مهندسی سبز شامل طراحی محصولات، فرآیندها و سیستم ها با هزینه های قابل مدیریت است که اثرات زیست محیطی را به حداقل می رساند.

بر خلاف مهندسی سنتی، مهندسی سبز از معیارها برای تعیین کمیت اثرات زیست محیطی - مانند کاهش منابع و آلودگی - در کل چرخه عمر محصول و انتخاب طراحی پایدار استفاده می کند که به نفع محیط زیست، جامعه و اقتصاد است.

به‌عنوان شکلی از مهندسی سیستم‌ها، مهندسی سبز به طور مؤثر در اوایل مرحله طراحی مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا تغییرات در آنجا می‌تواند مزایای تجمعی در تمام مراحل چرخه حیات، از استخراج تا دفع داشته باشد.

ارزیابی چرخه حیات یک تکنیک مهندسی سبز است که مجموعه گسترده و دقیقی از اثرات زیست محیطی را کمیت می کند.

طراحی محصولات، فرآیندها و سیستم ها با در نظر گرفتن صریح اثرات بالقوه زیست محیطی. مهندسی سبز اهداف زیست محیطی را به عنوان اولویت های بالاتر از سایر الزامات طراحی تعیین نمی کند، اما مستلزم این است که آنها به صراحت در نظر گرفته شوند. مانند مهندسی سنتی، راه‌حل‌های مهندسی سبز باید محدودیت‌های طراحی را برآورده کنند و همچنین اهداف را بهینه کنند. برخلاف مهندسی سنتی، این رویکرد جدید فراتر از عملکرد و هزینه ها نگاه می کند و هدف به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی را اضافه می کند (به تصویر مراجعه کنید). این تعادل طراحی دشوار است و بسیاری از محصولات متمرکز بر محیط زیست در بازار به دلیل عملکرد ضعیف، خطرات ایمنی بالاتر یا هزینه های غیر منطقی شکست خورده اند.

مهندسی از ریاضیات و علوم برای طراحی محصولات، فرآیندها و سیستم ها استفاده می کند. مهندسی در بهترین اشکال خود با ارائه آب سالم، غذای سالم و فراوان، حمل و نقل کارآمد، مسکن راحت، دسترسی به اطلاعات و درمان های پزشکی پیشرفته، کیفیت زندگی را در جامعه بهبود می بخشد. پیشرفت های مهندسی از زمان انقلاب صنعتی منجر به افزایش چشمگیر امید به زندگی، رشد اقتصادی و کیفیت زندگی شده است. این پیشرفت اما با هزینه های خارجی به شکل افزایش آسیب های زیست محیطی و کاهش منابع همراه بوده است. همچنین ببینید: استفاده مجدد از فاضلاب. مهندسی تامین آب

مسائل زیست محیطی

بسیاری از مسائل زیست‌محیطی ناشی از عملکرد مهندسی برای شهروندان و مصرف‌کنندگان آشکار نیست، زیرا در پشت درهای کارخانه، اغلب در سرزمین‌های دور اتفاق می‌افتند، و ممکن است در طول زمان به آرامی جمع شوند. این مسائل شامل کاهش منابع و تخریب اکوسیستم ها و همچنین افزایش غلظت مواد خطرناک در هوا، خاک و آب است. از آنجایی که هم جمعیت و هم درآمد افراد در سطح جهان افزایش می یابد، مهندسی نقش مهمی در ارائه محصولات، فرآیندها و سیستم های مورد نیاز مصرف کنندگان برای بهبود زندگی آنها ایفا می کند. با این حال، همانطور که مقیاس مهندسی در سراسر جهان رشد می کند، اثرات زیست محیطی نیز افزایش می یابد. دانشمندان به تحقیق و مستندسازی مشکلاتی مانند جنگل زدایی، سفید شدن صخره های مرجانی، تخریب لایه لایه ازن، افزایش دی اکسید کربن اتمسفر، کاهش مواد معدنی و سوخت های فسیلی، از بین رفتن و تخریب خاک، و آلودگی آب ادامه می دهند. با توجه به ذخایر محدود سوخت و مواد زمین و مصرف روزافزون منابع، واضح است که ما نمی‌توانیم این مسیر را ادامه دهیم و سبک زندگی خود را به طور نامحدود حفظ کنیم. مهندسی سبز یک مسیر بالقوه برای جامعه ای پایدارتر ارائه می دهد. همچنین ببینید:

پایداری

هیچ تعریف واحدی همه پیچیدگی های پایداری را در بر نمی گیرد. حداقل، پایداری باید به به اصطلاح خط پایانی سه گانه، که شامل محیط زیست، جامعه، و اقتصاد است، توجه کند. از آنجایی که اکوسیستم ها آسیب می بینند، کیفیت زندگی انسان و هزینه های نگهداری آن تحت تاثیر قرار می گیرد. در حالی که پایداری یک مفهوم انتزاعی است، مهندسی سبز عملی تر و ملموس تر است. می‌توان آن را مجموعه‌ای از مفاهیم و مهارت‌های فنی دانست که افراد می‌توانند از آن برای طراحی محصولات با هزینه‌های قابل مدیریت استفاده کنند که برای جامعه و محیط زیست بهتر است.

تاریخ

توسعه اولیه مهندسی مکانیک که در طول هزاران سال گسترش یافته است را می توان به عنوان تاریخ مکانیک و ماشین ها خلاصه کرد. می توان گفت این رشته در بین النهرین، چین و تمدن یونانی-رومی پایه گذاری شد و در قرون وسطی در جهان اسلام و در دوره رنسانس در اروپا گسترش یافت. توسعه مدرن مهندسی مکانیک، در طلوع انقلاب صنعتی، ناشی از نیازهای کشاورزی، معدن، و صنایع نساجی برای اتوماسیون و ماشین‌هایی بود که می‌توانستند جایگزین نیروی انسانی شوند. قدرت باید به عنوان سومین حوزه مهم مهندسی مکانیک ترویج می شد، بنابراین مهندسان مکانیک می توانستند یاد بگیرند که چگونه به بهترین وجه نیرو تولید کنند، آن را مهار کنند، و از آن برای وادار ساختن اجزا و ماشین ها برای انجام عملکردهای دلخواه استفاده کنند. جست‌وجوی منابع بهبودیافته قدرت - کارآمدتر، پایدارتر - تا به امروز ادامه دارد. همچنین ببینید: مکانیک; قدرت

حرفه

حرفه مهندسی مکانیک در چند دهه گذشته به طور چشمگیری تکامل یافته است. رایانه ها نقش بزرگ و رو به رشدی را در آموزش و کار روزانه ایفا می کنند. به طور فزاینده ای، مهندسان مکانیک باید در مورد گرافیک کامپیوتری آگاه می شدند. طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)، که آنها را قادر می سازد تا قبل از شروع ساخت، اجزا را طراحی و آزمایش کنند. و روش های کامپیوتری که مهندسان را قادر می سازد معادلات ریاضی را حل کنند. زمانی، مهندسان مکانیک عمدتاً به ساخت، خواص و رفتار مواد فلزی توجه داشتند. اکنون، آنها باید با پلیمرها، سرامیک ها، کربن ها، شیشه ها، کامپوزیت ها و مواد پیشرفته متعدد آشنا باشند. سایر زمینه های پیشرفته تحقیق و توسعه که به طور فزاینده ای کاربرد پیدا می کنند عبارتند از: فناوری نانو، رباتیک و سایر فناوری های پیشرفته تولید و جابجایی مواد، ابتکارات پایداری در طیف گسترده ای از صنایع، و پروژه های زیست پزشکی. مهندسان مکانیک با تقاضاهایی برای متعادل کردن پیشرفت های فنی با ملاحظات اخلاقی روبرو هستند. همچنین ببینید: طراحی و ساخت به کمک رایانه؛ گرافیک کامپیوتری؛ فناوری نانو؛ رباتیک

تحصیلات

اولین بخش‌های کالج که به آموزش دانشجویان برای مشاغل مهندسی مکانیک اختصاص یافته بود در اوایل دهه 1800 تأسیس شد. از آن زمان، دپارتمان‌های مهندسی مکانیک در مؤسسه‌هایی با محوریت آموزش علمی و فنی، و همچنین در کالج‌ها و دانشگاه‌های خصوصی و دولتی، در سرتاسر جهان، به ویژه در آمریکای شمالی، بریتانیا و بقیه اروپا، گسترش یافتند. و در سراسر آسیا. بسیاری از دپارتمان ها از نظر تعداد اعضای هیئت علمی بزرگ هستند و اکثر آنها اگر نزدیک نباشند

آموزش مهندسی مکانیک با پایه گذاری در شیمی، فیزیک، ریاضیات (حساب حساب و معادلات دیفرانسیل) و کامپیوتر و محاسبات شروع می شود. هسته یک برنامه درسی معمولی مهندسی مکانیک، با تاکید بر تجزیه و تحلیل و طراحی و تشویق نوآوری، شامل دروسی است که شامل سیستم های الکتریکی، مکانیک (استاتیک و دینامیک)، مکانیک کاربردی (مقاومت مواد)، دینامیک و ارتعاش، طراحی و ساخت مکانیک، علم مواد و مهندسی، ترمودینامیک، مکانیک سیالات، انتقال حرارت و دینامیک و کنترل سیستم. دوره های شامل ابزار دقیق و روش های آزمایشگاهی نیز معمولی هستند. پروژه های گروهی کوچک ممکن است از طریق دوره های زیادی در هم تنیده شوند. یکی از ویژگی های برجسته یک برنامه درسی معمولی سال آخر، یک پروژه طراحی صنعتی است. علاوه بر این، دانش آموزان به سمت دروس انتخابی همسو با زمینه های مورد نظر تخصص حرفه ای هدایت می شوند.

اکثر دپارتمان های مهندسی مکانیک دوره های تحصیلات تکمیلی را به عنوان بخشی از برنامه های درجه پیشرفته ارائه می دهند که منجر به مدرک کارشناسی ارشد و دکترا می شود. انجمن های مهندسی مکانیک برنامه های آموزشی و پیشرفت حرفه ای بیشتری ارائه می دهند. دو انجمن برجسته عبارتند از: انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (ASME) که در شهر نیویورک واقع شده است و موسسه مهندسین مکانیک (IMechE) که دفتر مرکزی آن در لندن است. ASME که در سال 1880 تأسیس شد، با بیش از 100000 عضو در بیش از 140 کشور، سالانه بیش از 5000 نفر را آموزش می دهد. ASME علاوه بر حفظ کمیته‌هایی که بر حوزه‌های فنی متمرکز هستند و کنفرانس‌های فنی را برگزار می‌کند، دوره‌های عمومی را ارائه می‌کند و مجله مهندسی مکانیک، مجلات و کتاب‌های دانشگاهی و همچنین کدها و استانداردهای بویلرها، آسانسورها و سایر تاسیسات و اجزای مهندسی را منتشر می‌کند. IMechE که در سال 1847 تأسیس شد، دارای 120000 عضو در 140 کشور است. این یک کتابخانه بزرگ مهندسی چاپ و دیجیتال، با کتاب‌ها، مجلات، و پایگاه‌های اطلاعاتی خواص مواد و داده‌های مهندسی و اطلاعات بازار و شرکت دارد. IMechE سمینارهایی را با موضوعات مختلف، علاوه بر برنامه‌های آموزشی داخلی، برای بخش‌های مهندسی فردی سفارشی‌سازی کرده و می‌تواند با نیازهای سازمان‌های فردی تنظیم شود، ارائه 

مکاترونیک ترکیبی از مکانیک و الکترونیک است. این یک شاخه میان رشته ای از مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی نرم افزار است که با ادغام مهندسی برق و مکانیک برای ایجاد سیستم های اتوماسیون هیبریدی مرتبط است. به این ترتیب، ماشین ها را می توان با استفاده از موتورهای الکتریکی، سروو مکانیزم ها و سایر سیستم های الکتریکی در ارتباط با نرم افزارهای خاص، خودکار کرد. نمونه رایج سیستم مکاترونیک، درایو CD-ROM است. سیستم‌های مکانیکی درایو را باز و بسته می‌کنند، سی‌دی را می‌چرخانند و لیزر را حرکت می‌دهند، در حالی که یک سیستم نوری داده‌های روی سی‌دی را می‌خواند و به بیت تبدیل می‌کند. نرم افزار یکپارچه فرآیند را کنترل می کند و محتویات سی دی را به کامپیوتر منتقل می کند.

رباتیک کاربرد مکاترونیک برای ایجاد ربات‌هایی است که اغلب در صنعت برای انجام کارهای خطرناک، ناخوشایند یا تکراری استفاده می‌شوند. این ربات ها ممکن است از هر شکل و اندازه ای باشند، اما همه از پیش برنامه ریزی شده اند و به صورت فیزیکی با جهان تعامل دارند. برای ایجاد یک ربات، یک مهندس معمولاً از سینماتیک (برای تعیین دامنه حرکت ربات) و مکانیک (برای تعیین تنش‌های درون ربات) استفاده می‌کند.

ربات ها به طور گسترده در مهندسی اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند. آن‌ها به کسب‌وکارها اجازه می‌دهند در هزینه‌های نیروی کار صرفه‌جویی کنند، وظایفی را انجام دهند که برای انسان‌ها بسیار خطرناک یا دقیق‌تر از آن است که آن‌ها را به لحاظ اقتصادی انجام ندهند، و کیفیت بهتری را تضمین کنند. بسیاری از شرکت‌ها خطوط مونتاژ ربات‌ها را بخصوص در صنایع خودروسازی به کار می‌گیرند و برخی از کارخانه‌ها به قدری ربات‌سازی شده‌اند که می‌توانند به تنهایی کار کنند. در خارج از کارخانه، ربات ها در خنثی سازی بمب، اکتشافات فضایی و بسیاری از زمینه های دیگر به کار گرفته شده اند. ربات ها همچنین برای کاربردهای مختلف مسکونی، از تفریح ​​گرفته تا کاربردهای خانگی فروخته می شوند

تحلیل ساختاری

مقالات اصلی: تحلیل سازه و تحلیل شکست

تجزیه و تحلیل سازه شاخه ای از مهندسی مکانیک (و همچنین مهندسی عمران) است که به بررسی چرایی و چگونگی خرابی اشیاء و تعمیر اشیا و عملکرد آنها اختصاص دارد. خرابی های سازه ای در دو حالت کلی رخ می دهد: شکست استاتیک و شکست خستگی. شکست سازه ایستا زمانی رخ می دهد که، بسته به معیار شکست، جسم مورد تجزیه و تحلیل، پس از بارگذاری (با اعمال نیروی) یا شکسته یا تغییر شکل می دهد. شکست خستگی زمانی رخ می دهد که یک شی پس از چند بار بارگیری و تخلیه بار مکرر از کار بیفتد. شکست خستگی به دلیل نقص در جسم رخ می دهد: به عنوان مثال، یک ترک میکروسکوپی روی سطح جسم، با هر چرخه (تکثیر) اندکی رشد می کند تا زمانی که ترک به اندازه کافی بزرگ شود که باعث شکست نهایی شود.[49]

با این حال، شکست به سادگی به عنوان شکستن یک قطعه تعریف نمی شود. زمانی تعریف می شود که یک قطعه آنطور که در نظر گرفته شده است کار نمی کند. برخی از سیستم ها، مانند بخش های سوراخ دار بالای برخی از کیسه های پلاستیکی، برای شکستن طراحی شده اند. اگر این سیستم ها خراب نشوند، ممکن است از تجزیه و تحلیل شکست برای تعیین علت استفاده شود.

تحلیل سازه اغلب توسط مهندسان مکانیک پس از وقوع خرابی یا هنگام طراحی برای جلوگیری از خرابی استفاده می شود. مهندسان اغلب از اسناد و کتاب های آنلاین مانند آنچه توسط ASM[50] منتشر شده است استفاده می کنند تا به آنها در تعیین نوع خرابی و علل احتمالی کمک کنند.

هنگامی که تئوری برای طراحی مکانیکی اعمال می شود، آزمایش فیزیکی اغلب برای تأیید نتایج محاسبه شده انجام می شود. تجزیه و تحلیل ساختاری ممکن است در یک دفتر هنگام طراحی قطعات، در میدان برای تجزیه و تحلیل قطعات شکست خورده، یا در آزمایشگاه هایی که قطعات ممکن است تحت آزمایش های شکست کنترل شده قرار گیرند، استفاده شود.

مهندسان ممکن است از یک دولت ایالتی، استانی یا ملی مجوز بگیرند. هدف از این فرآیند این است که اطمینان حاصل شود که مهندسان دانش فنی لازم، تجربه واقعی، و دانش سیستم حقوقی محلی را برای تمرین مهندسی در سطح حرفه ای دارند. پس از دریافت گواهی، به مهندس عنوان مهندس حرفه ای (ایالات متحده، کانادا، ژاپن، کره جنوبی، بنگلادش و آفریقای جنوبی)، مهندس خبره (در بریتانیا، ایرلند، هند و زیمبابوه)، مهندس حرفه ای خبره (در استرالیا) داده می شود. و نیوزلند) یا مهندس اروپایی (بسیاری از اتحادیه اروپا).

در ایالات متحده، برای تبدیل شدن به یک مهندس حرفه ای دارای مجوز (PE)، یک مهندس باید امتحان جامع FE (مبانی مهندسی) را بگذراند، حداقل 4 سال به عنوان کارآموز مهندسی (EI) یا مهندس در حال آموزش (EIT) کار کند. ، و در امتحانات "اصول و تمرین" یا PE (مهندس شاغل یا مهندس حرفه ای) قبول شوید. الزامات و مراحل این فرآیند توسط شورای ملی بررسی‌کنندگان مهندسی و نقشه‌برداری (NCEES)، متشکل از هیئت‌های صدور مجوز مهندسی و نقشه‌برداری زمین که نماینده تمام ایالت‌ها و مناطق ایالات متحده هستند، تنظیم شده است.

در انگلستان، فارغ التحصیلان فعلی برای تبدیل شدن به یک مهندس مکانیک خبره (CEng, MIMechE) نیاز به مدرک BEng به همراه مدرک کارشناسی ارشد مناسب یا مدرک MEng یکپارچه، حداقل 4 سال پس از فارغ التحصیلی در زمینه توسعه شایستگی شغلی و گزارش پروژه بررسی شده دارند. موسسه مهندسین مکانیک CEng MIMechE را می‌توان از طریق یک مسیر امتحانی که توسط مؤسسه City and Guilds of London اداره می‌شود، بدست آورد.[39]

در اکثر کشورهای پیشرفته، برخی از وظایف مهندسی مانند طراحی پل ها، نیروگاه های برق و کارخانه های شیمیایی باید توسط یک مهندس حرفه ای یا یک مهندس خبره تایید شود. «مثلاً فقط یک مهندس دارای مجوز می‌تواند نقشه‌ها و نقشه‌های مهندسی را تهیه، امضا، مهر و موم کند و برای تأیید به یک مقام دولتی ارسال کند، یا کارهای مهندسی را برای مشتریان دولتی و خصوصی مهر و موم کند».[40] و قوانین استانی، مانند استان های کانادا، به عنوان مثال قانون مهندسی انتاریو یا کبک.[41]

تعداد کل مهندسان شاغل در ایالات متحده در سال 2015 تقریباً 1.6 میلیون نفر بود. از این تعداد، 278340 مهندس مکانیک (17.28٪) بودند که بزرگترین رشته از نظر اندازه است.[43] در سال 2012، متوسط ​​درآمد سالانه مهندسان مکانیک در نیروی کار ایالات متحده 80580 دلار بود. متوسط ​​درآمد در زمان کار برای دولت (92030 دلار) و کمترین آن در آموزش (57090 دلار) بود.[44] در سال 2014، تعداد کل مشاغل مهندسی مکانیک در دهه آینده 5 درصد رشد خواهد کرد.[45] در سال 2009، متوسط ​​حقوق اولیه 58800 دلار با مدرک لیسانس بود.

رشته مهندسی مکانیک را می توان مجموعه ای از بسیاری از رشته های علوم مهندسی مکانیک دانست. تعدادی از این زیررشته‌ها که معمولاً در مقطع کارشناسی تدریس می‌شوند، با توضیح مختصری و رایج‌ترین کاربرد هر کدام در زیر فهرست شده‌اند. برخی از این زیرشاخه ها منحصر به مهندسی مکانیک هستند، در حالی که برخی دیگر ترکیبی از مهندسی مکانیک و یک یا چند رشته دیگر هستند. اکثر کارهایی که یک مهندس مکانیک انجام می دهد از مهارت ها و تکنیک های چندین رشته از این زیرشاخه ها و همچنین زیر رشته های تخصصی استفاده می کند. رشته‌های فرعی تخصصی، همانطور که در این مقاله استفاده می‌شود، به احتمال زیاد موضوع تحصیلات تکمیلی یا آموزش حین کار نسبت به تحقیقات کارشناسی هستند. در این بخش چندین زیرشاخه تخصصی مورد بحث قرار گرفته است.

مکانیک در کلی ترین مفهوم، مطالعه نیروها و تأثیر آنها بر ماده است. به طور معمول، مکانیک مهندسی برای تجزیه و تحلیل و پیش بینی شتاب و تغییر شکل (اعم از الاستیک و پلاستیک) اجسام تحت نیروهای شناخته شده (که بارها نیز نامیده می شوند) یا تنش ها استفاده می شود. زیرشاخه های مکانیک شامل

استاتیک، مطالعه اجسام غیر متحرک تحت بارهای شناخته شده، چگونگی تأثیر نیروها بر اجسام ساکن

دینامیک مطالعه چگونگی تأثیر نیروها بر اجسام متحرک. دینامیک شامل سینماتیک (درباره حرکت، سرعت و شتاب) و سینتیک (درباره نیروها و شتاب‌های حاصله) است.

مکانیک مواد، مطالعه چگونگی تغییر شکل مواد مختلف تحت انواع مختلف تنش

مکانیک سیالات، مطالعه نحوه واکنش سیالات به نیروها[47]

سینماتیک، مطالعه حرکت اجسام (اشیاء) و سیستم ها (گروه های اجسام)، در حالی که نیروهایی که باعث حرکت می شوند نادیده گرفته می شود. سینماتیک اغلب در طراحی و تحلیل مکانیزم ها استفاده می شود.

مکانیک پیوسته، روشی برای بکارگیری مکانیک که فرض می‌کند اجسام پیوسته هستند (به جای گسسته)

مهندسان مکانیک معمولاً از مکانیک در مراحل طراحی یا تجزیه و تحلیل مهندسی استفاده می کنند. اگر پروژه مهندسی طراحی یک وسیله نقلیه بود، ممکن است از استاتیک برای طراحی قاب وسیله نقلیه استفاده شود تا ارزیابی شود که تنش ها در کجا شدیدتر هستند. دینامیک ممکن است در هنگام طراحی موتور خودرو برای ارزیابی نیروهای موجود در پیستون ها و بادامک ها در چرخه موتور استفاده شود. مکانیک مواد ممکن است برای انتخاب مواد مناسب برای قاب و موتور استفاده شود. مکانیک سیالات ممکن است برای طراحی یک سیستم تهویه برای وسیله نقلیه (به HVAC مراجعه کنید)، یا برای طراحی سیستم ورودی برای موتور استفاده شود.