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기계공학

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목차

1. 개요

기계 공학은 고대부터 현대까지 다양한 기술과 학문을 융합하여 발전해 온 공학 분야이다. 단순 기계의 발명에서 시작하여, 17세기 과학 혁명을 거치며 뉴턴의 운동 법칙과 미적분학의 발전으로 기초가 다져졌다. 산업 혁명 시기에는 공작 기계가 개발되며 독립적인 분야로 성장했고, 1880년 미국 기계 기술자 협회(ASME)가 설립되었다. 현재는 열역학, 역학, 설계, 제조, 메카트로닉스, 로봇 공학 등 다양한 세부 분야로 나뉘며, CAD, CAE, PLM 등의 현대적 도구를 활용하여 제품을 설계하고 분석한다. 최근에는 MEMS, FSW, 복합 재료, 나노기술, 생체역학 등 첨단 기술 연구가 활발히 진행되고 있다.

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기계공학
개요
학문 분야공학
하위 분야열역학
유체역학
고체역학
동역학
재료역학
설계학
제어공학
생산공학
로봇공학
메카트로닉스
정의
설명기계의 설계, 제작, 작동, 동력 및 에너지의 이용 등을 연구하는 공학의 한 분야이다.

2. 역사

수학, 기초과학 등이 발전하면서 학문이 세분화되어 1800년경에 기계공학 분야가 등장하였고, 19세기 말에 전기공학, 토목공학, 화학공학과 더불어 기계공학의 의미가 부여되었다. 청동기시대에는 주조와 단조를 이용한 무기 제작 기술이 사용되었다. 과학기술의 발전으로 증기터빈, 기중기, 증기기관, 증기기관차, 거중기 등과 같이 보다 진보된 기계장치가 개발되면서 기계공학의 독립적인 이론체계가 형성되었다.

17세기에는 잉글랜드에서 기계 공학의 기초에 중요한 돌파구가 마련되었다. 아이작 뉴턴은 뉴턴 운동 법칙을 공식화하고 물리학의 수학적 기초인 미적분학을 개발했다. 뉴턴은 자신의 연구 결과를 수년 동안 출판하지 않았지만, 에드먼드 핼리와 같은 동료들의 설득으로 출판하게 되었다. 고트프리트 빌헬름 라이프니츠 또한 이 시기에 미적분학을 개발한 것으로 알려져 있다.[33]

2. 1. 고대

기계공학의 기원은 인류가 도구와 기구를 발명하여 사용하기 시작한 구석기시대의 타제석기라 할 수 있으며, 도구가 발전한 신석기시대의 마제석기는 진화의 흔적이라 할 수 있다. 고대의 여러 기록에서 기계공학의 활용 사례를 찾을 수 있다. 6가지 고전적인 단순 기계는 고대 근동에서 알려졌다. 쐐기와 경사면은 선사 시대부터 알려져 있었다.[4] 바퀴는 메소포타미아 문명에서 발명된것으로 알려져 있으나,[5][6][7] 동유럽에서 독립적으로 발명되었거나, 선사 시대 동유럽인이 먼저 발명했다는 주장도 있다.[8][9][10][11] 지레는 약 5,000년 전 근동에서 처음 등장하여 간단한 저울에 사용되었고,[12] 고대 이집트 기술에서 큰 물체를 이동시키는 데 사용되었다.[13] 또한 기원전 3000년경 메소포타미아에서 등장한 최초의 크레인 기계인 샤두프 물 끌어올리는 장치에도 사용되었다.[12] 도르래에 대한 가장 초기의 증거는 기원전 2천 년 초 메소포타미아에서 발견된다.[14]

사키야는 기원전 4세기에 쿠시 왕국에서 개발되었다. 이 장치는 동물의 힘에 의존하여 인간의 힘이 덜 들었다.[15] 저수지는 하피르 형태로 쿠시에서 물을 저장하고 관개 시설을 증진시키기 위해 개발되었다.[16] 용광로와 고로는 기원전 7세기에 메로에에서 개발되었다.[17][18][19][20] 쿠시의 해시계는 고급 삼각법을 응용했다.[21][22]

최초의 실용적인 수력 기계인 물레방아와 수차는 기원전 4세기 초 현재의 이라크와 이란 지역인 페르시아 제국에서 처음 등장했다.[23] 고대 그리스에서 아르키메데스 (기원전 287–212년)는 양수기, 투석기 등을 개발하였고, 지레의 원리를 이론으로 정립하여 서구 전통 역학에 영향을 미쳤다. 톱니바퀴가 달린 안티키테라 메커니즘은 기원전 2세기경에 발명된 아날로그 컴퓨터였다.[24]

로마 이집트에서는 알렉산드리아의 헤론 (c. 서기 10–70년)이 최초의 증기 동력 장치(에올리피레)를 만들었다. 헤론은 기계장치, 자동문 장치, 측량술 등도 발명하였다. 중국에서는 장형 (서기 78–139년)이 물시계를 개선하고 지진계를 발명했으며, 마준 (서기 200–265년)은 차동 기어가 달린 전차를 발명했다. 중세 중국의 시계 제작자이자 엔지니어인 소송 (서기 1020–1101년)은 중세 유럽 시계에서 이스케이프먼트 장치가 발견되기 2세기 전에 천문 시계탑에 이스케이프먼트 메커니즘을 통합했다. 그는 또한 세계 최초의 무한 동력 전달 체인 드라이브를 발명했다.[26]

면화 압착기는 서기 6세기에 인도에서 발명되었고,[27] 물레는 서기 11세기 초에 이슬람 세계에서 발명되었다.[28] 이중 롤러 압착기는 12세기와 14세기 사이에 인도와 중국에서 등장했다.[29] 웜 기어 롤러 압착기는 13세기에서 14세기 초 델리 술탄국 시대에 인도 아대륙에서 등장했다.[30]

2. 2. 중세

기계공학의 활용 사례는 세계의 많은 고대 및 중세 사회에 대한 기록에서 찾아볼 수 있다. 고대 근동에서는 여섯 가지 고전적인 단순 기계인 쐐기, 경사면, 바퀴, 지레, 도르래, 나사가 알려져 있었다. 쐐기와 경사면은 선사 시대부터 알려져 있었다.[4] 메소포타미아 문명은 여러 오래된 자료를 통해 바퀴의 발명으로 인정받고 있다.[5][6][7] 그러나 최근 일부 자료에서는 메소포타미아와 동유럽에서 독립적으로 발명되었거나, 선사 시대 동유럽인이 바퀴를 발명했다고 주장한다.[8][9][10][11] 지레는 기원전 3000년경 메소포타미아에서 나타난 최초의 크레인 기계인 샤두프 물 끌어올리는 장치에도 사용되었다.[12] 도르래에 대한 가장 초기의 증거는 기원전 2천 년 초 메소포타미아에서 발견된다.[14]

고대 그리스에서는 아르키메데스가 기계라는 개념에 큰 영향을 주었으며, 로마 이집트에서는 알렉산드리아의 헤론이 최초의 증기 동력 장치(에올리피레)를 만들었다.[25] 중국에서는 장헹이 물시계와 지진계를 만들었고, 마준이 차동 톱니바퀴로 이루어진 전차를 만들었다. 중세 중국에서는 시계 기술자 수송이 천문 시계탑에 탈진기의 원리를 적용했으며(세계 최초의 무한궤도가 장착되어 있기도 하다).

이슬람 황금 시대 (7세기에서 15세기) 동안 무슬림 발명가들은 기계 기술 분야에 놀라운 기여를 했다. 그중 한 명인 알 자자리는 1206년에 그의 유명한 ''영리한 기계 장치의 지식에 관한 책''을 저술하고 많은 기계 설계를 제시했다. 알자자리는 또한 크랭크샤프트와 캠샤프트와 같은 장치를 만든 최초의 알려진 사람으로, 현재 많은 메커니즘의 기초를 형성하고 있다.

면화 압착기는 서기 6세기에 인도에서 발명되었고,[27] 물레는 서기 11세기 초에 이슬람 세계에서 발명되었으며,[28] 이중 롤러 압착기는 12세기와 14세기 사이에 인도와 중국에서 등장했다.[29] 웜 기어 롤러 압착기는 13세기에서 14세기 초 델리 술탄국 시대에 인도 아대륙에서 등장했다.[30]

2. 3. 근대

19세기 전반 잉글랜드와 스코틀랜드는 기계 도구들의 발명을 통해 기계공학을 포함한 여러 가지 공학을 독보적 영역으로 끌어올려 기계의 대량 생산 체계를 세우고 기계에 동력을 불어넣는 엔진을 만들기 시작했다.[34] 1847년 영국 최초의 기계 기술자 사회 단체(기계 기술자 협회)가 등장했으며, 30년 뒤 영국 최초의 민간 기술자 사회 단체(토목 기사 협회)가 등장했다.[35] 유럽 대륙에서는 요한 폰 짐머만 (1820–1901)이 1848년 독일 켐니츠에 최초의 연삭 기계 공장을 설립했다.

미국에서는 미국 기계 기술자 협회(ASME)가 1880년에 등장해 1852년에 등장한 미국 토목 기사 협회, 1871년에 등장한 미국 광산 기술자 협회에 이은 세 번째 기술자 사회 단체가 되었다.[36] 미국에서 기계공학을 처음 가르친 교육 기관은 1817년 미국 육군사관학교, 1819년 모 학회(지금의 노리치 대학교), 1825년 렌슬리어 폴리테크닉 등이다.[37] 기계공학 교육은 역사적으로 수학 및 과학 분야에 있어 영향력 있는 재단에 의해 이루어진 경우가 대부분이다.[37]

2. 4. 현대

19세기 전반, 잉글랜드와 스코틀랜드는 기계 도구 발명을 통해 기계공학을 포함한 여러 공학 분야에서 독보적인 위치에 올랐다. 이들은 기계의 대량 생산 체계를 확립하고, 기계에 동력을 제공하는 엔진을 만들기 시작했다.[34] 1847년에는 영국 최초의 기계 기술자 사회 단체인 기계 기술자 협회가 설립되었고, 30년 후에는 영국 최초의 민간 기술자 사회 단체인 토목 기사 협회가 설립되었다.[35] 유럽 대륙에서는 요한 폰 짐머만(1820-1901)이 1848년 독일 켐니츠에 최초의 연삭 기계 공장을 설립했다.

미국에서는 1880년에 미국 기계 기술자 협회(ASME)가 설립되어, 1852년에 설립된 미국 토목 기사 협회, 1871년에 설립된 미국 광산 기술자 협회에 이어 세 번째 기술자 사회 단체가 되었다.[36] 미국에서 기계공학을 처음 가르친 교육 기관은 1817년 미국 육군사관학교, 1819년 노리치 대학교, 1825년 렌셀러 폴리테크닉 연구소 등이다.[37] 기계공학 교육은 역사적으로 수학 및 과학 분야의 탄탄한 기반 위에 이루어져 왔다.[37]

3. 세부 분야

기계공학은 여러 세부 분야로 나눌 수 있다. 학부 수준에서 일반적으로 가르치는 주요 세부 분야는 다음과 같다. 각 분야에 대한 간략한 설명과 일반적인 응용 분야를 함께 제시한다. 이러한 분야 중 일부는 기계공학에 고유하며, 다른 일부는 기계공학과 다른 분야의 조합이다. 기계공학자가 수행하는 대부분의 작업은 여러 분야의 기술과 지식을 활용한다.

SCORBOT-ER 4u 학습 로봇, 워크벤치 CNC 밀 및 CNC 선반을 이용한 FMS 훈련

  • '''메카트로닉스와 로봇 공학'''


메카트로닉스는 기계공학과 전기 공학을 결합하여 전동기, 서보 기구 등 전기 시스템을 통해 기계를 자동화하는 분야이다. CD-ROM 드라이브가 대표적인 예이다. 로봇 공학은 메카트로닉스를 응용하여 로봇을 만드는 분야로, 자동차 산업의 조립 라인처럼 산업 현장에서 위험하거나 반복적인 작업을 수행하는 데 사용된다.

  • '''기타 세부 분야'''


분야설명
기구학기계의 움직임을 연구한다.
기계 요소나사, 베어링, 기어 등 기계를 구성하는 기본적인 부품을 다룬다.
기계 재료금속, 합금, 합성수지 등 기계에 사용되는 재료를 연구한다.
재료 역학소성 역학, 탄성 역학 등 재료의 강도와 변형을 연구한다.
금속 가공·기계 가공기계 공작법, 소성 가공, 절삭 가공, 열처리, 표면 처리 등 금속을 가공하는 방법을 다룬다.
설계 공학기계 설계법, 기계 설계 제도, CAD 등 기계를 설계하는 방법을 다룬다.
생산 공학공장의 자동화, 조립 기계 등을 다룬다.


3. 1. 역학

역학은 가장 일반적인 의미에서 힘과 힘이 물질에 미치는 영향을 연구하는 학문이다. 일반적으로, 공학 역학은 알려진 힘(하중이라고도 함) 또는 응력 하에서 물체의 가속도 및 변형(탄성 및 소성)을 분석하고 예측하는 데 사용된다. 기계공학의 하위 분야는 다음과 같다.

  • 정역학: 알려진 하중 하에서 움직이지 않는 물체에 대한 연구로, 힘이 정적인 물체에 미치는 영향을 다룬다.
  • 동역학: 힘이 움직이는 물체에 미치는 영향을 연구한다. 동역학은 운동학(운동, 속도 및 가속도) 및 운동론(힘과 그에 따른 가속도)을 포함한다.
  • 재료역학: 다양한 유형의 응력 하에서 서로 다른 재료가 어떻게 변형되는지 연구한다.
  • 유체역학: 유체가 힘에 어떻게 반응하는지 연구한다.[58]
  • 운동학: 운동을 유발하는 힘을 무시하면서 물체(객체) 및 시스템(객체 그룹)의 운동을 연구한다. 운동학은 종종 기구의 설계 및 분석에 사용된다.
  • 연속체 역학: 물체가 이산이 아닌 연속체라고 가정하는 역학 적용 방법이다.


기계공학자는 일반적으로 공학의 설계 또는 분석 단계에서 역학을 사용한다. 만약 공학 프로젝트가 차량 설계라면, 정역학은 응력이 가장 강하게 나타나는 위치를 평가하기 위해 차량의 프레임을 설계하는 데 사용될 수 있다. 동역학은 엔진이 작동할 때 피스톤과 캠의 힘을 평가하기 위해 자동차 엔진을 설계할 때 사용될 수 있다. 재료역학은 프레임과 엔진에 적합한 재료를 선택하는 데 사용될 수 있다. 유체역학은 차량의 환기 시스템(HVAC)을 설계하거나 엔진의 흡기 시스템을 설계하는 데 사용될 수 있다.

3. 2. 열역학 및 열전달

열역학은 에너지, 에너지 사용 및 시스템을 통한 변환을 연구하는 학문이다.[62] 기계공학에서 열역학은 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환하는 과정을 다룬다. 예를 들어, 자동차 엔진은 연료의 화학 에너지(엔탈피)를 열로 변환하고, 이를 다시 기계적 일로 변환하여 바퀴를 회전시킨다.

열역학 원리는 열전달, 열유체, 에너지 변환 분야에서 사용된다. 기계 공학자들은 열역학을 사용하여 엔진, 발전소, 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템, 열교환기, 방열판, 라디에이터, 냉동, 단열 등을 설계한다.[63]

전열 공학은 열의 이동 현상을 다루는 공학 분야이다. 열전달은 주로 전도, 대류, 복사 세 가지 방식으로 일어난다. 기계공학에서는 열교환기, 냉각 장치, 보일러 등 다양한 장치에서 열전달 현상을 이해하고 제어하는 것이 중요하다.

냉동 공학은 냉각 및 냉동 시스템을 설계하고 유지보수하는 공학 분야이다. 냉장고, 에어컨, 냉동 창고 등 다양한 곳에서 활용된다.

공기 조화 공학은 실내 환경을 쾌적하게 유지하기 위한 공학 분야이다. 공기 조화 설비는 온도, 습도, 공기 청정도 등을 조절하여 쾌적한 실내 환경을 제공한다.

3. 3. 설계 및 제도

기계식 이중 밀봉의 CAD 모델


도면 작성 또는 기술 도면은 기계 공학자가 제품을 설계하고 부품 제조에 대한 지침을 만드는 수단이다. 기술 도면은 부품 제조에 필요한 모든 치수를 보여주는 컴퓨터 모델 또는 손으로 그린 도식도일 수 있으며, 조립 노트, 필요한 재료 목록 및 기타 관련 정보를 포함한다.[64] 기술 도면을 작성하는 미국의 기계 엔지니어 또는 숙련된 작업자는 제도사 또는 도면사라고 불릴 수 있다. 제도 작업은 역사적으로 2차원적인 과정이었지만, 현재는 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 프로그램을 통해 설계자가 3차원으로 설계할 수 있다.

부품 제조 지침은 수동, 프로그래밍된 지침, 또는 컴퓨터 지원 제조 (CAM)나 CAD/CAM 통합 프로그램을 사용하여 필요한 기계에 공급해야 한다. 선택적으로 엔지니어는 기술 도면을 사용하여 수동으로 부품을 제조할 수도 있다. 그러나 컴퓨터 수치 제어 (CNC) 제조의 등장으로 이제 기술자의 지속적인 투입 없이 부품 제작이 가능하다. 수동으로 제조된 부품은 일반적으로 기계로 경제적 또는 실용적으로 수행할 수 없는 스프레이 코팅, 표면 마감 및 기타 공정으로 구성된다.

도면 작성은 기계 공학의 거의 모든 하위 분야와 다른 많은 엔지니어링 및 건축 분야에서 사용된다. CAD 소프트웨어를 사용하여 생성된 3차원 모델은 유한 요소 분석 (FEA) 및 전산 유체 역학 (CFD)에도 일반적으로 사용된다.

3. 4. 제조

기계 공학 기술자는 의료 기기에서 새로운 배터리에 이르기까지 다양한 제품의 제조를 설계하고 감독한다.[45] 또한 발전기, 내연 기관, 증기 및 가스 터빈과 같은 동력 발생 기계는 물론 냉동 및 공조 시스템과 같은 동력 사용 기계를 설계한다.[45]

기계 공학 기술자는 일반적으로 다음을 수행한다.[45]

  • 문제 해결에 기계 및 열 장치가 어떻게 도움이 될 수 있는지 분석한다.
  • 분석 및 컴퓨터 지원 설계를 사용하여 기계 및 열 장치를 설계 또는 재설계한다.
  • 설계한 장치의 프로토타입을 개발하고 테스트한다.
  • 테스트 결과를 분석하고 필요에 따라 설계를 변경한다.
  • 장치의 제조 공정을 감독한다.
  • 기계 제도 및 설계, 프로토타입 제작, 3D 프린팅 또는 CNC 머신 전문가와 같은 전문 분야의 전문가 팀을 관리한다.


다른 엔지니어와 마찬가지로 기계 공학 기술자는 컴퓨터를 사용하여 설계를 만들고 분석하고, 시뮬레이션을 실행하고, 기계가 어떻게 작동할지 테스트한다.[45]

마찰 교반 용접은 1991년 용접 연구소(TWI)에 의해 발견된 새로운 유형의 용접이다.[65] 이 혁신적인 정상 상태(비 융합) 용접 기술은 이전에 용접이 불가능했던 재료, 특히 여러 알루미늄 합금들을 접합한다.[65] 이는 미래의 항공기 제작에 중요한 역할을 하며, 잠재적으로 리벳을 대체할 수 있다.[65] 현재 이 기술의 사용 사례로는 알루미늄 메인 우주 왕복선 외부 탱크의 이음새, 오리온 승무원 탑재체, 보잉 델타 II 및 델타 IV 일회용 발사체, 그리고 스페이스X 팰컨 1 로켓, 상륙함의 장갑판, 그리고 이클립스 에비에이션(Eclipse Aviation)의 신형 이클립스 500 항공기의 날개 및 동체 패널 용접 등이 있으며, 그 사용 범위는 점점 더 확대되고 있다.[65][66][67]

기계공학의 세부 분야는 다음과 같다.

3. 5. 기타 분야

메카트로닉스는 기계 공학과 전자의 결합이다. 이는 기계 공학, 전기 공학 및 소프트웨어 공학의 학제 간 분야로, 하이브리드 자동화 시스템을 만들기 위해 전기 및 기계 공학을 통합하는 데 관련되어 있다. 이러한 방식으로, 특수 소프트웨어와 함께 전동기, 서보 기구 및 기타 전기 시스템을 사용하여 기계를 자동화할 수 있다. 메카트로닉스 시스템의 일반적인 예는 CD-ROM 드라이브이다. 기계 시스템은 드라이브를 열고 닫고, CD를 회전시키고 레이저를 움직이며, 광학 시스템은 CD의 데이터를 읽고 이를 비트로 변환한다. 통합 소프트웨어는 프로세스를 제어하고 CD의 내용을 컴퓨터에 전달한다.

로봇 공학은 위험하거나, 불쾌하거나, 반복적인 작업을 수행하기 위해 종종 산업에서 사용되는 로봇을 만들기 위해 메카트로닉스를 적용한 것이다. 이러한 로봇은 모양과 크기가 다양할 수 있지만, 모두 사전 프로그래밍되어 있으며 물리적으로 세상과 상호 작용한다. 로봇을 만들기 위해 엔지니어는 일반적으로 운동학(로봇의 움직임 범위를 결정하기 위해)과 역학(로봇 내부의 응력을 결정하기 위해)을 사용한다.

로봇은 산업 자동화 엔지니어링에서 광범위하게 사용된다. 이를 통해 기업은 인건비를 절감하고, 인간이 경제적으로 수행하기에는 너무 위험하거나 정확한 작업을 수행하며, 더 나은 품질을 보장할 수 있다. 많은 회사에서 특히 자동차 산업에서 로봇 조립 라인을 사용하며, 일부 공장은 로봇화되어 무인 자동화로 운영될 수 있다. 공장 외부에서 로봇은 폭탄 처리, 우주 탐사 및 기타 여러 분야에 사용되어 왔다. 로봇은 또한 레크리에이션에서 가정용 애플리케이션에 이르기까지 다양한 주거용 애플리케이션으로 판매된다.[59]

4. 현대적 도구

피스톤이 있는 4기통 직렬 크랭크축의 사선 보기


많은 기계 공학 회사, 특히 선진국에 있는 회사들은 2D 및 3D 솔리드 모델링 컴퓨터 지원 설계(CAD)를 포함하여 기존 설계 및 분석 프로세스에 컴퓨터 지원 엔지니어링(CAE) 프로그램을 통합했다. 이 방법은 제품을 더 쉽고 더 완전하게 시각화하고, 부품의 가상 조립품을 만들 수 있으며, 결합 인터페이스 및 공차 설계를 용이하게 하는 등 많은 이점을 제공한다.

기계 엔지니어가 일반적으로 사용하는 다른 CAE 프로그램에는 제품 수명 주기 관리(PLM) 도구와 복잡한 시뮬레이션을 수행하는 데 사용되는 분석 도구가 있다. 분석 도구를 사용하여 피로 수명 및 제조 가능성을 포함, 예상 하중에 대한 제품 응답을 예측할 수 있다. 이러한 도구에는 유한 요소 분석(FEA), 전산 유체 역학(CFD) 및 컴퓨터 지원 제조(CAM)가 있다.

CAE 프로그램을 사용하면 기계 설계 팀은 설계 프로세스를 빠르고 저렴하게 반복하여 비용, 성능 및 기타 제약 조건을 더 잘 충족하는 제품을 개발할 수 있다. 설계가 완료될 때까지 물리적 프로토타입을 만들 필요가 없으므로, 상대적으로 적은 수의 설계를 평가하는 대신 수백 또는 수천 개의 설계를 평가할 수 있다. 또한 CAE 분석 프로그램은 점탄성, 결합 부품 간의 복잡한 접촉 또는 비뉴턴 유체와 같이 손으로 해결할 수 없는 복잡한 물리적 현상을 모델링할 수 있다.

기계 공학이 메카트로닉스에서 볼 수 있듯이 다른 분야와 병합되기 시작함에 따라, 다학제 설계 최적화(MDO)가 다른 CAE 프로그램과 함께 사용되어 반복적인 설계 프로세스를 자동화하고 개선하고 있다. MDO 도구는 기존 CAE 프로세스를 래핑하여 분석가가 퇴근한 후에도 제품 평가를 계속할 수 있도록 한다. 또한 정교한 최적화 알고리즘을 사용하여 가능한 설계를 더 지능적으로 탐색하여 복잡한 다학제 설계 문제에 대한 더 나은 혁신적인 솔루션을 찾는 경우가 많다.

5. 연구 분야

기계공학은 여러 세부 분야로 나뉘며, 각 분야는 특정한 기술 및 응용 분야에 초점을 맞추고 있다. 주요 연구 분야는 다음과 같다.


  • '''메카트로닉스와 로봇공학''': 메카트로닉스는 기계 공학, 전자 공학, 소프트웨어 공학의 융합 기술로, 대부분의 전기 기계 시스템에 사용된다.[68] 로봇은 메카트로닉스의 대표적인 응용 분야이다.
  • '''구조 해석''': 유한 요소 해석(FEA/FEM)은 고체 물체의 응력, 변형률, 처짐을 추정하는 계산 도구로, 1941년에 기초가 마련되었으며 컴퓨터의 발전으로 널리 사용되고 있다.[72] NASTRAN, ANSYS, ABAQUS와 같은 상용 소프트웨어가 활용된다.
  • '''열역학 및 열전달''': 열기관, 냉동 공학, 공기 조화 공학 등을 포함하며, 열에너지의 이동과 변환을 다룬다.
  • '''유체 역학''': 전산유체역학(CFD)은 수치적 방법과 알고리즘을 사용하여 유체 흐름 문제를 해결하고 분석하는 분야이다.[76] 고성능 컴퓨터를 통해 복잡한 유동 현상을 시뮬레이션할 수 있다.
  • '''생체역학''': 생물학적 시스템에 역학적 원리를 적용하는 분야로, 인간의 보철 사지 및 인공 장기 제작에 활용된다.[73] 유한 요소법 (FEM)은 생체역학 분야에서 수술 평가의 대안으로 활용되고 있다.[75]
  • '''마찰 교반 용접''': 1991년 용접 연구소(TWI)에서 발견된 새로운 용접 기술로, 알루미늄 합금과 같이 기존에 용접이 어려웠던 재료를 접합할 수 있다.[65][66][67] 우주 왕복선, 스페이스X 팰컨 1 로켓 등에 사용된다.
  • '''복합 재료''': 각각의 재료가 단독으로 가질 수 없는 특성을 제공하는 재료 조합이다. 탄소 섬유 강화 복합 재료는 무게 감소, 부식 민감성 감소 등의 장점을 가지며, 우주선 및 낚싯대와 같은 다양한 응용 분야에 사용된다.
  • '''음향 공학''': 소리와 진동을 연구하는 분야로, 소음 공해 감소, 보청기, 헤드폰, 녹음 스튜디오 설계 등에 응용된다.[77]
  • '''나노기술''': 기계공학의 가장 작은 규모의 기술로, 분자 조립기를 만들어 기계적 합성을 통해 분자와 물질을 구성하는 것을 목표로 한다. 현재 나노필터,[69] 나노박막,[70] 및 나노구조,[71]등이 연구되고 있다.
  • '''기타 분야''': 항공우주공학, 자동차공학, 조선공학, 철도, 의료기기, 기구학, 기계 요소, 재료역학, 금속 가공, 기계 가공, 설계 공학, 생산 공학, 기계 역학, 계측 공학, 제어 공학, 경영 공학 등이 있다.

참조

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