعض لغات البرمجة .بعد الحصول على الشهادة الجامعية، معظم الطلاب يقومون بدراسات عليا للحصول على درجة الدكتوراه أو التخصص قبل البدأ بالعمل. بعض الطلاب يساعدون في البحوث العلمية بعد التخرج.

العلوم الأساسية لمهندس الميكانيك

• علم السكون (استاتيكا).
• علم الحركة (ديناميكا).
• ميكانيك المواد.
• ميكانيك الموائع.
• الديناميك الحرارية.
• انتقال الحرارة.
• أدوات القياس الهندسية.
• نظرية الآلات.
• علوم وهندسة المواد.
• تكنولوجيا الغازات المنضغطة.
• التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
• ميكاترونيات.
• نظرية التحكم.
• تكنولوجيا التصنيع.
• التصميم بمساعدة الحاسوب.
• ميكانيك ( المحركات والمركبات )الآلات: تهتم بدراسة نظرية الآلات وطرق توصيل القطع والأجزاء الميكانيكية معاً لتتحرك بآلية معينة. وتهتم أيضاً بدراسة مسننات الحركة وعلاقات المسننات المرتبطة معاً وأنوعها، كما أنها توضح العلاقة بين حدبة تحويل الحركة (The Cam Profile) مع المسافة والسرعة التي يتحركها تابع الحركة (The follower).
• التصميم الميكانيكي.
• التصنيع بمساعدة الحاسوب.

وينبغي على مهندس الميكانيك أن يكون مدركا وقادرا على التعامل مع القواعد الأساسية لعلوم الكيمياء والكهرباء والفيزياء الهندسية، وتحتوي معظم دراسات الهندسة الميكانيكية على دراسة الرياضيات والرياضيات المتقدمة وخاصة المعادلات التفاضلية والجزئية والخطية.

الأدوات الحديثة لمهندس الميكانيك

العديد من شركات الهندسة الميكانيكية أدرجت أنظمة هندسية مُساعِدة باستخدام الحاسب الآلي لعمليات التصميم والتحليل الخاصة بها، وتشمل هذه النظم الرسم الثنائي والثلاثي الأبعاد لنماذجها، وهذه الطريقة لها العديد من المزايا منها تسهيل وتفسير تصور المنتج وإمكانية إجراء تجميع للأجزاء بسهولة وحساب السماحيات المطلوبة والتداخل الواجب توافره قبل بدء عملية التصنيع.

باستخدام البرامج الحاسوبية، يمكن لفريق التصميم الميكانيكي بسرعة وبتكاليف زهيدة انهاء عملية التصميم والتطوير التي تلبي الحاجة على نحو أفضل . ليس من الضروري أن يتم بناء أي نموذج مادي حتى يقترب التصميم من الانتهاء بفضل هذه البرامج. ويمكن لهذه البرامج تحليل الظواهر الفيزيائية المعقدة التي يصعب تحليلها بواسطة طرق أخرى، مثل اللزوجة، والاحتكاك بين السطوح الغير النيوتونية.اصبحت الهندسة الميكانيكية متداخلة مع العديد من الاختصاصات الأخرى بفضل هذه البرامج. يستخدم المهندسون خوارزميات المعقدة لاستكشاف المزيد من التصاميم الممكنة وإيجاد حلول أفضل للمشاكل الصعبة. هذه البرامج الحاسوبية تتضمن (finite element analysis (FEA و CFD و CAM

وظائف الهندسة الميكانيكية

هناك أربع وظائف للمهندس الميكانيكي، وهي مشتركة في جميع فروع الهندسة الميكانيكية:

• الوظيفة الأولى هي فهم وإدراك المبادئ الأساسية للعلوم المكيانيكية، وهي تشمل الديناميكا (وهي العلاقة بين القوى والحركة، مثل الاهتزازات، والتحكم الآلي)، والديناميكا الحرارية (تتعامل مع العلاقات بين الأشكال المختلفة للحرارة، والطاقة، والقدرة، وجريان الموائع، والتشحيم والتزليق، وخواص المواد).
• الوظيفة الثانية هي سلسلة البحث والتصميم والتطوير، وهذه الوظيفة تحاول إحداث التغييرات اللازمة لتلبي احتياجات الحاضر والمستقبل، وهذا العمل يتطلب فهم واضح للعلوم الميكانيكية، والقدرة على تحليل النظم المعقدة إلى عناصر بسيطة، والابتكار في التأليف والاختراع.
• الوظيفة الثالثة هي إنتاج المنتجات، وتشمل التخطيط والتشغيل والصيانة، والهدف هو إنتاج أعظم قيمة بأصغر تكلفة، وأقل توظيف للأموال، مع المحافظة أو تعزيز ديمومة أو مكانة الشركة.
• الوظيفة الرابعة وهي وظيفة مهمة لمهندس الميكانيكا وتشمل الإدارة، وفي بعض الأحيان التسويق.

هناك نزعة دائمة في هذه الوظائف لاستخدام الطرق العلمية بدلا من الطرق التقليدية أو الحدسية، وتعدّ بحوث العمليات، وهندسة القيمة (Value engineering)، وتحليل المسائل بالأسلوب المنطقي (PABLA Problem analysis by logical approach) عناوين أساسية لهذه الأساليب.

علاقة هندسة الميكانيك بالعلوم الأخرى

حديثا تم دمج هندسة الميكانيك مع الطب لتشكيل الهندسة الطبية الحيوية تعتمد على القوانين الهندسية لصناعة آلات طبية. لهندسة الميكانيك أيضا علاقة مباشرة مع الهندسة النانونية. عندما يتعامل المهندسون مع جزيئات صغيرة للغاية، تتحول اسم الهندسة من ميكانيكية إلى نانونية. تهدف الهندسة النانونية إلى بناء مواد ونسج لها خصائص معينة. إحدى مجالات البحث العلمي في هذا النطاق هو الأجسام النانونية التي تستخدم في بناء الأجهزة الطبية.