الهندسة الميكانيكية Mechanical engineering، هي فرع هندسي يفهم الأنظمة الفيزيائية، ويطبق أسس القوانين الفيزيائية الأساسية لتحليلها. وإن أبرز ما يميز فهم الميكانيكا اعتماده على الرياضيات (بدلاً من التقدير) وعلى التجربة (بدلاً من الملاحظة)، حيث أسس كيفية صياغة التنبؤات الكمية نظرياً، وكيفية اختبار هذه الصياغات الرياضية بأدوات قياس مصممة بعناية.

وتهتم الهندسة الميكانيكية بتصميم، وتصنيع، وتشغيل، وتطوير الآلات أوالأجهزة المستخدمة في مختلف قطاعات النشاطات الاقتصادية. وبتعريف الموسوعة البريطانية فإن الهندسة الميكانيكية هي فرع من فروع الهندسة يهتم بالتصميم، وبالتصنيع، وبالهجريب، وتشغيل المحركات، والآلات، وعمليات التصنيع. وهي مهتمة بشكل خاص بالقوى والحركة. وهوفهم يهتم بدراسة الطاقة بكافة صورها وتأثيرها على الأجسام. وهوتخصص واسع له علاقة بكل مجالات الحياة. فالهندسة الميكانيكية تستخدم مثلا في صناعة الفضاء، والطيران، وفي الإنتاج، وتحويل الطاقة، وميكانيكا الأبنية، وفي النقل، وفي النمذجة والمحاكاة المعلوماتية.

تم تحسين الميكانيكا الكلاسيكية عبر النسبية الخاصة لملاءمة الأجسام التي تتحرك بسرعة كبيرة تقارب سرعة الضوء. وهويستعمل لوصف حركة الأجسام الكبيرة من المقذوفات إلى الأجسام المرئية إضافة إلى الأجسام الفلكية وأيضاً يتنبأ بالكثير من الخاصيات الفيزيائية عندما يتعامل مع الغازات والسوائل والمواد الصلبة لذا يعد واحداً من أكبر الموضوعات في الفهم والتقنية.

وقد نجم عن هذا الفهم تطور عظيم في المجالات الصناعية والمعاشية للإنسانية كافة، أدى بدوره إلى تطور وسائل التعليم وأساليبه لخدمة الصناعة بفروعها المتنوعة.

التاريخ

يعد فهم الميكانيكا من أول العلوم الفيزيائية، فقد عُرف منذ عهد اليونان وقد تفهم العرب علوم اليونانيين وطوروها. ومن الفهماء المهندسين العرب كان بنوموسى الذين وثقوا أعمالهم في كتاب الحيل في القرن التاسع واعتمدوا في أعمالهم على المبادئ الفهمية الآتية: (توازن الضغط وفيزياء سكون السوائل وحركة المرفق والميزان).

ومن أبرز من اتى بعدهم الجزري الذي وُثِّقت أعماله في كتاب الحيل الجامع بين الفهم والعمل النافع في صناعة الحيل في القرن الثاني عشر، وكان من أبرز أعماله اختراع مضخة مكبسية.

ثم تلاهم تقي الدين الذي وُثِّقت أعماله في كتابه الطرق السنية في الآلات الروحانية في القرن السادس عشر ومن أبرز أعماله آلات جر الأثنطق وآلات حمل الماء. لكن الانطلاقة الحقيقية لفهم هندسة الميكانيكا كانت في القرن السادس عشر حيث طورت الميكانيكا الكلاسيكية من قبل براه وكوبرنيكس (1473- 1543م) وهي أحد الحقول الرئيسية للدراسة في فهم الميكانيك التي تهتم بحركة الأجسام والقوى التي تحركها. وقد صاغ يوهان كبلر (1571- 1630م) قوانين تشرح بدقة الثوابت التي تحكم حركة الكواكب في النظام الشمسي، وأدخل گاليوگاليلي (1564- 1642) مفهوم القصور الذاتي وبحث في الحركة النسبية واستخدام البندول في قياس الزمن.

ثم اتى عهد إسحق نيوتن (1643-1727) الذي أحدث ثورة في هذه الفهم كانت تدعى بالميكانيكا النيوتونية، وتميزت أعماله بالطرق الرياضية التي اخترعها بنفسه بالاشتراك مع لايبتز وآخرين، كما تتضمن طرقاً عامة مثل ميكانيكا لاگرانج وميكانيكا هاميلتون.

بالرغم من حتى الميكانيكا الكلاسيكية منسجمة مع النظريات التقليدية الأخرى مثل نظرية التحريك الكهربائي والتحريك الحراري التقليدي فإن بعض الصعوبات قابلت الميكانيكا التقليدية (الكلاسيكية) في أواخر القرن التاسع عشر عندما اندمجت مع التحريك الحراري الكلاسيكي.

بذلت محاولات عدة لحل هذه المشكلات أدت في النهاية إلى ظهور ميكانيك الكم، وهوالحقل الآخر من الميكانيك الذي تم تطويره في القرن العشرين، عندما بدأت الاكتشافات الحاسمة بالطريقة نفسها من قبل ماكس بلانك (1852-1947) وبور، ثم ألبرت أينشتاين (1879- 1955) واضع نظرية النسبية العامة.

تتبع معظم الجامعات في تعليمها للهندسة منهجية متشابهة، إذ يركز معظمها على إعطاء الطالب عدداً من المقررات في العلوم الأساسية (الرياضيات والفيزياء والكيمياء) التكوينية، وعدداً من المقررات في العلوم الهندسية الأساسية مثل:

فهم التحريك (الديناميكا) وفهم الحركة (الكينماتيكا) وفهم السكون وميكانيكا الموائع وميكانيكا المواد المتصلة والترموديناميكا وفهم المواد وفهم التحكم وعلوم تشغيل المواد والتصنيع.

التعليم

شهادات الهندسة الميكانيكية تمنح من جامعات عديدة حول العالم. وعادةقد يكون نظام دراسة الهندسة الميكانيكية من أربعة إلىخمسة سنوات ويمنح في نهاية الدراسة بكالوريوس علوم، بكالوريوس تكنولوجيا، بكالوريوس هندسة أوبكالوريوس هندسة تطبيقية.

ينبغي لمهندس الميكانيكا حتىقد يكون مدركا وقادرا على التعامل مع القواعد الأساسية لعلوم الكيمياء والكهرباء والفيزياء الهندسية، وتحتوي معظم دراسات الهندسة الميكانيكية على دراسة الرياضيات والرياضيات المتقدمة وخاصة المعادلات التفاضلية والجزئية والخطية.

العلوم الأساسية لمهندس الميكانيكا

• فهم الحركة (ديناميكا)
• فهم السكون (استاتيكا)
• ميكانيكا المواد
• أدوات القياس الهندسية
• انتنطق الحرارة
• ميكانيكا الموائع
• الديناميكا الحرارية
• تكنولوجيا الغازات المنضغطة
• التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
• ميكاتكرونكس
• نظرية التحكم
• تكنولوجيا التصنيع
• التصميم بمساعدة الحاسوب
• ميكانيكا الآلات
• التصميم الميكانيكي
• التصنيع بمساعدة الحاسوب

الترخيص

الرواتب واحصائيات سوق العمل

الأدوات الحديثة

الكثير من شركات الهندسة الميكانيكية أدرجت أنظمة هندسية مساعدة باستخدام الحاسب الآلي لعمليات التصميم والتحليل الخاصة بها، وتضم هذه النظم الرسم الثنائى والثلاثى الأبعاد لنماذجها. وهذه الطريقة لها الكثير من المزايا تسهيل وتفسير تصور المنتج وامكانية إجراء تجميع للأجزاء بسهولة وحساب السماحيات المطلوبة والتداخل الواجب توافره قبل بدء عملية التصميم.

المجالات الفرعية

يتفرع عن الهندسة الميكانيكية طيف عريض من المجالات بهدف تغطية المتطلبات الصناعية ومتطلبات النقل والخدمات والأبنية والتجهيزات الطبية والبيئية وغيرها، ومن هذه الفروع مايأتي:

هندسة ميكانيكا القدرة

يهتم هذا الاختصاص بتأهيل مهندسين للعمل على تصميم وتطبيق محركات توليد القدرة والمحركات التوربينية الغازية والبخارية والمراجل والمفاعلات والتجهيزات الهيدروليكية والسياقة الهيدروليكية والتحكم الهوائي والهيدروليكي.

كما يفهم الطلاب الخوارزميات الخاصة بالمحاكاة والأنظمة الآلية، وميكانيزمات المخدمات الآلية.

هندسة التصميم والإنتاج

ويهتم بتأهيل المهندسين للعمل على تصميم آلات التشغيل بالبتر وآلات التحكم الرقمي (مخارط، فارزات، آلات تجليخ) وتصنيعها، وكذلك تصميم أدوات البتر المتنوعة وتطبيقها وتحليل المعدات الصناعية وتصميمها ونظم نقل المواد وفي مجالات تكنولوجيا تشغيل المواد العالية الكفاءة بالسكب والتطريق والتشكيل. إضافة إلى عمليات الاختبار والقياس والفحص وضبط الجودة وتحليل الانهيارات وتشخيص الأعطال وتجهيز خطوط الإنتاج.

هندسة السيارات

وهوالفرع الذي يهتم بتأهيل المهندسين في مجال تصميم هيكل السيارة و«الشاسية» ومحرك الاحتراق الداخلي وآليات نقل الحركة وغيرها. وهناك أبحاث تتم في مثل هذه الفروع تهم الشركات المنتجة للسيارات للقيام بأعمال تطويرية في مجالات كهرباء السيارات - التحكم الإلكتروني وبشكل السيارة وبالسيارات الخاصة بالنقل وبسيارات العمل في الصحراء. وفي عوامل أمان السيارة والحفاظ على الطاقة وتخفيف الاهتزازات والضجيج داخل السيارة.

الهندسة الصناعية

ويؤهل المهندسين للقيام بتطبيق أساليب التحليل الهندسي لإنتاج البضائع والخدمات وتقدير أكثر الطرق اقتصاداً وكفاءة للمنشأة فيما يخص استخدام العاملين وتشغيل الآلات والمواد. وقد يشارك المهندس الصناعي بتحديد مسقط المنشـأة الصناعية والممحرر، ويقدر احتياجات الموظفين ويختار المعدات والآلات، ويخطط ساحات العمل، ومراحل عمليات الإنتاج وهجريب الآلات بما يتناسب مع مراحل الإنتاج. كذلك يطور المهندسون الصناعيون برامج التأهيل والتدريب وتقويم الأداء وتطويره، ويشارك أيضاً في تحديد الأجور والمكافآت الإنتاجية للعاملين. ويعمل على حل مشكلات ازدياد تكاليف الإنتاج، وانخفاض الإنتاج، وتدني السوية الفنية للمنتجات.

هندسة النسيج

ويهتم بتأهيل مهندسين في مجال تصميم آلات غزل الخيوط ونسج الأقمشة وتصنيعها لإنتاج الغزول والأقمشة الطبيعية والاصطناعية ويعمل هذا الفرع على تطوير منسوجات جديدة، وتطوير تجهيزات حياكة الألبسة التقليدية وغير التقليدية، وكذلك تصميم وإنتاج التجهيزات الخاصة باختبار الخيوط والمنسوجات والفحص الميكروسكوبي والتجهيزات الخاصة بالصباغة. كما يسهم مهندس النسيج بتنظيم معامل الغزل والنسيج وتطويرها وصيانة تجهيزاتها.

الهندسة البحرية

يهتم هذا الفرع بتأهيل مهندسين للقيام بأعمال تصميم السفن والغواصات وإنشائها وإصلاحها وكذلك تصميم وتطوير تجهيزات تحميل السفن في الموانئ وتفريغها وتخديمها.

هندسة الطيران

هوالفرع الذي يعمل على تأهيل المهندس للقيام بتصميم طائرة تستطيع الطيران ضمن نطاق الغلاف الجوي. ولهذا الفهم أربعة موضوعات رئيسية لابد لمهندس الطيران الإلمام بها:

ـ فهم قوى الهواء أوالديناميكا الهوائية:

هوفهم يعنى بدراسة التصميم الخارجي للطائرة كلها وكذلك أجزائها الذيل والجناح، ولدراسة قوى الهواء هناك حاجة إلى دراسة التيارات الهوائية اللزجة وهي التي تكون كثافة الهواء فيها متغيرة.

ـ فهم الاستقرار والتحكم:

هوفهم يفهم كيفية التحكم بالطائرة والحفاظ عليها مستقرة تحت تأثير قوى الهواء الخارجية.

ـ فهم أنظمة الدفع:

هو يفهم تصميم المحرك وإنتاجه، وهويعتمد على دراسة الديناميكا الحرارية وديناميكا الغازات وخواص الوقود.

ـ فهم الإنشاءات والهيكل:

هوفهم يعنى بتصميم وإنتاج هياكل الطائرة وإنشاءاتها، ويركز على المواد ذات المتانة الكافية والوزن الخفيف والإنشاءات رقيقة الجدران والشبكية الشكل.

هندسة الفضاء

وهوفهم يعنى بدراسة المركبات التي تطير خارج الغلاف الجوي وتصميمها وتصنيعها، ومن تطبيقاتها الصواريخ الناقلة للمواد والتجهيزات للفضاء الخارجي والمحطات الفضائية والأقمار الصناعية.

9- الميكانيكا الدقيقة:

هوالفرع الذي يهتم بتصميم الأدوات المعقدة والآلات والأنظمة والمشروعات الدقيقة وتصنيعها، ويتم ذلك باستخدام آلات تقليدية وبرامج خاصة للتحكم بالآلات والعدد.

إن بعض مراحل تشغيل الميكانيك الدقيق مُسيطَر عليها ومحدد النتائج بوساطة طرق قياس حديثة وباستخدام أدوات تفتيش تحقق إنجاز بتر وتجهيزات ذات سوية عالية الجودة، ومما يساعد على تحقيق ذلك استخدام آلات تشغيل مزودة بأجهزة تحكم حاسوبية، وباستخدام التصميم والتشغيل، والتفتيش والقياس بمساعدة الحاسوب، وهذا كله يمكّن من الوصول إلى إنتاج بتر صغيرة يمكن ضبطها في مجال دقة يصل إلى ميكرون واحد.

هندسة الميكاترونيكس

هي الهندسة التي تجمع بين هندسة الميكانيك وهندسة الكهرباء وهندسة الحاسوب وهندسة الإلكترونيات، وهوفهم يعتمد على دمج أنظمة ميكانيكية وإلكترونية يقوم بدور المنسق فيها منظومة التحكم، وقد ظهر هذا الاختصاص أول مرة في اليابان في أواخر الستينيات من القرن الماضي وانتشر بعدها في أوربا ثم في العالم.

الهندسة الطبية

الميكنة الإلكترونية والروبوتية

تحليل إنشائي

الديناميكا الحرارية والعلوم الحرارية

التصميم والصياغة

حدود البحث

الأنظمة الميكانيكية-الإلكترونية الدقيقة (MEMS)

Friction stir welding (FSW)

الهجريبات

ميكاترونيك

تكنولوجيا النانو

تحليل العنصر المحدود

ميكانيكا حيوية

مجالات العمل وتطبيقات الهندسة الميكانيكية

أدت الهندسة الميكانيكية دوراً أساسياً في الابتكارات الفهمية، فمنذ اختراع العجلة التي استُخدمت منذ القدم في عربات النقل والتي اكتشف نموذج منها عام 2008 في مسقط ماري الأثري في سورية والتي قدّر أنها تعود إلى الألف الثالث قبل الميلاد، مروراً باختراع أول محرك بخاري استخدم في الصناعات الحربية وقاطرات السكك الحديدية والعربات وآلات تشغيل المعادن وبترها وصولاً إلى الابتكارات الحديثة المتعلقة بغزوالفضاء مثل المسبار فونيكس Phoenix الذي صممته وأنتجته ناسا الأمريكية وأطلقته ليصل إلى المريخ أواخر أيار/مايو2008 ليكون محطة بحثية ثابتة على سطح المريخ ، عملى سبيل المثال لا الحصر يمكن تحديد بعض المجالات التي أسهمت وتسهم الهندسة الميكانيكية في إنجازها وتطويرها. ونذكر منها ما يأتي:

مجال الصناعة

تؤدي الهندسة الميكانيكية الدور الأساسي في تأسيس المنشآت الصناعية وتطويرها وتصميم المعدات والآلات والمنتجات الصناعية وتطويرها وإنتاجها.

في مجال الإنشاءات والمباني الصناعية والسكنية

إن تراكم الخبرات في مجال الأسس التقنية أسهم في إقامة المنشآت الصناعية والمعامل بالاستناد إلى مبادئ الهندسة الميكانيكية التي تسهم بدراسة شبكات التدفئة والتكييف والعزل وتطبيقها للمصانع والمنازل، ودراسة شبكات الهواء الصناعي المضغوط وتطبيقها، وتوزيع المياه والصرف الصحي، وتجهيزات معالجة مياه الصرف الصحي، ودراسة معدات الحمل والنقل في المصانع وتجهيزات المصاعد في المنازل والمنشآت المتنوعة وتطبيقها.

مجال توليد الطاقة

يشارك المختصون بالهندسة الميكانيكية في الأعمال الدراسية والتصميمية والتطويرية والإنتاجية لما يأتي:

ـ محطات توليد الطاقة الحرارية وخاصة العنفات الغازية لتلك المحطات.

ـ محطات توليد الطاقة المائية وخاصة العنفات المائية.

ـ توليد الطاقة النووية ونقلها وتوزيعها.

ـ عنفات الطاقة الريحية ومحطات الطاقة الشمسية (الطاقات البديلة).

مجال الصناعات الحربية

تطورت صناعة الأسلحة من الرماح ذات النصلات الحجرية إلى الرماح والسيوف المعدنية بأشكالها المتنوعة مروراً بتصنيع المدافع بالسكب وصولاً إلى أسلحة الدقة العالية.

وقد تطورت صناعة المعدات الحربية والذخائر بمساهمة كبيرة لفهماء الهندسة الميكانيكية فوصلت لتصميم وتطوير وإنتاج ما يأتي:

ـ الدبابات والمدافع الصاروخية وعربات حمل الجنود والأسلحة الفردية الخفيفة والمتوسطة.

ـ القذائف الصاروخية الموجهة وغير الموجهة بأمدية مختلفة وبرؤوس متفجرة متنوعة تتناسب مع الأهداف المطلوب ضربها.

ـ القذائف الصاروخية جو- جو، أرض - جو، جو- أرض والقذائف الصاروخية المضادة للدبابات والعربات العسكرية الأخرى المتنوعة.

ـ الذخائر الحربية المتنوعة.

ـ أنواع أجهزة الاتصال والتشويش السلبي والإيجابي في الأرض والجو.

ـ الطائرات المقاتلة بأنواعها المتنوعة (مقاتلات - قاذفات - حوامات - ناقلات مظليين - طائرات مسيرة من دون طيار للتجسس ولضرب مواقع محددة مع تجهيزات الخدمات الأرضية لهذه الطائرات).

ـ «روبوتات» لأعمال خاصة كان آخرها «روبوت» على شكل كلب يحمل ما وزنه 42كغ من العتاد الحربي، ويستجيب لآلية تحكم عن بعد.

مجال تجهيزات النقل

أسهمت الهندسة الميكانيكية في تطوير متطلبات النقل ابتداءً من القوارب الشراعية ثم البخارية وصولاً إلى السفن والغواصات التي تسير بالطاقة النووية. وكذلك الحال للقطارات التي تطورت من قاطرات بخارية إلى قاطرات الديزل ثم القاطرات الكهربائية.

وأسهمت في تطوير الطائرات النفاثة وتصنيعها لنقل الركاب ونقل البضائع. وكذلك تطوير تجهيزات الخدمة الأرضية المتنوعة وتصنيعها. وتصنيع الصواريخ العابرة للقارات وصواريخ غزوالفضاء الناقلة للأقمار الصناعية وللسفن الفضائية والبضائع للمحطة الفضائية الدولية المتوضعة في الفضاء على مدار حول الأرض.

مجال الصناعات الطبية والدوائية

أسهمت الهندسة الميكانيكية منذ القدم في تطوير وتصنيع المعدات المستخدمة في صناعة الدواء وتعليبه واختباره والمستلزمات الطبية للعمليات الجراحية بدءاً من المشارط وأدوات الجراحة الأخرى منذ عهد الرومان الأول. وصولاً إلى تجهيزات متطورة لإجراء عمليات الجراحة بالتنظير (الإيكو) وبـ «الروبوتات» والفحص بـ«أشعة X» والطبقي المحوري ومقاييس الضغط وتخطيط القلب والإيكوغراف، وكذلك التجهيزات الخاصة بغرف العمليات ومتطلبات المشافي من شبكات تدفئة وتكييف وتوزيع غاز الأكسجين وغيرها من المتطلبات الكثيرة.

وأهم تطور في هذا المجال هو خلق أطراف صناعية تستجيب في حركتها للنبضات الكهربائية الدقيقة التي تنشأ عن عضلات الجسم البشري.

إن نشاط البحث الفهمي في مجال الهندسة الميكانيكية مرتبط ارتباطاً وثيقاً مع أهداف التنمية ومسارها، وإن إنشاء قاعدة فهمية وطنية لا يمكن حتى يحدث إلا في إطار جهود جادة نحوتنمية ذاتية متواصلة. كما حتى الأنشطة الفهمية والتقنية مترابطة بعضها ببعض، وهي متعلقة بالبيئة الاجتماعية ومرتبطة ارتباطاً وثيقاً باحتياجات التقدم، في مختلف قطاعات الإنتاج في المجتمع.

يعد استمرار التطور في تطبيقات الهندسة الميكانيكية والتقنية الرافعة الحقيقية لتقدم المعارف الفهمية والهندسية الأخرى وهي قدمت وستقدم المزيد من الاختراعات لزيادة الإنتاج، ولزيادة سرعة التنقل، وللمساعدة على الشفاء من السقم، ولضمان المزيد من الرفاهية للبشرية.

حقول متعلقة

أحيانا ما يتم ضح هندسة التصنيع وهندسة الطيران للهندسة الميكانيكية. عند الحصول على درجة البكالوريوس يوجد ثلاث تخصصات بينهم اختلافات طفيفة.

انظر أيضا

At Wikiversity, you can learn more and teach others about هندسة ميكانيكية at the Department of هندسة ميكانيكية

نقابات

• American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE)
• American Society of Mechanical Engineers (ASME)
• Pi Tau Sigma (Mechanical Engineering Honor Society)
• Society of Automotive Engineers
• Society of Women Engineers
• Institution of Mechanical Engineers (IMechE) (British)
• Chartered Institution of Building Services Engineers (CIBSE) (British)
• Pakistan Engineering Council (PEC)
• UCTEA-CMO (Chamber of Mechanical Engineers) (Turkish)
• Philippine Society of Mechanical Engineers (PSME)

المصادر

قراءات إضافية

• Burstall, Aubrey F. (1965). A History of Mechanical Engineering. The MIT Press. ISBN .

وصلات خارجية

• Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) – Movies and photos of hundreds of working mechanical-systems models at Cornell University. Also includes an e-book library of classic texts on mechanical design and engineering.
• Mechanical Engineering – Global community and platform connecting all mechanical engineers.
• Engineering Motion – Mechanical engineering videos.