總體來(lái)說(shuō)，申請美國機械工程(ME)專(zhuān)業(yè)需要有良好的工科背景，例如非常優(yōu)秀的數學(xué)和物理學(xué)的基礎;需要良好的動(dòng)手能力，例如參加過(guò)各種競賽(比如比較泛濫的機器人大賽)即是動(dòng)手能力的體現;需要良好的計算機專(zhuān)業(yè)背景，例如編程能力。中國的專(zhuān)業(yè)設置同美國高校是有些差異的，中國是小專(zhuān)業(yè)，美國是大專(zhuān)業(yè)。比如說(shuō)機械工程(ME)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，中國就有機械工程、車(chē)輛工程、自動(dòng)化等等。如果再細化分，還會(huì )有很多。但是美國95%以上的學(xué)校，就是一個(gè)機械工程(ME)專(zhuān)業(yè)，而我們細分化的那些方向變成了這個(gè)專(zhuān)業(yè)下的concentration，這個(gè)concentration則憑借個(gè)人興趣和愛(ài)好去選擇。
說(shuō)起來(lái)機械工程(ME)的歷史其實(shí)還要追溯到古希臘和中國，那時(shí)螺旋泵、蒸汽機、鐘、地震儀等的發(fā)明，可是現在中國在ME領(lǐng)域的研究已經(jīng)落后了一大步。美國最早開(kāi)設工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)校有三所：U.S. Military Academy、Norwich University和Rensselaer Polytechnic Institute。
機械工程(ME)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域非常多樣化，甚至每個(gè)機械工程師可能與他的同事做的事情都有不一樣的地方。本文我們把ME分為以下三大類(lèi)進(jìn)行說(shuō)明：
1)Energy能量類(lèi)
Energy是ME和物理學(xué)的基礎領(lǐng)域，Energy的形式包括熱能、輻射能、動(dòng)力學(xué)、電氣、化學(xué)、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(lái)源既有可再利用的(例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、流體動(dòng)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(lǐng)域大概包括：IC engines and engine systems design內燃機和發(fā)動(dòng)機系統設計;Combustion燃燒;Pollutant formation污染物質(zhì)的形成;Simulation of vehicle systems車(chē)載系統仿真;Computational methods for reacting flows反應流的計算方法;Microscale power generators微型電力發(fā)動(dòng)機;Self-assembled nanostructures for energy applications用自組裝納米結構實(shí)現能源利用;Nanostructured energy conversion devices納米結構能量轉換裝置;Concentrated solar power system專(zhuān)注太陽(yáng)能系統;Laser techniques for combustion diagnostics用激光技術(shù)進(jìn)行燃燒診斷;Materials and systems for energy storage能量?jì)Υ娴牟牧虾拖到y。
我們上面說(shuō)了，Energy方面涉及到能源的方方面面。但是這里面就會(huì )與其他的專(zhuān)業(yè)有很多的交叉，比如說(shuō)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(guān)心的問(wèn)題，其實(shí)這點(diǎn)說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，ME更加偏向于設備的研究和學(xué)習，EE則是能源的存儲和傳輸方面的研究和學(xué)習(電能)，其它專(zhuān)業(yè)下的那些更多的是原理層面的研究和學(xué)習。在這里我們要額外再說(shuō)一下EE下的Energy，在EE里的Energy一般指的是強電。從傳統的分法來(lái)分，EE分為強電和弱電兩個(gè)方向。而EE下的Energy 主要的一個(gè)是電力的傳輸和存儲。我們知道，電能在傳輸的過(guò)程當中是有損耗的，而這個(gè)損耗是由于傳輸材料本身的電阻產(chǎn)生的。所以現在研究傳輸很熱門(mén)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(wèn)題，也是與Material Science交叉的部分。
整個(gè)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(lái)說(shuō)，機械工程師關(guān)注的是能量機械學(xué)——能量如何產(chǎn)生、儲存和運動(dòng)。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(guān)的職業(yè);還有很多機械工程師在從事太陽(yáng)能、風(fēng)能和地熱系統的開(kāi)發(fā)，期待著(zhù)這些能源能為傳統的燃料做補充甚至替代燃料。機械工程師還關(guān)注能源的利用，包括發(fā)明更多燃料消耗低的汽車(chē)、發(fā)動(dòng)起和其它裝置。另外還有機械工程師在關(guān)注熱能對系統和機器上的影響。
如下的一些數據希望對于不確定要選擇專(zhuān)攻哪個(gè)領(lǐng)域的學(xué)生有所幫助。
Power Plants：美國近一半的電是靠燃燒煤轉換而來(lái)，僅有大概五分之一來(lái)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(yáng)能和風(fēng)能有一天可以替代大部分現有的發(fā)電廠(chǎng)，而未來(lái)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(lái)自于礦物燃料(fossil fuel)，剩下的來(lái)自核反應堆、水力發(fā)電、太陽(yáng)能和風(fēng)能。而礦物燃料(產(chǎn)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(méi)有人們要求的那么迅猛，因為科學(xué)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(lái)買(mǎi)單，所以其發(fā)展實(shí)質(zhì)上還受著(zhù)政府對這方面的關(guān)注度的影響。目前美國電力只有18%的來(lái)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(chē)用燃料提供了來(lái)源。
Nuclear Power：核能工廠(chǎng)運營(yíng)相對成本較低但是要建立起來(lái)并且取得營(yíng)業(yè)執照則很昂貴。核能現在占全世界13%的發(fā)電來(lái)源。
2)Manufacturing制造類(lèi)
為了不斷提高操作效率，機械工程師會(huì )設計和制造一系列的機器與系統�？諝馕廴究刂�、自動(dòng)化、物料搬運和設備運轉技術(shù)都是專(zhuān)注于制造類(lèi)的工程師所專(zhuān)注的領(lǐng)域。
依然以University of Michigan為例，學(xué)校在該Manufacturing方面所研究的領(lǐng)域包括：Nanotube structures and devices納米管結構和設備;Mass customization and systems大規模定制系統;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生物醫學(xué)設備;Metal ultra high speed cutting金屬超高速切削;Global health design全球衛生設計;Affordable medical device design負擔得起的醫療設備設計;Sustainable machining processes and systems design可持續的機器加工和系統設計。
這個(gè)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(shuō)在這個(gè)大方向下的自動(dòng)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(jīng)說(shuō)過(guò)，IE的發(fā)展是來(lái)源于ME的，就是為了解決大規模生產(chǎn)的時(shí)候的問(wèn)題。(這又在某種程度上說(shuō)明了工科的交叉，當然這也是現代學(xué)科發(fā)展的一個(gè)趨勢)。一般來(lái)說(shuō)這個(gè)方向的學(xué)生都會(huì )學(xué)習：機械原理，固體力學(xué)等等課程。因為這個(gè)專(zhuān)業(yè)方向有個(gè)特點(diǎn)，新興方向非常依賴(lài)計算機工具，比如說(shuō)在設計東西的時(shí)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(lái)說(shuō)：由于美國的大專(zhuān)業(yè)制，大部分我們的ME學(xué)生，自動(dòng)化學(xué)生，車(chē)輛工程等大ME類(lèi)的學(xué)生，以及部分學(xué)習物理的學(xué)生，都適合學(xué)習這個(gè)方面。
3)Design Mechanics設計力學(xué)類(lèi)
該領(lǐng)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(chē)、計算機硬件、工廠(chǎng)設備、宇宙飛船、飛機，所有這些任何需要機械運動(dòng)的東西，都是由該領(lǐng)域的工程師來(lái)設計的，當然很多時(shí)候是與其它領(lǐng)域的設計師一起完成的，比如說(shuō)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(guān)設計，而這就需要和計算機領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士一起來(lái)完成。其中一個(gè)越來(lái)越受機械工程師關(guān)注的領(lǐng)域是醫學(xué)生物技術(shù)，多數是做一些生物醫療器械，而這個(gè)方向又跟材料科學(xué)，EE和CS相交叉了。
在University of Michigan的Design領(lǐng)域，它有這些研究方向：Micro and nano precision systems微型和納米精度系統;Smart structures and materials智能結構和材料;Nanoscale systems納米系統;Compliant mechanisms柔性結構;Multidisciplinary design optimization多學(xué)科設計優(yōu)化;Assembly， disassembly and supply chains組裝、拆卸和供應鏈;Medical device design醫學(xué)設備設計;Global health design全球衛生設計;Sustainable design of products， processes， and policies可持續的產(chǎn)品、流程和政策的設計。
好的設計工程師要求對客戶(hù)需求、服務(wù)環(huán)境、工業(yè)標準、材料、生產(chǎn)過(guò)程和公差有一個(gè)深入的了解。為了使設計工程進(jìn)展順利，CAD通常是必備工具，比如計算、建模和模擬。學(xué)習該領(lǐng)域的申請者對CAD不會(huì )陌生，幾乎所有的物理產(chǎn)品和工具是這樣設計出來(lái)的。
在申請的時(shí)候，需要具有很強的力學(xué)相關(guān)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(huì )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(shù)類(lèi)的專(zhuān)業(yè)，需要申請者有很強的藝術(shù)功底，在申請過(guò)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(shí)厚度又不會(huì )太厚。而美觀(guān)的設計那是工業(yè)設計里需要學(xué)習的。