машиностроение

Швейная машина , около 1900 г .; функция машины в основном осталась прежней и по сей день
Завод розлива и дозирования, пример современной машины

Машиностроение (также известная как машиностроение называется) является классической инженерной наукой и распространяется на разработку, проектирование и производство машин и оборудования. К ним относятся:

Машиностроение отрасль промышленности возникла из ремесла металлообрабатывающих, кузнецы и слесарей, среди других. пользователя Mühlenbauer.

история

Машиностроение как институционализированная наука возникло в процессе индустриализации . Однако некоторые теоретические и практические выводы намного старше: первые предшественники производственных технологий стары, как человечество. Первые топоры были построены для царапания, царапания и резки, в каменном веке были добавлены более специальные формы для сверления и пиления. Открытие меди ознаменовало переход к бронзовому веку , когда были открыты плавка медной руды, ковка, а также литье . В ранних развитых культурах Месопотамии первые инженеры обучались чтению, письму и арифметике в дворцовых или храмовых школах. Колесо и наклонная плоскость были важными открытиями .

В древние времена , механика была создана в качестве важной теоретической основой для многих современных технических наук. Архимед , Аристотель и Герон Александрийский опубликовали книги и сочинения о рычагах , винтах, наклонной плоскости, канате, блоках шкивов и других изобретениях. Катапульты улучшались путем систематических экспериментов, пока не были найдены лучшие размеры. Архимед проводил эксперименты с перемещением различных металлов, а Герон построил первую паровую машину. Первые автоматы, которые могли двигаться независимо, также были построены для греческого театра. Римляне переняли греческую технологию, но сами добились сравнительно небольшого прогресса, например, краны со шкивами и педалями , улучшенные катапульты, первые шлифовальные и токарные станки, а также водяные мельницы .

В средних веках , ветряные и водяные мельницы распространились по всей Европе и стали самым важным источником энергии. Строители мельниц накопили большой опыт работы с ветровыми и водяными колесами, шестернями , трансмиссиями и другими элементами механической трансмиссии. В военной области катапульты были заменены на трибоксы . К концу средневековья возникла новая отрасль промышленности - точная механика, которая занималась конструированием часов и измерительных приборов и накопила большой опыт в области прецизионной обработки металлических деталей, в основном из латуни. Были слесари по отделке железа . Вместе с гильдиями и гильдиями впервые возникли учреждения, которые занимались знанием своего дела.

В эпоху Возрождения , Леонардо да Винчи разработал большое количество машин, некоторые из которых были далеко впереди своего времени. С середины 16 - го века многие инженеры опубликованы так называемые машины книг , которые, однако, часто предназначенные удивлять читателя со своими преувеличенными и фантастическими представлениями. Большинство изображений не предназначалось для воспроизведения, и часто изображались даже невозможные машины, такие как вечные двигатели . Только в 1700 году изображения были показаны в виде параллельных проекций с размерами .

Томас Ньюкомен построил первый действующий паровой двигатель в Англии в начале 18 века, который был решительно улучшен Джеймсом Ваттом к концу века и затем быстро распространился. Он часто использовался для привода новых прядильных и ткацких станков , которые, помимо плотников, столяров, точных механиков и кузнецов, в основном строились фабрикантами, которые поэтому считаются предшественниками машиностроителей. Новые станки , которые также приводились в действие паровыми двигателями, использовались для создания паровых и текстильных машин . Благодаря процессу пудлинга также был доступен метод производства кованого железа в больших количествах, который также все чаще использовался для машин. В начале 19 века в Англии уже существовало ярко выраженное промышленное машиностроение, которое вскоре занялось паровозами , но все еще характеризовалось инженерами-мастерами, обученными этому ремеслу. В 1818 году Институт инженеров-механиков был первым объединением инженеров-механиков, за которым последовали многие аналогичные объединения в других промышленно развитых странах.

Во Франции в 1794 году была основана Политехническая школа , которая готовила инженеров, которые пошли на государственную службу и в основном работали в качестве инженеров-строителей . В Политехнической школе работали многие известные ученые, такие как Карно ( процесс Карно ) или Гаспар Монж , пионер начертательной геометрии . Машины также оценивались не только по функциональности, но и по эффективности . Для частного сектора была основана Ecole Centrale des Arts et Manufactures , которая готовила инженеров-механиков для работы на более высоких должностях, а также несколько Ecole des Arts et Métiers , которые прошли подготовку для получения степени магистра.

В немецкоговорящих странах в начале 19 века они хотели как можно быстрее наверстать упущенное по сравнению с Англией, и поэтому основали большое количество так называемых политехнических школ по образцу Политехнической школы. В течение века они были преобразованы в технические университеты, а в конце века получили право присуждать докторские степени и, таким образом, были наравне со старыми университетами . Ассоциация немецких инженеров , основанная в середине века, также способствовала этому развитию. Она объединила не только инженеров- механиков, но также инженеров-строителей и инженеров-электриков, и вскоре стала инженерной ассоциацией с самым большим числом членов в мире. Мир. К важнейшим основателям научного машиностроения в Германии относятся Франц Рёло , Карл Кармарш и Фердинанд Редтенбахер , которые занимались механикой, производственными технологиями, паром и станками.

В начале ХХ века ученая степень была уже стандартом для молодых инженеров. Будучи студентом, Рудольф Дизель слушал лекции о теоретически возможном КПД тепловых двигателей , в которых также сообщалось, что обычные поршневые паровые двигатели показывают лишь часть этого КПД. На основе этих теоретических знаний он разработал первый работающий дизельный двигатель . В начале века промышленное машиностроение характеризовалось производством швейных машин и велосипедов , позже автомобилей и самолетов , которые в то время также оснащались реактивными двигателями.

Подключения

Машиностроение характеризуется наличием инженеров , техников и квалифицированных рабочих . В зависимости от размера компании и в центре внимания компании, они работают на идею , проект , расчет , проектирование , строительство , оптимизации , исследования и разработки , производства и продажи в машинах всех видов и их компонентов . Начиная с отдельных элементов машин , проектируются, разрабатываются, строятся и эксплуатируются продукты или системы самой большой сложности, такие как производственные линии и целые фабрики .

Например, теория строительства имеет дело с целями и методами, которые инженер-механик / техник должен соблюдать при проектировании технических систем с использованием стандартов (например, стандартов DIN ). А пока технические системы проектируются на компьютере с помощью программ САПР . Файлы САПР, созданные в процессе, затем могут быть подвергнуты моделированию (включая метод конечных элементов ) и созданы на станке с ЧПУ . Другой способ - это обратный инжиниринг , при котором компьютерная модель создается из существующего тела, которое затем может быть подвергнуто дальнейшей обработке, например B. Поверхности произвольной формы на кузовах автомобилей или лопатках турбин и компрессоров . Из - за увеличения автоматизации установок сегодня со сложным измерения и контроля и регулирования технологии оборудованным, которые предназначены в качестве инженеров - механиков.

Дисциплины

Иногда возникают споры о том, какие именно дисциплины относятся к машиностроению и как их следует классифицировать, как и многие другие инженерные науки. Нет более точного определения машиностроения, чем общепризнанное определение машины . Какие объекты называются машинами, аппаратами или устройствами, часто случайно или исторически определяется. В полных работах по машиностроению, разделению кафедр на факультетах машиностроения университетов и на курсах, однако, есть множество тем, которые всегда рассматриваются и, таким образом, составляют основные области машиностроения. К ним относятся, например, техническая механика, теория дизайна и технология производства.

Есть несколько способов классифицировать эти области:

  • Предметы, которые больше связаны со строительством, и те, которые больше связаны с производством. Это разделение связано с разделением труда в производственной практике, при котором конструкторы в конечном итоге создают проектную документацию и передают ее инженерам-технологам, которые выбирают и закупают производственные процессы и машины.
  • Основные предметы и прикладные предметы. Эту классификацию можно найти в первую очередь в программах на получение степени, в которых вначале в основном преподаются предметы, близкие к естественным наукам, такие как техническая механика, техническая термодинамика или техническая механика жидкости, а затем (иногда также параллельно) техническое рисование, стандартов, Технология изготовления специальных машин, таких как турбины или дизельные двигатели.
  • Классификация по технологиям: автомобильная техника, конвейерная техника, аэрокосмическая техника, медицинская техника - типичные специализации курса.

Также следует учитывать, что машиностроение, как и все инженерные науки, является строго междисциплинарным. Другие независимые инженерные науки также преподаются в рамках машиностроения и используются в качестве вспомогательных наук. К ним относятся, например, материаловедение и электротехника. Кроме того, некоторые области не являются исходной частью машиностроения, а сами являются междисциплинарными инженерными науками. Например, техническая механика также играет важную роль в гражданском строительстве, а термодинамика - в технологическом проектировании, но с разными целями и целями. В машиностроении, например, термодинамика используется для расчета и анализа тепловых двигателей, в то время как химические реакции находятся на переднем плане в технологии технологических процессов . Технологии измерения, регулирования и управления (обобщенная технология автоматизации ) также обрабатываются совместно машиностроителями и многими другими инженерами. Между машиностроением, с одной стороны, и технологическим процессом, химической инженерией и мехатроникой, с другой, существует большое совпадение по содержанию. Первый иногда даже рассматривается как подотрасль машиностроения. Также есть переходы в гуманитарные и социальные науки. К ним относятся промышленная инженерия , медицинская технология или патентная инженерия .

Техническая механика

Cremonaplan пример графического решения задачи в технической механике

Техническая механика - это отрасль машиностроения . Его научная основа - классическая механика , которая, в свою очередь, является разделом физики . Подразделы технической механики:

Еще одна область машиностроения - это динамика машин . Техническая механика отвечает за предоставление теоретических методов расчета для определения сил и моментов . Фактическое определение размеров, выбор материалов и т. Д. Затем передаются другим дисциплинам, в которых техническая механика является вспомогательной наукой.

Гидромеханика или гидромеханика

Механика жидкостей или жидкостная механика - это физика жидкостей , то есть особенно газов и жидкостей. Термины механика жидкости или гидродинамика также используются вместо механики жидкости .

Целью является теоретический расчет потоков, например Б. Токи в трубопроводах , двигателях внутреннего сгорания , турбинах, вентиляторах или за телами в потоке ( сопротивление воздуха в транспортных средствах). В случаях применения используются показатели, которые описывают свойства (например, поведение и тип жидкости, тип потока и форма) жидкостей. Эти процессы потока могут быть описаны математически с принципами уравнения непрерывности ( «Все , что течет в, течет снова»), то законы сохранения для массового , энергии и импульса и уравнений Навье-Стокса .

Научная область, в которой используется механика жидкости, - это реология , которая занимается деформацией и текучестью вещества.

Техническая термодинамика

Типичный термодинамический процесс на примере основного режима работы паровой машины (красный = высокая температура, желтый = низкая температура, синий = конечная температура пара)

Термодинамика, также известная как теория тепла, является разделом классической физики. Это обучение энергии, ее появлению и способности выполнять работу. Оказывается, он универсален в применении в химии, биологии и технологиях. В машиностроении он используется для расчета эффективности машин, а также для создания и анализа тепловых двигателей, таких как бензиновые и дизельные двигатели, газовые и паровые турбины. Техническая термодинамика - это чисто макроскопическая теория, которая предполагает, что физические свойства системы могут быть достаточно хорошо описаны с помощью макроскопических переменных состояния. Это эффективная теория, поскольку она не учитывает движение отдельных атомов и молекул и учитывает только средние величины, такие как давление и температура . Другими темами термодинамики являются технологии теплопередачи и охлаждения , которые связаны с отбором тепла соответствующими хладагентами .

Материаловедение

Materials Engineering является независимой инженерной дисциплиной , которая имеет особое сродство к машиностроению. В машиностроении особое значение имеют механические параметры материала ( твердость , прочность , модуль упругости , износостойкость ). Кроме того, химические свойства играют роль в том, что касается коррозионной стойкости ; электрические и магнитные параметры, с другой стороны, особой роли не играют. Важным подразделом является испытание материалов, которое занимается определением этих характеристических значений.

Керамика , полимеры (пластмассы) и металлы используются в качестве конструкционных материалов в машиностроении . Наибольшее значение имеют металлы, в частности сталь и чугун , а также алюминий , последний особенно в отраслях, в которых вес играет важную роль, например Б. аэрокосмическая техника .

Технология материалов определяет взаимосвязь между структурой материалов ( кристаллической решеткой , размером зерна , структурой ) и свойствами материалов . Основываясь на этом, целенаправленные структурные изменения, например B. В случае стали: закалка и отпуск или введение легирующих элементов , задаются желаемые профили свойств. В случае стали z. B. свариваемость или формуемость, регулируемые изменением содержания углерода . Другие свойства, такие как коррозионная стойкость, могут быть достигнуты путем легирования.

Теория строительства

Дизайнеры за работой (1953)

Теория или технология проектирования включает в себя основы строительства , т.е. ЧАС. все те действия по синтезу, анализу, оценке и отбору, которые необходимы для обеспечения наилучшего возможного решения конкретной технической задачи в определенный момент времени.

В рамках методологии построения преподаются методы систематического мозгового штурма, синтеза решений и оценки вариантов, e. Б. в процессе конструктивной разработки , управления жизненным циклом продукта или автоматизированного проектирования (CAE) . Это используется для поиска наилучшего возможного решения с большим количеством альтернативных решений.

Однако, чтобы иметь возможность индивидуально оценить эти альтернативные решения, необходимы базовые знания механической конструкции или элементов машин , их размеров и конструкции, а также их изготовления. Кроме того, должна быть гарантирована документация по задаче и решениям. Это имеет место среди прочего. в спецификациях нагрузок и требований и технических чертежах .

Технические чертежи основаны на единой форме представления, которая описана в стандартах на допуски размеров, формы, положения и поверхности . Эти основы столь же важны в области инженерии, как и методы создания чертежей, как вручную с помощью описательной геометрии, так и с помощью соответствующих компьютерных программ (см. САПР ).

Элементы машин

Часть машины, состоящая из множества элементов машины (шестерни, роликовые подшипники, коленчатые валы).

Элементы машин - это самые маленькие компоненты машин, которые используются особенно часто и поэтому часто стандартизированы и могут быть куплены. К ним относятся, например, мелкие детали, такие как винты , болты и штифты , шестерни , пружины , уплотнительные кольца , собранные детали, такие как шарикоподшипники, и целые компоненты, такие как шестерни , муфты и тормоза . Существуют также различные соединительные элементы, такие как сварные соединения , паяные соединения , заклепочные соединения и клеевые соединения , элементы для передачи движений, такие как оси и валы, а также подшипники скольжения .

Технология измерения и контроля

Измерительный прибор в технологическом проектировании

Метрология занимается экспериментальным измерением систем, поскольку, хотя каждая определяемая переменная имеет точное значение, оно не может быть точно записано из-за ошибок измерения.

Технологию измерения можно разделить на экспериментальную измерительную технологию, где речь идет об обнаружении эффектов и требуется максимально возможная точность , и на измерительную технологию для технических приложений. Для технических приложений требуется надежная измерительная техника, но в то же время она рентабельна. Еще одно требование - проводить измерения как можно точнее и быстрее .

Определенная измеряемая переменная состоит из измеренного значения, ошибки измерения и единицы измерения (это единица СИ или производная от нее переменная). Тогда измеряемая переменная будет выглядеть так, например: (10 ± 0,1) В или 10 В ± 1%. Измеряемые величины можно разделить на электрические (ток, напряжение, ...) и неэлектрические ( температура , давление , время , масса и т.д.) величины. Неэлектрические величины могут быть преобразованы в электрические сигналы соответствующими эффектами ( эффект Зеебека , индукционный закон и т. Д.), Которые требуются для техники управления (см. Также технологию измерения и управления ) и техники автоматизации .

Технология машиностроения

Машиностроение - это отрасль машиностроения, которая занимается производством деталей. Исходя из конструкторской документации, детали должны изготавливаться максимально экономично. Производственные процессы включают, например, литье, ковку, фрезерование, сверление, шлифование, пайку, сварку, нанесение покрытий и закалку. В центре внимания производственных технологий находятся сходства и различия между этими процессами, которые делятся на группы и подгруппы. Например, во время фрезерования, плазменной резки и штамповки материал удаляется из необработанной детали, поэтому они относятся к группе разделения ; во время сварки, завинчивания и пайки детали соединяются, и они назначаются группе соединения . Помимо производственных процессов, также рассматриваются соответствующие инструменты и машины, их выбор, производственная метрология, а также производственное планирование и контроль .

Приводная техника

Согласно директиве ЕС, машина становится полной машиной только благодаря технологии привода , поскольку части машины могут перемещаться независимо только посредством привода .

Начиная с двигателя, который генерирует движение, оно отправляется к месту действия через валы , клиновые ремни и / или шестерни . В стационарных машинах ныне такие электродвигатели . B. синхронные машины или шаговые двигатели (в исключительных случаях также линейные двигатели ) устанавливаются как двигатели, так как эти движения машин могут быть очень хорошо синхронизированы . Однако, если энергоснабжение, в отличие от вышеупомянутого, не может быть обеспечено линией электропередачи, как в случае с большинством нестационарных машин, что встречается, например, во многих типах автомобилей, тогда типы приводов, не требующие питания line используются преимущественно в таких случаях.

В течение десятилетий, последовавших за промышленной революцией , непрерывное вращательное движение в приводной технике обеспечивалось централизованно с помощью двигателя и передавалось через вертикальный вал и приводной ремень . Вращательное движение можно преобразовать в синхронизированное поступательное движение с помощью соответствующих кулачков , муфт и / или ременных передач . В настоящее время вместо центрального привода в машины все чаще встраивается децентрализованная система приводов. Другими словами, больше нет единого двигателя, который управляет всем через один вал. Вместо этого многие маленькие двигатели берут на себя отдельные последовательности движений. Часто это серводвигатели, которые могут выполнять широкий спектр движений за счет соответствующего программирования управления приводом. По этой причине сервоприводы также называют электронными кулачками .

Силовые и рабочие машины

Силовые машины преобразуют любую энергию в энергию механического привода, рабочие машины используют механическую энергию для выполнения работы. Часто, меняя принцип действия, работающую машину можно превратить в тягач.

К силовым машинам относится , например , паровой двигатель , но сегодня важны следующие машины: двигатели Отто и дизельные двигатели , газовые турбины , водяные турбины и паровые турбины .

К рабочим машинам относятся: насосы , компрессоры , компрессоры , турбины и воздуходувки .

Конвейерная техника

Конвейерная техника связана с машинами и системами, которые используются для транспортировки на короткие расстояния (транспортировка). К ним относятся, например, конвейерные ленты, вилочные погрузчики, краны, беспилотные транспортные системы , трубопроводы, винтовые конвейеры и тележки для поддонов . Многие из этих конвейерных систем состоят из компонентов, которые можно комбинировать друг с другом различными способами, чтобы адаптировать их к соответствующему применению. К ним относятся, например, стальные тросы, цепи, тормоза, приводы, крюки, грейферы и подъемники . Частью конвейерной технологии является технология материальных потоков, которая имеет дело с информационными потоками. Таким образом, конвейерная техника заботится о внутренней транспортировке; с другой стороны, внешнее - это вопрос организации дорожного движения, осуществляемой с помощью транспортных средств.

Автомобильная техника

Автомобильная техника имеет дело с разными транспортными средствами. В более узком смысле это означает автомобильную технику, которая в основном включает легковые и грузовые автомобили. Самыми важными компонентами являются шасси , привод (двигатель, трансмиссия и т. Д.), Кузов и интерьер. В более широком смысле, которые относятся к автомобильной инженерии, железнодорожное машиностроение и авиастроение (в частности, авиастроение) связаны с аэрокосмической техникой . Есть еще судостроение .

Станки

Станки - это станки, которые используются для обработки деталей. К ним относятся, например, фрезерные станки, сверлильные станки, пилы, кузнечные молотки, прессы, прокатные станки, станки для гидроабразивной резки и штамповочные станки. Машиностроение занимается, с одной стороны, производством станков, а с другой - их выбором и использованием в промышленном производстве. Их важнейшие свойства - точность работы и производительность. Наиболее важные компоненты - это привод, система управления, рама и направляющие.

образование и учеба

Университет, технический колледж

В университетах (включая технические университеты ), технических университетах и технических колледжах степень инженера-механика является одним из трех классических направлений обучения (в дополнение к электротехнике и гражданскому строительству ) для будущих инженеров .

Как правило, 10 семестры указаны в качестве стандартного периода обучения , если степень успешно завершена, академическая степень Дипл. (или дипломированный инженер (FH) ). В процессе стандартизации структур высшего образования в Европе вводится многоуровневая система обучения ( Болонский процесс ). Этот процесс должен быть завершен к 2010 году. К этому времени университеты и технические колледжи должны отменить дипломный курс и заменить его дипломом бакалавра. Студенты первого курса могли получить академическую степень бакалавра наук или бакалавра технических наук после 6-8 семестров стандартного учебного времени, а еще через 2-4 семестра - академическую степень магистра наук или магистра технических наук . Некоторые колледжи, такие как B. Университет Циттау / Герлица и Дрезденский университет технологии и экономики будут продолжать предлагать дипломные курсы до дальнейшего уведомления.

Поскольку ассортимент и размер товаров варьируются от, например, Например, от небольших часовых механизмов до бытовой техники и двигателей до товаров массового производства и огромных роторных экскаваторов , инженер уже не может справиться с этими задачами в одиночку. Поэтому вы специализируетесь на более поздних исследованиях в определенной предметной области (например, легкое производство , производственная инженерия , текстильная инженерия , морская инженерия , бумажная технология , промышленная инженерия и т. Д.). Частично из независимых исследований, таких как инженерная информатика , производство и логистика , технологические процессы , технологические процессы , энергетика , автомобилестроение , аэрокосмическая техника , мехатроника и др. учредил.

Технический колледж

Помимо инженерной подготовки в университетах и ​​технических колледжах, неуниверситетская подготовка в качестве инженера-механика традиционно имеет большое значение в немецкоязычных странах . В Германии 4-семестровый курс технического колледжа требует предметной профессиональной подготовки и нескольких лет профессионального опыта и завершается экзаменом на получение диплома государственного технического специалиста . В Швейцарии после шести семестров и сдачи дипломного экзамена можно подать заявление на получение диплома. Вызвать техника TS / HF . В Австрии, помимо обучения в университетах и ​​технических колледжах, существует возможность обучения на инженера в HTL .

Двойное профессиональное обучение

В немецкоязычной области машиностроение предлагает различные виды коммерчески-технического профессионального обучения в рамках двойной системы . Типичные варианты осуществления являются профессиональным техническим рисовальщиком , Konstruktionsmechaniker , Zerspanungsmechaniker , промышленный механик или мехатроникой . Кроме того, некоторые университеты предлагают двойной курс обучения , то есть стандартный курс в сочетании с практическими семестрами или признанным курсом обучения.

литература

веб ссылки

Commons : Машиностроение  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.
Викиучебники: Раздел: Машиностроение  - учебные и учебные материалы

Индивидуальные доказательства

  1. ^ Paulinyi, Troitzsch: история технологии Propylaea . Том 3, 1997, с. 45.
  2. Кениг, Кайзер: История инженера.
  3. ^ Propylaen (ред.): Техническая история Propylaen.
  4. Общество Агриколы (ред.): Технология и образование.
  5. ^ Общество Агриколы (ред.): Технология и наука.
  6. ^ A b Гюнтер Рополь : Как технология приходит к разуму - вклад в смену парадигмы в технических науках. 1998, с. 32 ф., 88.
  7. Der Dubbel , Hütte - Des Инженера кармане или ручное машиностроение по Alfred Boge
  8. а б Сколаут: Машиностроение. 2014, с. 2.
  9. Рудольф Коллер (Ред.): Теория дизайна для машиностроения . 3-е издание. Springer-Verlag, Берлин 1994, ISBN 3-540-57928-1 , стр. XVIII .