تخصص الهندسة الميكانيكية

الهندسة الميكانيكية هي فرع هندسي يجمع بين الفيزياء الهندسية ومبادئ الرياضيات مع علوم المواد لتصميموتحليل وتصنيع وصيانة الأنظمة الميكانيكية. وهو واحد من أقدم وأوسع الفروع الهندسية.

يتطلب مجال الهندسة الميكانيكية فهم المجالات الأساسية بما في ذلك الميكانيكا والديناميات والديناميكا الحرارية وعلوم المواد والتحليل الهيكلي والكهرباء.

بالإضافة إلى هذه المبادئ الأساسية، يستخدم المهندسون الميكانيكيون أدوات مثل التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD)، والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM)، وإدارة دورة حياة المنتج لتصميم وتحليل مصانع التصنيع والمعدات والآلات الصناعية وأنظمة التدفئة والتبريد وأنظمة النقل والطائرات والزوارق والروبوتات والأجهزة الطبية والأسلحةوغيرها. هو فرع الهندسة التي تنطوي على تصميم وإنتاج وتشغيل الآلات 

برزت الهندسة الميكانيكية كمجال خلال الثورة الصناعية في أوروبا في القرن الثامن عشر. ومع ذلك ، يمكن إرجاع تطورها إلى عدة آلاف من السنين في جميع أنحاء العالم. في

القرن التاسع عشر، أدت التطورات في الفيزياء إلى تطوير علوم الهندسة الميكانيكية. وقد تطور هذا المجال باستمرار ليشمل التطورات؛ اليوم المهندسين الميكانيكية تسعى التطورات في مجالات مثل المركبات، mechatronics، وتكنولوجيا النانو. 

كما أنه يتداخل مع هندسة الفضاءالجوي والهندسة المعدنية والهندسة المدنية والهندسة الكهربائية والهندسة التحويلية والهندسة الكيميائية والهندسة الصناعيةوغيرها من التخصصات الهندسية بكميات متفاوتة. قد يعمل المهندسون الميكانيكيون أيضا في مجال الهندسة الطبية الحيوية، وتحديدا مع الميكانيكا الحيوية، ظواهر النقل، الميكانيكا الحيوية، التكنولوجيا الحيوية، ونمذجة الأنظمة البيولوجية.

دورات الهندسة الميكانيكية الدراسية

وتهدف المعايير التي وضعتها جمعية الاعتماد في كل بلد إلى توفير التوحيد في المواد الأساسية، وتعزيز الكفاءة بين المهندسين المتخرجين، والحفاظ على الثقة في مهنة الهندسة ككل.

على سبيل المثال، تتطلب ABET من البرامج الهندسية في الولايات المتحدة إظهار أن طلابها يمكنهم “العمل مهنيا في مجالات الأنظمة الحرارية والميكاميكانكية على حد سواء”.

 لكن الدورات المحددة المطلوبة للتخرج قد تختلف من برنامج لآخر. غالبا ما تجمع الجامعات ومعاهد التكنولوجيا بين مواضيع متعددة في فصل واحد أو تقسم موضوعا إلى فصول متعددة ، اعتمادا على أعضاء هيئة التدريس المتاحة ومجال (مجالات) البحث الرئيسي للجامعة.

محتوى دراسة الهندسة الميكانيكية

• الرياضيات (على وجه الخصوص، حساب التفاضل والتكامل والمعادلات التفاضلية والجبر الخطي)
• العلوم الفيزيائية الأساسية (بما في ذلك الفيزياء والكيمياء)
• العوامل الثابتة والديناميكيات
• قوة المواد والميكانيكا الصلبة
• هندسة المواد، مركبات
• الديناميكا الحرارية، نقل الحرارة، تحويل الطاقة
• الوقود والاحتراق ومحرك الاحتراق الداخلي
• ميكانيكا السوائل 
• الأجهزة والقياس
• هندسة التصنيعأو التكنولوجيا أو العمليات
• الاهتزاز ونظرية التحكم وهندسة التحكم
• هيدروليكية
• الميكاترونيكس والروبوتات
• التصميم الهندسي وتصميم المنتجات
• الصياغة والتصميم بمساعدة الحاسوب

وظائف الهندسة الميكانيكية

يقوم المهندسون الميكانيكيون ببحث وتصميم وتطوير وبناء واختبار الأجهزة الميكانيكية والحرارية، بما في ذلك الأدوات والمحركات والآلات.

عادة ما يقوم المهندسون الميكانيكيون بما يلي:

• تحليل المشاكل لمعرفة كيف يمكن للأجهزة الميكانيكية والحرارية أن تساعد في حل المشكلة.
• تصميم أو إعادة تصميم الأجهزة الميكانيكية والحرارية باستخدام التحليل والتصميم بمساعدة الكمبيوتر.
• تطوير واختبار نماذج أولية من الأجهزة التي يصممونها.
• تحليل نتائج الاختبار وتغيير التصميم حسب الحاجة.
• الإشراف على عملية تصنيع الجهاز.
• إدارة فريق من المهنيين في المجالات المتخصصة مثل الصياغة الميكانيكية والتصميم ، والنماذج الأولية ، والطباعة ثلاثية الأبعاد أو / وآلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي المتخصصين.

يقوم المهندسون الميكانيكيون بتصميم العديد من المنتجات التي تتراوح بين الأجهزة الطبية والبطاريات الجديدة والإشراف عليها. كما أنها تصمم آلات إنتاج الطاقة مثل المولدات الكهربائية ومحركات الاحتراق الداخلي وتوربينات البخار والغاز بالإضافة إلى آلات استخدام الطاقة، مثل أنظمة التبريد وتكييف الهواء.

الترخيص كمهندس ميكانيك

يمكن للمهندسين الحصول على ترخيص من قبل حكومة ولاية أو مقاطعة أو حكومة وطنية. والغرض من هذه العملية هو ضمان امتلاك المهندسين المعرفة التقنية اللازمة والخبرة في العالم الحقيقي والمعرفة بالنظام القانوني المحلي لممارسة الهندسة على المستوى المهني.

وبمجرد الحصول على شهادة، يمنح المهندس لقب مهندس محترف (الولايات المتحدة وكندا واليابان وكوريا الجنوبية وبنغلاديش وجنوب أفريقيا)، أو مهندس معتمد (في المملكة المتحدة وأيرلندا والهند وزيمبابوي)، أو مهندس محترف معتمد (في أستراليا ونيوزيلندا) أو مهندس أوروبي (جزء كبير من الاتحاد الأوروبي).

في الولايات المتحدة، ليصبح مهندسا محترفا مرخصا (PE)، يجب على المهندس اجتياز امتحان FE الشامل (أساسيات الهندسة)، والعمل لمدة لا تقل عن 4 سنوات كمتدرب هندسي (EI) أو مهندس في التدريب (EIT)،واجتياز امتحانات “المبادئ والممارسة” أو PE (مهندس ممارس أو مهندس محترف).

يحدد متطلبات وخطوات هذه العملية المجلس الوطني للفاحصين للهندسة والمسح (NCEES)، وهو يتألف من مجالس ترخيص الهندسة ومسح الأراضي التي تمثل جميع الولايات والأقاليم الأمريكية.

في المملكة المتحدة، يحتاج الخريجون الحاليون إلى درجة BEng بالإضافة إلى درجة الماجستير المناسبة أو درجة MEng متكاملة، وما لا يقل عن 4 سنوات بعد التخرج في تطوير الكفاءة الوظيفية وتقرير مشروع تمت مراجعته من قبل الأقران ليصبح مهندس ميكانيك معتمد.

في معظم البلدان المتقدمة، يجب أن تتم الموافقة على بعض المهام الهندسية، مثل تصميم الجسور ومحطات الطاقة الكهربائية والمصانع الكيميائية، من قبل مهندس محترف أو مهندس مستأجر. 

“لا يجوز إلا للمهندس المرخص له، على سبيل المثال، إعداد الخطط والرسومات الهندسية وتوقيعها وختمها وتقديمها إلى سلطة عامة للموافقة عليها، أو ختم الأعمال الهندسية للعملاء من القطاعين العام والخاص”.  يمكن كتابة هذا الشرط في تشريعات الولايات والمقاطعات، كما هو الحال في المقاطعات الكندية، على سبيل المثال قانون أونتاريو أو كيبيك للمهندسين.

وفي بلدان أخرى، مثل أستراليا والمملكة المتحدة، لا يوجد تشريع من هذا القبيل؛ غير أن جميع هيئات التصديق تحتفظ عمليا بمدونة لقواعد السلوك مستقلة عن التشريعات، وتتوقع من جميع الأعضاء التقيد بالطرد أو المخاطرة بطردهم.

راتب مهندس الميكانيك

بلغ إجمالي عدد المهندسين العاملين في الولايات المتحدة في عام 2015 ما يقرب من 1.6 مليون مهندس. ومن بين هؤلاء، كان 340 278 مهندسا ميكانيكيا (17.28 في المائة)، وهو أكبر تخصص من حيث الحجم. 42 في عام 2012، بلغ متوسط الدخل السنوي للمهندسين الميكانيكيين في القوى العاملة في الولايات المتحدة 80،580 دولار.

وكان متوسط الدخل أعلى عند العمل لدى الحكومة (030 92 دولارا)، وأدنى دخل في التعليم (090 57 دولارا). في عام 2014، كان من المتوقع أن ينمو العدد الإجمالي لوظائف الهندسة الميكانيكية بنسبة 5٪ على مدى العقد القادم. 

اعتبارا من عام 2009، كان متوسط الراتب الأساسي 58،800 دولار مع درجة البكالوريوس. 

مجالات البحث في الهندسة الميكانيكية

يدفع المهندسون الميكانيكيون باستمرار حدود ما هو ممكن ماديا من أجل إنتاج آلات وأنظمة ميكانيكية أكثر أمانا وأرخص وأكثر كفاءة. وترد أدناه بعض التكنولوجيات في طليعة الهندسة الميكانيكية.

أنظمة كهربائية ميكانيكية صغيرة (MEMS)

يتم تصنيع المكونات الميكانيكية على نطاق ميكرون مثل الينابيع والتروس وأجهزة نقل السوائل والحرارة من مجموعة متنوعة من المواد الركيزة مثل السيليكون والزجاج والبوليمرات.

ومن الأمثلة على مكونات نظام إدارة المباني مقاييس التسارع التي تستخدم كأجهزة استشعار للوسائد الهوائية للسيارات، والهواتف المحمولة الحديثة، والجيروسكوب لتحديد المواقع بدقة، والأجهزة الدقيقة الفلورية المستخدمة في التطبيقات الطبية الحيوية.

مركبات

المركبات أو المواد المركبة هي مزيج من المواد التي توفر خصائص فيزيائية مختلفة عن أي من المواد بشكل منفصل. تركز أبحاث المواد المركبة في الهندسة الميكانيكية عادة على تصميم (وبعد ذلك ، العثور على تطبيقات) مواد أقوى أو أكثر صلابة أثناء محاولة تقليل الوزن، والتعرض للتآكل ، وغيرها من العوامل غير المرغوب فيها. فعلى سبيل المثال، استخدمت مركبات معززة بألياف الكربون في تطبيقات متنوعة مثل المركبات الفضائية وقضبان الصيد.

الميكاترونيكس

الميكاترونيكس هو مزيج من الهندسة الميكانيكية، والهندسة الإلكترونية،وهندسة البرمجيات. بدأ انضباط الميكاترونيكس كوسيلة للجمع بين المبادئ الميكانيكية والهندسة الكهربائية. وتستخدم مفاهيم الميكاترونيك في معظم النظم الكهربائية والميكاميكية.   أجهزة الاستشعار الكهربائية الميكانيكية النموذجية المستخدمة في الميكاترونيكس هي مقاييس الإجهاد، والاختزال الحراري، ومحولات الضغط.

تكنولوجيا النانو

في أصغر المقاييس ، تصبح الهندسة الميكانيكية تكنولوجيا النانو – أحد أهداف المضاربة منها هو إنشاء مجمع جزيئي لبناء الجزيئات والمواد عبر التمثيل الميكانيكي. في الوقت الراهن هذا الهدف لا يزال ضمن الهندسة الاستكشافية. وتشمل مجالات البحوث الهندسية الميكانيكية الحالية في تكنولوجيا النانو المرشحات النانوية  والهياكل النانوية، من بين أمور أخرى .

تحليل العناصر المحدودة

تحليل العناصر المحدودة هو أداة حسابية تستخدم لتقدير الإجهاد والإجهاد وانحراف الهيئات الصلبة. ويستخدم إعداد شبكة مع أحجام معرفة من قبل المستخدم لقياس الكميات الفعلية في عقدة. كلما زاد عدد العقد، كلما زادت الدقة. هذا الحقل ليس جديدا، حيث يعود تاريخ أساس تحليل العناصر المحدودة (FEA) أو أسلوب العنصر المحدود (FEM) إلى عام 1941.

ولكن تطور أجهزة الكمبيوتر جعل FEA / FEM خيارا قابلا للتطبيق لتحليل المشاكل الهيكلية. وتستخدم على نطاق واسع العديد من الرموز التجارية مثل NASTRAN، ANSYS، و ABAQUS في الصناعة للبحث وتصميم المكونات. وقد أضافت بعض النمذجة 3D وحزم البرمجيات كندي وحدات FEA. في الآونة الأخيرة ، أصبحت منصات المحاكاة السحابية مثل SimScale أكثر شيوعا.

وتستخدم تقنيات أخرى مثل طريقة الفرق المحدود (FDM) وطريقة الحجم المحدود (FVM) لحل المشاكل المتعلقة بالحرارة ونقل الكتلة وتدفقات السوائل والتفاعل السطحي السائل ، وما إلى ذلك.

الميكانيكا الحيوية

الميكانيكا الحيوية هي تطبيق المبادئ الميكانيكية على النظم البيولوجية ، مثل البشر والحيوانات والنباتات والأعضاء والخلايا. 60 كما تساعد الميكانيكا الحيوية في خلق أطراف اصطناعية وأجهزة اصطناعية للبشر. ترتبط الميكانيكا الحيوية ارتباطا وثيقا بالهندسة، لأنها غالبا ما تستخدم العلوم الهندسية التقليدية لتحليل الأنظمة البيولوجية. بعض التطبيقات البسيطة للميكانيكا النيوتونية و / أو علوم المواد يمكن أن توفر التقريب الصحيح لميكانيكا العديد من النظم البيولوجية.

في العقد الماضي، اكتسبت الهندسة العكسية للمواد الموجودة في الطبيعة مثل مادة العظام التمويل في الأوساط الأكاديمية.

يتم تحسين هيكل المادة العظمية لغرضها المتمثل في تحمل كمية كبيرة من الإجهاد الضاغط لكل وزن وحدة. والهدف هو استبدال الصلب الخام بمواد بيولوجية للتصميم الهيكلي.

على مدى العقد الماضي دخلت طريقة العنصر المحدود (FEM) أيضا في قطاع الطب الحيوي تسليط الضوء على المزيد من الجوانب الهندسية للميكانيكا الحيوية.

ومنذ ذلك الحين، أثبتت FEM نفسها كبديل للتقييم الجراحي في الجسم الحي واكتسبت قبولا واسعا من الأوساط الأكاديمية. الميزة الرئيسية للميكانيكا الحيوية الحاسوبية تكمن في قدرتها على تحديد الاستجابة التشريحية للتشريح ، دون التعرض لقيود أخلاقية. وقد أدى هذا FE النمذجة إلى حد أن تصبح في كل مكان في عدة مجالات من الميكانيكا الحيوية في حين أن العديد من المشاريع قد اعتمدت حتى فلسفة مفتوحة المصدر (مثل BioSpine).

ديناميات السوائل الحسابية

ديناميات السوائل الحسابية، التي عادة ما يختصر CFD، هو فرع من ميكانيكا السوائل التي تستخدم الأساليب العددية والخوارزميات لحل وتحليل المشاكل التي تنطوي على تدفقات السوائل. وتستخدم أجهزة الكمبيوتر لإجراء الحسابات اللازمة لمحاكاة تفاعل السوائل والغازات مع الأسطح التي تحددها ظروف الحدود

 مع أجهزة الكمبيوتر فائقة السرعة، يمكن تحقيق حلول أفضل. البحوث الجارية تسفر عن البرمجيات التي تحسن دقة وسرعة سيناريوهات المحاكاة المعقدة مثل التدفقات المضطربة. ويتم التحقق الأولي من صحة هذه البرامج باستخدام نفق الرياح مع التحقق النهائي القادمة في اختبار على نطاق واسع، مثل اختبارات الطيران.

الهندسة الصوتية

الهندسة الصوتية هي واحدة من العديد من التخصصات الفرعية الأخرى للهندسة الميكانيكية وهي تطبيق الصوتيات. الهندسة الصوتية هي دراسة الصوت والاهتزاز.

يعمل هؤلاء المهندسون بفعالية للحد من التلوث الضوضائي في الأجهزة الميكانيكية وفي المباني عن طريق عزل الصوت أو إزالة مصادر الضوضاء غير المرغوب فيها. يمكن أن تتراوح دراسة الصوتيات من تصميم جهاز سمعي أكثر كفاءة أو ميكروفون أو سماعة رأس أو استوديو تسجيل إلى تعزيز جودة الصوت في قاعة الأوركسترا. كما تتعامل الهندسة الصوتية مع اهتزاز الأنظمة الميكانيكية المختلفة.

الحقول ذات الصلة

يتم تجميع هندسة التصنيع وهندسة الفضاء الجوي وهندسة السيارات مع الهندسة الميكانيكية في بعض الأحيان. درجة البكالوريوس في هذه المجالات عادة ما يكون لها فرق من عدد قليل من الفصول المتخصصة.

قائمة أفضل شركات هندسة الميكانيك في العالم

* لم يتم العثور على الإيرادات مع علامة (علامات) النجمة أو الخلط بينها وفقًا لـ Fortune Global 500 في عام 2020.

منح لدراسة تخصص الهندسة الميكانيكية

• منحة SBW برلين الألمانية
• منحة جامعة اخن في المانيا للبكالوريوس و الماجستير
• منحة جامعة شتوتغارت في المانيا للطلاب الدوليين
• منحة جامعة هامبورغ في المانيا لدراسة البكالوريوس والماجستير
• منحة جامعة ويستمنستر في بريطانيا
• منحة داد للدكتوراه في ألمانيا ممولة بالكامل وراتب شهري
• منحة فريدريش إيبرت في ألمانيا بتمويل كامل
• المنحة اليابانية MEXT من حكومة اليابان
• منح الدكتوراه في الدانمارك في برمجة التفاعل الجسدي بين الإنسان والروبوت
• منحة تشيفنينج 2023 – شروط المنحة وكيفية التسجيل من الألف الى الياء
• منحة الحكومة الكورية .. منحة كوريا الجنوبية
• منحة جامعة بيلكنت في تركيا
• منحة جامعة قطر
• التسجيل في منحة جامعة كوتش التركية مجاناً

بديع الزمان أَبو العز بن إسماعيل بن الرزاز الجزري الملقب بـ الجزري (1136-1206) عالم مسلم عربي يعتبر من أعظم المهندسين والميكانيكين والمخترعين في التاريخ. ولد الجزري في منطقة جزيرة ابن عمر التي تقع اليوم في الأقاليم السورية الشمالية على نهر دجلة، ثم عمل كرئيس المهندسين في ديار بكر (آمد) شمال الجزيرة الفراتية. حظي الجزري برعاية حكام ديار بكر من بني أرتق، ودخل في خدمة ملوكهم لمدة خمس وعشرين سنة، وذلك ابتداء من سنة 570هـ/1174م، فأصبح كبير مهندسي الميكانيكا في البلاط.