مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک چیست؟

رشته مهندسی مکانیک از نظر فنی، استفاده از اصول و فنون حل مسئله‌ از طراحی تا تولید برای هر شی یا وسیله‌ای است. مهندسان مکانیک کار خود را با استفاده از اصول حرکت، انرژی و نیرو آغاز می‌کنند و سپس تجزیه و تحلیل می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که طراحی‌های انجام شده از نظر ایمنی و کارآیی قابل اعتماد است و هزینه‌ی تولید آن مقرون به صرفه است. در واقع اقتصادی بودن محصول تولیدی نیز اهمیت دارد. مهندسان مکانیک در زندگی روزمره و حوزه‌های صنعتی تفاوت ایجاد می‌کنند. زیرا زمینه‌های کاری آن‌ها متمرکز بر ایجاد فناوری‌هایی برای تأمین نیازهای انسانی است. عملاً هر محصول یا خدمتی در زندگی مدرن، طی فرایند تولید، احتمالاً به نوعی با مهندسان مکانیک در ارتباط بوده است.

 مهندسی مکانیک به انگلیسی Mechanical engineer که یک رشته‌ی جامع است و بسیاری از رشته‌های دیگر از این رشته مهندسی مکانیک سرچشمه گرفته است. برای تأمین این زمینه‌ی گسترده ومتنوع‌، مهندسان مکانیک ممکن است یک قطعه، ماشین، سیستم یا فرآیندی را طراحی کنند. این طراحی از ماکرو تا میکرو، از بزرگترین سیستم‌ها مانند ماشین‌ها و ماهواره‌ها گرفته تا کوچکترین اجزا مانند سنسورها و سوئیچ‌ها متغیر است. هر چیزی که باید ساخته شود، در واقع هر چیزی که دارای قطعات متحرک باشد، به تخصص مهندس مکانیک نیاز دارد. گرایش‌های رشته مهندسی مکانیک در مقطع کارشناسی شامل گرایش‌های‌ " طراحی‌ جامدات ‌"، " حرارت‌ و سیالات ‌"، " ساخت‌ و تولید" و "  مهندسی‌ دریا " است‌.

دروس مشترک گرایش‌ های مختلف مهندسی مکانیک

دروس‌ مشترک‌ در‌ گرایش‌های مهندسی مکانیک در مقطع کارشناسی به شرح ذیل است: 

ریاضیات‌، فیزیک‌ عمومی‌، شیمی‌ عمومی‌، برنامه‌نویسی‌ کامپیوتر، محاسبات‌ عددی‌، معادلات‌ دیفرانسیل‌، ریاضی‌ مهندسی‌، مبانی‌ مهندسی‌ برق‌، نقشه‌کشی‌ صنعتی‌، استاتیک‌، دینامیک‌، مقاومت‌ مصالح‌، علم‌ مواد، ترمودینامیک‌، مکانیک‌ سیالات‌، طراحی‌ اجزاء، انتقال‌ حرارت‌، دینامیک‌ ماشین‌، ارتعاشات‌ مکانیکی‌، کنترل‌ اتوماتیک‌.

گرایش‌های مختلف مقطع کارشناسی و دروس تخصصی کارشناسی مکانیک:

• گرایش حرارت و سیالات

از آنجا که حرکت سیالات اغلب با فعل و انفعالات حرارتی همراه است، مطالعه مکانیزم‌های انتقال حرارت یعنی رسانایی، جابجایی و تشعشع به همراه مباحث مکانیک سیالات در یک شاخه قرار می‌گیرد که به عنوان گرایش حرارت و سیالات شناخته می‌شود . فارغ التحصیلان این گرایش می‌توانند با طراحی اوصولی موتورها به کاهش آلودگی کمک کنند. جالب است بدانید که این گرایش حتی در حوزه‌ی پزشکی هم کاربرد دارد.

دروس‌ تخصصی‌ گرایش‌ حرارت‌ و سیالات‌:

توربوماشین‌، توربین‌ گاز و موتور جت‌، موتورهای‌ احتراق‌ داخلی‌، سوخت‌ و احتراق‌، نیروگاه‌، تهویه‌ مطبوع‌، سیستم‌های‌ تبرید و سردخانه‌، سیستم‌های‌ انتقال‌ سیال‌، کنترل‌ آلودگی‌ محیط‌ زیست‌.( بسیاری از درس‌های مهندسی مکانیک در گرایش‌های مختلف همراه با آزمایشگاه و کارگاه است).

• گرایش‌ طراحی‌ جامدات:

مهندس‌ طراح‌ جامدات‌ باید تمامی‌ نیروها و گشتاورهایی‌ را که‌ به‌ هر عضو ماشین‌ وارد می‌شود بررسی‌ کرده‌ و بهترین‌ حالت‌ قطعه‌ مورد نظر را برای‌ تمامی‌ آن‌ نیروها و گشتاورها و همچنین‌ برای‌ داشتن‌ بهترین‌ کارایی‌ به‌ دست‌ آورد و کارایی‌ مناسب‌ آن‌ قطعه‌ را در زمان‌ طولانی‌ تضمین‌ کند. 

دروس‌ تخصصی‌ گرایش‌ طراحی‌ جامدات‌:

روش‌های‌ تولید و کارگاه‌، طراحی‌ مکانیزم‌ها، یاتاقان‌ و روغنکاری‌، روش‌های‌ طراحی‌مهندسی‌، طراحی‌ ماشین‌های‌ ابزار و تولید، طراحی‌ بدنه‌ و شاسی‌ خودرو، طراحی‌ ماشین‌ به‌ کمک‌ کامپیوتر، ساخت‌ به‌ کمک‌ کامپیوتر، رباتیک‌.

• گرایش‌ ساخت‌ و تولید:

تعیین روش ساخت یک قطعه به نحوی که با کیفیت و کارایی مناسب، سریع و ارزان تولید شود، به عهده‌ی مهندسین ساخت و تولید است. گرایش‌ ساخت‌ و تولید به‌ زمینه‌های‌ کاربردی‌ مهندسی‌ مکانیک‌ می‌پردازد و مهندس‌ این‌ گرایش‌ در زمینه‌ شکل‌ دادن‌ فلزات‌، طراحی‌ قالب‌ها و ساخت‌ قطعه‌های‌ گوناگون‌ فعالیت‌ می‌کند.

دروس‌ تخصصی‌ مجموعه‌ ساخت‌ و تولید:

قالب‌ و پرس‌، ماشین‌های‌ کنترل‌ عددی‌، اندازه‌گیری‌، تولید مخصوص‌، هیدرولیک‌ و پنوماتیک‌

• گرایش‌ مهندسی‌ دریا:

دانشجوی‌ مهندسی‌ دریا گرایش‌ کشتی‌سازی‌ مسائلی‌ از قبیل‌ طراحی‌ بدنه‌، استحکام‌ بدنه‌، سیستم‌های‌ پیشرانه‌، پایداری‌ کشتی‌ در مقابل‌ امواج‌ کناری‌ و جانبی‌ کشتی‌ و طراحی‌ سیستم‌های مربوط‌ به‌ ناوبری‌ را مطالعه‌ می‌کند. به‌ عبارت‌ دیگر یک‌ مهندس‌ دریا، مهندس‌ مکانیکی‌ است‌ که‌ در کاربردهای‌ دریایی‌ مشغول‌ به‌ کار می‌شود.

از دل سه گرایش اصلی بیان شده، شاخه‌های دیگری نیز در برخی دانشگاه‌ها و مقاطع دیگر ایجاد می‌شود. می‌توان به خودرو، کنترل اتوماتیک و رباتیک، تاسیسات حرارتی و برودتی و مهندسی پزشکی اشاره کرد.

دروس اصلی مهندسی مکانیک

در درس استاتیک، موضوعات بر چگونگی انتقال نیروها در کل ساختار متمرکز است. هنگامی که یک سیستم در حال حرکت است، مهندسان مکانیک به پویایی یا اینکه چه سرعت‌ها ، شتاب‌ها و نیروهای ناشی از آن بازی می کنند، نگاه می‌کنند. سپس سینماتیک را بررسی می کند که مکانیزم هنگام حرکت در دامنه حرکت خود چگونه رفتار می کند.

علم مواد در تعیین بهترین مواد برای کاربردهای مختلف تحقیق می‌کند. بخشی از آن مقاومت مواد است، آزمایش بارهای پشتیبانی، سختی، شکنندگی و سایر خصوصیات که برای بسیاری از مصالح ساختمانی، اتومبیل و پزشکی ضروری است. اینکه چگونه انرژی به انرژی مفید و قابل استفاده‌ی دیگری تبدیل می‌شود قلب ترمودینامیک است و همچنین تعیین می‌کند چه انرژی در این فرآیند از بین می‌رود یا به وجود می‌آید. یک نوع خاص از انرژی، انتقال گرما، در بسیاری از طراحی‌ها و فرآیندها بسیار مهم است و نیاز به جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها و توزیع دما دارد که در درسی تحت انواع انتقال حرارت بررسی می‌شود.

مکانیک سیالات که کاربردهای متنوعی نیز دارد، بسیاری از خصوصیات از جمله افت فشار از جریان سیال و نیروهای کشش آیرودینامیکی را بررسی می‌کند. ساخت گام مهمی در مهندسی مکانیک است. در این زمینه، محققان بهترین فرآیندها را برای کارآیی بیشتر تولید بررسی می‌کنند. روش‌های آزمایشگاهی بر بهبود چگونگی اندازه گیری محصولات و فرآیندهای مهندسی حرارتی و مکانیکی متمرکز است. 

به همین ترتیب، طراحی ماشین فرآیندهای مقیاس تجهیزات را توسعه می‌دهد در حالی که مهندسی برق بر مدارها متمرکز است. تمام این تجهیزات ارتعاشات را تولید می‌کنند. رشته دیگری از مهندسی مکانیک، که در آن محققان نحوه پیش بینی و کنترل ارتعاشات را مطالعه می‌کنند. اقتصاد مهندسی با برآورد هزینه‌های ساخت و چرخه عمر مواد، طرح‌ها و سایر محصولات مهندسی شده طراحی های مکانیکی را در دنیای واقعی مرتبط و قابل استفاده می‌کند.

گرایش‌های ارشد مکانیک

کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک در دانشگاه های ایران به پنج گرایش اصلی که در راستای گرایش‌های کارشناسی مهندسی مکانیک است و چندین زیرگرایش تقسیم می‌شود که شامل موارد زیر است: 

• مهندسی مکانیک- گرایش ساخت و تولید
• مهندسی مکانیک- گرایش طراحی کاربردی
• مهندسی مکانیک- گرایش تبدیل انرژی
• مهندسی مکانیک- گرایش سیستم محرکه خودرو
• مهندسی مکانیک- گرایش طراحی سیستم های دینامیکی خودرو
• مهندسی مکانیک- گرایش سازه بدنه خودرو
• مکاترونیک
• مهندسی پزشکی - گرایش بیومکانیک
• مهندسی تسلیحات- گرایش سلاح
• مهندسی طراحی و ساخت خودروهای نظامی- گرایش طراحی دینامیک خودرو
• مهندسی طراحی و ساخت خودروهای نظامی- گرایش سازه و بدنه خودرو
• مهندسی طراحی و ساخت خودروهای نظامی- گرایش نیروی محرکه خودرو

مهندسان مکانیک چه کاری انجام می دهند،؟

ترکیبی از خلاقیت، دانش و ابزارهای تحلیلی برای تکمیل کار دشوار تبدیل یک ایده به واقعیت است.

این تغییر و تحول می‌تواند در مقیاس شخصی و روزمره اتفاق بیافتد و زندگی انسان‌ها را در سطحی تحت تأثیر قرار دهد که بتوانیم آن‌ها را ببینیم و لمس کنیم. این تغییر و تحول می‌تواند در مقیاس محلی رخ دهد و افراد در فضاهای سطح جامعه را تحت تأثیر قرار دهد، مانند شبکه‌های کوچک متصل به هم چابک. همچنین این تغییر و تحلو می‌تواند در مقیاس‌های بزرگتری، مانند سیستم های قدرت پیشرفته، از طریق مهندسی که در سراسر کشور یا در سراسر جهان کار می کنند نیز رخ دهد و در سطح جهانی اثر گذار باشد.

مهندسان مکانیک از یک فرصت عظیم برخوردار هستند و تحصیلات آن‌ها نمایانگر این وسعت دروس است. دانشجویان رشته مکانیک در حالی که مهارت‌های تحلیلی و حل مسئله قابل استفاده در هر موقعیت مهندسی را تقویت می‌کنند، روی یک منطقه تمرکز می‌کنند تا تخصص فنی خود در آن حوزه را افزایش دهند.

رشته مهندسی مکانیک شامل موارد زیر است:

• آکوستیک
• هوافضا
• اتوماسیون
• خودرو
• سیستم های خودمختار
• بیوتکنولوژی
• کامپوزیت ها
• طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)
• سیستمهای کنترل
• امنیت سایبری
• طرح
• انرژی
• ارگونومی
• سلامتی انسان
• ساخت و تولید افزودنی
• مکانیک
• فناوری نانو
• طرح تولید
• رباتیک
• تحلیل ساختاری

یکی از اجزای شکل دهنده‌ی کار مهندسان مکانیک، فناوری و مجموعه ابزارهایی است که در دهه های اخیر کاملاً قدرتمند شده است. مهندسی به کمک رایانه (CAE) اصطلاحی چتری است که شامل همه چیز، از تکنیک های معمولی CAD تا ساخت به کمک کامپیوتر تا مهندسی با کمک رایانه، شامل تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است. این ابزارها و سایر ابزارها افق مهندسی مکانیک را بیشتر گسترش داده اند.

چه مشاغلی در مهندسی مکانیک وجود دارد؟

جامعه به مهندسی مکانیک بستگی دارد. نیاز به این تخصص در بسیاری از زمینه‌ها بسیار زیاد است، و به همین ترتیب محدودیتی واقعی برای مهندس مکانیک تازه فارغ التحصیل شده از دانشگاه وجود ندارد. همیشه موقعیت‌های شغلی برای مهندسی مکانیک وجود دارد، به ویژه در صنایع خودرو، هوا فضا، الکترونیک، بیوتکنولوژی و انرژی.

مهندسان مکانیک به چه مهارت‌هایی نیاز دارند؟

ماهیت مهندسی حل مسئله است. با وجود این هسته‌ی اصلی، مهندسی مکانیک به خلاقیت کاربردی، دستیابی به درک کار مربوط به آن، همراه با مهارت‌های قوی بین فردی مانند شبکه، رهبری و مدیریت تعارضات نیز نیاز دارد. ایجاد یک محصول تنها بخشی از معادله است. دانستن نحوه کار با مردم، ایده ها، داده ها و اقتصاد کاملا مهندس مکانیک می سازد.

مهندسان مکانیک چه وظایفی را انجام می‌دهند؟

مشاغل در مهندسی مکانیک وظایف مختلفی را می‌طلبد.

• طراحی مفهومی
• تحلیل و بررسی
• ارائه و گزارش نویسی
• کار گروهی چند رشته‌ای
• مهندسی همزمان
• مدیریت پروژه
• نمونه سازی اولیه
• آزمایش کردن
• اندازه گیری‌ها
• تفسیر اطلاعات
• طراحی توسعه
• پژوهش
• تجزیه و تحلیل (FEA و CFD)
• کار با تامین کنندگان
• مشاوره

نرم افزارهای مهندسی مکانیک

نرم افزارهای مهندسی مکانیک که مهندسان مکانیک با آن فعالیت‌های مرتبط با حوزه‌ی خود را انجام می‌دهند بسیار گسترده و متنوع است اما در ادامه تعدادی از نرم افزارهای مهم بیان می‌شود. برای یادگیری این نرم افزارهای می‌توانید از دوره‌های مکتب‌خونه استفاده کنید.

1-نرم افزارCATIA

کتیا یک نرم‌افزار طراحی به کمک رایانه، مهندسی به کمک رایانه و ساخت به کمک رایانه است که توسط شرکت داسو سیستمز تولید شده‌است. مدل سازی قطعات ساده تا پیچیده از ماوس گرفته تا بدنه خودرو و هواپیما و همچنین شرکت‌های هواپیماسازی همچون بوئینگ و شرکت‌های خودروسازی همچون فورد و نیسان نیز از نرم‌افزار به طور گسترده‌ای استفاده می‌کنند.

2-نرم افزار SolidWorks

سالیدورکس یک نرم‌افزار مهندسی طراحی به کمک رایانه است در حال حاضر نرم‌افزار سالید ورکس توسط ۱٫۳ میلیون مهندس در بیش از ۱۳۰٬۰۰۰ شرکت در سراسر جهان در حال استفاده‌است

3-نرم افزار COMSOL Multiphysics

نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیکس یک مجموعه کامل شبیه‌سازی است که می‌تواند معادلات دیفرانسیل سیستم‌های غیر خطی را توسط مشتق‌های جزئی به روش اجزاء محدود (FEM) در فضاهای یک، دو و سه بعدی حل نماید. این نرم‌افزار می‌تواند در حضور چالش‌هایی نظیر میدان‌های الکترومغناطیسی، کشش، دینامیک سیالات و دینامیک گاز به خوبی راهگشا باشد. 

4-نرم افزار FLUENT

نرم‌افزار فلوئنت یک نرم‌افزار مهندسی به کمک رایانه در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای مدل کردن جریان سیال و انتقال حرارت در هندسه‌های پیچیده می‌باشد. این نرم‌افزار امکان تغییر شبکه، به صورت کامل و تحلیل جریان با شبکه‌های غیرساخت‌یافته برای هندسه‌های پیچیده را فراهم می‌سازد. 

5-نرم افزار ABAQUS

نرم‌افزار آباکوس از جمله نرم‌افزاری‌های قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزاء محدود (FEM) در بازار است. این نرم‌افزار محصول شرکت فرانسوی داسو سیستمز می‌باشد.آباکوس قابلیت حل مسایل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدلسازی غیر خطی را دارا می‌باشد. 

6-نرم افزار MATLAB

متلب یک محیط نرم‌افزاری برای انجام محاسبات عددی و یک زبان برنامه‌نویسی نسل چهارم است. واژهٔ متلب هم به معنی محیط محاسبات رقمی و هم به معنی خود زبان برنامه‌نویسی مربوطه‌است که از ترکیب دو واژهٔ MATrix (ماتریس) و LABoratory (آزمایشگاه) ایجاد شده‌است. این نام حاکی از رویکرد ماتریس محور برنامه‌است، که در آن حتی اعداد منفرد هم به عنوان ماتریس در نظر گرفته می‌شوند. 

آینده مهندسی مکانیک

پیشرفت در مواد و ابزارهای تحلیلی مرزهای جدیدی را برای مهندسان مکانیک گشوده است. فناوری نانو، بیوتکنولوژی، کامپوزیت‌ها، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و مهندسی صوتی همه جعبه ابزار مهندسی مکانیک را گسترش داده اند.

فناوری نانو امکان مهندسی مواد را در کمترین مقیاس فراهم می‌کند. با توانایی طراحی و ساخت تا سطح ابتدایی، امکانات برای اشیا بسیار زیاد می‌شود. 

کامپوزیت‌ها منطقه دیگری است که در آن دستکاری مواد امکان تولید جدید را فراهم می‌کند. با ترکیب مواد با ویژگی‌های مختلف به روش‌های ابتکاری، می‌توان از بهترین مواد استفاده کرد و راه حل‌های جدیدی یافت. CFD به مهندسان مکانیک این فرصت را می‌دهد تا جریان‌های سیال پیچیده را با الگوریتم‌های مورد بررسی قرار دهند. این امکان را برای مدل سازی موقعیت‌هایی که قبلاً غیرممکن بودند فراهم می‌کند. مهندسی صوتی ارتعاش و صدا را بررسی می‌کند، فرصتی را برای کاهش نویز در دستگاه ها و افزایش کارایی در همه چیز، از بیوتکنولوژی گرفته تا معماری فراهم می‌کند.

بازارکار مهندسی مکانیک

باتوجه تنوع گرایش‌های رشته مهندسی مکانیک و کاربردی بودن دروسی که دانشجویان این رشته می‌گذرانند، بازارکار مهندسی مکانیک، متنوع و گسترده است. مهندسان مکانیک باتوجه به مهارت‌هایی که دارند و در نظر گرفتن علاقه‌ی شخصی خود می‌توانند در هر یک از زمینه‌های کاری که پیش از این ذکر شد، شروع به فعالیت کنند. هر جا بحث تولید باشد، نیاز به مهندسان مکانیک نیز احساس می‌شود پس تمام مشاغل تولیدی مانند کارخانه‌ها به مهندسان مکانیک نیاز دارند.

یک توصیه‌!
در انتها باید یادآوری کرد که رشته‌ی مهندسی مکانیک نیازمند تسلط خوب شما بر دروس فیزیک و ریاضی‌ست. اگر در این دروس ضعیف هستید حتما به فکر چاره باشید یا به فکر تغییر تصمیم خودتان برای حضور در این رشته! عدم تسلط کافی بر این دروس اولین عامل برای تولد خطاهای مهندسی و فاجعه‌های بعد از آن است.