【導(dǎo)讀】anabsoluteminimun.

　　

【正文】 越多的與電氣工程師合作，尤其是在開發(fā)適合的控制系統(tǒng)方面。 軍用武器的開發(fā)機(jī)械工程師應(yīng)用于戰(zhàn)爭的技術(shù)與民用中 需要的類似， 盡管其目的是增強(qiáng)毀壞力而不是提高生產(chǎn)率。然而，戰(zhàn)爭的需要使得大量的資源用于技術(shù)領(lǐng)域， 很多發(fā)展在和平時期有著深遠(yuǎn)的效益。噴氣式飛機(jī)和核反應(yīng)堆就是眾所周知的例子。 生物工程是機(jī)械工程中的一個相對新的領(lǐng) 域，它用來替換或增加人體功能的機(jī)器和進(jìn)行醫(yī)療的設(shè)備。 人造肢體已被開發(fā)出來， 并且具有諸如有力的運(yùn)動和觸摸反應(yīng)等人體功能。 在人工器官移植手術(shù)方面的發(fā)展史迅速的， 復(fù)雜的心肺機(jī)器和類似的 設(shè)備使越來越復(fù)雜的手術(shù)得以進(jìn)行， 并使受重傷和重病病人的生命功能得以持續(xù)。 環(huán)境控制機(jī)械工程師的一些最初的努力是要通過抽水來排澇或灌溉土地以及給礦井通風(fēng)來控制人類的環(huán)境。 現(xiàn)代的制冷和空調(diào)廠普遍采用反向的熱引擎， 在這些地方動力吧熱從冷的地方抽出送到更熱的外部。 很多機(jī)械工程的產(chǎn)品以及其他領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展對環(huán)境有副作用， 產(chǎn)生 了噪音， 引起了水和空氣的污染，破壞了土地和風(fēng)景。 商品和動力的生產(chǎn)率提高太快， 以至于自然力的再生跟不上步伐。 對于機(jī)械工程師和他人來說， 環(huán)境控制是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域，它包括開發(fā)盡可能產(chǎn)生少量污染物的機(jī)器和生產(chǎn)上序， 以及開發(fā)新的設(shè)備和技術(shù)來減少和消除已造成的污染。 機(jī)械工程師有四個上述所有領(lǐng)域的作用。第 1 個作用是 理解和研究機(jī)械科學(xué)的基礎(chǔ)。它包括涉及力和運(yùn)動的關(guān)系的動力學(xué)。 比如在在震動中的力和運(yùn)動的關(guān)系；自動控制；研究各種形式的熱、能量、動力之間關(guān)系的熱力學(xué)；流體流動；熱傳遞； 潤滑； 和材料特性。 第 2 個作用是依次地進(jìn)行研究、設(shè)計和開發(fā)、 該作用試圖進(jìn)行必要 的改變以滿足當(dāng)前和將來的需要。 這一工作不僅要求 11 對機(jī)械科學(xué)有 一個清楚的了解，并且有把復(fù)雜系統(tǒng)分解成基本因素的能力。 而且還需要有創(chuàng)新性來進(jìn)行人工合成和發(fā)明。 第 3 個作用是生產(chǎn)產(chǎn)品和動力， 包括計劃、運(yùn)作和維護(hù)。 其目的在于維護(hù)或提高企業(yè)或機(jī)構(gòu)的較長期的和生存能力聲譽(yù)的同時， 以最少的投資和消耗生產(chǎn)出最大的價值。 第 4 個作用是機(jī)械工程師的協(xié)調(diào)作用，包括管理、咨詢、以及在某些情況下進(jìn)行市場營銷。 在所有這些作用中， 體現(xiàn)出一種長期不斷地使用科學(xué)的方法， 而不是傳統(tǒng)的或直覺的方法， 這是不斷成長的 機(jī)械工程專門技術(shù)的一個方面。 這些新的合理化方法的典型名稱有：運(yùn)籌學(xué)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、邏輯法問題分析（簡稱 PABLA）。然而，創(chuàng)造性是無法合理化的。正如在其他領(lǐng)域一樣， 在機(jī)械工程中，能夠采取重要的出人意料的并能開創(chuàng)出新方法的能力，仍然具有個人的、即興的特點(diǎn)。 機(jī)械設(shè)計是設(shè)計具有機(jī)械性質(zhì)的事物或系統(tǒng)， 如：各種機(jī)器、產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)、器械和儀表在很多情況 下， 機(jī)械設(shè)計要用到數(shù)學(xué)、材料科學(xué)和工程力學(xué)等學(xué)科的知 識。 機(jī)械工程設(shè)計包括所有的機(jī)械設(shè)計， 但它研究得更廣，因?yàn)樗舶ㄋ袡C(jī)械工程的分支科學(xué)， 如熱力學(xué)和流體力學(xué)除了所需的基本學(xué)科外， 在機(jī)械工程設(shè)計中最初學(xué)習(xí)的還是機(jī)械設(shè)計。 設(shè)計的各個階段 設(shè)計的整個過程從開始到結(jié)束，在這一過程中， 設(shè)計是以認(rèn)定一個需求并決定去為它做些什么而開始的。經(jīng)過很多重復(fù)之后， 最后提出滿足這一要求的計劃而結(jié)束這一設(shè)計過程。 設(shè)計中考慮的因素。 有時在某個系統(tǒng)中零件所需的強(qiáng)度是決定這零件的幾何形狀和尺寸大小的重要因素在這種情況下， 我們說強(qiáng)度就是設(shè)計中要考慮的重要因素。 當(dāng) 我們使用設(shè)計考慮因素這一表達(dá)方式時， 我們是指影響零件設(shè)計或許整個系統(tǒng)設(shè)計的一些性能。 在指定的設(shè)計情況下， 通常必須對一系列這樣的性能加以考慮。然而， 為正確起見，我們應(yīng)看到， 在很多設(shè)計情況中， 重要的設(shè)計考慮因素是不需進(jìn)行計算或試驗(yàn)就能確定此零件或系統(tǒng) 。特別是學(xué)生們， 當(dāng)處于需要做出重要的設(shè)計決定而實(shí)際上又無法進(jìn)行任一運(yùn)算的情形時， 他們常常感到困惑。這些并不是特別的情況，他們每天都發(fā)生、設(shè)想一下，比如在一個醫(yī)療實(shí)驗(yàn)室機(jī)械的設(shè)計中，從銷售的角度看， 人們期望產(chǎn)生具有很高的強(qiáng)度和實(shí)用性的印象。 厚重的零 件安裝在一起：能產(chǎn)生機(jī)器很堅(jiān)固的印象。 而有時機(jī)器和 12 零件的設(shè)計完全是從風(fēng)格的角度而并非其他角度考慮的。 我們陳述這些的目的就是為了你不被誤導(dǎo)去相信每個設(shè)計決定都需要合理的數(shù)學(xué)方法。 制造是指企業(yè)參與把原材料變成成品。制造有 3 個明確的階段。他們是：輸入、加工輸出。 第一個階段包括所有生產(chǎn)符合市場需要產(chǎn)品的必要因素。 首先要有對該產(chǎn)品的需求， 有必要的材料， 同時還需要諸如能源、時間、人類的知識和技術(shù)等資源。最后， 需要資金來獲取所有其他的資源。 輸入階段的資源經(jīng)過第二個階段的各個過程加以分配。這些過程吧原有材料加 工成成品。先完成設(shè)計，基于這個設(shè)計， 再形成各種計劃。計劃通過各種生產(chǎn)工藝得以實(shí)施。對各種資源和工藝進(jìn)行管理以保證效率和生產(chǎn)率。 例如必須要仔細(xì)管理資源以確保使用得當(dāng)。最后， 所談?wù)摰漠a(chǎn)品被投入市場。最后階段 是輸出階段或成品階段。一旦成品為人所購買， 就必須把它運(yùn)送到用戶手中。根據(jù)產(chǎn)品的性能， 可能要進(jìn)行安裝和進(jìn)一步調(diào)試， 此外有些產(chǎn)品尤其是那些非常復(fù)雜的產(chǎn)品對用戶進(jìn)行培訓(xùn)很重要。 這里所說的工程材料分成兩大類：金屬和非金屬材料。金屬材料 又進(jìn)一步分為黑色金屬和有色金屬、高性能合金和 粉末金屬。 非金屬進(jìn)一步分為塑料、合成橡膠、復(fù)合材料和陶瓷。 這里所說的生產(chǎn)過程分成幾個打的過程， 其中包括成型、鍛造、鑄造／翻砂、熱處理 、固定／連接，計量／質(zhì)量控制以及材料的切削。 其中的每一個工藝又可進(jìn)一步分成其他的工藝。 制造業(yè)發(fā)展的各個階段這些年來， 制造過程走過了四個截然不同的發(fā)展階段， 盡管相互重疊。 這些階段是：第一階段手工階段，第二階段機(jī)械化，第三階段自動化， 第四階段集成化。 當(dāng)人類最初將原材料加工成成品時，他們使用手工工藝。每件東西都是用手和手工操作的工具制成的。 這是完全集成化生產(chǎn)的雛 形。 一個人確定需求、收集材料、設(shè)計一個產(chǎn)品來滿足這種需求，生產(chǎn)這種 產(chǎn)品并使用它。從開始到結(jié)束， 一切都集中于做這個工作的人的頭腦中。后來在工業(yè)革命時期引入了機(jī)械化的生產(chǎn)過程， 人們開始使用機(jī)器來完成先前手工完成的工作。 這導(dǎo)致了工作的專門化。專門化反過來也減少了制造中集成化的因素。在這一發(fā)展階段， 制造工人僅能看到他們生產(chǎn)的具體的工件所代表的整個生產(chǎn)過程的那一部分。人們無法說明白他們的工作是如何配合整個生產(chǎn)過程的， 或者他們生產(chǎn)的零件時如何 13 裝進(jìn)一個成品的。 制造工藝發(fā)展下的一個階段是選定的工藝的自動化。 這 就是用計算機(jī)控制機(jī)器和工藝。 在這一階段， 自動化孤島開始出現(xiàn)在車間里。每個島代表了產(chǎn)品生產(chǎn)的一個明確的工藝或一組工藝。 盡管這些自動化孤島的確提高了島內(nèi)部的單個工藝的生產(chǎn)率，但是整體的生產(chǎn)率往往沒有變化。 這是因?yàn)檫@些島是夾在其他沒有自動化的生產(chǎn)過程的中間， 而且不與他們同步。 最終的結(jié)果是，工件高?？焖俚耐ㄟ^自動化的工藝， 可是卻在人工部分停滯了下來， 造成了瓶頸現(xiàn)象。為更好的理解這一問題 ， 你可以設(shè)想一下在交通高峰期駕車從一個紅燈處到下一個紅燈處的情景。 偶爾你會找到車少的地段， 超過正在緩慢移動的車， 可結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)在 下一個紅燈處被耽擱了。 你在短時間的加速行駛的實(shí)質(zhì)的效果被下一個紅燈處的阻塞抵消了。 如果你和其他司機(jī)能使你們的速度與紅燈的變化同步。就會前進(jìn)的更快。那么， 所有的車都會始終如一地、平穩(wěn)地運(yùn)行， 最后每個人都前進(jìn)較快。在車間里對穩(wěn)定同步的流水作業(yè)的需求， 促使了集成化制造的發(fā)展。這是一個仍在形成中的工藝。在完全集成化情況下， 機(jī)器和加工都是計算機(jī)控制的， 集成化也是通過計算機(jī)完成的。比如在上一段的模擬問題中， 計算機(jī)將使所有車的行進(jìn)與紅燈的變化相配合。以使每個人都能穩(wěn)定地行駛。 科學(xué)地分析運(yùn) 動、時間和各種力的學(xué)科叫力學(xué)，它由兩部分組成：靜力學(xué)和動力學(xué)。靜力學(xué)研究分析靜止不動的系統(tǒng)， 也就是說在這些系統(tǒng)中， 時間不是考慮的因素， 而動力學(xué)研究 分析隨時間變 化而變化的系統(tǒng)。 動力學(xué)也由兩部分構(gòu)成。 Euler在 1775年首次將它們看作兩個不同的分支：剛體運(yùn)動的研究可以方便地分成兩部分： 一是幾何， 另一個是力學(xué)。 第一部分是在不 考慮運(yùn)動原因的情況下來研究剛體從一個指定位置到另外任一點(diǎn)的移動，而且必須用解析公式來體現(xiàn)，公式將確定剛體沒一點(diǎn)的位置。因此， 這一研究僅僅是關(guān)于幾何學(xué)的， 更確切地說是關(guān)于實(shí) 體物切割術(shù)的。 很明顯， 把一部分和本來屬于機(jī)械學(xué)的那一部分分開，從動力學(xué)原理來研究運(yùn)動， 這比把兩部分合起來考慮容易很多。 屬于動力學(xué)的這兩部分后來被分成兩個不同的學(xué)科， 運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)， 分別研究運(yùn)動和產(chǎn)生運(yùn)動的力。 因此， 設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)的首要問題是理解它的運(yùn)動學(xué)。運(yùn)動學(xué)研究運(yùn)動， 而不是研究產(chǎn)生它的力。更確切的運(yùn)動學(xué)是研究位移、位置、旋轉(zhuǎn)、速度、速率和加速度的學(xué)科，比如說， 研究行星或軌道的運(yùn)動也是一個運(yùn)動學(xué)問題。 在上述引用的內(nèi)容中應(yīng)注意的是 Euler 把動力學(xué)分成運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)是基 14 于它們是研究剛體 的假設(shè)基礎(chǔ)之上的。 在這個非常重要的前提基礎(chǔ)上才允許分別對待這兩門學(xué)科。對于柔體、柔體本身的形狀乃至于柔性物體的運(yùn)動取決于作用于 它們身上的力。在這種情況下，須同時研究力和運(yùn)動， 因此很大程度上增加了分析的復(fù)雜性。幸運(yùn)的是，盡管真正的機(jī)器零件或多或少都是可彎曲的，設(shè)計機(jī)器時 通常是設(shè)計用剛性材料， 使零件撓曲降到最低。因此，當(dāng)分析機(jī)器的運(yùn)動學(xué)的性能時，人們常常假設(shè)撓曲是可忽略的，零件是剛性的， 而且當(dāng)載荷以知時， 在運(yùn)動分析結(jié)束后， 再設(shè)計零件以便證實(shí)這個假設(shè)。