机械工程 MEng (Hons)

Lancaster University - 兰卡斯特大学

全球能源领域正在不断发展，特别是围绕可持续和可再生能源的发展，本模块提供了对这一领域以及传统发电和利用的理解。主要是，学生将学习流体力学、热力学、化学和核反应的基本方面，这对那些希望在这些领域进行专业研究的人来说是必不可少的。学生将了解从可再生资源中获取能源和从化石燃料储备中生产能源的方式，以及对风力涡轮机设计的详细了解。该模块涵盖了水力发电计划、潮汐水坝和波浪能的工作原理，并教导学生将这些来源的能源与火力和核能发电站进行数字比较。

制造业是全球繁荣的基础，是一个持续发展的领域。本模块涵盖了工程中使用的广泛的制造工艺，从铸造和模塑等成熟的做法到现代的、不断发展的方法，如增材制造。在本模块结束时，学生将获得一系列材料的知识，以及将其作为制造或部分制造的部件进行生产的方法，同时估计这样做的成本。伴随着讲座，学生将在专门的车间里亲身体验加工、焊接和材料测试技术。此外，还将至少有一次工业访问，以观察制造过程的运作（最近的一次是捷豹路虎）。

本模块介绍了与工程师相关的化学的一系列关键方面，涉及原子和分子结构。它侧重于化学反应和键合，以及热力学、酸、基和氧化还原反应、反应动力学和核化学。本模块中的讲座由每周一次的小组辅导支持，旨在说明讲座中所学概念的实际应用。学习本模块的学生将对电子在各种化学反应中的重要性有所了解，如腐蚀和聚合反应。此外，该模块将提高学生平衡此类化学反应的能力，预测关键反应的结果，并进行与确定反应速率有关的各种计算。

将数学应用于现实世界的问题是工程师的一项关键技能。本模块向学生介绍了一系列可以直接应用于工程问题的数学技术。在涵盖的主题中，学生将学习指数和对数，以及复数，使他们能够精确地描述电流或信号。他们还将学习操作方阵来寻找反演和行列式，并将操作向量来寻找标量和向量积。这里使用的数学方法将在工程实践和项目中得到应用。例如，与矩阵有关的课题被用于二年级的机器人项目中，用于转换坐标系。

许多工程的基本方程是以微分方程的形式写成的，因此，本模块教授学生处理这些方程的必要技能。学生将学习分析和数值技术，这与未来分析流体和热流以及温度分布的工程模块特别相关。学生将学会验证一个给定的函数是一个指定的一阶或二阶微分方程的解决方案。当给定一个具有不同类型微分方程的初值问题时，他们还将找到它们的特定解。将要研究的方程包括可分离的一阶微分方程、线性一阶微分方程，以及具有恒定系数的同质和非同质线性二阶微分方程。

微积分是一种灵活的技术，几乎可以出现在工程的任何地方，从最小的集成电路到最大的核电站，这反映在微积分的一系列模块中。本模块提供了对函数、极限和数列更广泛的理解，以及微分和积分的基本技术的知识。学生将从代数和图形的角度来理解导数的意义。他们还将理解积分的含义，并能够直接通过部分和替代来整合表达式。由此，学生将应用积分来计算物理量，包括曲线的弧长、平面区域的面积和中心点以及革命体积的表面积、体积和质量中心。

本模块向学生介绍了一系列可直接应用于工程问题的数学技术，包括矩阵的应用，以解决同步线性方程。学生将学习拉普拉斯变换的应用，这是一种用于电子、控制和振动分析的强大技术，它将微分方程变换为线性函数。他们还将发现迭代方法，为寻找方程的解决方案提供额外的机会。成功完成本模块后，学生将能够使用一系列的数学技术，这将在未来的工程和数学课程中使用。技术包括傅里叶级数、同步线性方程、特征值、拉普拉斯变换和偏导数。

这个范围广泛的模块考虑了运输技术的工程方面，如燃料消耗和如何减少燃料消耗，发动机和电机的类型以及陆地运输的电力驱动系统。更具体地说，学生将研究奥托循环、空气动力阻力、基本电路理论、电池和燃料电池。他们还将学习如何在考虑到阻力、质量和推进特性的情况下计算车辆性能。将涵盖集成电路发动机和电动及混合动力汽车的能量流图，以及汽油和柴油发动机的热力学循环及其主要部件。本模块有四个实践练习，反映了内容的广泛性。其中包括评估一台内燃机的效率，这需要一个小组部分拆卸发动机并进行测量以确定其压缩比和气门正时。然后，该小组将重新组装它，并根据他们的测量结果进行计算。另一项练习涉及对西北地区新的轻轨交通系统进行经济评估。

该模块专注于工艺工程的基本方面，旨在使学生了解基本的加工术语，如批量、半批量、连续、清洗和回收。将对工艺进行复习，以及流程图、工艺变量和单位，学生将熟悉非反应性系统的质量平衡，包括单单元操作和多单元操作的一般物料平衡。 本模块将允许学生分配过程变量、单位和经济性；学生将发展工业过程的知识，同时对化学过程的相平衡热力学有一定的了解。一系列的汽液平衡，包括水平法则、理想溶液、拉乌尔定律、亨利定律、挥发性和相对活力，将在该模块中详细讨论。

当今最先进的电子技术的一个关键特征是信息的存储和处理。本模块揭示了这些关键要求背后的基本工程原理，如布尔代数、真值表、卡诺图、逻辑门和存储电路。学生将获得了解数字电子系统的知识和词汇，以及了解未来可能出现的情况所需的背景。该模块还研究了模拟电子元件如何被组合以执行简单的逻辑功能，以及这些逻辑块如何被组合以执行记忆任务。学生将朝着处理器的原理发展这一概念，并将了解简单的可编程设备，以及这些设备与目前可用的一系列可编程解决方案的关系。

人体骨架、吊桥和汽车底盘都是设计用来将力从一个地方传递到另一个地方的结构例子。为了安全和有效地做到这一点，重要的是采用正确的承重部件的安排，并使用具有适当强度和刚度的材料。在本模块中，学生将学习结构形式和梁理论，并通过计算部件在拉伸、压缩和弯曲时的内部应力，以及应用欧拉屈曲理论，发展他们分析工程问题的能力。因此，学生将对设计简单的工程结构以达到各种制成品所需的强度和刚度有所了解。 实践课将在我们的实验室进行，学生将分组设计、建造和测试高效的钢箱梁以承受设定的负载。练习包括应用讲座中所学到的分析技术，创造性的设计元素，金属板的制造和测试，以及最后的书面项目报告，包括对失败的梁的分析。

从现实世界中感知和提取信号是几乎所有电子系统的一个基本要求。本模块为学生提供了背景知识和对信号从传感器采集，然后放大，然后输入数据采集系统的方法的理解。它包括电路和网络的工作，并介绍了运算放大器，它是许多模拟电路的基本构件。学生还将获得对基本传感器特性和信号的理解，包括如何在时域和频域中表示它们，以及如何用滤波器来操作它们。在该模块中，学生有机会在专门的电子实验室中建立和测试运算放大器和传感器电路的运行。

该模块从欧姆定律的基本原理开始，介绍了理解电路中直接和交流电流所必需的主要定律和定理，包括基尔霍夫定律和不同的简化定理。每个学生都能将电路简化为最简单的形式，并进行基本的电压和电流分割计算。该模块为学生提供了对许多先进电子系统中关键元件块的作用和主要功能的理解。该理论将得到案例研究应用的支持，学生将研究诸如电吉他、电脑鼠标、电子燃油喷射和电话等系统。学生将获得对这些项目的限制和标题规格的基本理解，包括传感器、信号调节、模拟-数字转换、处理器和执行器，以及跟随信息流通过一个典型的系统。学生将学习如何进行支撑该学科的基本计算，并自信地分析和解决工程问题和设计方案。

控制是关于使工程设备有效和安全地工作。本模块赋予学生编程的能力，使他们能够解决日常工程问题，如控制机械臂的运动。他们将获得使用函数、数组和指针的能力，并能够操作字符串、格式化输入/输出和进行基本数学计算。构建和编写计算机程序的基础知识也包括在内，学生将获得与实际工程系统（如电机）接口的经验。该模块将与对机器人技术、计算和控制感兴趣的学生特别相关。

该模块鼓励学生分析现实世界的问题，并使用逻辑设计路径和工具及技术，如二维和三维CAD、故障模式和效果分析（FMEA）以及形式大于功能，以达到满足最初要求的设计。学生经常以团队形式工作，他们将学习整个产品生命周期，从客户要求到设计过程，再到产品回收/处置。除了设计和创新的实践方面，该模块还包括其他技能，如营销、包装、完成需求说明和人脑。该模块以探索和发现为基础，仅通过课程作业进行评估。它还包括 "IMechE设计挑战"，这是西北大学之间每年举行的 "设计-制作-测试 "竞赛。

本模块旨在通过提供分析线性单自由度系统的工具，加强学生对系统动力学和方框图层面的反馈的理解。学生将获得使用适当仪器进行反馈和数据记录的能力。该模块将使学生能够将存储器、数字IO和模拟IO等设备连接到微处理器或微控制器。他们还将发现如何使用C和/或汇编程序从程序中访问这些设备。 成功完成本模块后，学生将能够为简单的机械、电气和机电系统开发单自由度模型。他们还将能够讨论开发这种线性模型所需的假设，并对非线性和混沌系统有一定的认识。此外，学生将发展在时域和频域分析一阶和二阶模型的能力，包括振动和渐近稳定性。他们将从微分方程中写出系统的传递函数，并理解极点/零点的意义。 该模块的其他技能包括操作开环和闭环系统框图的能力，以及设计比例、积分、导数、速度和多期控制器。最后，学生将构建和使用Bode图，并将发展分析一系列常见类型的传感器的功能和物理操作所需的知识，例如用于测量应变、力、温度和加速度的。

本模块将加强学生的传热计算知识，并旨在概述这些知识在工程设计中的重要性。学生将发展对电力系统的理解，包括主要类型的电动机的特点。此外，他们将获得估计稳态传热率的能力，并能够确定简单的平行流和逆向流热交换器的尺寸。他们还将发展对估计一维或旋转对称系统内温度分布所需的理解水平，其中有稳定的热流，以及正确确定冷却鳍的尺寸。 学生将为3-D热传导问题设置适当的边界条件，并使用软件包进行数值求解，并估计热系统达到稳定状态所需的时间。最后，他们将能够进行计算以预测单相感应电机的性能，并能够分析感应电机上使用的启动、速度和扭矩控制方法。

本模块考虑了更广泛的商业发展领域的一系列材料。鼓励学生用创造力、创业精神和创新来思考。实践课程允许学生每周通过想法的产生、同伴的展示、电梯推销和正式的演讲来展示他们的进步。该模块伴随着一些外部工业演讲者，他们在自己的商业努力中获得了成功，并热衷于传授这些知识。 学生将熟悉丰富的体验式学习机会，在工程创业的背景下发展广泛的可转移技能。该模块将重点关注商业计划和营销策略的发展和使用。学生将准备一份商业计划书，讨论团队动力和创业活动的要求。此外，还将探讨开发商业项目时使用的适当术语。学生将讨论公司财务的相关方面，商业企业的不确定性和分析市场的技术。他们还将研究营销和构建商业计划的框架，并将发展分析潜在市场和资金来源的能力。

本模块向学生介绍了工程的数字方面。它旨在为学生提供广泛和灵活的数据和信号分析的数学方法。它还打算说明计算在这些技能的应用中的重要作用。学生将使用微积分来分析三角、非线性、多项式和指数函数，并在三维直角坐标轴上勾画与工程有关的多变量函数。此外，学生将评估微分方程在描述工程系统中的重要性，并将应用拉普拉斯、积分和替代等方法来寻找这些方程的解决方案。他们还将发展使用傅里叶和拉普拉斯变换在时域和频域分析系统的能力。学生将学会应用现有的近似方法来寻找方程的根、定积分和线性近似。系数的矩阵表示和它们的对应关系将被应用于软件中的阵列，包括使用逆矩阵等操作。学生将使用最小二乘法分析的概念，以评估数据的一致性。最后，他们将培养使用软件包（如Excel）对特定函数进行多变量分析的能力，并产生适当的图形结果。

本模块介绍了结构和应力分析的主题，还包括机械振动。学生将发展对结构部件的物理行为的理解，并参照应力和变形进行设计。他们还将接触到用于分析和设计静不确定结构的数学和物理模型。此外，该模块鼓励学生定量地分析具有一个或多个自由度的振荡系统的行为。 学生将学习讨论自然频率、共振和阻尼这些术语在振动系统中的含义和意义。他们还将找到自然频率，当有一个以上的自由度时，找到此类系统的相应模态形状。学生将获得关于安装机器的基本知识，以便只有小的力振幅被传送到基础上。将发展对加速度计工作原理的认识，包括其优点和缺点，以及如何使用它来测量振动。此外，学生将获得进行二维应力和应变转换计算的能力，并能够计算轴和梁中受剪切载荷的最大剪切应力。

学生将被介绍到工程项目管理中的一系列关键概念，并通过一个跨学科的小组项目将其中一些概念付诸实践。本模块的目的是激励学生生产和测试一个功能性的电子机械，以满足给定的规格，例如，开发一个移动机器人，沿着一条线。学生将发展一系列的技能，包括在框图层面描述机械/电气系统的能力，确定其电源和信号流，并写出整体性能或功能规范。他们还将获得必要的知识来整合功能要求和其他需求，如可维护性、安全性、可制造性、环境影响和法规遵从。界面管理的要求，包括空间、质量、环境、控制、故障模式和能源，也将被讨论。 此外，学生将发展所需的技能，为一个完整的项目和子系统/组件的接口规范准备一个接口管理计划。他们将讨论项目的生命周期，包括规格、设计、制造、调试、维护、修改和处置。最后，学生将运用分析、样品测试、类型测试、调试、系统测试和验收的原则来验证一个复杂系统的设计。

本模块介绍了材料工程的基础知识，涉及一系列主题，包括原子结合、弹性模型的起源以及晶体材料的弹性和塑性变形机制。此外，该模块还探讨了缺陷和晶体缺陷、晶体材料的强化机制、Fe-C系统和非平衡相变。 它还将讨论磨损的影响，如表面的性质、描述和测量表面形式、静态和动态摩擦、粘性和磨料磨损制度以及机械设计。该模块的这一部分将研究组合载荷、薄壁理论、屈服标准和失效机制。学生将获得对制造工艺和表面光洁度、公差、极限和配合的理解，并将与标准部件，如滚动轴承、滑动轴承和密封。

本模块的前半部分介绍了流体力学。它将涉及流体静力学，重点是平面区域的力、压力中心和弯曲表面的力。该模块还将涵盖阿基米德原理，重点是浮体的浮力和稳定性以及元心高度。学生还将探索伯努利方程和流量测量，并将学习稳定流动的动量方程、力和流体流动。 该模块的后半部分将涉及热力学。学生将发现密集和广泛的热力学量、状态方程和完全气体定律。他们还将熟悉热力学平衡、可逆和不可逆过程，并将发展对功、热和热力学第一定律的认识。此外，该模块将涵盖恒定体积和恒定压力下的热容量，以及膨胀性和压缩性的定义，还有内能和焓。

本模块的目的是让学生熟悉在技术领域创办和经营公司所涉及的问题，并介绍企业家作为变革性领导者的概念。工作实习将使学生能够在工业背景下发展对工程问题的理解。

该模块涉及学生完成一个个人项目。他们负责项目的研究、管理和设计/实践要素。他们将被指定一个项目名称和项目主管，该主管将在整个项目中提供指导和建议。该模块的目的是让学生深入了解其学科的一个特定的专业领域。他们将学习专业的软件、设计或实验技能，与学科相一致。学生可以从大量可能的结果中选择一个具体的发展领域，他们将朝着个人的目标努力。学生可以获得必要的科学原理和方法的知识和理解，以支持他们的工程学科教育，使他们能够欣赏其科学和工程背景，并支持他们对历史、当前和未来发展和技术的理解。 另外，学生可以选择发展应用与他们的工程学科相关的定量方法和计算机软件的能力，以解决工程问题。学生也将有机会学习和应用与他们工程学科相关的定量方法和计算机软件，以解决工程问题。学生还可以发展对客户和用户需求的理解，以及对美学等考虑因素的重要性的理解，以及车间和实验室技能。

本模块通过考虑影响屈服、快速断裂、疲劳、蠕变和腐蚀/环境退化的抗破坏性的基础科学概念，解决广泛的工程材料的物理行为。通过对案例研究的检查，该模块将检查材料选择、加工和环境/服务条件之间的联系。这些因素对材料的经济和安全使用的影响，在一系列常见的工程应用中，也将被探讨。学生将发展能力，描述在确定抵抗裂纹的发生、增长和快速断裂时基于屈服的失效标准的局限性。他们将把线性弹性断裂力学（LEFM）的概念应用于工程部件的建模。他们将获得必要的知识水平来解释如何在实验室进行疲劳测试，同时将这种测试的结果应用到工程部件的建模中。 该模块将提高学生描述导致材料蠕变的基础机制的能力。他们将能够使用蠕变模型和蠕变数据来进行基本计算，以预测材料在高温条件下的性能。此外，学生将获得解释影响材料环境退化的基本因素所需的技能，特别是那些适用于工业上重要的金属合金。学生将加强对工程设计中材料的结构完整性是结构-性能-环境关系的一个函数的理解。最后，他们将能够在工程设计中行使知情的材料选择。

本模块研究了管理的作用及其与当今工程的相关性。在此背景下，将介绍有关制造系统和项目财务评估的具体知识，以及法律和人力资源管理、工业组织和项目成本计算的相关方面。学生将收到一份公司财务和报告的概要，以及环境报告、质量和安全管理的概述。 该模块将加强学生对管理在工业中的作用的理解，以及现代制造业如何在财务上进行组织。学生将对大型和小型项目进行财务评估，作为重大决策的基础，并将发展关于什么是质量及其对所有组织的重要性的知识。此外，学生将应用适当的工具来提高质量，并将了解环境报告的重要性。该模块还将使学生能够进行基本水平的安全管理。

本模块提供了对复杂机械系统设计和分析中所涉及的原理的基本理解。本模块的目的是发展学生在机械方面的技能和能力，特别是在机制和联系、旋转和往复机械的平衡和机制中的惯性力方面。学生将获得机制的运动学和动力学方面的经验，包括速度图和瞬时中心。此外，该模块将介绍刚体动力学和各种坐标系中描述的运动，以及平衡旋转和往复设备。 本模块将使学生能够使用力和力矩平衡的原理（包括惯性力）来估计作用在二维加速的刚体上的力。他们还将使用运动学原理来联系刚体链接上各点的位移和速度。此外，该模块将提高学生在联动中寻找瞬时中心位置的能力。然后，他们将学习应用瞬时中心法来研究联动体上各点的速度。学生将学习如何利用速度图和速度图象定理找到选定的平面机构的任何点的速度。他们还将发展必要的知识，使用加速度图和加速度图像定理找到选定的平面机构的任何点的加速度。最后，学生将把能量守恒的思想应用于理想系统。

本模块介绍了金属切削制造工艺，重点是机械加工理论。它涵盖了夹具以及成本估算、计算机数字控制（CNC）和辅助设备。学生将获得对柔性制造系统（FMS）和零件分类的理解，以及小组技术。 该模块将加强学生对加工过程的理解，以及对工件固定和固定原则的理解。学生将准备一个工艺计划，并能够估计简单工作的制造时间。 此外，学生将发展对CAPPE原则的理解，并将为手工或机器人装配过程制定一个时间估计。他们还将考虑制造和装配设计（DFMA）的原则.

本模块向学生介绍硕士水平的学习。为学生提供初步的技能和指导，以开始他们的项目（理学硕士为个人，工程硕士为团队），他们将被介绍到系里的部件订购系统。工程硕士的学生将在与导师见面之前收到他们的团队简报，在此期间，他们将充分了解项目的全部范围，并将讨论设定主题的方法。他们还将组织自己在团队中扮演合适的角色，并能够使用该部门的订购系统。学生将被介绍到团队工作的各个方面，如方法、问题和陷阱。他们还将发现MATLAB和Simulink的复习课程，并将参与信息搜索。

学生将有机会在相当长的时间内体验现场项目，在多学科小组和团队项目环境中工作。他们将从自己的学位学科中获得专业知识，以便为正在进行的项目制定一个多学科的解决方案。小组项目通常是与行业合作者共同开发的，或者是基于工程部门的研究活动。这确保他们处于研究的最前沿和/或有一个工业焦点。 学生将发展批判性分析和评估项目简报的能力，根据他们的个人学位专业，如核电、机械或机电一体化，提供投入。学生将实施一个记录和跟踪的项目管理系统，该系统将要求同意时间限制的交付物，可以随着时间而改变。他们还将为产品、过程或服务创建一个完全合理的设计概要，该概要以专业知识为基础，并考虑到对所考虑主题的关键工程分析。 此外，学生将制作一个工作原型、产品或流程，考虑并纳入学科的具体知识，并与工业利益相关者的商业驱动力相一致。他们还将展示收集、存储、分析和回忆大量数据或结果的能力，这些数据或结果可由多学科小组的所有成员解释。最后，对健康和安全、风险、道德、环境、国家/欧洲/国际标准和其他特定主题的监管框架等问题的理解将得到发展，必须遵守。