機械工程及其自動化

機械工程及其自動化以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合生產實踐中的技術經驗，研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。機械是現代社會進行生產和服務的五大要素(人、資金、能源、材料和機械)之一，并參與能量和材料的生產。

石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是后來出現的機械的先驅。

石器

幾千年前，人類已創制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用于提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械 。鼓風器對人類社會發展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。17世紀以后，資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展，許多人致力于改進各產業所需要的工作機械和研制新的動力機械——蒸汽機。18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業推廣到紡織、面粉和冶金等行業。制作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業開始形成，并逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。

動力機械的發展

瓦特發明了蒸汽機

17世紀后期，隨著機械的改進，煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應生產提高的要求，于是在18世紀初出現了T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。1765年，J.瓦特發明了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發明和發展，促進礦業和工業生產、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統等體積龐大、笨重，應用不便。19世紀末，電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初，電動機已在工業生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。發電站初期應用蒸汽機為原動機;20世紀初，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀后期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而孝效率高、易于操縱并可隨時啟動的原動機。內燃機最初用于驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械(如拖拉機、挖掘機械等)和輪船，20世紀中期開始用于鐵路機車。內燃機和以后發明的燃氣輪機和噴氣發動機，還是飛機、航天器等成功發展的基礎技術因素之一。

機械加工技術的發展

工業革命以前，機械大都是由木工手工制成的木結構，金屬(主要是鋼和鐵)僅用以制造儀器、鐘表、鎖、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作以達到需要的精度。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，所用金屬材料由銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工(包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術及其設備以及切削加工技術和機床、刀具、量具等)迅速發展，從而保證了發展生產所需要的各種機械裝備供應。同時，隨著生產批量的增大和精密加工技術的發展，也促進了大量生產方法(零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等)的形成。

機械工程基礎理論的發展

18世紀以前，機械匠師全憑個人經驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎無關。直到18～19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎理論。動力機械最先與科學相結合，如蒸汽機的發明人T.薩弗里和瓦特應用物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎上建立起一門新的學科——熱力學等。19世紀初，研究機械中機構結構和運動等的機構學第一次列為高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。從19世紀后半期起已開始設計計算考慮材料的疲勞。隨后斷裂力學、實驗應力分析、有限元法、數理統計、電子計算機等相繼被用在設計計算中。

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