美國研究生機械工程專業(yè)詳析-研究生申請-留學咨詢

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中國的專業(yè)設置同美國高校是有些差異的，中國是小專業(yè)，美國是大專業(yè)。比如說機械工程（ME）相關專業(yè)，中國就有機械工程、車輛工程、自動化等等。如果再細化分，還會有很多。但是美國95%以上的學校，就是一個機械工程（ME）專業(yè)，而我們細分化的那些方向變成了這個專業(yè)下的concentration，這個concentration則憑借個人興趣和愛好去選擇。

說起來機械工程（ME）的歷史其實還要追溯到古希臘和中國，那時螺旋泵、蒸汽機、鐘、地震儀等的發(fā)明，可是現(xiàn)在中國在ME領域的研究已經落后了一大步。美國最早開設工程專業(yè)的學校有三所：U.S. Military Academy、Norwich University和Rensselaer Polytechnic Institute。

機械工程（ME）專業(yè)領域非常多樣化，甚至每個機械工程師可能與他的同事做的事情都有不一樣的地方。

去美國讀機械工程專業(yè)研究生，可以申請哪些方向

1、Energy能量類

Energy是ME和物理學的基礎領域，Energy的形式包括熱能、輻射能、動力學、電氣、化學、核能等。它主要是側重于從一種能量轉化為另一種更有用的能量，能量的來源既有可再利用的（例如太陽能、風能、流體動力、地熱和生物能量），也有不可再用的（例如石油、天然氣、煤和鈾）。

以University of Michigan為例，Energy的研究領域大概包括：IC engines and engine systems design內燃機和發(fā)動機系統(tǒng)設計；Combustion燃燒；Pollutant formation污染物質的形成；Simulation of vehicle systems車載系統(tǒng)仿真；Computational methods for reacting flows反應流的計算方法；Microscale power generators微型電力發(fā)動機；Self-assembled nanostructures for energy applications用自組裝納米結構實現(xiàn)能源利用；Nanostructured energy conversion devices納米結構能量轉換裝置；Concentrated solar power system專注太陽能系統(tǒng)；Laser techniques for combustion diagnostics用激光技術進行燃燒診斷；Materials and systems for energy storage能量儲存的材料和系統(tǒng)。

我們上面說了，Energy方面涉及到能源的方方面面。但是這里面就會與其他的專業(yè)有很多的交叉，比如說EE也涉及到能源，Chemical Engineering 也涉及到能源，核物理或工程也涉及到能源。那么他們之間有什么差異呢？這是很多申請都關心的問題，其實這點說起來非常簡單，ME更加偏向于設備的研究和學習，EE則是能源的存儲和傳輸方面的研究和學習（電能），其它專業(yè)下的那些更多的是原理層面的研究和學習。在這里我們要額外再說一下EE下的Energy，在EE里的Energy一般指的是強電。從傳統(tǒng)的分法來分，EE分為強電和弱電兩個方向。而EE下的Energy 主要的一個是電力的傳輸和存儲。我們知道，電能在傳輸的過程當中是有損耗的，而這個損耗是由于傳輸材料本身的電阻產生的。所以現(xiàn)在研究傳輸很熱門的研究都是材料，超導材料（與Material Science 相交叉）。而電力的存儲也是變相的材料問題，也是與Material Science交叉的部分。

整個ME的申請都需要申請者有比較強的物理知識，Energy也不例外，這是申請方面。從就業(yè)來說，機械工程師關注的是能量機械學——能量如何產生、儲存和運動。很多機械工程師是在industry里就業(yè)，從事與電能、天然氣和石油相關的職業(yè)；還有很多機械工程師在從事太陽能、風能和地熱系統(tǒng)的開發(fā)，期待著這些能源能為傳統(tǒng)的燃料做補充甚至替代燃料。機械工程師還關注能源的利用，包括發(fā)明更多燃料消耗低的汽車、發(fā)動起和其它裝置。另外還有機械工程師在關注熱能對系統(tǒng)和機器上的影響。

如下的一些數據希望對于不確定要選擇專攻哪個領域的學生有所幫助。

Power Plants：美國近一半的電是靠燃燒煤轉換而來，僅有大概五分之一來自nuclear fission（核裂變），剩下的多數都是靠天然氣和石油發(fā)電?？稍偕Y源的擁護者相信太陽能和風能有一天可以替代大部分現(xiàn)有的發(fā)電廠，而未來主義者則相信的是氫和核能。不知道我們的申請者相信的是什么？

Fossil Power：美國大概有四分之三的能源來自于礦物燃料（fossil fuel），剩下的來自核反應堆、水力發(fā)電、太陽能和風能。而礦物燃料（產生的二氧化碳、氮和氧化物、氧化硫）給美國的空氣污染做出了很大的“貢獻”。

Renewable Energy：人人都知道可再生資源的好處，可是發(fā)展卻沒有人們要求的那么迅猛，因為科學家也好，工程師也罷，他們的研究需要巨額的花費，而這些花費通常需要政府來買單，所以其發(fā)展實質上還受著政府對這方面的關注度的影響。目前美國電力只有18%的來源是可再生能源，而且多數是水力發(fā)電。另外還有乙醇（Ethanol）和生物柴油（biodiesel）也為美國的18%的車用燃料提供了來源。

Nuclear Power：核能工廠運營相對成本較低但是要建立起來并且取得營業(yè)執(zhí)照則很昂貴。核能現(xiàn)在占全世界13%的發(fā)電來源。

2、Manufacturing制造類

為了不斷提高操作效率，機械工程師會設計和制造一系列的機器與系統(tǒng)?？諝馕廴究刂啤⒆詣踊?、物料搬運和設備運轉技術都是專注于制造類的工程師所專注的領域。

依然以University of Michigan為例，學校在該Manufacturing方面所研究的領域包括：Nanotube structures and devices納米管結構和設備；Mass customization and systems大規(guī)模定制系統(tǒng)；Laser welding and joining（fabrication and modeling）激光焊接和連接（制造和建模）；Reconfigurable manufacturing可重構制造；Laser micromachining激光微加工；Precision manufacturing精密制造；Biomedical devices生物醫(yī)學設備；Metal ultra high speed cutting金屬超高速切削；Global health design全球衛(wèi)生設計；Affordable medical device design負擔得起的醫(yī)療設備設計；Sustainable machining processes and systems design可持續(xù)的機器加工和系統(tǒng)設計。

這個大方向不僅僅需要物理方面的知識，還有很多知識是和計算機相交叉的。比如說在這個大方向下的自動化，不僅僅涉及到ME的知識，還涉及到EE和CS的知識。我們在IE的部分已經說過，IE的發(fā)展是來源于ME的，就是為了解決大規(guī)模生產的時候的問題。（這又在某種程度上說明了工科的交叉，當然這也是現(xiàn)代學科發(fā)展的一個趨勢）。一般來說這個方向的學生都會學習：機械原理，固體力學等等課程。因為這個專業(yè)方向有個特點，新興方向非常依賴計算機工具，比如說在設計東西的時候，需要計算機輔助，因此它的很多知識與計算機相交叉。從申請方面來說：由于美國的大專業(yè)制，大部分我們的ME學生，自動化學生，車輛工程等大ME類的學生，以及部分學習物理的學生，都適合學習這個方面。

3、Design Mechanics設計力學類

該領域主要是設計消費者和工業(yè)界所需的設備，家用電器、汽車、計算機硬件、工廠設備、宇宙飛船、飛機，所有這些任何需要機械運動的東西，都是由該領域的工程師來設計的，當然很多時候是與其它領域的設計師一起完成的，比如說計算機硬件設計，不僅僅要考慮到工程特性的設計，如耐用性等，也需要考慮到外觀設計，而這就需要和計算機領域的專業(yè)人士一起來完成。其中一個越來越受機械工程師關注的領域是醫(yī)學生物技術，多數是做一些生物醫(yī)療器械，而這個方向又跟材料科學，EE和CS相交叉了。

在University of Michigan的Design領域，它有這些研究方向：Micro and nano precision systems微型和納米精度系統(tǒng)；Smart structures and materials智能結構和材料；Nanoscale systems納米系統(tǒng)；Compliant mechanisms柔性結構；Multidisciplinary design optimization多學科設計優(yōu)化；Assembly， disassembly and supply chains組裝、拆卸和供應鏈；Medical device design醫(yī)學設備設計；Global health design全球衛(wèi)生設計；Sustainable design of products， processes， and policies可持續(xù)的產品、流程和政策的設計。

好的設計工程師要求對客戶需求、服務環(huán)境、工業(yè)標準、材料、生產過程和公差有一個深入的了解。為了使設計工程進展順利，CAD通常是必備工具，比如計算、建模和模擬。學習該領域的申請者對CAD不會陌生，幾乎所有的物理產品和工具是這樣設計出來的。

在申請的時候，需要具有很強的力學相關的知識，以及機械理論方面的基礎知識（分為整體制造和流程理論兩大分支），這里又會跟工業(yè)設計有一些交叉。但是與工業(yè)設計還是不一樣的。工業(yè)設計是偏向于藝術類的專業(yè)，需要申請者有很強的藝術功底，在申請過程中也需要提交作品集。而在ME里的設計，并不需要這些條件。因為他們的Design 更多的是可行性的設計，比如設計一款手機的外殼，使用一種材料，是否可以達到一定的強度以起到保護手機的作用，同時厚度又不會太厚。而美觀的設計那是工業(yè)設計里需要學習的。

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