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    美国机械工程专业分享

    来源:本站原创日期:2019-3-15 15:57:52点击:52

    美国机械工程专业分享

         机械工程(Mechanical Engineering)是最古老、应用最广泛的学科之一,利用工程学、物理学以及材料科学原理来设计、分析、制造以及维护机械系统。机械工程领域要求机械工程师对于核心领域的理解,包括力学、动力学、热力学、材料科学、结构分析以及电力学。除了以上核心之外,机械工程师还可以使用计算机辅助设计(CAD)、产品周期管理来设计和分析工业设备和机械、供暖和冷却系统、运输系统、飞机、潜艇、机器人、医疗设备、武器等等。机械工程是工程类的分支之一,设计到机械的设计、生产以及操作。

        专业概述

    早在18世纪欧洲工业革命期间,机械工程便成为了一个重要的领域,然而机械工程的发展历史可以追溯到几千年之前。19世纪,物理学的发展导致了机械工程领域的快速发展,并且不断融合其他领域的学科知识飞速进步。如今,机械工程师们在复合材料、机电一体化和纳米技术等高科技领域寻求更大的发展和突破。

    除了自身研究领域之外,机械工程专业还与航空航天工程、冶金工程、土木工程、电气工程、制造工程、化学工程、工业工程、以及其他工程学科交叉重叠。机械工程师也可以在生物医学工程领域进行工作,特别是生物力学、生物机械学、生物技术和生物系统建模等领域。

    美国国家机械工程认证学会制定的课程标准,旨在提供基础学科的学习、提升毕业生的能力、并且保持对于整个行业的信心,同时需要机械工程领域的学生可以在能源以及机械领域进行专业的工作。但是,不同的学校所需要毕业生所完成的具体课程有所不同,美国大学通常会把一下多个学科合并成一个单一的课程,或者将一个学科分成多个类别。

    同时,机械工程师也会学习并应用化学、物理、化学工程、土木工程和电气工程等领域的基本知识。所有的机械工程项目都包括了多个学期的数学课程,包括微积分、微分方程、偏微分方程、线性代数、抽象代数和微分几何等等。

    除了核心的机械工程课程之外,许多机械工程专业课程还提供更多领域和课程的学习,包括控制系统、机器人、交通和物流、低温学、燃料技术、汽车工程、生物力学、振动、光学等等,特别是在这些学科并没有组成一个单独学科部门的情况下。

    除了课程之外,大多数学校的机械工程专业也需求学生进行做研究,来获取解决实际问题的经验。在美国,机械工程专业的学生在学习期间完成一个或者多个实习工作是非常常见的,不过这通常是大学和其他机构来共同完成的。


     

     

    分支解析

    总的来说,申请ME要有很好的工程背景,即非常优秀的数学和物理学的成绩,良好的实际动手能力,即实验仪器的操作,常用计算机软件的熟练使用。但根据不同侧重点,ME专业可以细分为以下几大类:
    能量大类,主要涉及的学科有:能量、摩擦、燃烧、流体这几大类。
    材料大类,主要涉及机械领域内的纳米微米材料,聚合工程,生物机械
    制造,主要包括设计和制造两大方向
    控制类,包括计算机辅助工程,系统与自动控制,微电子系统
    一、能量大类
    1. 能量
    主要研究方向:能量及流体,主要包括风能、水能的能量转换,能量转换系统及其设备的设计制造,能量系统及热力学,能量应用(加热/通风/空调及制冷用能),能量及环境,环境能量技术评估,热物理学,太阳能,清洁能源,清洁能源技术。
    申请所需相关背景:申请此方向需要有很强的物理学基础;当偏流体学相关时,那么申请者相应的流体力学、空气动力学,热力学等相关背景;如果有能量系统整体研究则要有很好的数学建模能力;在能量转换系统设备制造这一领域,则要有很好的Design and Manufacturing相关背景。
    2. 摩擦
    主要研究方向:摩擦时能量的转换,同热物理学结合非常紧密,并同新型材料的研究开发结合,对某些材料的相关摩擦性能进行研究。
    申请所需相关背景:物理学的研究内容之一,所以申请此专业一定要有好的物理背景。除此之外根据不同的方向应有热力学或材料学相关背景。
    3. 燃烧
    主要研究方向:燃烧,燃烧及推进,燃烧及能量,能量转换,燃烧及热传递,电气推进,涡轮及推进,汽车工程中内燃机的燃烧研究等。
    申请所需相关背景:同摩擦一样,物理背景必不可少,热力学非常重要。当然如果是偏向设备的话,那么就需要机械的设计制造与控制背景了。
    4. 流体
    主要研究方向:主要针对两大主要方向:航空航天领域和能量领域。前者有空气动力学,推进,空间探索系统,后者有水电、风电为主的流体能量转换。另外还有环境及生物流体力学,流体动力学,流体物理学,热力学,物质专业。
    申请所需相关背景:如果从事理论研究,则对物理、数学建模和流体力学要求非常高,如果是偏相关设备的研究则要很好的机械背景。

    二、材料大类
    1. 纳米微米机械材料
    主要研究方向:纳米技术的不断发展给机械领域提供了一种全新的材料选择的可能。目前和机械交叉的研究领域主要集中在:高级材料学,材料及固体力学,材料及机械系统,材料加工,材料机械特性,材料力学,材料力学及制造。
    申请所需相关背景:需要有很强的材料学背景,同时要求有固体力学,材料力学,工程力学背景。
    2. 聚合工程
    主要研究方向:主要通过分子聚合技术为机械领域提供新型材料
    申请所需相关背景:需要有很好的高分子材料相关背景,同时对材料力学的要求也比较高。
    3. 生物机械
    主要研究方向:生物机械,生物力学,生物机械工程,生物材料与设备,材料力学,生物传感器,纳米技术,活细胞封装,工程生物力学,生物医学机械工程,神经工程学,整形外科工程,感觉及神经系统研究,运动生物力学,人造心脏。
    申请所需相关背景:这是典型的新兴学科同传统基础学科结合的表现。总体来说,此方向需要生物学,机械工程和医学知识三个领域的知识背景。单纯的生物或医学背景是很难适应此学科的要求的,需要在具备机械背景的同时拥有生物,或者医学知识,尤其是生物学知识。这里所说的机械背景主要指机械中基本的制造,力学,材料背景。但要求不会像前面几个学科中对纯力学或材料背景那么高的要求。另外对于神经工程学,感觉及神经系统研究,人造心脏这些方向,处了需要医学、生物学、工程学知识外,还要有很好的EE背景(信号模拟,信号传输等)。

    三、制造
    1. 设计
    主要研究方向:机械设计,产品设计,设计方法学,计算机辅助设计,工程设计
    申请所需相关背景:设计在国内主要以工业设计学院的形式设置。ME中的Design,适合的申请者一般具有机械理论基础(分具体机构和整体制造流程理论两大方面),同时又有设计基础——包括一定的艺术功底(素描),电脑绘图软件(Photoshop,ProE等)的运用。
    2. 制造
    主要研究方向:计算机辅助制造,产品实现,高级制造,制造科学,制造系统,纳米制造。
    申请所需相关背景:国内ME学生的主要申请方向集中于此,而且多集中于机械制造和计算机辅助制造。对于此专业的学生,申请首先需要基本的机械工程学背景,包括:机械原理,机械制造和固体力学背景。另外,对于产品实现,高级制造和计算机辅助制造,一定要有很强的计算机背景,包括计算机语言编程,设计软件的使用;纳米制造则首先要有很好的纳米技术应用背景,然后具备一定的工程学知识。

    四、控制类
    1. 计算机辅助工程
    主要研究方向:计算流体力学,计算工程及信息技术,计算力学,计算科学及工程,计算机辅助工程,计算机辅助设计,力学建模,数学计算建模,数字推进,数字方法,数字模拟,虚拟现实应用。
    申请所需相关背景:极强的数学背景——应用数学,数学建模,计算工程,同时还需要计算机语言能力和计算机软件运用能力。如果能在具有这些能力的同时还能有相应的其他背景(如申计算流体力学有流体力学背景,申计算机辅助设计有设计经历,计算工程及信息技术有EE背景)那么会使自己在申请中得到很大程度上的加分。
    2. 系统与自动控制
    主要研究方向:系统控制,控制/设计/制造,控制及动力学,控制/机器人/仪表,动力学系统及控制,动力学系统/控制及机械人,旋转机械动力学,动力学/振动/声学,系统动力学及控制,系统识别及控制,系统/测量/控制,智能机械系统,智能交通系统,机械系统,非线性动力学及适应控制,非线性飞行控制,机械人学,机械人及控制,机械人及动力学,机械人及自主系统,机械人及人机交互,转动体动力学, 自动化,自动推进系统,自动巡航系统。
    申请所需相关背景:需要数学、计算机语言编程、基本的EE相关背景(电子电路知识)、控制的鲁棒与最优控制、鲁棒多变量控制系统、大规模动态系统、多变量系统的标识、最小最大控制与动态游戏、用于控制 与信号处理的自适应系统、随机系统、线性与非线性评估的设计、随机与 自适应控制等等,同时根据不同侧重点,应有相应的设计制造、动力学、仪表等相关背景。
    3. 微电子系统
    主要研究方向:MEMS,纳米制造,微机械与纳机械装置,超声微喷流(Microjet)和微米尺度电机,纳米尺度热量流动,微流体,微重力,微尺度热传递,微米/纳米系统,纳米摩擦学,纳米力学。
    申请所需相关背景:MEMS是一个极端多学科交叉的领域,最基础的方面是微制备技术的加工知识,制造微小结构的方法,同纳米技术结合紧密,所以很强的纳米技术必不可少。同时根据不同侧重点还需要有基本的机械理论知识,流体,力学相关知识。

    学校介绍

    加州大学伯克利分校University of California-Berkeley

    在工程领域,机械工程(ME)专业可能是最广泛的学科了,加州大学伯克利分校(University of California - Berkeley)的ME毕业生可以在航天工程、汽车设计、消费电子学、生物科技和生物工程、软件工程和商科领域找到属于自己的职业方向,它的主要领域方向包括:

    *Bioengineering生物工程

    *Controls控制

    *Design设计

    *Dynamics力学

    *Energy Science and Technology能量科学和技术

    *Fluids流体

    *Manufacturing制造业

    *Materials材料

    *Mechanics机械

    *MEMS/Nano微机电系统/纳米

    *Ocean Engineering海洋工程

    它的研究集中在五个领域:

    Biomechanical Engineering & Health(生物医学工程和健康)

    Controls & Dynamics of Complex Systems(复杂系统的控制和力学)

    Energy Science and Technology(能源科学和技术)

    Green and Sustainable Technologies(绿色和可持续技术)

    Micro and Nano Engineering(微型和纳米工程)

    Berkeley的机械工程(ME)专业开设了3个硕士学位项目:

    Master of Science (M.S.)(Plan I),这一项目很少有学生申请;

    Professional Master of Science (M.S.)(Plan II),这一项目申请者较多;

    Master of Engineering (M.Eng)。

    前两个项目是在被录取到MS项目后才要进行选择的,而不是在申请时选择,多数学生选择Plan II,因为第一个项目主要是针对申请PhD没有申请上的学生,也就是Pre-PhD的课程,所以难度非常大。

    工科的申请中,UC系统中的学校Berkeley和UCLA均是具有相当大的申请难度的学校,就Berkeley来说,成功的申请者的GRE成绩多数都高于90%,除了硬件条件外,其它方面也必须是佼佼者才有希望拿到学校的录取。

     

    伊利诺伊大学香槟分校University of Illinois–Urbana-Champaign

    伊利诺伊大学香槟分校的Department of Mechanical Science and Engineering开设了两个硕士学位:Master of Science in Mechanical Engineering(MechSE)和Master of Science in Theoretical and Applied Mechanics。

    现在该系有315名研究生,其中54.7%的是博士生。如下为MechSE的主要研究方向:

    *Fluid mechanics流体力学

    *Solid mechanics固体力学

    *Heat transfer and thermodynamics热转移和热力学

    *Dynamics and controls动力学和控制

    *Chemistry化学

    *Applied physics应用物理

    *Computation and applied mathematics计算和应用数学

    UIUC将这7个领域的研究与社会需求融和到了一起,为了社会的需求而加强学生的基础知识,以便未来的研究或工作能在下面的这些社会需求领域得到有效的应用:

    Defense and security:the need for sophisticated and highly precise detection devices for chemical and biological toxins, as well as systems to remove contaminants from air and water

    防御和安全:化学和生物毒素所需要的精密和高度精确的检测装置,清除空气和水中的污染物所需要的系统

    Energy and transportation:the effective production, transportation and storage of hydrogen and other renewable fuels, and the need for greater understanding of fuel-cell powered engines

    能源和交通:氢和其它可再生能源的有效生产、运输和储藏,以及对燃料电池发动机更深入了解的需求。

    Environment:the need for environmentally friendly coolants for air conditioning and refrigeration applications, alternative sources of energy, and controlling the environmental impact of power generation

    环境:空调设备和冷冻设备的环保冷冻剂的需求,新能源的需求,控制发电对环境的影响的需求

    Health and biological engineering:the potential to identify and treat diseases at the cellular level, and to create new materials and technologies that will repair and replace injured or missing bones and skin using the body’s own regenerative powers

    卫生和生物工程:从细胞的层次检测病情和治疗疾病,创造新材料和新技术用来修复和替换受伤的或缺失的骨头和皮肤(运用身体自身的再生能力)

    Manufacturing:nanomanufacturing systems that will create new molecular-level structures and materials, which will facilitate advancements in health, security, energy and transportation and other areas

    制造业:可以创造新的分子层次的结构和材料的纳米制造业系统,这可以促进卫生、安全、能源和交通以及其它领域的快速发展

    申请要求

    在申请要求上,对本科的背景方面的要求是需要BS degree in Mechanical Engineering(或者相关领域),对硬件的要求是托福最低要求103,如果学生具备非常强的学术和研究背景,学校提供了一种类似于条件录取的方案,这种方案要求托福最低90分,录取后需要到校后前两个学期每个学期学习一门ESL(English as a Second Language)英语课程。最近几年,UIUC的ME系每年平均有325名学生,大概有54.7%的学生是博士生,10%的学生是女生(于是学校强烈建议女生申请)。2009年秋季入学的学生平均本科的GPA是3.69/4.0,GRE平均处于前87%。

    在申请这方面,我们要额外说的是学校的审核程序,Mechanical Science and Engineering系的录取委员在每年的9月中旬开始定期的碰面,在每次碰面的会议他们会对所有的材料已经齐全的学生做出录取/拒绝结果,每次碰面后的1到2天内学生就可以收到自己的结果。

    于是这里也再次印证了较早提交申请对自己的申请结果的重要性。

    UIUC的工科学生在就业方面一直是比较不错的,该系的MS毕业生的毕业后平均起薪为63,487美元,是一个还比较可观的数字。

     

    密歇根大学—安娜堡校区University of Michigan–Ann Arbor

    密歇根大学—安娜堡校区的机械工程(ME)专业的硕士学位M.S.E.有三个选择:

    i) coursework only

    ii) coursework with an individual research project

    iii) coursework with an M.S.E. thesis。

    (i)该选择是推荐给那些未来不想做研究者的,一年制的项目。

    (ii)该选择是推荐给那些想在未来进入industry,但是又想获得一些做独立研究或项目的经验的学生,通常来说需要1年半到2年的时间完成该项目。

    (iii)对工业研究和发展、教学或者对继续读PhD感兴趣的学生,学校建议选择该选项,学校需要自己选择自己的研究导师。

    在申请要求上,GRE要求在80%-90%之间,TOEFL要84分,GPA3.2-3.5之间,这是硬件。在软件方面要求有高质量的推荐信和高质量的PS。

     

    斯坦福大学Stanford University

    斯坦福大学(Stanford University)的机械工程(ME)专业的MS项目是一个professional的项目,是为了培养想进入industry的人才而开设的学位。硕士项目中,机械工程(ME)专业开设了一个general的学位【Master of Science degree in Mechanical Engineering(MSME)】和两个专门的学位【Master of Science in Engineering: Product Design和 Master of Science in Engineering: Biomechanical Engineering】。

    斯坦福大学的机械工程(ME)专业项目开设的方向和分支非常广泛,包括:

    energy science and technology能量科学和技术

    propulsion推进

    sensing and control传感和控制

    nano- and micro-mechanics design纳米设计和微力学设计

    mechatronics机电学

    computational simulation计算机模拟

    solid and fluid dynamics固体力学和流体力学

    microelectromechanical systems (MEMS)微机电系统

    biomechanical engineering生物医学工程

    据学校的统计,斯坦福大学的机械工程(ME)专业项目找到了工作。而对于读硕士的学生多数进入了industry或继续攻读博士,进入industry的起始平均薪水为77319美元。最近的调查中显示最近毕业持有MS学位的校友的工作职位的就业率极高,最近的调查中,凡是回馈了调查问卷的本科生都100%的在毕业后一年内有下面这些:

    产品设计工程师

    机械工程师

    分析家和咨询师

    控制和系统工程师

    研究与开发工程师、机器人工程师 



     

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