यांत्रिक अभियांत्रिकी

गणित व भौतिकी या मूलभूत विज्ञान शाखांच्या पायावर आधारलेल्या अभियांत्रिकीच्या या शाखेमध्ये यंत्रे व शक्तिनिर्मिती यांचा प्रामुख्याने विचार केला जातो. विशेषतः यंत्रांशी निगडित अशी प्रेरणा, गती व कार्य यांचा या शाखेत अधिक संबंध येतो. शक्तिनिर्मितीची विविध यंत्रे (उदा., निरनिराळी एंजिने व टरबाइने); कापड, कागद, साखर यांसारख्या उपभोग्य वस्तूंच्या निर्मितीसाठी लागणारी यंत्रसामग्री, सायकल, मोटारगाडी, आगगाडी, विमान यांसारखी वाहतुकीची साधने आणि ही यंत्रे व साधने तयार करण्यासाठी लागणारी लेथ, रधित्र, छिद्रण यंत्र वगैरे विविध प्रकारची यांत्रिक हत्यारे या सर्वांचा यांत्रिक अभियांत्रिकीत अंतर्भाव होतो. या अनेक यंत्रांचे आराखडे करणे, त्यांचे भाग बनविणे व जुळविणे, कारखान्यातील उत्पादन प्रक्रिया, उत्पादित वस्तूचे वितरण व एकूण व्यवस्थापन करणे या गोष्टींचाही यात समावेश होतो.

विश्वकोशामध्ये यांत्रिक अभियांत्रिकीच्या वरील विविध बाबींचे निरनिराळ्या स्वतंत्र नोंदींत विवरण दिलेले आहे. प्रस्तुत नोंदीत यांत्रिक अभियांत्रिकीचा संक्षिप्त इतिहास, विकास, शिक्षण व संशोधन यांसंबंधी माहिती दिली आहे. यंत्रविद्येच्या विकासाचा ऐतिहासिक आढावा तंत्रविद्या या नोंदीत दिलेला आहे. यंत्रांच्या मूलभूत तत्त्वांशी संबंधित अशा यामिकी; यंत्र–१; ‘कंपने, यांत्रिक’; ‘कार्यक्षमता, यंत्रांची’ आणि ‘कार्य, शक्ति व ऊर्जा’ या नोंदी आहेत. एंजिन व टरबाइन या नोंदीं त शक्तिनिर्मितीसाठी वापरण्यात येणाऱ्या विविध एंजिनांचे व टरबाइनांचे सर्वसाधारण विवेचन केलेले आहे. कोळशावर वाफेची व त्यापासून करण्यात येणारी शक्तीची निर्मिती यांविषयी वाफ, वाफ एंजिन, वाफ टरबाइन व शक्ति-उत्पादन केंद्र या नोंदींत माहिती दिलेली आहे. जलशक्ती या दुसऱ्या शक्तिनिर्मितीच्या साधनांविषयी जल टनबाइन या शीर्षकाखाली विवरण केले आहे. अंतर्ज्वलन-एंजिन, डीझेल एंजिन, चक्रीय एंजिन या नोंदींत तेल या इंधनावर चालणाऱ्या मूलचालकांची माहिती दिली आहे. विविध मूलचालकांद्वारे निर्माण केलेल्या शक्तीचे प्रेषण करणाऱ्या पद्धतींचे विवरण ‘शक्तिप्रेषण, यांत्रिक’; दोरचालन; पट्टा आणि पट्टाचालन; साखळी व साखळी चालन आणि दंतचक्र या नोंदींत केलेले आहे. जे अनेक मूळघटक जोडून यंत्रांची जुळणी करण्यात येते त्यांसंबंधी पुढील स्वतंत्र नोंदी आहेत: आस; उतरण; कप्पी; कॅम; क्लच; गतिरोधक; गतिनियंता; चाक; चावी(चक्राची); झडप; तरफ; दंतचक्र; दोर; धारवा; पट्टा व पट्टाचालन; प्रचक्र; बोल्ट व नट; यंत्र-१; रॅचेट चाक व खिटी; वॉशर; ‘शृंखला, यांत्रिक’; साधी यंत्रे; स्क्रू; स्प्रिंग; ट्रॅक्टर; ट्रामगाडी; मोटारगाडी; मोटारसायकल; रिक्षा; रेल्वे; विमान; सायकल; स्कूटर वगैरे वाहनांवर स्वतंत्र नोंदी असून या संदर्भात मालवाहू यंत्रे व वाहक साधने, स्वयंचल अभियांत्रिकी, झोत प्रचालन, टरबाइन प्रचालन व रॉकेट या नोंदीही पहाव्यात. यंत्रांचे भाग आणि धातूच्या व इतर पदार्थांच्या वस्तू बनविण्यासाठी लागणाऱ्या यंत्रांसंबंधी व साहाय्यक साधनांविषयी चक्रा कर्तन यंत्र; छिद्रण यंत्र; छिद्रपाट व धारक पकड; टेंप्लेट; दाब छिद्रण व कातर यंत्र; दाब पकड; दाबयंत्र; प्रच्छिद्रण यंत्र; ब्रोचण यंत्र; यांत्रिक हत्यारे; रधित्र; ‘लाटण, धातूंचे; लेथ; वातचलित हत्यारे; शाणन यंत्र;हत्यारे (कर्मशालेतील) या नोंदींत वर्णन दिले आहे.

यंत्र भागांच्या निर्मितीमध्ये आवश्यक असणाऱ्या प्रक्रियांसंबंधी ओतकाम; ‘घडाई, धातूची’; झाळकाम व डाखकाम; धातुपत्राकाम; धातुरूपण; धातु व अधातूंचे जोडकाम; रिव्हेट; वितळजोडकाम या स्वतंत्र नोंदी आहेत. या संदर्भात धातूंचा शिणवटा; जुळणी व मापसूट; पदार्थांचे बल आणि वंगणक्रिया या नोंदीही पहाव्यात. उच्चालक यंत्रे; पंखा; पंप; फिरता जिना; लिफ्ट; शिवणयंत्र वगैरे व्यवहारातील यंत्रे व साधने तसेच प्रशीतन व वातानुकूलन यांकरिता लागणारी साधने यांविषयीची माहिती त्या त्या शीर्षकाच्या नोंदीखाली दिलेली आहे. वस्तूच्या यांत्रिक उत्पादनाशी निगडित अशा उत्पादन अभियांत्रिकी,उद्योग अभियांत्रिकी, उपकरण योजना, कार्यविधी अभियांत्रिकी, प्रक्रिया अभियांत्रिकी, प्रणाली अभियांत्रिकी, मूल्य अभियांत्रिकी या नोंदीही पहाव्यात.

इतिहास

इंग्लंडमध्ये बर्मिंगहॅम येथे इन्स्टिट्यूशन ऑफ मेकॅनिकल एंजिनियर्स ही मध्यवर्ती संस्था जॉर्ज स्टीव्हेन्सन यांच्या अध्यक्षतेखाली १८४७ मध्ये स्थापन झाली. अमेरिकेतील अशी संस्था १८८० मध्ये आणि पुढे इतर यूरोपीय देशांत व या क्षेत्रात महत्त्वाचे स्थान असलेल्या देशांत (उदा., जपानमध्ये १८९७ साली, चीनमध्ये १९५१ साली) अशा संस्था सुरू झाल्या. भारतात ⇨ इन्स्टिट्यूशन ऑफ एंजिनियर्स (इंडिया) ही संस्था १९२० मध्ये स्थापन झाली. या संस्थेच्या कार्याच्या विभागांपैकी यांत्रिक अभियांत्रिकी हा एक विभाग आहे. या संस्थांचा प्राथमिक उद्देश यंत्रज्ञान असलेल्या व्यक्तींना विचारविनिमयासाठी एकत्र आणणे हा होता. अशा विचारविनिमयात यंत्रविज्ञानातील तांत्रिक अडचणींचा ऊहापोह करणे, नवीन संशोधनाची दखल घेणे व उत्तेजन देणे, यांत्रिक अभियांत्रिकीच्या शिक्षणाची दिशा व दर्जा सुधारणे वगैरे बाबींचा समावेश होता. सुरुवातीच्या काळात स्क्रू, नट, बोल्ट, वाफेच्या बाष्पित्राची (बॉयलरची) सुरक्षा व्यवस्था अशा विषयांतही मानके (प्रमाणभूत मापे) प्रचलित नव्हती. यामुळे उत्पादनात अडचणी येत व अपघात घडत. यूरोप–अमेरिकेतील अशाच संस्थांनी उत्पादनात सुसूत्रता व ठराविक दर्जा आणण्याच्या दृष्टीने अनेक मानके ठरविण्याचे महत्त्वाचे काम या काळात सुरू केले आणि तसे काम आजही चालू आहे. यासाठी आता अनेक राष्ट्रीय स्तरावरील संस्था एका आंतरराष्ट्रीय संघटनेखाली एकत्र विचारविनिमय करतात. यंत्रयुगामुळे निर्माण झालेल्या प्रदूषणासारख्या नवीन समस्यांचाही या सर्व संस्था विचार करतात आणि त्याचबरोबर सदस्यांच्या व्यावसायिक निष्ठा, सचोटी, सामाजिक जबाबदारी यांसंबंधीही जागरूकता ठेवण्याला हातभार लावतात.

यांत्रिक अभियांत्रिकीची कार्यव्याप्ती रुंदावत व बदलत चाललेली असल्याने राष्ट्रीय स्तरावरील संस्थांत विशिष्ट विषयांकरिता (उदा., स्वयंचलित नियंत्रण, ज्वलन एंजिने, वंगण तंत्रविद्या, प्रदूषण इ.) खास तज्ञांचे गट संघटित करण्यात आले आहेत. वितळजोडकाम व प्रशीतन यांसारख्या विषयांकरिता इंटरनॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ वेल्डिंग (लंडन) व इंटरनॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ रेफ्रिजरेशन (पॅरिस) अशा आंतरराष्ट्रीय संस्थाही स्थापन करण्यात आल्या आहेत.

उपशाखांचा विस्तार

एखादी क्रिया अथवा वस्तू जास्तीत जास्त वेगाने निर्माण करण्यासाठी यंत्र बनविणे हा यंत्रज्ञानाचा मूळ उद्देश मानला जातो. यंत्र बनविण्यासाठी अनेक संबंधित उपशाखांचे ज्ञान लागते. यंत्रांच्या प्रगतीचा इतिहास पाहिल्यास असे दिसून येते की, संशोधकाला एखादी नवीन कल्पना सुचते. त्यातून यंत्रनिर्मिती होते व हे करीत असताना अथवा यंत्र प्रत्यक्ष उपयोगात येत असताना आढळून येणाऱ्या त्यातील विविध त्रुटी काढून टाकण्यासाठी नवीन ज्ञानाची जरूरी भासते आणि त्यातून नवीन विषयांचा सखोल अभ्यास होत रहातो. वाफेच्या एंजिनामुळे व त्यानंतर चार्ल्‌स पार्सन्स यांनी बनविलेल्या वाफ टरबाइनामुळे वाफेच्या ऊष्मागतिकीचा [यांत्रिक व इतर रूपांतील ऊर्जा आणि उष्णता यांतील परस्पर संबंधांविषयीचे गणितीय विवरण; ⟶ ऊष्मागतिकी] अभ्यास वाढीस लागला. अंतर्ज्वलन-एंजिन व डीझेल एंजिन यांच्या शोधामुळे आणि त्यानंतर प्रशीतन यंत्रणेच्या संदर्भात ऊष्मागतिकी विषयाचा अधिक विस्तार झाला.

एकोणिसाव्या शतकात निरनिराळी यंत्रे शोधण्यात आली आणि या यंत्रांचे वेग, आकारमान व उत्पादकता यांत सतत वाढ होत गेली. अशी यंत्रे बनविण्यासाठी लागणाऱ्या पदार्थांचे बल व यंत्रांच्या मूलघटकांच्या गतिकीचे सिद्धांत या उपशाखांत अनुभव व प्रयोग यांमुळे भर पडत होती. यामुळे यंत्र बनविण्यासाठी लागणाऱ्या भागांचे आकारमान व बल जास्त अचूकपणे एंजिनामुळे विमान बनविणे शक्य झाले आणि त्यातून वायुगतिकी [⟶ वायुयामिकी] हा नवीनच अभ्यासाचा विषय निर्माण झाला. यंत्राच्या वाढत्या वेगामुळे वंगणाचे व कंपनांचे जे प्रश्न उद्‌भवतात त्यांतून वंगणशास्त्र व कंपनशास्त्र यांचा सखोल अभ्यास झाला. ही सर्व यंत्रसामग्री अथवा इतर वस्तू तयार करण्याच्या पद्धतींतही त्याचप्रमाणे बदल होत गेले. यंत्रांच्या भागांच्या उत्पादनासाठी लेथ, रधित्र, छिद्रण अशी सर्वसाधारण कामाच्या उपयोगाची यांत्रिक हत्यारे एकोणिसाव्या शतकात इंग्लंडमध्ये निर्माण झाली. अमेरिकेत प्रथम रायफलींच्या व नंतर मोटारगाडीच्या मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी एकसारखे अचूक भाग बनविणे, उत्पादनाचा वेग वाढविणे व जास्त कौशल्याची कामे कमी कुशल कामगारांकडून करून घेणे या गरजा उत्पन्न झाल्या. त्यासाठी विशिष्ट कामासाठीच बनविलेली चक्री कर्तन, शाणन, दंतचक्र तयार करणारी अशी विविध यंत्रे निर्माण झाली. यंत्रांचे एकमेकांत बसणारे भाग अचूक व्हावेत यासाठी जुळणी व सह्यता सीमा यांची मानके निर्माण झाली आणि त्यातून उत्पादन अभियांत्रिकी या उपशाखेचे महत्त्व वाढीस लागले. कापड, कागद, बिस्किटासारखे खाद्यपदार्थ अशा उपभोग्य वस्तू मोठ्या प्रमाणावर निर्माण करताना उत्पादन प्रक्रियेतील मनुष्याचा सहभाग कमी करून यंत्रांचे स्वयंचालन वाढत्या प्रमाणात होत गेले. यातून स्वयंचलित यंत्रे व नियंत्रण पद्धती ही उपशाखा विशेष अभ्यासाचा विषय झाली. [⟶ स्वयंचालन; नियंत्रण प्रणाली].

तेल व कोळसा या इंधनांचे साठे मर्यादित असल्याने यंत्र चालविताना ऊर्जेचा जास्तीत जास्त काटकसरीने वापर करणे; यंत्र चालविण्यामुळे हवा,पाणी, ध्वनी यांचे प्रदूषण होऊ न देणे; यंत्राचे जास्तीत जास्त स्वयंचालन करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनीय मापने व ð सूक्ष्मप्रक्रियक यांचा वापर करणे या नवीन उद्देशांची दखल यंत्राचा आराखडा करतानाच घेणे १९७० सालानंतर आवश्यक झाले. वरील गरजेतून ऊर्जेची काटकसर, प्रदूषण व संगणक नियंत्रित यंत्रे या उपशाखांचा अभ्यास वाढला आहे. यंत्रांचे आराखडे करताना रूढ पद्धतीने कागदावर आकृती काढण्याऐवजी संगणकाच्या साहाय्याने यंत्रांच्या भागांचे आकार व आकारमाने ठरविणे सुलभ होत आहे [⟶ संगणक आलेखिकी]. यंत्रामुळे प्रत्यक्ष कार्य घडते व इलेक्ट्रॉनिकीमुळे यंत्रांचे पूर्ण नियंत्रण करणे सुलभ होते. यंत्रे बनविताना हे दोन विषय स्वतंत्रपणे हाताळले जात. आता या दोन्ही विषयांचा संयुक्तपणे उपयोग करून रोबॉटासारखे यंत्र बनविण्याच्या उपशाखेला ‘मेकॅट्रॉनिकी’ हे नाव रूढ होत आहे [⟶ रोबॉट; स्वयंचालन]. नेहमीच्या नैसर्गिक खनिज इंधनांखेरीज ऊर्जा निर्मितीसाठी पर्यायी उद्‌गम म्हणून पवनचक्की. सौरशक्ती यांच्या उपयोगालाही महत्त्व येत आहे [⟶ शक्ति- उद्‌गम].

मानवी शरीर हे एक यंत्र आहे, असे आपण म्हणतो. १९७० सालानंतर शरीररचनेचा आणि हृदय, फुप्फुसे, मूत्रपिंड अशा अवयवांच्या क्रियांचा यांत्रिक दृष्टीतून अभ्यास करून मोडलेल्या हाडांना जोडणारे कृत्रिम भाग, कृत्रिम हृदय, मूत्रपिंडाचे कार्य करणारे यंत्र यांचा उपयोग वाढत आहे. या उपशाखेला ‘जैव अभियांत्रिकी’ म्हणतात.

कार्यव्याप्ती

शिक्षण

इतर व्यवसायांशी तुलना करता यांत्रिक अभियंत्यांच्या व्यवसायाच्या बाबतीत एक महत्त्वाचा फरक आढळतो. बहुतेक वैद्य व अनेक विधिज्ञ हे स्वतःचा व्यवसाय उभारू शकतात; याउलट बहुतेक अभियंत्यांना उद्योगधंद्यांत, शैक्षणिक संस्थांत वा शासकीय खात्यांत नोकरी करावी लागते. विधिविषयक वा वैद्यकीय व्यवसाय उभारण्यासाठी लागणाऱ्या भांडवलापेक्षा यांत्रिक अभियांत्रिकीय उद्योग उभ्यारण्याकरिता यंत्रसामग्रीत व कच्च्या मालात फार मोठे भांडवल गुंतवावे लागते. सामान्यतः वैद्य व विधिज्ञ यांचा लोकांशी जितका निकटचा संबंध येतो त्या मानाने अभियंत्यांचा प्रत्यक्ष संबंध पुष्कळच कमी प्रमाणात येतो.

संशोधन व संस्था

कौन्सिल ऑफ सायंटिफिक अँड इंडस्ट्रियल रिसर्च या भारत सरकारच्या स्वायत्त मंडळाच्या अखत्यारीखालील सेंट्रल मेकॅनिकल एंजिनियरिंग रिसर्च इन्स्टिट्यूट या दुर्गापूर येथे १९५८ मध्ये स्थापन झालेल्या संस्थेतर्फे यांत्रिक अभियांत्रिकी उद्योगांना साहाय्य करण्यासाठी सहयोग व प्रायोजित तत्त्वावर संशोधन करण्यात येते. नवीन अभियांत्रिकीय उत्पादने व प्रक्रिया यांचे अभिकल्पन व विकास, आयात करण्यात येणाऱ्या यंत्रसामग्रीचा विकास व तीत सुधारणा घडवून आणणे, उत्पादित वस्तूचे मूल्यमापन, अभियांत्रिकीय सामग्रीसाठी गुणवत्ता नियंत्रण इ. क्षेत्रांत या संस्थेतर्फे संशोधन, विकासात्मक परीक्षण व तांत्रिक सल्ला यांबाबतीत काम केले जाते. या संस्थेची दुर्गापूर, मद्रास, पुणे, लुधियाना व कोचीन येथे प्रादेशिक केंद्रे आहेत. या संस्थेतर्फे मेकॅनिकल एंजिनियरिंग बुलेटिन व सीएमई आर आय न्यूज लेटर ही त्रैमासिके प्रसिद्ध होतात.

यांखेरीज यांत्रिक अभियांत्रिकीशी संबंधित अशी पुढील नियतकालिके भारतात प्रसिद्ध होतात. एंजिनियर-इन्स्टिट्यूशन ऑफ मेकॅनिकल एंजिनियर्स (त्रैमासिक; मुंबई), इन्स्टिट्यूशन ऑफ एंजिनियर्स (इंडिया); मेकॅनिकल एंजिनियरिंग डिव्हिजन जर्नल (द्वैमासिक; कलकत्ता), मशिन टूल एंजिनियर (त्रैमासिक; बंगलोर); इंडियन मशिन टूल्स जर्नल (मुंबई), मशिन अँड मशिनरी (मासिक; कलकत्ता), मशिन बिल्डिंग इंडस्ट्री (मासिक; मुंबई),मशिनरी अँड मशिन टूल जर्नल (मासिक; नवी दिल्ली), जर्नल ऑफ एंजिनियंरिंग प्रॉडक्शन (त्रैमासिक; नवी दिल्ली), जर्नल ऑफ थर्मल एंजिनियरिंग (त्रैमासिक; नवी दिल्ली).

संदर्भ: 1. Baumeister, T.; Marks, L. S., Ed.,Standard Handbook for Mechanical Engineers, New York, 1967.

2. Institution of Mechanical Engineers, Engineering Heritage : Highlights from the History of  Mechanical Engineering. 2. Vols., New York, 1963-66.

3. Kirby, R. S and others, Engineering in History, New York, 1956.

4. Naparstek, M. I. Mechanical Engineering, New York, 1964.

तांबे, मु. शं.; दीक्षित, चं. ग.; कुलकर्णी, प्रि. खं.

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश (महाराष्ट्र राज्य मराठी विश्वकोश निर्मिती मंडळ)