Makina mühendisliği nedir?

Bir uzay mekiğinde yaklaşık 2,5 milyon hareketli parça bulunur ve bu parçaların tasarımında, üretim ve sorunsuz çalışmalarında en büyük ve en önemli görevleri üstlenenler makina mühendisleridir. (STS-120 görevi için NASA'nın Discovery uzay mekiği fırlatılışı, 23 Ekim 2007, NASA)

Doğada var olmayan ve insanların yarattığı hemen hemen her şey bir mühendislik ürünüdür ve bunların büyük çoğunluğunun tasarım, üretim ya da işletme evrelerinin en az birinde makina[1]Türk Dil Kurumu’na göre doğru yazılımı ¨makine¨ olmakla birlikte, pek çok üniversitemizde bölüm ismi “makina” mühendisliğidir. Bu yazıda da makina olarak … Devamı mühendisleri görev almıştır.

Çok geniş bir uygulama alanına sahip olan makina mühendisliği, geçmişte metalürji, endüstri ve havacılık mühendisliklerini de kapsıyordu; zaman içinde makina mühendisliğinden ayrışarak ayrı birer mühendislik dalına dönüştüler. Bazı üniversitelerimizde bulunan imalat mühendisliği ve otomotiv mühendisliği de benzeri gelişimleri göstererek ayrışan mühendislik dallarıdır. Ancak, çoğu üniversitemizde otomotiv ve imalat konuları hâlâ makina mühendisliği kapsamındadır. Mekatronik mühendisliği ise, ağırlığı makina mühendisliği olmak üzere elektrik-elektronik ve bilgisayar mühendisliği ile ortak paydası olan bir mühendislik dalıdır. Bazı üniversitelerimizde makina mühendisliği ve elektrik-elektronik mühendisliği bölümlerinde yan dal programı olarak yer alır.

Makina mühendisleri ne yapar?

Değişik kaynaklarda farklı şekillerde tanımlanan makina mühendisliği, en kısa şekliyle, hareket halindeki nesneleri ve sistemleri inceleyen mühendislik dalı şeklinde tanımlanabilir. Hareket içeren her türlü alet, cihaz, makina, sistem ve sürecin tasarımı, üretimi, iyileştirilmesi ve geliştirilmesi makina mühendisliğinin konusudur.

Çarpıcı bir örnekle başlayalım: Bir uzay mekiğinde yaklaşık 2,5 milyon hareketli parça bulunur[2]NASA, Space shuttle era facts: https://www.nasa.gov/pdf/566250main_2011.07.05%20SHUTTLE%20ERA%20FACTS.pdf ve bu parçaların tasarımında, üretim ve sorunsuz çalışmalarında en büyük ve en önemli görevleri üstlenenler makina mühendisleridir.

Makina mühendisliği alanı, son derece karmaşık bir makina olarak düşünebileceğimiz insan vücudu da dahil olmak üzere modern yaşamın neredeyse her yönüyle ilgilenir:

Yaşamımızı sürdürebilmek için gereksinim duyduğumuz enerjinin çeşitli kaynaklardan (nükleer, rüzgâr, güneş dahil) üretimi, kara, hava ve deniz taşıtları, uzay ve savunma sanayi ürünleri, devasa iş makinaları ve bu makinaları üretecek büyüklük ve yetenekte tezgâhlar, robotlar ve otomasyon sağlayan makinalar, ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemleri, petrol ve doğalgaz boru hatları, içten yanmalı motorlar, akışkan enerjisini mekanik enerjiye çeviren türbinler ve benzeri turbo makinalar, mikroelektromekanik sistemler (MEMS) adı verilen mikron boyutunda parçalara sahip makinalar, biyomekanik ve mekatronik ürünleri…

Makina mühendisliğinin ilgilendiği alanlara örnekler

Bu listeyi daha çok uzatabiliriz. Bütün bu alanlarda kullanılan hareketi ve enerji dönüşümünü sağlayan (mekanik ve ısıl) sistemlerin tasarım ve üretimleri, işletmeye alınmaları ve işletilmeleri, daha iyilerinin tasarımı için gerekli araştırma ve geliştirmenin yapılması makina mühendisliğinin ilgi alanı içindedir. Uygulama alanları; örneğin, yapay kalp tasarımı ve üretiminden, hassas bir elektronik/optik cihazın, titreşimi kaçınılmaz olan uçak veya benzeri bir platforma monte edilebilmesi için gerekli matematik modellerin elde edilmesi, analiz ve tasarımın yapılmasına kadar farklılıklar gösterebilir.

Makina mühendisliği eğitimi neleri kapsar?

Makina mühendisleri, tasarımlarının güvenli, verimli ve güvenilir şekilde çalışabilmesi için yaptıkları analizlerinde hareket, enerji ve kuvvet ilkelerini kullanırlar. Dolayısıyla, makina mühendisliği eğitiminin temelini, lise eğitimi sırasında fizik derslerinde öğretilen bu kavramlar ve tüm mühendislik alanlarının en önemli aracı olan uygulamalı matematik oluşturur.

Birinci sınıfın temel dersleri, mühendislik eğitimi için ortak olan matematik, fizik ve kimya dersleridir. İkinci ve üçüncü yıllarda, mukavemet, statik, dinamik, diferansiyel denklemler, üretim teknolojileri, malzeme bilimi, akışkanlar mekaniği, termodinamik, makina elemanları, ısı transferi, sistem dinamiği ve kontrol, makina teorisi gibi bölümün temel dersleri ile, elektrik ve elektroniğin temelleri, bilgisayar programlama, mühendislik ekonomisi gibi destek dersler verilir. Son sınıfta, makina mühendisliği tasarımı dersi ile öğrencilerin uzmanlaşmayı düşündükleri alt alanlara yönelik teknik seçmeli dersler vardır.

Teknik seçmeli derslerin sayısı ve kapsamı üniversitesine bağlı olarak önemli farklılıklar gösterir. Kontrol sistemleri, mekanik titreşimler, hidrolik sistemler, turbo makinaları, içten yanmalı motorlar, enerji dönüşüm sistemleri, ısıtma havalandırma ve iklimlendirme gibi klasik dersler çoğu üniversitenin programında yer alır. Sıklıkla rastlanabilen diğer teknik seçme derslere örnek olarak; sonlu elemanlar, mekanizmaların kinematik sentezi, akustik ve gürültü kontrolü, hidrolik ve pnömatik, nümerik kontrollü takım tezgâhları, bilgisayar destekli tasarım ve imalat (CAD-CAM), mikroelektromekanik sistemler (MEMS), otomotiv mühendisliği, biyomekanik sayılabilir.

Ancak, makina mühendisliğinin bütün mühendislikler içinde en geniş uygulama alanına sahip olması nedeniyle, bütün bu uygulama alanları için gerekli çok fazla ders vardır ve her dersin her üniversitede ileri düzeyde ya da son sınıfta teknik seçmeli ders olarak verilebilmesi mümkün değildir. Özellikle lisansüstü eğitim aşamasında, uzmanlaşmak istenilen alan dikkate alınarak bu alanda daha çok dersin verildiği ve araştırmanın yapıldığı üniversitenin seçilmesi önemlidir.

Öte yandan, makina mühendislerinin çalıştıkları sektörler kolayca sınıflandırılamayacak kadar fazladır. Makina mühendislerinin çalıştıkları önemli sektörler arasında otomotiv sanayi, savunma sanayi, makina imalat sanayi, havacılık ve uzay sanayi, enerji sektörü en başta gelenler arasındadır. Ancak, makina mühendislerinin görev alabilecekleri sektörler bunlarla sınırlı olmayıp; mekanik ve ısıl sistemleri içeren bütün sektörleri (kimyadan gıdaya, demir-çelikten petrokimyaya, kağıt sanayiine kadar çok geniş bir alanı) kapsar.

Makina mühendislerinin çalışma alanları da çok çeşitlidir. Pek çok sektörde; sistem tasarımı, makina ve mekanik aksamın tasarım ve üretimi, sistemin işletilmesi ve yönetimi aşamalarında makina mühendislerine önemli görevler düşer. Örneğin, elektrik üretimi için kurulan, yakıt olarak kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil yakıtları, ya da güneş, rüzgar gibi yenilenebilir kaynakları kullanan santrallerin planlanması ve projelendirilmesi aşamalarından, kurulum ve işletilmelerine kadar her aşamada makina mühendisleri görev alır. Bu teknolojilere sahip olmayan ülkelerde dahi, en azından doğru yatırım kararlarının verilebilmesi, doğru teknolojilerin seçilebilmesi için enerji konusunu iyi bilen makina mühendislerine gereksinim vardır. Fikir vermesi amacıyla bazı önemli alanlar ve bu alanlarda makina mühendislerinin üstlendiği görevler şöyle sıralanabilir:


Kaynak: Engys
Ürün tasarımı

Var olan makina ve diğer ürünlerin geliştirilmesinden (örneğin, otomotiv ürünleri, jet motorları, savunma sanayii ürünleri, havacılık sanayii ürünleri, otomasyon robotları, pompa ve kompresörler), yeni ürünlerin tasarlanmasına (örneğin, nanoteknoloji ürünleri, biyomekanik ürünleri) kadar çok geniş bir yelpazeyi kapsar. Otomobil, beyaz eşya gibi dünya piyasalarında rekabetin çok fazla olduğu ürünlerin tasarımlarını, bunları daha verimli daha fonksiyonel ve daha sessiz olacak şekilde iyileştirmek ilk gruba klasik örneklerdir. Son yılların önemli bir ürünü olan ve üretim teknolojisinde çığır açma potansiyeli taşıyan 3 boyutlu (3D) yazıcılar ise yeni ürünlere çarpıcı bir örnek oluşturur. Tasarlanacak makinanın türüne göre makina mühendisliğinin farklı alanlarında uzmanlık gerekir.


Tesla tarafından üretilen bir otomobil. Kaynak: Flickr, CC BY 2.0
Üretim mühendisliği

Makina imalatında otomasyon her geçen gün daha fazla hayatımıza giriyor, bilgisayar destekli takım tezgâhlarının sayısı artıyor. Üretim hattının tasarımında en uygun tezgâhların seçilmesi, bu tezgâhların programlanmaları, verimin artırılıp maliyetlerin düşürülmesi için üretim planlarının yapılması makina mühendislerinin görevleri arasındadır. Bu kapsamda, sadece makina imalatında değil, hemen hemen her fabrikada, üretim tesisinde makina mühendislerine gerek duyuluyor. 3. Sanayi devrimini izleyen ve bilişim teknolojileri ile endüstriyi bir arayı getirmeyi amaçlayan Endüstri 4.0 hedefine ulaşmada makina mühendislerine, özellikle de üretim mühendisliği alanında, önemli görevler düşüyor.


X-59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology) hava aracının jet motoru,(Kaynak: GE Aviation , NASA)
Araştırma-geliştirme (Ar-Ge)

Ürün tasarımının olduğu her alanda, mevcut ürünlerin iyileştirilmeleri, benzer fonksiyonlara sahip yeni ürünlerin geliştirilmesi genellikle firmanın öncelikleri arasındadır. Makina mühendisliğinde araştırma ve geliştirme; yürüme sorunu olanlar için giyilebilir dış-iskelet robotu tasarımı gibi oldukça yeni bir uygulamadan, neredeyse 100 yıllık bir teknolojik geçmişi olan jet motorlarının malzeme, üretim tekniği ve tasarım yönünden iyileştirilmeleri için yoğun olarak sürdürülen araştırmalara kadar uzanan geniş bir spektruma sahiptir.


Otonom araçlar (Wikimedia Commons)
Üretimde otomasyon (Wikimedia Commons)
Sistem ve süreç tasarımı

Enerji santrallerinden boru hattı ağlarına kadar uzanan geniş bir uygulama alanında süreçlerin tasarımı, bu alanlarda kullanılan makinaların tasarımı kadar önemlidir. Öte yandan, otomasyon ve kontrol gerektiren mekanik sistemlerin tasarımı, teknolojik ilerlemelere paralel olarak her geçen gün daha fazla önem kazanıyor. Örneğin, günümüzde çok konuşulan otonom (sürücüsüz) araçların, insansız hava araçlarının tasarımında, savunma sanayi sistemleri dahil çeşitli sistemlerin, gerektiğinde akıllı malzeme kullanımıyla, kontrolünde ve tasarımında makina mühendislerine önemli görevler düşüyor.


Sandia Labs, makina mühendisi akustik testler için gerekli hazırlıkları yapıyor. (Foto: Randy Montoya, CC BY-NC-ND 2.0, Flickr)

 

Hasarsız çarpışma testleri (CC BY-SA 4.0)
Test ve kalite kontrol

Kalite kontrol standartlarının sağlanması beklenen her ürünün, üretim tesisinde gerekli mekanik, ısıl, akışkan ve diğer testlerinin yapılması ve kalite kontrol standartlarının gerektirdiği çalışmaların yürütülmesi makina mühendislerinin sorumluluğundadır.  Bu hizmetleri, daha küçük ölçekte üretim yapan firmalara veren test merkezleri, ya da büyük yatırım gerektiren ve sektördeki bütün firmaların hizmeti amaçlayan test laboratuvarları (örneğin, hasarsız çarpışma test laboratuvarları), bu konularda uzmanlaşmış makina mühendislerinin görev aldığı yerler arasındadır.


Kaynak
Tesisat mühendisliği

Özellikle büyük yapılarda (hastane, okul, AVM, konser salonu, vb.) daha fazla önem kazanan tesisat mühendisliği, yapının elektrik dışındaki bütün tesisatının (ısıtma, havalandırma, klima, doğalgaz, sıhhi tesisat, asansör, arıtma, otomatik kontrol, basınçlı hava ve medikal gaz, vb.) tasarımını ve tasarımın uygulanmasını kapsar. Bu mühendislik hizmetleri, uzmanlaşmış makina mühendisleri tarafından verilir.


Shutterstock
Bakım onarım mühendisliği

İlk bakışta teknisyen düzeyinde bir iş alanı gibi gözükmekle birlikte, mühendislik katkısının önemli olduğu bir alandır. Hatta ar-ge boyutunun olduğu makina mühendisliği uygulamaları vardır. Örneğin, makinalarda titreşim ölçümü yaparak, makinada bir arıza gelişmekteyse bunu ve hangi parçanın bozulmakta olduğunu önceden kestirebilmek olasıdır. Bu amaç için geliştirilmiş, sinyal işlemeye ve titreşim analizine dayanan yazılımları ve gerekli ar-ge çalışmalarını makina mühendisleri gerçekleştirir.


Gelecekte makina mühendisliği

Bilimsel ve teknolojik gelişmeler, makina mühendisliğinin uygulama alanlarını her geçen gün genişletiyor. Yapay zekâ ve yapay öğrenme uygulamaları, mikromekanik ve nanomekanik, biyomekatronik, mikro imalat, mikro ve nano akışkanlar, yeni nesil enerji sistemleri gibi birçok yenilik, yeni alanlarda uzmanlaşmış makina mühendislerinin talebini artırıyor.

H. Nevzat Özgüven
ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü


Farklı mühendislik alanlarını anlatan Sarkaç yazılarına ulaşmak için tıklayınız. 


Creative Commons LisansıBu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır. Görseller Wikimedia Commons’dan temin edilmiştir. İçerik kullanım koşulları için tıklayınız.


Notlar/Kaynaklar

Notlar/Kaynaklar
1 Türk Dil Kurumu’na göre doğru yazılımı ¨makine¨ olmakla birlikte, pek çok üniversitemizde bölüm ismi “makina” mühendisliğidir. Bu yazıda da makina olarak kullanılmıştır.
2 NASA, Space shuttle era facts: https://www.nasa.gov/pdf/566250main_2011.07.05%20SHUTTLE%20ERA%20FACTS.pdf