مهندسی مکانیک
در داستان‌های اساطیری و کهن هرچه قهرمان داستان باستانی‌تر، قوی‌تر و محترم‌تر است. مهندسی مکانیک قهرمان رشته‌های مهندسی‌ست که در دل تاریخ متولد شده و تا امروز با قدرت به توان علمی و کارآمدی خود اضافه کرده و برای کمک رساندن به انسان‌های قصه‌ی تاریخ درکنار ماست.
قهرمانی که حضورش با ساده‌ترین حالت‌ها شروع شده؛ مثل سطح شیب‌دار! بله! سطح شیب‌دار شاید ساده‌ترین حالت حضور مهندسی مکانیک در زندگی روزمره و صنعت باشد. هزاران سال قبل هم احتمالا این قطعه برای جابه‌جایی بار از سطح زمین به ارتفاع، مورد استفاده بوده است. یا استفاده از الوار زیر بارهای سنگین برای حرکت به جلو را احتمالا در فیلم های تاریخی دیده‌ایم. جایی که قهرمان‌های داستان بدون وسایل مدرن گیر افتاده‌اند.
نمونه‌های ساده قدیمی زیاد است. از طنابی که برای بالا کشیدن یوسف پیامبر از چاه استفاده شد تا بشکه‌های آب! تمام مواردی که گفته شد نمونه‌های ساده‌ی کاربرد مهندسی مکانیک است که در تاریخ جا خوش کرده‌اند.
جلوتر که بیائیم به چرخ و محور می‌رسیم و حتی طراحی مسیرهای آب در شهرهای کهن! خیلی جلوتر به تکمیل دیگ بخار توسط جیمز وات (پدر انقلاب صنعتی) که به عنوان نقطه‌ی عطف صنعت جهان نیز از این انقلاب یاد می‌شود.
ما هر روز سوار بر خودروهای ساخت مهندسان مکانیک هزاران هزار کیلومتر جابه‌جا می‌شویم. زیر دوش آبِ گرم آبگرمکن‌های ساخت این مهندسان خستگی از تن در می‌کنیم. خانه‌ی خود را در گرما سرد و در سرما گرم می کنیم. تمام اینها را وام‌دار مهندسی مکانیک هستیم.
شما در زندگی روزمره‌ی خود اثرات نیرو و حرکت را می‌بینید و حس می‌کنید. از تغییرات دمای آب در آبگرمکن یا گرم شدن شوفاژ تا رسیدن آب از زیرزمین تا طبقه ی سی ام یک برج. حتی باز وبسته شدن شیر آب که یک قطعه‌ی مکانیکی ساده محسوب می‌شود. این نکته شاید آموختن مهندسی مکانیک را برای هر شخصی جذابتر کند.
معرفی رشته‌ی مهندسی مکانیک
مهندسی مکانیک به عنوان شاخه‌ی مهمی از علم فیزیک به بررسی نیرو می‌پردازد. نیرویی که به هر جسمی وارد شود در دیدرس مهندس مکانیک باید قرار بگیرد. چه این جسم از مواد جامد باشد؛ چه سیال و چه نیمه-سیال. مهندسی مکانیک علم تحلیل و بررسی اثر نیرو بر مواد است. نیرویی که عامل حرکت خودروهاست. نیرویی که عامل حرکت آب در لوله‌هاست، پرواز هواپیما و حتی بال پرنده‌ها!
طبیعی‌ست که در اثر اعمال نیرو بر جسم تاثیرات ناشی از این اعمال نیرو نیز آشکار می‌شود. بررسی این آثار نیز در حوزه‌ی کاری مهندسی مکانیک است. گرمای ناشی از این اعمال نیرو، اثرات فیزیکی اعمال نیرو مانند ارتعاش، شکست، خمش و … در تحلیل اثر نیرو قابل بررسی‌ست.
اینجاست که فیزیک با علم شناخت مواد ترکیب شده و روی دیگر مهندسی مکانیک را نشان می‌دهد. دانش اینکه جسم ما در برابر نیرو چه واکنشی دارد. آیا طراحی ما به عنوان مهندس مکانیک به قدری درست است که سیستم طراحی شده در برابر خواسته‌ی ما دوام بیاورد و تحت نیروی موجود در کار آسیب نبیند؟
ریاضیات هم که مادر تمام علوم است و همه جا ردپای شریف آن مشخص است. تمامی تحلیل‌ها وابسته به روش‌های حل و کاربرد ریاضی در مهندسی‌ست.
ترکیب این سه علم و تسلط بر آنها از شما یک مهندس توانمند مکانیک می‌سازد. می‌توانید دستگاهی برای جابه‌جایی چندین هزارکیلوگرم بار بسازید.مخازنی برای ذخیره‌ی مواد شیمیایی و حتی مبدل حرارتی برای کاهش دمای آب. اگر به پشت یخچال خانه‌ی خود نگاهی بیندازید نمونه ای از مبدل حرارتی را خواهید دید.
مهندس مکانیک چه می‌کند؟
کار مهندس مکانیک بعد از تحلیل و بررسی مسئله یا نیاز، انجام محاسبات لازم برای طراحی سیستم است. سیستمی‌ست که نیاز مسئله را بر طرف می‌کند. مسئله می‌تواند درخواست یک شرکت بزرگ از شما باشد. به طور مثال ماشینی برای پرس کردن ماده و تولید کاشی طراحی کنید. یا مبدلی طراحی کنید که روغن داغ شده‌ی حاصل از عملیات خنک‌کاری را خنک کند و به سیستم بازگرداند.
سیستم باید توان تحمل فشار لازم برای پرس یا دمای بالای روغن را داشته باشد. اینجاست که علم شناخت مواد به کار شما خواهد آمد تا طراحی را بر مبنای توان لازم و جنس مقاوم انجام بدهید.
تمرکز خود را بالا ببرید!
مهندس مکانیک با استفاده از داده‌های محاسبه شده و جنس تعیین شده بر اساس شرایط درخواست مشتری و صورت مسئله، اقدام به طراحی و مدل سازی می‌کند. مدل سازی امروزی با سیستم‌های کامپیوتری و نرم‌افزارهای پیشرفته صورت می‌گیرد.
شما برای انجام این کار به اطلاعات فنی که حاصل از تحلیل و بررسی خودتان است نیاز دارید و تسلط بر نرم‌افزارهای مدل سازی. نرم‌افزارهای مدل سازی برای طراحی قطعات و سیستم‌ها، تهیه‌ی نقشه‌های دو بعدی و سه بعدی، طراحی مدارهای هیدرولیکی، تحلیل اثرات نیرو، حرکت، ارتعاش، دما و … به کار می‌روند.
پس نکته‌ی مهم درک درست از صورت مسئله و تحلیل درست است که منجر به مدل سازی درست می‌شود.
مثل یک بازرس دقیق کنترل کنید
بعد از مدل سازی، اقدام به ساخت، مونتاژ و اجرای سیستم قرار دارد. اینجای ماجرا باز هم به شناخت مواد برمی‌گردیم. روش‌های ساخت قطعات یکی از گرایش‌های مهم مهندسی مکانیک است. با درک درست از مواد انتخاب شده و روش‌های تولید قطعات با هر نوع ماده قطعات استانداردی ساخته خواهدشد.
کنترل کیفیت قطعات و سیستم‌های تولید شده نیز بر عهده‌ی خود مهندسان مکانیک است. این مورد هم نیاز به شناخت درست از صورت مسئله، روش‌های ساخت و مدل سازی دارد. هر قطعه برای ورود به مرحله‌ی نصب و اجرا در سیستم ابتدا باید از نگاه دقیق مهندسان کنترل کیفیت عبور کند. قطعات مهر تایید آنها را بر صحت تولید و عملکرد خود دریافت می‌کنند.
پس از مرحله‌ی کنترل کیفیت به مونتاژ و اجرای سیستم مد نظر می‌رسیم. جایی که حاصل دانش و توانمندی شما نمایش داده خواهد شد. اگر گام‌های گفته شده را با اطمینان خاطر برداشته باشید؛ نتیجه رضایتبخش و غرورانگیز می‌شود. اگر جایی از این مراحل نقصی داشته باشد به سیستم طراحی شده توسط شما عملکرد درستی نخواهد داشت. در نتیجه به احتمال نود و نه درصد توسط کارفرمای خود مشمول جریمه خواهید شد!
شما مسئول هستید!
بله! مهندسان مکانیک هم مانند دیگر مهندسان و دیگر مشاغل غیرمهندسی، تعهدی در قبال پروژه دارند. آنها باید به بهترین شکل اینکار را انجام دهند چون علاوه بر خسارت مالی به خود و کارفرما، اعتبار خود را نیز زیر سوال خواهند برد.
علاوه بر بحث تعهد اخلاقی، باید یادآور شد که سیستم‌های مکانیکی به طور معمول تحت فشار و بارهای فیزیکی زیادی هستند. اگر مشکلی در عملکرد خود داشته باشند ممکن است خطرات جانی نیز داشته باشند. به طور مثال فکر کنید اگر جرثقیلی که باری چندصد کیلویی را بالا برده ناگهان توان تحمل بار خود را از دست بدهد؛ چه خواهد شد؟ بار از ارتفاع رها می شود و در صورت وجود نفرات در مسیر افتادن بار… تصور مابقی ماجرا بر عهده‌ی شما مهندس حال یا آینده‌ی مکانیک گرامی!
تا اینجا مهندسی مکانیک و مراحل کاری آن را به صورت مختصر توضیح دادیم. تلاش بر این بود که در همین مختصر، دید مناسبی به مخاطب این مطلب داده شود.
گرایش‌های مهندسی مکانیک
مهندسی مکانیک در دانشگاه‌های سراسر جهان در چند گرایش مختلف تدریس می‌شوند. گرایش طراحی جامدات که یکی از مهمترین گرایش‌های مهندیس مکانیک است. در این رشته طراحی قطعات و اجزای مختلف یک دستگاه بر اساس نیاز مصرف کننده انجام می‌گیرد.
گرایش سیالات که از نامش هم مشخص است بر اساس حرکت سیال و نیرویی که از این طریق ایجاد می‌شود دست به کارهای بزرگ می‌زند. به طور مثال همان جرثقیل غول پیکری را در نظر بگیرید. جرثقیل با انرژی سیال این عملیات بزرگ را انجام می‌دهد. طراحی آن و اینکه این عملیات به چه روشی صورت بگیرد کار مهندسی سیالات است. این که در چه ابعادی و با چه ماده و جنسی این قطعات تولید و ساخته شوند کار مهندسی جامدات است و ساخت و تولید.
گرایش سوم هم که معرفی شد: ساخت و تولید! مهندسان ساخت و تولید روش های تولید قطعات و ابزارها را بر مبنای شاخت ماده و روش‌های تولید هر قطعه برعهده دارند.
طراحی جامدات
گرایش جامدات همانطور که از نامش پیداست تحلیل، بررسی، مدل سازی و طراحی را بر روی مواد جامد انجام می‌دهد. این رشته بیشتر بر روی قطعات ماشین آلات و سیستم‌های حرکتی و ایستای مکانیکی تمرکز دارد و تاثیر نیرو و حرکت‌های ناشی از آن و تحلیل و طراحی مکانیزم‌های آن را مهندسی می‌کند.
این رشته در مقطع لیسانس به مباحث دینامیک، دینامیک ماشین، طراحی اجزا و مقاومت مصالح می‌پردازد که دروس مهم و پایه در یادگیری تحلیل و بررسی نیرو و اثرات آن بر سطوح جامد هستند. باید مثال ملموسی یک سیستم طراحی شده توسط مهندسین طراحی جامدات بزنیم. می توانیم به سیستم انتقال قدرت دوچرخه اشاره کنیم!
سیستم در ظاهر ساده است ولی نیازمند طراحی مهندسی. سیستم چرخ و زنجیر از سیستم‌های مکانیکی انتقال قدرت است. این سیستم در اینجا انرژی مکانیکی رکاب زدن شما را به انرژی جنبشی تبدیل و عامل حرکت چرخ‌ها می‌شود. این انتقال از طریق زنجیر و دنده ها به چرخ ها منتقل می‌شود.
همچنین مهندسین طراحی باید به نرم‌افزارهای طراحی و تحلیل قطعات مسلط باشند. از مهمترین نرم‌افزارهای طراحی و مدل سازی می‌توان به CATIA، SOLIDWORKS،INVENTORو … اشاره کرد.
رشته‌ی طراحی جامدات در مقاطع بالاتر تا سطح دکترا دارای گرایش طراحی کاربردی‌ست. این رشته در مقاطع بالاتر از مباحث پایه و مدل سازی عبور کرده و به مباحث پیشرفته‌ی تحلیل و طراحی می‌پردازد.
سیالات
گرایش دوم و شاید مهمتر در سرزمین ما، گرایش حرارت و سیالات است. چرا مهمتر؟ ما نفت داریم، گاز داریم و هر دوی اینها از مهمترین سیالات جهان محسوب می‌شوند.
همانطور که از اسم این گرایش مشخص است به تحلیل و بررسی و طراحی بر اساس سیالات می‌پردازد. شاید واژه‌ی سیال کمی گنگ به نظر برسد اما شما هر چیزی که سیلان دارد و می‌تواند جاری شود و حرکت کند را سیال بنامید! هوا، آب، نفت، گاز و حتی خون! پس منظور فقط مایعات نیست و گازها نیز در این شاخه قراردارند. در این گرایش ویژگی‌های سیالات، اثر نیرو بر آن، گرما و روش‌های انتقال آن و دیگر مباحث مرتبط به سیالات مورد بررسی قرار می‌گیرد.
از دروس اصلی این رشته مشخص است که سیالات! همچنین ترمودینامیک، انتقال حرارت و … هستند.
آینده‌ی شغلی مکانیک سیالات
این رشته به علت وجود صنایع متعدد نفت و گاز در کشور آینده‌ی شغلی خوبی پیشرو دارد. علاوه بر این مورد، از مزیت‌های این رشته صنایع متنوع و کاربردی آن است که می‌توان به طراحی مبدل‌های حرارتی، طراحی سیستم‌های آب و فاضلاب و نیروگاههای خورشیدی، طراحی سیستم‌های انتقال سیال، طراحی سیستم‌های هیدرولیک و روانکاری و … اشاره کرد.
این رشته در مقاطع بالاتر به گرایش تبدیل انرژی می‌رسد.
ساخت و تولید
گرایش ساخت و تولید به عنوان سومین شاخه‌ی مهم مهندسی مکانیک، فرآیند تولید را بررسی و کنترل می‌کند. ریختهگری، جوشکاری، قالب ریزی، ماشین‌کاری و کلیه‌ی مراحل تولید قطعات در زمینه‌ی فعالیت مهندسی ساخت و تولید است.کیفیت قطعات ساخته شده زیر نظر مهندسی ساخت و تولید از اهمیت بالایی برخوردار است. این امر عامل اصلی تعیین کیفیت کلی دستگاه، قیمت و ارزش سیستم تولید شده است.
این گرایش نسبت به دو گرایش قبل زمان بیشتری را در آزمایشگاه و کارگاه خواهد گذراند.
در مقاطع بالاتر نیز امکان ادامه دادن و آموختن مطالب تکمیلی فراهم است. از دروس اصلی این گرایش می‌توان به طراحی اجزا، قالب پرس، ریختهگری و … اشاره کرد.
و دیگران
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.
می‌توان گفت که خودرو و کنترل از زیرمجموعه‌های طراحی جامدات، و تاسیسات حرارتی و برودتی از زیرمجموعه‌های سیالات است. رشته‌های تلفیقی یا بین رشته‌ای مثل رباتیک و مهندسی پزشکی نیز از جذابیت‌های خاصی برخوردارند.
جذاب‌های دوست داشتنی!
مدرن بودن و رشد گام به گام به تکنولوژی روز و جهانی عامل جذابیت بالای صنایع روباتیک و مهندسی پزشکی‌ست. رشته‌ی رباتیک نیازمند دانش طراحی جامدات و کنترل است. همچنین از هوش مصنوعی و مهندسین نرم‌افزار نیز در این راه کمک گرفته می‌شود.
گرایش مهندسی پزشکی نیز با تلفیق علوم مهندسی مکانیک و فیزیولوژی بدن و آگاهی از عملکرد مکانیکی و زیستی بدن اقدام به تحلیل، طراحی و ساخت قطعات پزشکی برای یاری رساندن به نیازمندان می‌کند.
در گرایش خودرو نیز علاوه بر تسلط بر سیستم احتراق داخلی و سوخت‌رسانی، نیاز به دانش کامل بر شناخت حرکت قطعات و نیروهای ناشی از بدنه و وزن اجزا بر شاسی خودرو برای طراحی درست و بهینه می‌باشد. در مکانیک خودرو کلیه‌ی شاخه‌های طراحی، سیالات و ساخت و تولید سهیم هستند.
یک توصیه‌ی روانی!
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.
