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機械是什麼呢?

在機械系裡面,
可以學到什麼東西呢?

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認識台大機械系 (影片)


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認識台大機械系 (14:34)

依章節主題來播放:
  Part 1: 機械是什麼? (4:34)

  Part 2: 在機械系可以學到什麼? (1:57)

  Part 3: 機械系教學研究資源. (3:08)

  Part 4: 台大機械系的近況. (1:06)

  Part 5: 展望未來. (3:46)

註: 本影片的配樂歌曲是由台大機械系學生自行創作/演出/發行

無所不在的機械

隨著時代的進步,機械科技所展現的內容早已超越了齒輪、傳動機構、挖土機、腳踏車、汽車等基礎工業的製造。它是包羅萬象的,由機械類的商品(如冷氣 機、冰箱、除濕機、馬達、瓦斯熱水器、太陽能熱水器、太陽電池發電系統等),到產業機械(如機器人、半導體生產設備、化工製程設備、土木建設機械等等), 或者是電子產品硬體(如硬碟機、光碟機、鍵盤、散熱風扇等等),處處可見到機械的影子,為何機械一直被認為是「工業之母」的道理就在此。因此我們台大機械 中也有句話:

No Thing Uou can do without ME
「沒有什麼東西是我(機械工程)做不出來的」

機械是在做什麼的

簡單來說,天上飛的、地上跑的、海上游的、水中潛的,沒有一個地方 是用不到機械的,因此我們能做的事也就包羅萬象。
從你的生活來說好了:

沒有機械,你就沒有
汽車、公車、捷運載著你在都市來來去去。
沒有機械,你就沒有
冷氣、電風扇、冰箱讓酷熱的夏天不再是夢魘。
沒有機械,你就沒有
飛機、船、火車讓地球上的距離不再遙遠。
沒有機械,你就沒有
怪手、吊車建一棟美輪美奐的房子讓你住。
沒有機械,你就沒有
散熱風扇,讓你的電腦不會變成家中第二個煎蛋的地方。
沒有機械,你就沒有
工廠、自動手臂製造電子設備讓你感受到科技進步。
沒有機械,你大概連
上完廁所想沖個馬桶都是件困難的事。

或許你會覺得機械是個不重要的東西,但事實上 沒有了機械,是可以令整個世界停擺的。

搞不清楚機械在做什麼嗎?
伸個頭,看看你的生活周遭的一切,這些都可以是你進入機械系後可以做的一切,因為每個領域都會需要機械系的人,需要他們去實踐夢想。

機械的定義

在一百多年前,蒸汽機發明後的工業革命之時,這個問題可以很簡單的 說,舉凡用來取代人力、為人服務的硬體,都可稱之為機械。但發展到 今日,這個答案我們可以擴增為:

舉凡涉及物體的運動、力與熱的傳送、以及能量變換現象的硬體, 都稱之為「機械」。

我們就以用途分成三類來舉例說明:

一、運送用途:
交通工具(高鐵、捷運、火車、汽機車、腳踏車、船、飛機、太空船 、火箭)、送風機、水泵……等。

二、生產工具:
用來製造用品者,如工具機、電子產品製造設備(IC製造設備)、 電腦製造設備(如主機板、連結器製造)、食品製造設備(食品機械,
如麵粉包裝機、造粒機)、化學品製造設備(化學機械,如塑膠射出 機)、建設工具(建設機械,如挖土機)……等。

三、生活用品:
冷暖氣機、冰箱、洗衣機、電鍋、瓦斯爐、烤麵包機、電扇、打字 機、磁碟機、防潮箱、熱水器、除濕機、電腦週邊(機殼、散熱裝置 等) ……等。

近代機械之特質

上述有關機械之定義,幾乎涵蓋世上所有物品,許多人或許會不以為然 。事實上,近代機械是屬於一種「系統整合」或「跨領域」之整合性科 技,它是一門結合了結構設計(機構、構造)、製程、材料、電子與自動 控制,甚至系統科學的科技。

「結構設計」(機構、構造)包括機構與力學之應用; 「製程」可包括熱機 循環(冷凍循環、氣渦輪發電循環、內燃機循環…等)、乾燥製程、擠壓 製程、IC製程、組裝製程等; 「材料」包括金屬、非金屬(陶瓷、高分子 、超導…等)材料的應用; 「電子與自動控制」包括電子控制器技術(類比 、數位)、量測技術、驅動器技術、電動機技術等的應用;「系統科學」 即系統整合管理,包括組織、計畫、與管理等。

所以換句話說,「近代機械」便是結合上述各種相關科技,使機械能更 有效地為人類服務的整合性科技。

機械工程師的角色

平常社會大眾所說「做機械的」跟大學的機械工程師有什麼差別?到不如看成:黑手師傅是機械人,但機械人不一定是黑手師傅,而我們就是所謂的「機械工程師」。將自然界的材料與力量,藉由數學、物理與化 學的知識,判斷並加以應用社會發展,造福人類的人,我們就稱他叫工 程師。舉例來說,機械工程師就必須要會利用物理原理或是數學模型去 預測機器在運作時可能發生的情形。若你說物理科學家是夢想的追求者 ,那麼機械工程師便是夢想的實現者。將夢想經過汗水和雙手,真實的 在現實社會中呈現出來。從現實面來說,機械系的課很重,因為想把夢 想呈現,便什麼都要學,但因為只要是工程,就一定會有機械問題,所 以不管是什麼廠,都會有機械工程師的缺。也因為什麼都學,所跨領域 會非常廣。如果你想走學術路線,但是又想學一些切合實用的東西,台 大機械系會是不錯的選擇。如果你想走業界路線,想在30歲之前賺到人 生的第一筆100萬,唸機械系也會有這種潛力,端看你如何去經營自己的 人生跟事業。

所謂「機械工程師」就是讓夢想飛起來的人


台大機械的學生在做些什麼?

大學四年所學的,就是讓你能利用你所學的物理原理或是數學模型去設計、分析、製造出一個會照你想法動的,而且又不會壞的東西。唸機械系不等同黑手。差別在黑手只有經驗,無法像工程師利用很多科學方法去預測機器在運作時可能發生的情形。

課程方面的內容

在人類的生活中,機械扮演著全面性的角色,不論是從最最基本的食衣住行,到最最先進的半導體產業,其中若沒有機械的參與,所有的夢想將不付實現。因此機械系的學生必須學會課程,就以做一台太陽能車來做為一個例子。

當你做任何東西時,第一個想到的一定是先設計然後再開始實做。這時就會遇到一個問題,設計圖怎麼畫?那我們就會教你工程圖學、3D繪圖設計等來告訴 你怎麼畫。但腦中空無一物,我怎麼設計?這時就有如機械設計原理這門課來告你如何用嚴謹的方法來將你天馬行空的想法變成實際的設計圖。那當你正式要設計 時,問題又來了,要考慮什麼?這時就是機械系最重要吃飯的傢伙—機械五力(靜力學、動力學、熱力學、材料力學、流體力學)

舉例來說,靜力學探討車體的機械結構受力狀況,確定車子不會跑一跑就散掉了;動力學可以計算機構中零組件的運動狀態,像是方向盤怎麼轉都算是;熱力學則是在討論能量轉換、工作效率等問題,像是電腦中的散熱問題就是了;材料力學主要的學問就是去了解一個材料的力學狀況並加以利用,例如車子的那部分要比較強的結構,那各部分需要輕量化,那都是材料的範疇;至於流體力學方面,像是車子想跑得快,那外型一定要符合流線,不過當然不可以將車子做成一直線,以及要如何計算車子流線的程度,這都是我們所要討論的。

當以上的基本課程都學會了,本系的學生就要繼續修習一些選科目來加強自已整合科技的深度與廣度。像是電學、生物學、量子力學、經濟學等,都是身為機 械系的學生必須會的。到了工程的最尾巴,一切的科學的終點都是需要能夠大量製造的,這更是機械系專屬的學問。像是機械製造、自動控制等也都是機械系要學的 科目。

正因為人類的生活和機械息息相關,所以我們所學的知識也是為了讓人類的生活更美好。人類因夢想而偉大,而機械使夢想成為現實。

我們的研究領域

為了達成連接夢想和現實的任務,機械系的學生在修習過必須學習的課程後,可以在大三、大四的時候漸漸接觸到更深的研究領域,或是在研究所的時候針對你所感興趣的主題有更進一步的研究。在台大機械系中,我們將研究領域分為五大類:

·         固力組:課程及研究領域包括結構分析與動力及破壞力學與波動力學、金屬成型實驗與分析電腦與週邊設備相關力學等,以提高系統可靠度,及達成結構完整性為目標。

·         設計組:課程及研究領域包括設計之基礎繪圖與設計原理課程及較高層次之空間設計、機構設計、創意設計、方法論、機光電整合、精密機械、電腦輔助設計、系統整合等,使設計領域更完整及獨立。

·         製造組:課程及研究領域包括各種機械製造加工之方法及技術、製程之控制、製品之材質。此外,如何建立一合理化之生產系統並提高生 產效率亦是一重要的課題。為使同學能完全掌握機械製造之整體技術,並兼顧理論與實際,在課程規劃上涵蓋材料技術課程、機械製造技術課程、自動化及生產系統 規劃課程三個主要領域。

·         熱流組:課程及研究領域包括計算流體力學、能源工程與冷凍空調、能源與燃燒研究和電子熱傳冷卻與控制材料處理熱傳、半導體廠務技術、微機械之熱流研究等。

·         系統控制組:課程及研究領域包括機電整合與微處理機控制系統、機器人與智慧型控制理論、精密系統控制、人工義肢與生物感測器、微機械系統、隨機控制、適應控制與強韌控制、精密機械之量測與控制、非線性系統分析、模擬與控制、醫學工程研究、飛行控制等。

機械系的學生之所以不同於其他科系的學生,是因為我們必須先懂得系統整體的觀念,再從中鑽研某一個部分,所以機械系在各個領域之中都是不可獲缺的, 就像會設計電路的人不一定會知道該如何散熱;會寫程式的人不一定會知道要怎麼控制機械手臂;會合成材料的人不一定會知道要怎麼設計結構,而這些東西都是在 機械系中必須懂的,所以也可以說「機械是工業之母」。

機械系的出路

可能大家以往對機械系的印象是黑手,其實大學的機械系所學非常廣泛,甚至可以說包含了電資學院、 工學院等各學院的基礎。機械系著重的部分是傳動、應用力學等等,但是電路學、計算機程式、材料力學也都是機械所包含的學科。將來攻讀研究所時,我們要跨系 考絕對佔了極大優勢,因為各領域基礎我們一樣不缺。將來踏入就業市場,想跨足精密科技,像是半導體、奈米科技,跨足程式設計、軟體研發,跨足傳統產業,像 是製造加工,機械工程師都是行有餘力。現在大三大四的學長及教授做的大都是領域各整合的研究,像是台大機械系代表台灣去澳洲參加國際競賽的太陽能車,從頭 到尾機械系可以自己完成,其中大部分的工作人員都是大學部學生,而所需的知識不乏材料、電路、程式模擬計算等等學問,只有機械系可以做這種研究,因為它包 含的領域真的相當廣泛。