기계공학

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기계공학(機械工學, Mechanical Engineering)은 공학 가운데 하나로 다양한 기계 장치의 분석, 설계, 생산 그리고 관리를 위한 물리적, 화학적 원리에 대한 학문이다.

일반역학, 운동학, 열역학, 유체역학, 그리고 에너지의 중심 개념에 대한 확실한 이해를 필요로 하며 다른 지식들과 아울러 제품 생산 라인, 공업용 장비, 냉난방 장치, 모터 장치, 비행 장치, 수영 장치, 로봇, 의료 장치 등의 설계 및 분석을 행할 수 있다.

개발[편집]

기계공학의 활용 사례는 세계의 많은 고대 및 중세 사회에 대한 기록들에서 찾아볼 수 있다. 고대 서양에서는 그리스아르키메데스헤론이 기계라는 개념에 큰 영향을 주었으며 중국에서는 장헹물시계지진계를 만들었고 마준이 차동 톱니바퀴로 이루어진 전차를 만들었다. 중세 중국에서는 시계 기술자 수송이 천문 시계탑에 탈진기의 원리를 적용했으며(세계 최초의 무한궤도가 장착되어 있기도 하다) 이슬람권에서는 오늘날 기계들의 기본 요소로 자리잡은 크랭크캠 샤프트 등을 만든 알 자지리 등이 1206년 '창조적 기계 장치에 대한 지식의 책'에 많은 종류의 기계 설계를 기술했다.

19세기 전반에는 잉글랜드스코틀랜드는 기계 도구들의 발명을 통해 기계공학을 포함한 여러 가지 공학을 독보적 영역으로 끌어올려 기계의 대량 생산 체계를 세우고 기계에 동력을 불어넣는 엔진을 만들기 시작했다. 1847년에는 영국 최초 기계 기술자 사회 단체가 등장했으며 그로부터 30년 뒤에는 영국 최초 민간 기술자 사회 단체가 등장했다. 미국에서는 미국 기계 기술자 사회 단체가 1880년에 등장해 1852년에 등장한 미국 민간 기술자 사회 단체와 1871년에 등장한 미국 채광 기술자 사회 단체에 이은 미국의 셋째 기술자 사회 단체가 되었다. 미국의 교육 기관에서 처음으로 기계공학을 가르친 것은 1817년 미국 군사 학교에서, 1819년 모 학회(지금은 노르위치 대학교), 1825년 렌슬리어 폴리테크닉 등이다. 기계공학 교육은 역사적으로 수학 및 과학 면에 있어 영향력이 있는 재단에 의해 이루어진 경우가 대부분이다.

오늘날 기계공학은 공학 전체 영역 가운데 가장 넓은 영역을 차지하고 있으며 기계공학의 활용 범위는 심해에서 지구 바깥까지 이른다.

현대적 도구[편집]

많은 기계 공학 기업, 특히 선진국에서 컴퓨터 지원 공학 (CAE) 기존의 설계 및 분석 프로세스, 2D 및 3D 솔리드 모델링 컴퓨터 지원 설계 (CAD 데이터)를 포함하여 프로그램에 반영하기 시작했다. 이 방법은 보다 완전한 제품의 시각화를 용이하게 하는 등 많은 이점을 가지고 있다. 기능 부품의 가상 어셈블리를 만드는 방법과 인터페이스 공차 설계에서 사용의 용이성이 뛰어나다.

다른 CAE 프로그램은 일반적으로 엔지니어가 복합 시뮬레이션을 통해 제품 수명 주기 관리 및 분석 도구로 사용되었다. 분석 도구는 피로 한도와 제조를 포함한 예상 하중에 제품의 응답을 예측하는 데 사용할 수 있다. 이러한 도구 (FEA), 전산 유체 역학 (CFD) 및 컴퓨터 지원 제조 (CAM)는 유한 요소 분석에 포함된다.

CAE 프로그램을 이용하여 기계 설계팀은 신속하고 저렴한 비용으로 더 나은 성능을 충족시키는 제품의 개발 설계 프로세스를 별 다른 제약 없이 반복할 수 있다. 디자인을 수백, 수천 번 평가할 수 있도록 완성 시까지 상대적으로 비물리적 프로토 타입을 대신 생성할 수 있다. 뿐만 아니라, CAE 분석 프로그램은 복잡한 물리현상이나 점탄성 같은 수작업으로 해결할 수 없는 조립 부품, 혹은 비 뉴턴성 흐름 사이의 복합 접촉을 가능하게 한다.

다른 분야와의 병합을 시작으로 기계공학은 메카트로닉스 관점에서 종합 설계 최적화(MDO) 이외의 CAE 프로그램으로 반복 설계 프로세스 개선을 자동화하는데 함께 사용되고 있다. 기존의 CAE 과정의 주위로 MDO 툴로 둘러져 있는데, 분석가가 집으로 돌아간 후에도 제품 평가를 계속하는 것을 허용한다. 그들은 또한 정교한 최적화 알고리즘을 지적으로 탐구한다. 수시로 곤란한 전문 분야 협력 디자인 문제에 더 나은, 혁신적인 해결책을 찾아내는 가능한 디자인을 이용한다.