مقدمه
مهندسی مکانیک شاخه ای از مهندسی است که با طراحی، ساخت و راه اندازی دستگاه ها و ماشین ها سروکار دارد. این رشته همچنین ارتباط نزدیک با ماشین هایی دارد که عمل تبدیل انرژی های مختلف نظیر انرژی خورشید، انرژی هسته ای و انرژی شیمیایی به انرژی حرکتی در آن ها انجام می شود. مهندسی مکانیک بطور کلی نقش بسزایی در بهبود کیفیت کلی زندگی و ارتقا امنیت و آسایش زندگی انسان ها و نیز ایجاد رونق اقتصادی ایفا می کند. به جرات می توان گفت که مهندسی مکانیک گسترده ترین رشته مهندسی از نظر دامنه فعالیت ها و کاربردها است و در حقیقت بخش کاربردی علم فیزیک به شمار می آید تا با استفاده از مفاهیم پایه علوم فیزیک و ریاضی به بررسی حرکت اجسام و نیروهای وارد بر آن ها پرداخته و می کوشد تا با توجه به نتایج بررسی های خود ، طرحی نو در زمینه فن شناسی و صنعت ارائه دهد و مسیر پیشرفت انسان را هموار سازد.
"مکانیک بهشت ریاضیات است"، این جمله زیبا از لئونارد اولر ریاضیدان بزرگ سوئیسی، بیانگر ارتباط تنگاتنگ ریاضیات با مکانیک است .مهندسان مکانیک، اصول اساسی نیرو، انرژی، حرکت و گرما را به کار برده و با دانش تخصصی خود، سیستم های مکانیکی و دستگاه ها و فرآیندهای گرمایی را طراحی کرده و می سازند. مهندسان مکانیک، گستره وسیعی از دستگاه ها، فرآورده ها و فرآیندها را تولید می کنند. به عنوان نمونه موتورها و سیستم های کنترل خودرو و هواپیما، نیروگاه های الکتریکی، دستگاه های پزشکی، اجزا و قطعه های گوناگون از موتورهای با ابعاد میکروسکوپی گرفته تا چرخ دنده های غول آسا، فناوری لیزر، طراحی و ساخت به کمک رایانه، ماشینی کردن یا خودکارسازی (اتوماسیون و روباتیک)، انواع گوناگون از فرآورده های مصرفی از دستگاه های تهویه مطبوع گرفته تا رایانه های شخصی و تجهیزات ورزشی، ماشین ها و دستگاه هایی که هر یک از این محصولات را به صورت انبوه تولید می کنند، بخشی از زمینه های مرتبط با مهندسی مکانیک هستند .در نهایت می توان گفت اکثریت وسایل و ابزاری که در زندگی روزمره انسان ها کاربرد دارد و به عبارتی هر وسیله ای که حرکت کند و یا انرژی مصرف نماید، به احتمال زیاد یک مهندس مکانیک در طراحی و یا ساخت آن نقش داشته است. مهندسی مکانیک ابتدا در طی انقلاب صنعتی در اروپا در قرن 18 میلادی به عنوان یک شاخه مجزا شناخته شد؛ با این وجود این شاخه دانش توسعه پیدا کرده است. دانش مهندسی مکانیک در قرن 19 میلادی درنتیجه پیشرفت های فیزیک نشأت گرفت. این شاخه به طور پیوسته ای تکامل یافته تا پیشرفت های فناوری را به کار گیرد و امروزه مهندسان مکانیک به دنبال گسترش دانش در رشته هایی چون مواد مرکب، مکاترونیک و نانوتکنولوژی هستند. مهندسی مکانیک به میزان زیادی، همپوشانی هایی با مهندسی هوافضا، مهندسی دریا، مهندسی خودرو، مهندسی راه آهن (ماشینهای ریلی)، مهندسی کشاورزی (ماشینهای کشاورزی)، مهندسی پزشکی (بیومکانیک)، مهندسی مکاترونیک و به میزان کمی با مهندسی رباتیک، مهندسی صنایع، مهندسی معدن، مهندسی متالورژی، مهندسی عمران، مهندسی برق، مهندسی هستهای، مهندسی شیمی و مهندسی نفت دارد. به جرات می توان ادعا نمود مهندسی مکانیک شالوده اصلی و تاثیرگذار صنعت و کارخانجات بوده که می تواند باعث رونق فعالیتهای موجود در کشور با اتکا بر خودکفایی صنعت گردد که نمونه بارز آن را می توان در بی اثر نمودن تحریم های کاذب دولت های غربی دانست.
1- گرایش های مهندسی مکانیک
در اجرای اصول قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران، از جمله " ب" اصل دوم و بندهای 3 و 13 اصل سوم و ایجاد شرایط تحقق بند 4 دهمین اصل و نیزاجرای اصل سی ام و بند 7 چهل و سوم و ایجاد شرایط تحقق بندهای 8 و 9 این اصل و اصول دیگر و به منظور تربیت متخصصان متعهد در صنایع و تبدیل وابسته به صنایع مستقل و خودکفاء، پس از بررسی و پژوهش در صنایع مکانیک " مجموعه کارشناسی مکانیک " تدوین شده است. رشته مهندسی مکانیک دارای سه گرایش عمومی » طراحی جامدات، حرارت و سیالات، ساخت و تولید« در مقطع کارشناسی می باشد. مهندسی مکانیک (در سطح کارشناسی) در شروع آموزش مهندسی در ایران با مهندسی برق یک رشته تحصیلی بوده و »الکترومکانیک« نامیده می شد. اما در حدود 50 سال پیش، این دو رشته از هم جدا و به مرور رشته های دیگری مانند مهندسی شیمی و مهندسی مواد نیز از مهندسی مکانیک منفک گردید. در حال حاضر مهندسی مکانیک به عنوان رشته مهندسی مکانیک عمومی ارائه می گردد. با پیشرفت صنعت و نیاز صنایع به تخصص های مختلف در این زمینه، گرایش های مذکور در آن ایجاد شدند که به معرفی اجمالی آن ها می پردازیم:
1-1- گرایش طراحی جامدات
هدف تربیت متخصصانی است که بتوانند در مراکز تولید و کارخانجات، اجزاء و ساختار ماشین آلات مختلف را طراحی کنند. طراحی و ساخت تمامی ماشین آلات و قطعات آن ها، اعم از ماشین آلات تولیدی، لوازم خانگی و تجهیزات پزشکی، طراحی و ساخت تجهیزات مکانیکی انواع نیروگاه ها (با سوخت فسیلی، اتمی و انرژی های تجدیدپذیر و نو از قبیل خورشید، باد، آب و .....). طراحی و ساخت تجهیزات و سیستم های انتقال و تصفیه آب، سیستم های مکانیکی و کنترلی پالایشگاه ها و کارخانجات شیمیایی، طراحی بالابرها و آسانسورها، سیستم های حمل و نقل، ساخت ماشین آلات تغلیظ و بازیافت مواد از قبیل کارخانجات قند، کاغذسازی، سیمان، نساجی، نمک و کنسانتره، طراحی و ساخت وسایل و تجهیزات حمل و نقل زمینی، دریایی و هوایی، طراحی تجهیزات دفاعی مانند تانک، راکت، اژدر و پل های متحرک، ساخت روبات ها، بازوهای مکانیکی و سیستم های تولید، طراحی ماشین های تراش، فرز، چاپ، سیستم های تعلیق و سیستم های انتقال قدرت و سیستم های انتقال مواد توسط مهندسان این گرایش انجام می شود. دروس این دوره شامل دروس نظری، آزمایشگاهی، کارگاه، پروژه و کارآموزی است. فارغ التحصیلان می توانند در کارخانجات مختلف نظیر خودروسازی، صنایع مادر از قبیل: صنایع نفت، ذوب فلزات، صنایع غذایی، صنایع فولاد و غیره مشغول به کار شوند و برای این دوره امکان ادامه تحصیل در سطوح کارشناسی ارشد و دکترا در داخل و خارج از کشور وجود دارد. موفقیت داوطلبان به آگاهی آن ها در زمینه دروس جبر و مثلثات، هندسه، فیزیک مکانیک و همچنین تسلط آنان به زبان انگلیسی بستگی فراوان دارد. از جمله دروس مهم این دوره می توان مقاومت مصالح، طراحی اجزا، ارتعاشات و دینامیک و کنترل را نام برد. در این رشته زمینه اشتغال و بازارکار مناسبی وجود دارد و مطالب ارائه شده در طول تحصیل برای دانشجویان محسوس و قابل لمس است.
1-2- گرایش حرارت و سیالات
همانطور که از نام این گرایش پیداست مهندسی مکانیک گرایش حرارت و سیالات به مبحث حرارت و مسایل مربوط به سیالات می پردازد. این گرایش عمدتا در خصوص حرارت، کار و تبدیل انرژی و سیستمهای انرژی بحث و بررسی دارد. دروس ترمودینامیک، انتقال حرارت و مکانیک سیالات از دروس اصلی این گرایش به شمار می آیند. این گرایش در به کاربردن علوم و تکنولوژی، جهت طرح و محاسبه اجزاء سیستم هایی که اساس کار آن ها مبتنی بر تبدیل و انتقال انرژی، انتقال حرارت و جرم است، به متخصصان کارآیی لازم را می دهد و آنان را جهت کار و فعالیت در صنایع مختلف مکانیک در گرایش حرارت و سیالات نظیر، مولدهای حرارتی، انتقال سیال، نیروگاه ها، موتورهای احتراقی و .... آماده می سازد. همچنین مسائل مربوط به طراحی، ساخت، اجرا و نگهداری تاسیسات ساختمان، سرمایش، گرمایش، تبرید، توزیع هوا، انتقال آب، جمع آوری و دفع فاضلاب، سیستم های آتش نشانی و کنترل دود، رآکتورها، صنایع نفت و گاز ، نیروگاه ها، کارخانجات مختلف ، طراحی توربو ماشین ها (ماشین های دوار همانند توربین های بخار و گاز، پمپ ها و فن ها) و تجهیزات تبادل انرژی از قبیل مبدل های حرارتی در این گرایش مورد بحث و بررسی قرار می گیرند. فارغ التحصیلان این دوره می توانند تا مقطع کارشناسی ارشد و دکتری در داخل و یا خارج از کشور ادامه تحصیل دهند. داوطلبان این گرایش باید به دروس ریاضی و فیزیک تسلط داشته و با زبان انگلیسی آشنا باشند. از جمله دروس مهم این دوره می توان ترمودینامیک، سیالات، انتقال حرارت را نام برد.
1-3- گرایش ساخت و تولید
در این گرایش هدف، تربیت کارشناسانی است تا با استفاده و کاربرد فناوری های مربوط به ابزارسازی، ریخته گری، جوشکاری، شکل دادن فلزات، طراحی کارگاه یا کارخانه های تولیدی آماده کار در زمینه ساخت و تولید ماشین آلات صنایع(کشاورزی ، نظامی، ماشین سازی، ابزارسازی، خودروسازی و .....) بپردازند. فارغ التحصیلان این دوره قادر خواهند بود در صنایعی مانند ماشین سازی، ابزارسازی، خودروسازی، صنایع کشاورزی، صنایع هوایی و تسلیحاتی به ساخت و تولید ماشین آلات، طراحی کارگاه و یا کارخانه تولیدی پرداخته و نظارت و بهره برداری و اجرای صحیح طرح ها را عهده دار شوند. داوطلبان این رشته باید در دروس ریاضی، فیزیک و مکانیک از آگاهی کافی برخوردار باشند. دروس این دروه شامل مطالبی در مورد روش های تولید، طراحی قالب های پرس، طراحی قید و بندها، کار و برنامه ریزی با ماشین های اتوماتیک، اصول کلی و نحوه کار با ماشین های دستی و تعمیر و نصب تمام سرویس های صنعتی می باشد که درصد قابل توجهی از آن ها به صورت عملی ارائه می گردد. همچنین در شاخه ماشین افزار گرایش جوشکاری داوطلب آشنایی کامل با انواع روش های جوشکاری سنتی و مدرن موجود در صنعت را هم از لحاظ ساختار جوش و هم به صورت عملی می آموزد. داوطلب باید از سلامت جسمی برخوردار بوده تا بتواند کارها و فعالیت های کارگاهی را به خوبی انجام دهد و استعداد انجام کارهای فنی را داشته باشد. بدیهی است انتظار می رود با توجه به طرح مسئله خودکفایی صنایع کشور این گرایش، دارای بازار کار مناسبی باشد.
2- سایر گرایش های خاص مکانیک
- مکانیک - دریا
- مکانیک – تأسیسات( فعالیت در زمینه سیستم های گرمایشی و سرمایشی و تهویه مطبوع و آتش نشانی و ...)
- مکانیک - نیروگاه و انرژی
- مکانیک - مهندسی خودرو
- مکانیک - ماشین آلات کشاورزی
- مکانیک – نیروگاه
- مکانیک - نگهداری و تعمیرات
- مکانیک - هوا فضا
- مکانیک - مهندسی پزشکی
3- آینده شغلی و بازار
کاربرد مهندسی مکانیک در کلیه علوم مهندسی به حدی است که هیچ یک از این علوم را مستقل از مکانیک نمی توان تصور نمود. دانش آموختگان مهندسی مکانیک همواره در صنایع جایگاه ویژه ای داشته اند. بسیاری از ایشان هم اکنون به عنوان مدیران صنایع و یا مهندسان فعال در تولید و یا اعضای هیات علمی پژوهشی مراکز علمی کشور مشغول به کار می باشند و توانسته اند با شایستگی و خلاقیت، دانش مهندسی خود را در راه نوآوری و پیشرفت و آبادانی کشور در عمل به کار گیرند. در تمام کشورها دانش آموخته رشته مهندسی مکانیک فردی است که دانش کافی دارد تا در زمینه های گوناگون مهندسی کار کرده و متخصص شود. در حال حاضر دانشجوی توانمند مهندسی مکانیک پس از فارغ التحصیلی مشکل کاریابی ندارد چرا که توسعه سخت افزاری و رشد مسایل مهندسی ، گرایش به سمت تولیدات داخلی و ایجاد فناوری تولید تجهیزات و وسایل در داخل کشور و روی آوردن به خدمات مهندسی ، باعث رشد چشمگیر بازارکار مهندسان مکانیک در ایران شده است. یک مهندس مکانیک در حال حاضر در زمینه های مختلفی فعالیت می کند که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.
3-1- در زمینه طراحی
- ماشین ها و دستگاه هایی که هر نوع محصولی را ساخته و بسته بندی می کنند .
- تجهیزات گردنده مانند پمپ ها، فشرده سازها(کمپرسورها)، دمنده ها، توربوماشین ها، توربین ها و موتورهای درون سوز
- مخازن تحت فشار، رآکتورها، مبادله کن های گرمایی، دیگ های بخار
- سامانه های لوله کشی
- طراحی اجزاء وسیله های نقلیه مانند خودرو، کامیون، اتوبوس، هواپیما، قطار و ...
- تجهیزات حمل مواد مانند تسمه نقاله ها، روبات ها و ......
- طراحی کنترلر برای سیستم های دینامیکی
- طراحی سیستم های تهویه مطبوع و گرمایش و سرمایش در ساختمان ها
3-2- در زمینه تحلیل
- شکست دستگاه ها
- بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان
- انتقال گرما
- ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک
- پیزوالکتریک
3-3- در زمینه آزمایش
- آزمایش کیفیت، امنیت و قابلیت اطمینان فرآورده ها، دستگاه ها و فرآیندها
3-5- در زمینه های نوین
- فناوری نانو
- سیستم های میکروالکترو مکانیکی(حسگری و عملگری)
- سیستم های دارو رسانی در ابعاد نانو
- سیستم های سیالات میکرو و نانو
- نانو روبات ها
4- همکاری با مهندسان دیگر رشته ها
همکاری با مهندسان عمران، برق، شیمی و ..... به منظور طراحی واحدهای تولیدکننده، انواع فرآورده ها وکمک به نصب و راه اندازی ماشین آلات مختلف در صنایع.
5- مهمترین نرم افزارهای مورد استفاده در مهندسی مکانیک
- ADAMS: نرم افزار شبیه سازی و تحلیل سیستم های دینامیکی
- Working Model: نرم افزار شبیه سازی و تحلیل سیستم های دینامیکی
- LS-DYNA: نرم افزار شبیه سازی ضربه و فرایندهای انفجاری
- AUTODYN: نرم افزار شبیه سازی ضربه و فرایندهای انفجاری
- Ansys: نرم افزاری برای تحلیل مهندسی قطعات در تحلیل های دینامیکی
- Abaqus: نرم افزار تحلیل نیروها و تنش ها
- Algor: نرم افزار تحلیل نیروها و تنش ها
- Cosmos: نرم افزار تحلیل نیروها و تنش ها
- Comsol: نرم افزار تحلیل نیروها و تنش ها
- NASTRAN: نرم افزار تحلیل نیروها و تنش ها
- PATRAN NASTRAN: نرم افزاری برای مدل سازی و ایجاد مدل ریاضی برای حلگر
- Marc: نرم افزار تحلیل نیروها و تنش ها
- Fluent: نرم افزار شبیه سازی حرکت سیالات و حل معادلات مومنتوم به صورت عددی
- Gambit Fluent: نرم افزاری برای مدل سازی و ایجاد مدل ریاضی برای حلگر
- +Star-ccm: نرم افزار محاسبات عددی سیالات
- ++FLO : نرم افزار محاسبات عددی سیالات
- ++CFD: نرم افزار محاسبات عددی سیالات
- OpenFoam: نرم افزار محاسبات عددی سیالات
- Fidap: نرم افزار محاسبات عددی
- Ansys CFX: نرم افزار محاسبات عددی سیالات
- Autodesk Simulation CFD: نرم افزار محاسبات عددی سیالات
- Matlab: نرم افزاری برای نوشتن برنامه و محاسبات ریاضی در مهندسی
- Mathcad: نرم افزار محاسبات ریاضی و مهندسی
- Maple: نرم افزار محاسبات ریاضی و مهندسی
- Mathematica: نرم افزار محاسبات ریاضی و مهندسی
- Catia: نرم افزار طراحی قطعات
- Solidworks: نرم افزار طراحی قطعات
- Pro/Engineer-Creo Pro/Engineer : نرم افزار طراحی قطعات
- NX Unigraphics: نرم افزار طراحی قطعات
- Mechanical Desktop-Autodesk Mechanical: نرم افزار طراحی قطعات
- Autodesk inventor: نرم افزار طراحی قطعات
- Autodesk Autocad: نرم افزار طراحی قطعات
- Microstation: نرم افزار طراحی قطعات
- PDMS: نرم افزار طراحی پلنت
- PDS : نرم افزار طراحی پلنت
- CaePipe: نرم افزار طراحی پایپینگ
- AutoPipe: نرم افزار طراحی پایپینگ
- AutoPlant: نرم افزار طراحی پلنت و پایپینگ
- EES: نرم افزار شبیه سازی و تحلیل سیستم های ترمودینامیکی و حرارتی
- CATT2 : نرم افزار جداول ترمودینامیکی
- Thermo-Calc: نرم افزار شبیه سازی و تحلیل سیستم های ترمودینامیکی و حرارتی
- Thermoflow: نرم افزار طراحی و شبیه سازی نیروگاه های حرارتی
- Carrier HAP: نرم افزار قدرتمند طراحی سیستم های تهویه مطبوع از شرکت کریر آمریکا
- Aspen B-Jac: نرم افزار طراحی مبدل های حرارتی
- Aspen HTFS: نرم افزار طراحی مبدل های حرارتی
- CFTurbo: نرم افزار طراحی توربوماشینها
- Numeca FINE/Turbo: نرم افزار طراحی توربوماشین ها
- Autodesk MEP: نرم افزار ترسیم نقشه تأسیسات ساختمان
- Autodesk Alias Automotive :نرم افزار طراحی بدنه خودرو
- GT Suite: نرم افزار طراحی موتور خودرو
- Engine Analyzer Pro: نرم افزار طراحی موتور خودرو
- CarSim: نرم افزار شبیه سازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو
- Power shape: نرم افزار مدل سازی تولید قطعات
- Power mill: نرم افزار شبیه سازی تولید قطعات
- MasterCAM: تولید به کمک کامپیوتر
- SurfCAM: نرم افزار تولید به کمک کامپیوتر
- Deform: نرم افزار آنالیز شکل دهی
- Procast: نرم افزار شبیه سازی ریخته گری
- COADE PVElite: نرم افزار طراحی مخازن تحت فشار
- COADE CAESAR II: نرم افزار تحلیل تنش خطوط لوله
- COADE CADWorx: نرم افزار طراحی پلنت
- COADE TANK: نرم افزار طراحی مخازن ذخیره
- Pipenet-pipeflow-pipesys-pipesim-pipephase: نرم افزارهای تحلیل جریان پایپینگ
- Piping systems fluid flow: نرم افزار تحلیل جریان پایپینگ
- Epanet: نرم افزار طراحی لوله کشی منطقه ای و شهری