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新聞快訊

固體力學

固力 旨在探討固體(剛體、彈性體、塑性體)受力後引起之平衡、移動與轉動運動、振動、應力與應變、磨擦、塑性流、破壞等,分別有對應的課程,如靜力學、動力學、振動學、材料力學、潤滑理論、塑性力學、破壞力學等。固力的分析同時也是任何設計的基本考慮,設計機械必定是開始於固力中的平衡考慮,依序至振動、強度等考慮,有時還需要周密的考慮,如疲勞、衝擊、高溫潛變強度等。接著若是流體機械則再作流體力學之計算,然後其能量來源若是熱機,則加入熱力學之計算以提高效率,若是用電能則以電機機械作計算,再接著則是控制系統之設計,而完成設計工作,再接著才是製造、工業工程、市場經濟學、管理等。由這個序列可看出固力大致居機械工程之上游地位。

相關學科

靜力學,研究物體於不移動情形下承受已知負載的學問。
動力學(亦稱為力動學)(or kinetics),研究力如何影響運動中物體的學問。
材料力學,研究不同材料在承受不同種類的應力時如何變形的學問。
連體力學
結構分析結構分析或失效理論是機械工程領域的一個分支,它對於檢驗物體失效與否以及如何發生提供了貢獻。結構失效有兩種情況會發生:靜態失效與疲勞失效。
有限元素法
波動力學
疲勞分析
線性彈力
振動學
複合材料
可靠度分析

 

流體力學
流體力學類在於討論各種性質的流體及各種流場中,壓力、浮力、阻力、昇力、速度、加速度、能量、波動等問題,並廣泛地運用在河海工程、航空、水利、造船、液氣壓、化工程序等各種工程上。

流體力學,研究流體如何反應出力的學問。注意到流體力學可以被更進一步分成流體靜力學與流體動力學,並且它是連體力學底下的分支。
二相流
空氣動力學
計算流體力學
液氣壓工程
紊流理論
流體機械
應用

電機與控制
整合機械工程的力學與電機工程的電子與電路學達成所謂機電整合,例如馬達設計極為標準的機電整合裝置.再者透過控制理論與程式設計的輔助達成整體自動化.為機械工程學門的一門分支

線性控制理論 與非線性控制
最佳控制
電子學
電路學
機構學
電機機械
程式設計
隨機估測與控制
數位控制
系統識別

可應用領域

機電整合裝置:馬達
光機電整合裝置:如光碟機
機器人學
半導體製程式控制制

機械設計
設計大抵是一綜合性應用的科目,必需作固力、流力與熱力之相關計算,必需選取適當的材料,必需設計控制系統,必需為製造之便捷與經濟性作考慮,必需知道市場現況與需求心理學,還要作所有可能的使用安全與更加人性化的考慮,使命重大, 正因為它是意想成現實的中間角色。這就是必修課程多的主要原因,一個『人』 通常無法都精通這些,所以更突出科技整合的重要性。 相關學科

機械設計
機動學
電腦輔助製圖
電腦輔助製造
機器動力學
機械元件
機械製圖
機械原理

熱力學與熱科學
熱學類課程在於討論熱與能的傳播、利用及對他種物系(物理或化學物系 )之影響,動力(POWER)與固力、流力為機械工程三大主角。

熱力學
熱傳學
熱對流
偏微分方程式
燃燒學
熱流量測技術
節能技術

機械製造
製造類是綜合性科目,需用到固力、流力、材料學、熱學等各方面的理論而實現為成品,此製造程序必需滿足可製造出成品、製造出的成品具有一定水準的精度 或強度等要求,且能夠系統化、自動化的生產。此外製造類及實驗類是量測技術使用最多的,自不待言。製造之程序大致有材料之表面處理、鑄造、熔焊接、粉末冶金、切削、常溫與高溫塑性加工、自動化製造系統。 相關學科

機械製造
機械材料
電腦整合製造
工程統計
實驗設計
量測技術應用
金屬熱處理
工具機
塑膠加工
焊接冶金


微機電系統是微米大小的機械系統,其中也包括不同形狀的三維平板印刷產生的系統。這些系統的大小一般在微米到毫米之間。在這個大小範圍中日常的物理經驗往往不適用。比如由於微機電系統的面積對體積比比一般日常生活中的機械系統要大得多,其表面現象如靜電、潤濕等比體積現象如慣性或熱容量等要重要。它們一般是由類似於生產半導體的技術如表面微加工、體型微加工等技術製造的。其中包括更改的矽加工方法如壓延、電鍍、濕蝕刻、干蝕刻、電火花加工等等。

生產微機電系統的公司的大小各不相同。大的公司主要集中於為汽車、生物醫學或電子工業生產大批量的便宜的系統。成功的小公司則集中於生產創新的技術。所有這些公司都致力於研究開發。隨著感測器的發展微機電系統的複雜性和效率不斷提高。

奈米技術

NASA電腦摸擬的分子齒輪,奈米機械
奈米科技是一門新興應用科學,其目的在於研究於奈米規模時,物質和設備的設計方法、組成、特性以及應用。奈米科技是許多如生物、物理、化學等科學領域在技術上的次級分類,美國的國家奈米科技啟動計劃將其定義為「1至100奈米尺寸尤其是現存科技在奈米規模時的延伸」。奈米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點和高分子集合,並且被表面效應所掌控,如范德瓦耳斯力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效應等,而慣性和湍流等巨觀效應則小得可以被忽略掉。舉個例子,當表面積對體積的比例劇烈地增大時,開起了如催化學等以表面為主的科學新的可能性。

微小性的持續探究以使得新的工具誕生,如原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等。結合如電子束微影之類的精確程序,這些設備將使我們可以精密地運作並生成奈米結構。奈米材質,不論是由上至下製成(將塊材縮至奈米尺度,主要方法是從塊材開始通過切割、蝕刻、研磨等辦法得到儘可能小的形狀(比如超精度加工,難度在於得到的微小結構必須精確)。或由下至上製成(由一顆顆原子或分子來組成較大的結構,主要辦法有化學合成、自組裝和定點組裝。難度在於宏觀上要達到高效穩定的質量,都不只是進一步的微小化而已。物體內電子的能量量子化也開始對材質的性質有影響,稱為量子尺度效應,描述物質內電子在尺度劇減後的物理性質。這一效應不是因為尺度由巨觀變成微觀而產生的,但它確實在奈米尺度時佔了很重要的地位。物質在奈米尺度時,會和它們在巨觀時有很大的不同,例如:不透明的物質會變成透明的(銅)、惰性的物質變成可以當催化劑(鉑)、穩定的物質變得易燃(鋁)、固體在室溫下變成了液體(金)、絕緣體變成了導體(矽)。

奈米科技的神奇來自於其在奈米尺度下所擁有的量子和表面現象,並因此可能可以有許多重要的應用和製造許多有趣的材質。

未來展望
機械工程與人類的生存環境是息息相關的。

能源方面,在近期改進核裂變動力裝置、發展太陽能、地熱、潮汐能、海水溫差能等,可以減少對非再生的化石能源的依賴。從長遠的觀點看,核聚變是很有希望的和幾乎無窮盡的未來能源。以核物理學的現在和將來的成就為基礎,機械工程與其他工程技術一起,在21世紀中完成核聚變動力裝置的開發和推廣可能徹底解決世界的能源問題。使用這種新能源可同時消除對大氣的二氧化碳污染。

地殼中和海水中的金屬礦藏的蘊藏量極為豐富。只要改進採礦和選礦的工藝和提高採、選礦機械的性能,以降低可以經濟利用的礦石品位,並充分回收金屬廢料,在有足夠的能量供應的條件下,金屬材料資源不愁匱乏。

在煤、石油、天然氣等不再被大量地用作燃料而主要作為合成材料的原料之後,非金屬材料的供應也可得到長遠的保證。

化學工程、冶金工程等生產流程中所產生的廢氣、廢水等環境污染源,通過改進流程、增加淨化機械和設施並提高其淨化效率,在技術上是能夠加以消除的。

機械工程一向以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性,即以提高人類的近期利益為目標來研製和發展新的機械產品。在未來的時代,新產品的研製將以降低資源消耗,發展潔淨的再生能源,治理、減輕以至消除環境污染作為超經濟的目標任務。

機械工程與人工智慧
 

NASA火星探測車
機械工程是傳統的工程技術。機械可以完成人用雙手和雙目以及雙足雙耳直接完成和不能直接完成的工作,而且完成得更快、更好。現代機械工程創造出越來越精巧和越來越複雜的機械和機械裝置,使過去的許多幻想成為現實。人類現在已能上遊天空和宇宙,下潛大洋深層,遠窺百億光年,近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟體科學使人類開始有了加強並部分代替人腦的科技手段,這就是人工智慧。這一新的發展已經顯示出巨大的影響,而在未來年代它還將不斷地創造出人們無法想像的奇蹟。

人類智慧的增長並不減少雙手的作用,相反地卻要求手作更多、更精巧、更複雜的工作,從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中,以及在每個人的成長過程中,腦與手是互相促進和平行進化的。人工智慧與機械工程之間的關係近似於腦與手之間的關係。其區別僅在於人工智慧的硬體還需要利用機械製造出來。過去,各種機械離不開人的操作和控制,其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統的限制。人工智慧消除了這個限制。機械工程可以充分利用這個新出現的巨大可能性。計算機科學與機械工程之間的互相促進,平行前進,將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發展。

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