기계공학의 이해

2. 기계공학1

2.1 공학의 분류 1

다양한 공학의 생성 연대는?

◈ 토목공학 (Civil Engineering)

• 기원전 3000년 이집트에서 피라미드를 짓던 때부터 생긴 가장

오래된 공학분야. 토목 공학자들의 기술이 전쟁에 특히 유용

하였기 때문에 과거에는 공병학이 매우 중요하였다.

• 현대적인 의미에서 토목공학은 주로 거대구조의 프로젝트를

담당하고 있다. (도로, 건축, 공항, 댐, 교량, 항만, 운하 …)

◈ 기계공학(Mechanical Engineering)

• 산업혁명이 일어나면서 발명된 증기기관과 같은 열기관의

실용화 더불어, 사람이나 가축을 기계로 대치하는 것이 가능

해졌고 기계의 설계와 제작에 필요한 기계공학분야가 탄생

• 공학의 계보상으로는 토목공학의 변신으로 볼 수 있다.

• 기계공학은 물리적 현상을 파악하고, 그 현상 속에 숨겨진

원리을 이용하여 인간이 필요로 하는 제품이나, 공정을 창조해

내는 일을 담당한다. 따라서, 기계공학자는 역학, 재료과학,

고체역학, 열전달, 유체역학, 열역학 등의 과학적 지식을 알고

있어야 하며, 설계, 제어, 생산자동화, 기계공작법,

메카트로닉스, 컴퓨터 프로그래밍 등 공학적 기법에 관련된

지식도 알아야 한다.

• 기계공학으로부터 파생되어 대기, 해양 및 우주에서 움직이는

수송기계들을 설계하는 분야가 항공우주공학과 조선공학

분야이다.

• 앞으로는 인체에 삽입하는 바이오 칩이나 미세로봇 등의

개발도 기계공학자의 임무이다.

기계공학의 이해

2. 기계공학2

미세로봇 분야

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)

기계공학의 이해

2. 기계공학3

2.1 공학의 분류 2

◈ 재료공학(Materials Engineering)

• 재료 공학자들은 현대사회에서 요구되는 재료에 관한 모든

문제를 해결하는 사람들이다.

요구되는 재료에 따라 다음과 같이 세분된다.

• 자원공학자(Geological Eng.):

암석, 토양 등 지질학적 지식을 배경으로 원자재를

찾아내는 역할을 한다.

• 광산공학자(Mining Eng.):

광산으로부터 석탄, 철 등을 채굴

• 석유공학자(Petroleum Eng.):

원유나 천연가스를 탐사, 생산

• 무기재료공학자(Ceramic Eng.):

반도체나 자석 등에 사용되는 세라믹 재료를 생산.

• 고분자공학자(Plastic Eng.):

플라스틱 등 고분자재료의 개발, 생산

• 금속공학자(Metallurgical Eng.):

금속합금 등 개발, 생산

• 재료과학자(Material Science Eng.):

재료의 물리적 성질과 관련된 과학적 연구를 담당.

기계공학의 이해

2. 기계공학4

2.1 공학의 분류 3

◈ 전기공학(Electrical Engineering)

• 물리학자들이 전기에 대한 원리를 알아내고부터 전기공학의

학제가 금방 탄생하였다. 현대사회에서 전기의 역할은 크게

두 가지로, 동력의 전달 역할과 정보의 전달 역할이다.

사람으로 비유하면 핏줄과 신경망을 담당하는 것이다.

따라서, 전기 공학자들의 일부는 발전기의 설계, 변압기,

송전설비 등 강전분야를 담당하고, 일부는 정보를 전달하는

라디오, TV, 컴퓨터, 통신/계측 장비 등을 설계한다.

(생산은 기계공학자가 담당)

• 반도체의 원리가 알려지면서 전기공학에서 전자공학의

학제가 파생되었다. 전자공학에는 아날로그 방식과 디지털

방식이 있는데, 잡음에 대한 영향이 적은 디지털 방식이

선호된다.

기계공학의 이해

2. 기계공학5

2.1 공학의 분류 4

◈ 화학공학(Chemical Engineering) : • 1880년 미국의 가장 핵심적인 산업. 1888년 MIT에서

처음으로 화학공학 학위가 수여되었다.

• 화학 공학자들은 주로 기본 재료인 원유, 석탄, 광석 등을

정제된 재료인 가솔린, 플라스틱, 광 석유, 의약품 등으로

만들어낸다. 최근의 생화학공학은 이 분야에서 파생된 중요한

분야로써, 앞으로 생물학적 과정을 고전적 화학공정에

접목시켜 식료품, 약품, 하수처리 등을 담당할 것이다.

(생산을 위한 plant는 기계공학자와 토목 공학자들이 담당)

◈ 산업공학(Industrial Engineering)

• 1800년도 말부터 산업체에는 과학적인 관리기법이 작업효율을

향상시킨다는 것을 알게 됨.

• 인간공학적 기술을 바탕으로, 산업 공학자들은 사람, 기계,

생산, 판매 등의 모든 정보를 컴퓨터로 통합하고 가장 효율적인

작동시스템을 개발, 설계, 장착 및 운영하는 역할을 담당한다.

즉, 산업공학자는 공학과 경영의 교량 역할을 담당한다.

• 기차나 비행기 스케줄의 최적설계, 병원의 응급수술 배치문제,

특급화물 배달체계, 은행업무나 투자예측 등…

기계공학의 이해

2. 기계공학6

2.1 공학의 분류 5

◈ 건축공학(Architectural Engineering) :

• 건축 공학자들은 구조학, 재료역학, 음향학 등 공학적

지식과 건물미학 및 기능성에 대한 건축가(Architect)의

지식을 접목하여 건물을 설계하고 건축하는 역할을

담당한다.

◈ 컴퓨터공학(Computer Engineering) :

• 전자공학으로부터 파생된 분야로서, 컴퓨터 공학자들은

컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어에 대한 지식을 모두

배워서 컴퓨터 및 컴퓨터 네트워크를 설계하고, 인간생활에

필요한 각종 프로그램들을 개발하는 일을 한다.

기계공학의 이해

2. 기계공학7

기계공학과 산업혁명

2.2 기계공학 1

▪ 기계공학의 본격적인 시작은 18세기 후반에 증기 기관의

발명으로 촉발된 산업혁명이라고 할 수 있다.

▪ 산업혁명이 일어나면서 증기기관이나 내연기관과 같은

열기관(heat engine)이 실용화 되었다.

이는 열과 일이 동등하다는 물리학의 원리를 실제화시킨

엄청난 발명이었다.

이러한 원동기는 과거에 토목공학에서 사람이나 가축이

다루던 일을 기계로 대치하는 것을 가능하게 하였고

기계의 설계와 제작에 필요한 기계공학분야가 탄생하게

되었다.

▪ 그 후 1847년 영국 버밍햄에서 Institution of MechanicalEngineers라는 단체가 설립됨으로써 기계공학이 하나의

독립된 분야로 인정받게 되었다.

산업혁명: 1760∼1830년경에 이르는 약 1세기 동안에 기계의 등장으로인하여 종래의 수공업적 소규모 생산으로부터 대량생산의 공장제기계공업으로 전환된 산업상의 일대변혁을 말한다. 방직기계의 등장으로영국이 제일 먼저, 그리고 가장 철저히 경험하였고, 차츰 세계 각국에서계속하여 일어났다. 이 산업혁명을 거쳐 비로소 자본주의 경제 체제가확립되었다.

(1761년)

기계공학의 이해

2. 기계공학8

최초의 증기 자동차

• 세계 기네스 기록의 공식자료에 의한 세계 최초의 자동차는 1769년 10월 프랑스 파리 출신의

엔지니어로 당시 육군 대위였던 니콜라스-요셉 퀴뇨가 만든 증기차이다. • 퀴뇨의 증기자동차는 인위적 동력으로 움직이는 세계 최초의 자동차였다.

• 이 차는 군대에서 대포를 실어 나르기 위한 트랙터로 개발되었다. 차 앞부분에 증기엔진과 보일러를

별도로 분리해 장착한 뒤 보일러의 물을 데워 뜨거워진 열기를 추진력으로 변환시켜 차가 달리는

방식으로 최고시속 4km 정도였다. 바퀴는 모두 3개였다. 이듬해 퀴뇨는 4명까지 탈 수 있는 3바퀴

증기차를 다시 만들었으며, 2년 후에는 이 차로 도로를 운행했다. • 퀴뇨의 증기차는 그러나 돌길을 달리다가 불행히도 사고를 일으켰다. 퀴뇨는 최초의 자동차를 만든

사람인 동시에 최초의 교통사고를 낸 사람으로 기록돼 있다. 게다가 그의 후원자 역시 사망해 그의

연구는 여기서 끝났고, 이 차는 양산에 실패하고 말았다. 하지만 퀴뇨의 시도 이후 많은 사람들이

증기차를 만들기 시작했고, 1886년 독일의 칼 벤츠가 만든 가솔린차는 현대 자동차의 효시로

인정받고 있다.

기계공학의 이해

2. 기계공학9

기계공학의 이해

2. 기계공학10

몸체를 만드는 몰드의형상을 어떻게 해야몸체가 잘 만들어질까?

몸체의 플라스틱이얼마나 두꺼워야떨어뜨려도 깨지지않을까?

한 달에 5만대를만들려면 어떤 식으로공장을 지어야 할까?

로봇과 같은 자동화장비를 어떻게이용할까?

화학전지 대신연료전지를 쓰는것이 가능할까?

금속재료를 어떻게가공해서 몰드를만들어야 할까?

배터리에서 생기는열로 작동에 이상이생기지는 않을까?

기계공학이 휴대전화에 적용된 사례

첨단 전자제품에도 기계공학의 기여도는 큽니다.

2.2 기계공학 2

기계공학의 이해

2. 기계공학11

2.2 기계공학 3

차를 어떻게 하면효율적으로 만들까?

차체가 탑승자를충분히 보호할 수있을까?

용접은 잘되었나?

철판을 어떻게가공할까?

사이더 미러가소음을 얼마나일으킬까?

얼음판에서안 미끄러질수 있을까?

엔진 소음이 실내로들어오는 것을어떻게 막을까?

공기저항이 얼마나될까?

엔진 냉각을 위한방열기는 충분히큰가?

좀 더 가벼운엔진을 만드는방법은? 승차감은

어떨까?

주행조종시스템(TCS : Traction Control System)

자동차에 적용된 기계공학

어울림모터스스피라

기계공학의 이해

2. 기계공학12

기계공학의 영역은 매우 넓습니다.

2.3 대한기계학회 전공 분류

부문 전공 분야

재료 및 파괴부문강도평가 및 해석, 피로, 파괴역학, 손상역학, 동적 파괴거동, 미시파괴 및 재료거동, 복합재료, 환경파괴, 압력용기 및 배관, 신뢰성평가, 기타

CAE 및 응용역학부문

재료역학, 연속체역학(탄·소성학), 전산역학, 실험역학, 복합재 역학, 구조설계 및

CAE, 충돌 및 붕괴, 생체역학, 신뢰성공학, 기타

동역학 및제어부문

동역학, 진동, 소음, 계측, 제어, 기구학, 로봇공학, 차량공학, 대형 복합구조물, 기타

생산 및설계공학부문

소성가공, 절삭가공, 주조 및 단조, 금형 및 사출성형, 용접 및 특수가공, 생산자동화및 생산관리, CAD/CAM, 기계요소 및 기구설계, 공작기계 및 기계시스템 설계, 지적설계 및 최적설계, 윤활 및 마멸, 생체공학, MEMS, 기타

열공학부문열역학, 열 및 물질전달, 연소, 열물성, 환경 및 공해, 열시스템 제어 및 계측, 열기기및 열교환기, 공정 열공학, 냉동 및 저온공학, 기타

유체공학부문유체역학, 유체기계, 난류, 전산유체공학, 다상유동, 유동제어 및 계측, 환경유체공학, 생체유체공학, 유동소음, 기타

에너지 및동력공학부문

내연기관, 가스터빈 및 증기터빈, 열병합 및 복합발전, 보일러 및 발전설비, 소각로, 연료 및 대체에너지, 원자력에너지, 연소기기, 공기조화, 기타

신뢰성부문