機械工程簡介
機械工程機械工程是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合生產實踐中的技術經驗，研究和解決在開發、設計、製造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的套用學科。機械是現代社會進行生產和服務的五大要素（人、資金、能源、材料和機械）之一，並參與能量和材料的生產。
發展過程
石斧、石錘幾千年前，人類已創製了例如用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行於江河的船及其槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。製造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，並漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。
15～16世紀以前，機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。許多高才藝的機械匠師和有生產觀念的知識分子致力於改進各產業所需的工作機械和研製新的動力機械──蒸汽機。18世紀後期，蒸汽機的套用從採礦業推廣到紡織、麵粉、冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械製造業開始形成，並在幾十年中成為一個重要產業。機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命以及資本主義機械大生產的主要技術因素。17世紀以後，資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展，許多人致力於改進各產業所需要的工作機械和研製新的動力機械——蒸汽機。製作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械製造工業開始形成，並逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。
凝汽器發電站初期套用蒸汽機為原動機。20世紀初期，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機，促進了電力供應系統的蓬勃發展。
19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以後又用於汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣輪機、噴氣發動機的發展，還是飛機、太空飛行器等成功發展的基礎技術因素之一。
機械加工技術的發展 工業革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工製成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以製造儀器、鎖、鐘錶、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。套用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工包括鑄造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和工具機、刀具、量具等，得到迅速發展，保證了各產業發展生產所需的機械裝備的供應。
噴氣發動機簡單的互換性零件和專業分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在H.莫茲利於1797年利用其創製的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師E.惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂"美國生產方法"。20世紀初期，H.福特在汽車製造上又創造了流水裝配線。大量生產技術加上F.W.泰勒在19世紀末創立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想像的高度。
20世紀中、後期，機械加工的主要特點是：①不斷提高工具機的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；②發展少無切削加工工藝；③提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度。自動化從機械控制的自動化發展到電氣控制的自動化和電腦程式控制的完全自動化，直至無人車間和無人工廠；④利用數字控制工具機、加工中心、成組技術等，發展柔性加工系統，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平；⑤研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
機械工程基礎理論的發展 18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械製作，與科學幾乎不發生聯繫。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識。他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人T.薩弗里、瓦特套用了物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論。在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文建立起一門新的科學──熱力學。內燃機的最重要的理論基礎是法國的A.E.B.de羅沙在1862年創立的，1876年N.A.奧托套用羅沙的理論，徹底改進了他原來創造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
內燃機機械工程的工作對象是動態的機械。它的工作情況會發生很大的變化。這種變化有時是隨機的而不可預見；實際套用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。與以靜態結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏於保守。結果，製成的機械笨重而龐大，成本高，生產率低，能量消耗很大。
從18世紀起，設計計算從兩個方面不斷提高了精確度：①在材料強度方面，從早期按靜強度除以安全係數（考慮一切不精確性和分散性因素的經驗係數）的粗糙計算，提高到考慮材料的疲勞（19世紀後半期）；從一律按材料的無限疲勞壽命進行設計，改為按照實際要求的壽命進行有限壽命設計(20世紀前半期)；從認為材料原則上不能有裂紋，發展到以斷裂力學理論為依據，考慮裂紋材料的強度和壽命。②在機械結構的力學分析方面，從套用經驗公式和簡化的力學分析來確定各種受力和力矩，發展到套用複雜的力學分析和數學計算方法。進入20世紀，又出現各種實驗應力分析方法。人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力，在發現應力過高過低時，便可能作出必要的調整。20世紀後半葉，人們開始套用有限元法和電子計算機的迅速可靠的數值計算，對複雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力、應變等的分析和計算。對於掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統計技術，按照要求的可靠度科學地進行機械設計，或者按機械的實際情況（實際的質量、實際的使用條件等）科學地判斷其可靠度和壽命。但在許多機械工程工作中，仍還套用一些經驗方法、經驗公式和經驗係數等，不過其中的科學成分在不斷增加，經驗成分則不斷減少。
涉及範圍
紡織機械各個工程領域的發展都要求機械工程有與之相適應的發展，都需要機械工程提供所必需的機械。某些機械的發明和完善，又導致新的工程技術和新的產業的出現和發展，例如大型動力機械的製造成功，促成了電力系統的建立；機車的發明導致了鐵路工程和鐵路事業的興起；內燃機、燃氣輪機、火箭發動機等的發明和進步以及飛機和太空飛行器的研製成功導致了航空、航天工程和航空、航天事業的興起；高壓設備（包括壓縮機、反應器、密封技術等）的發展導致了許多新型合成化學工程的成功。機械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發展動力，同時又從各個學科和技術的進步中得到改進和創新的能力。
服務領域
化學能① 研製和提供能量轉換機械，包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合於套用的機械能的各種動力機械，以及將機械能轉換為所需要的其他能量（電能、熱能、流體壓力能、勢能等）的能量變換機械。
② 研製和提供用以生產各種產品的機械，包括套用於第一產業的農、林、牧、漁業機械和礦山設備，以及套用於第二產業的各種重工業機械和輕工業機械。
③ 研製和提供從事各種服務的機械，包括交通運輸機械、物料搬運機械、辦公機械、醫療器械、通風、採暖和空調設備、除塵、淨化、消聲等環境保護設備等。
④ 研製和提供家庭和個人生活中套用的機械，如洗衣機、冰櫃、鐘錶、照相機、運動器械等。
⑤ 研製和提供各種機械武器。
工作內容
工程力學① 建立和發展可以實際地和直接地套用於機械工程的工程理論基礎。這方面主要有：研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能及其套用的工程材料學；研究材料在外力作用下的應力、應變等的材料力學；研究熱能的產生、傳導和轉換的燃燒學、傳熱學和熱力學；研究摩擦、磨損和潤滑的摩擦學；研究機械中各構件間的相對運動的機構學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等。
② 研究、設計和發展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。這方面包括：調研和預測社會對機械產品的新的要求；探索套用機械工程和其他工程技術中出現的新理論、新技術、新材料、新工藝，進行必要的新產品試驗、試製、改進、評價、鑑定和定型；分析正在試用的和正式使用的機械存在的缺點、問題和失效情況，並尋求解決措施。
③ 機械產品的生產。包括：生產設施的規劃和實現；生產計畫的制訂和生產調度；編制和貫徹製造工藝；設計和製造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發運；對產品質量進行有效的控制。
④ 機械製造企業的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的複雜的製品，生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產，銷售對象遍及全部產業和個人、家庭，而且銷售量在社會經濟狀況的影響下可能出現很大的波動。因此，機械製造企業的管理和經營特別複雜和困難。企業的生產管理、規劃和經營等的研究也多是肇始於機械工業。生產工程、工業工程等在成為獨立學科之前，都曾是機械工程的分支。
⑤ 機械產品的套用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。
⑥ 研究機械產品在製造過程中，尤其是在使用中所產生的環境污染和自然資源過度耗費方面的問題及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。
學科分支
礦山機械機械工程與技術
《機械工程與技術》MechanicalEngineeringandTechnology是一本關注現代機械工程與技術領域最新進展的國際中文期刊，主要刊登有關機械工程、機械學、機械設計等領域的論文，反映國內外該領域的最新研究動態。本刊支持思想創新、學術創新，倡導科學，繁榮學術，集學術性、思想性為一體，旨在為了給世界範圍內的科學家、學者、科研人員提供一個傳播、分享和討論現代物理領域內不同方向問題與發展的交流平台。機械工程與技術研究領域：
機械工程與技術·機械工程
·機械學
·機械設計
·機械製圖
·機械製造工藝與設備
·工具機技術
·儀器儀表技術
·流體傳動與控制(包括氣動液壓控制技術等)
·機械製造自動化
·數控技術
·工業機器人技術
·計算機輔助製造
·動力機械工程
·機械工程其他學科
工作內容
不論服務於哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，按其工作性質可分為六個方面。
① 建立和發展可以實際地和直接地套用於機械工程的工程理論基礎。這方面主要有：研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能及其套用的工程材料學；研究材料 工程力學
在外力作用下的應力、應變等的材料力學；研究熱能的產生、傳導和轉換的燃燒學、傳熱學和熱力學；研究摩擦、磨損和潤滑的摩擦學；研究機械中各構件間的相對運動的機構學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等。 ② 研究、設計和發展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。這方面包括：調研和預測社會對機械產品的新的要求；探索套用機械工程和其他工程技術中出現的新理論、新技術、新材料、新工藝，進行必要的新產品試驗、試製、改進、評價、鑑定和定型；分析正在試用的和正式使用的機械存在的缺點、問題和失效情況，並尋求解決措施。
③ 機械產品的生產。包括：生產設施的規劃和實現；生產計畫的制訂和生產調度；編制和貫徹製造工藝；設計和製造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發運；對產品質量進行有效的控制。
④ 機械製造企業的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的複雜的製品，生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產，銷售對象遍及全部產業和個人、家庭，而且銷售量在社會經濟狀況的影響下可能出現很大的波動。因此，機械製造企業的管理和經營特別複雜和困難。企業的生產管理、規劃和經營等的研究也多是肇始於機械工業。生產工程、工業工程等在成為獨立學科之前，都曾是機械工程的分支。
⑤ 機械產品的套用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。
⑥ 研究機械產品在製造過程中，尤其是在使用中所產生的環境污染和自然資源過度耗費方面的問題及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。
未來展望
太陽能地殼中和海水中的金屬礦藏的蘊藏量極為豐富。只要改進採礦和選礦的工藝和提高采、選礦機械的性能，以降低可以經濟利用的礦石品位，並充分回收金屬廢料，在有足夠的能量供應的條件下，金屬材料資源不愁匱乏。在煤、石油、天然氣等不再被大量地用作燃料而主要作為合成材料的原料之後，非金屬材料的供應也可得到長遠的保證。
化學工程、冶金工程等生產流程中所產生的廢氣、廢水等環境污染源，通過改進流程、增加淨化機械和設施並提高其淨化效率，在技術上是能夠加以消除的。
機械工程一向以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性，即以提高人類的近期利益為目標來研製和發展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研製將以降低資源消耗，發展潔淨的再生能源，治理、減輕以至消除環境污染作為超經濟的目標任務。
人工智慧人類智慧的增長並不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更複雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。人工智慧與機械工程之間的關係近似於腦與手之間的關係。其區別僅在於人工智慧的硬體還需要利用機械製造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統的限制。人工智慧消除了這個限制。機械工程可以充分利用這個新出現的巨大可能性。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發展。
機械工程的專業化和綜合化 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續出現了專業化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰結束的前後期間達到了最高峰。由於機械工程的知識總量已擴大到遠非一個人所能全部掌握，一定的專業化是必不可少的。但是過度的專業化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統觀和統籌稍大規模的工程的全貌和全局，並且縮小技術交流的範圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化（新技術、新材料和新產品的出現、新的環境保護法規、原材料和能源供應及價格的變動，以及個人的工作調動、職務提升等）的適應能力很差。封閉性專業的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利於繼續自學提高。因此自20世紀中、後期開始，又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業領域，合併分化過細的專業。
綜合－專業分化－再綜合的反覆循環，是知識發展的合理的和必經的過程。但是，綜合的恢復，不能是現有專業的簡單合併，而是在更高一級上的綜合，其目的是為了能更好地發揮專業知識作用。不同專業的專家們各具有精湛的專業知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協同工作的有力集體。正確地而不是教條主義地處理知識的綜合與專業的關係，是新的技術革命時代中培養機械工程人才的主要課題。
綜合與專業是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處於更高一層、更巨觀的綜合與專業問題。
