美国热门专业机械工程专业介绍

机械工程（Mechanical Engineering, 缩写ME）属于工程学科，是工程学科的一个分支，也是最古老最广泛的学科之一。通过物理和材料科学原理（机械能、热能）进行分析、设计、制造并进行机械系统的维护，主要专注于机器与引擎，从电子技术到机器人领域不等。

机械工程大致可分为4个专业方向：能量、材料、制造和控制。

能量方向主要包括能量、摩擦、燃烧、流体这四个方向；

材料方向主要包括纳米微米机械材料、聚合工程、生物机械；

制造方向分为设计（机械设计、产品设计、设计方法学、工程设计等）和制造（包括机械制造、计算机辅助制造等）；

控制方向包括系统与自动控制、微电子系统、机器人等。

◆ 设计与制造 (Design and Manufacturing)

主要包括机械设计，产品设计，设计方法学，计算机辅助设计，工程设计。计算机辅助制造，产品实现，高级制造，制造科学，制造系统，纳米制造等。学生不仅要会最基本的机械建模和制图（CAD及GD&T），更需要了解固体力学、流体力学、热力学、故障分析、有限元分析等等多个机械细分方向，并且需要对工业界各种加工方法，材料特性有全面的了解。

产品设计和制造一直是机械工程的传统方向，而且就业市场一直很火热，就业机会多。和传统有限元工程师，CFD工程师比起来，产品设计和制造方向就业的局限性小，职业发展前景更广阔。这个方向一般做学术的不是很多，大多都是以工业界就业为目标。

如果同学们打算走机械工程的方向读硕士，然后找工作，读这个方向是一个非常不错的选择。产品设计有一套自己的流程，选择相应课程学习思想，做课程项目。制造方向的话，根据目前就业市场的需求，比如注塑成型(injection molding), 3D打印等等，选择相应课程，且需要动手实践制造过程。

◆ 力学Mechanics

力学可以说是机械工程这个传统专业里的传统方向。它包括固体力学(Solid Mechanics)和流体力学(Fluid Mechanics)。从学术上来说，固体力学新的研究点主要集中微纳米力学，生物力学等分支。流体力学新的研究方向主要集中在CFD(computational fluid dynamics)新的算法，湍流，以及流体力学与深度学习结合的交叉学科。这些方向都很偏学术，适合继续读博士项目。从工业界找工作的角度来看，这两个方向的工作机会不多，有一些结构分析师，有限元工程师，CFD工程师的岗位，需求不多，但是竞争却非常激烈。

◆ 计算力学 (Computational Mechanics)

计算力学简单说就是利用计算机软件进行有限元分析（Finite Element Analysis）来优化产品的结构力学、热力学等性能。学习这个专业方向不仅要对基础的力学有扎实的理解，还要对于数学知识，尤其是偏微分方程（PDE）和数值分析 (Numerical Analysis)。

◆ 热流体力学（Thermofluid Dynamics）和传热（Heat Transfer）

流体力学和热力学都是非常典型的机械工程硬核方向。空调制冷系统（HVAC）、发动机、涡轮、散热装置等等都离不开。学习这个方向的学生需要有扎实的物理和数学知识，因为热流体的很多问题都会通过求解偏微分方程来得到答案。近年来，更偏向于应用的计算流体理学也开始兴起。

热力学方向很多与能源相关。汽车工业的内燃机，新能源，清洁能源等等分支都与热力学方向相关。但是目前来讲，国际生留美在这个方向上的就业机会不是很多。选择这个方向的同学需要考虑到这一点。

◆ 动力系统与控制（Dynamic System and Control）

控制方向主要研究对于机械系统的变化做出反馈。自动巡航、主动减震、适时四驱等常见汽车技术都离不开控制。随着几大新兴工业方向（虚拟现实、自动驾驶、先进制造等）的崛起，工程类行业对控制方向的人才需求逐年增加。相对来说，控制方向更看重学生的数学和计算机背景，是机械工程中最偏向“软件”的方向。不少学习控制方向的学生，也可以找到计算机相关的工作。建议有兴趣进入这个领域的同学，可以选这个方向，选择Vehicle Dynamics and Control, Model Predictive Control之类的课程。强烈建议学这个方向的同学同时选一些计算机视觉，深度学习的课程。同时要提升自己的编程能力。因为自动驾驶是机械工程和计算机科学深度交叉的领域。编程能力是有很高要求的。

◆ 机器人与机械电子 (Robotics and Mechatronics)

很多学校的机器人方向都是由控制方向衍生出来，因为机器人的本质就是智能机械系统。目前行业内比较成熟的产品有工业机械臂、仓储机器人、医疗机器人等。机器人有一部分核心技术在控制算法。另外一部分核心技术在于传感器，机械电子。这个方向可以说是硬件与软件相结合的方向。

机器人方向目前不论在学术界还是工业界都非常火，这得益于工业4.0概念的兴起。机器人有一部分核心技术在控制算法。另外一部分核心技术在于传感器，机械电子。这个方向可以说是硬件与软件相结合的方向。硕士和博士都可以申请该方向。是很有潜力的工作或者科研方向。

很多学校的机器人方向会放在机械工程下面，原因可能正是因为机械工程是一个结合了理论、技术和具体产品的方向。很多学校的机器人方向都是由控制方向衍生出来，因为机器人的本质就是智能机械系统。

◆ 微纳米技术 (Micro and Nano Technology) 材料类

微纳米技术与新材料相关，机械工程中的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)也可以算作其中。

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。

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。

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

这个方向比较适合走学术，读博士。与其他机械工程的方向相比，该方向的研究成果往往较易发到国际顶级期刊中。如果有同学立志走学术路线，这个方向建议选择。

◆ 汽车工程 (Automotive Engineering)

机械工程专业中有一种类别是关于汽车发动机原理、内燃机设计、热能与动力机械基础、柴油机增压技术、汽车排气污染与控制等等的，毕业后可以从事汽车发动机新产品设计、实验、汽车技术管理等工作。但是，这个专业方向在美国大学中并不是很多见，科研水平比较优越的以五大湖附近以及加州一些学校为主（比如加州伯克利，密歇根安娜堡，伊利诺伊大学香槟分校，威斯康辛麦迪逊等）。

以上这些是传统机械强校都会开设的项目。然而机械工程是一个与当地工业紧密相关的工程方向。比如湖区（Lake Areas）是美国三大车企通用、福特、克莱斯勒的大本营，因此湖区的工科名校密歇根大学就开设有汽车工程项目；德州是四大石油公司和四大油服公司的所在地，因此科研项目多与石油行业相关，德州大学奥斯汀分校的石油工程专业更是常年排名全美第一；加州地区发达的电子行业也促使加州伯克利和斯坦福的课程和科研都更注重电子产品的设计与制造。除了当地工业的影响意外，机械工程与其他工程专业组成了很多交叉学科，例如生物力学（Biomechanics）、微机电系统（MEMS）、航天工程（Aerospace Engineering）等等。

就业形势

美国大学机械工程专业的学生毕业之后大部分会做工程师，机械工程师主要分两种：

侧重设计的机械工程师：工作内容主要侧重技术研发，硬件设计，售后技术支持等等。

侧重生产类型的机械工程师：主要是负责生产线的维护保养，项目引进和跟踪，保证生产的进度和产品质量。

机械工程在美国就业市场巨大，加州、密歇根州、德州、俄亥俄州还有伊利诺伊州都是产业集中地。若考虑留美工作，在申请选校过程中可以综合考虑学校的地理位置优势。

课程设置

以下是这个专业的一些典型课程设置，其实可以把它理解为数学、物理学、机械和工程的混合体。

数学（微积分、微分方程、线性代数）Mathematics (in particular, calculus, differential equations, and linear algebra)

基本物理科学Basic Physical sciences (including physics and chemistry)

静力学与动力学Statics and dynamics

材料与固体力学强度Strength of materials and solid mechanics

材料工程与复合材料Material Engineering, Composites

热力学、热传学、能量转换与HVAC（制热、通风与空调控制）Thermodynamics, heat transfer, energy conversion, and HVAC

燃料与内燃机Fuels, combustion, Internal combustion engine

流体力学Fluid mechanics (including fluid statics and fluid dynamics)

机器设计Mechanism and Machine design (including kinematics and dynamics)

仪器仪表与计量Instrumentation and measurement

制造工程Manufacturing engineering, technology, or processes

震动控制理论与控制工程Vibration, control theory and control engineering

液压与气动Hydraulics, and pneumatics

机电与机器人Mechatronics, and robotics

工程设计与产品设计Engineering design and product design

计算机辅助设计与制造computer-aided design (CAD) and computer-aided manufacturing (CAM)

微机电系统Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS