總體來說，申請美國機(jī)械工程(ME)專業(yè)需要有良好的工科背景，例如非常優(yōu)秀的數(shù)學(xué)和物理學(xué)的基礎(chǔ);需要良好的動手能力，例如參加過各種競賽(比如比較泛濫的機(jī)器人大賽)即是動手能力的體現(xiàn);需要良好的計算機(jī)專業(yè)背景，例如編程能力。中國的專業(yè)設(shè)置同美國高校是有些差異的，中國是小專業(yè)，美國是大專業(yè)。比如說機(jī)械工程(ME)相關(guān)專業(yè)，中國就有機(jī)械工程、車輛工程、自動化等等。如果再細(xì)化分，還會有很多。但是美國95%以上的學(xué)校，就是一個機(jī)械工程(ME)專業(yè)，而我們細(xì)分化的那些方向變成了這個專業(yè)下的concentration，這個concentration則憑借個人興趣和愛好去選擇。
說起來機(jī)械工程(ME)的歷史其實(shí)還要追溯到古希臘和中國，那時螺旋泵、蒸汽機(jī)、鐘、地震儀等的發(fā)明，可是現(xiàn)在中國在ME領(lǐng)域的研究已經(jīng)落后了一大步。美國最早開設(shè)工程專業(yè)的學(xué)校有三所：U.S. Military Academy、Norwich University和Rensselaer Polytechnic Institute。
機(jī)械工程(ME)專業(yè)領(lǐng)域非常多樣化，甚至每個機(jī)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分為以下三大類進(jìn)行說明：
1)Energy能量類
Energy是ME和物理學(xué)的基礎(chǔ)領(lǐng)域，Energy的形式包括熱能、輻射能、動力學(xué)、電氣、化學(xué)、核能等。它主要是側(cè)重于從一種能量轉(zhuǎn)化為另一種更有用的能量，能量的來源既有可再利用的(例如太陽能、風(fēng)能、流體動力、地?zé)岷蜕锬芰?，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(nèi)燃機(jī)和發(fā)動機(jī)系統(tǒng)設(shè)計;Combustion燃燒;Pollutant formation污染物質(zhì)的形成;Simulation of vehicle systems車載系統(tǒng)仿真;Computational methods for reacting flows反應(yīng)流的計算方法;Microscale power generators微型電力發(fā)動機(jī);Self-assembled nanostructures for energy applications用自組裝納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)能源利用;Nanostructured energy conversion devices納米結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換裝置;Concentrated solar power system專注太陽能系統(tǒng);Laser techniques for combustion diagnostics用激光技術(shù)進(jìn)行燃燒診斷;Materials and systems for energy storage能量儲存的材料和系統(tǒng)。
我們上面說了，Energy方面涉及到能源的方方面面。但是這里面就會與其他的專業(yè)有很多的交叉，比如說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)心的問題，其實(shí)這點(diǎn)說起來非常簡單，ME更加偏向于設(shè)備的研究和學(xué)習(xí)，EE則是能源的存儲和傳輸方面的研究和學(xué)習(xí)(電能)，其它專業(yè)下的那些更多的是原理層面的研究和學(xué)習(xí)。在這里我們要額外再說一下EE下的Energy，在EE里的Energy一般指的是強(qiáng)電。從傳統(tǒng)的分法來分，EE分為強(qiáng)電和弱電兩個方向。而EE下的Energy 主要的一個是電力的傳輸和存儲。我們知道，電能在傳輸?shù)倪^程當(dāng)中是有損耗的，而這個損耗是由于傳輸材料本身的電阻產(chǎn)生的。所以現(xiàn)在研究傳輸很熱門的研究都是材料，超導(dǎo)材料(與Material Science 相交叉)。而電力的存儲也是變相的材料問題，也是與Material Science交叉的部分。
整個ME的申請都需要申請者有比較強(qiáng)的物理知識，Energy也不例外，這是申請方面。從就業(yè)來說，機(jī)械工程師關(guān)注的是能量機(jī)械學(xué)——能量如何產(chǎn)生、儲存和運(yùn)動。很多機(jī)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(jī)械工程師在從事太陽能、風(fēng)能和地?zé)嵯到y(tǒng)的開發(fā)，期待著這些能源能為傳統(tǒng)的燃料做補(bǔ)充甚至替代燃料。機(jī)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、發(fā)動起和其它裝置。另外還有機(jī)械工程師在關(guān)注熱能對系統(tǒng)和機(jī)器上的影響。
如下的一些數(shù)據(jù)希望對于不確定要選擇專攻哪個領(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(zhuǎn)換而來，僅有大概五分之一來自nuclear fission(核裂變)，剩下的多數(shù)都是靠天然氣和石油發(fā)電。可再生資源的擁護(hù)者相信太陽能和風(fēng)能有一天可以替代大部分現(xiàn)有的發(fā)電廠，而未來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自于礦物燃料(fossil fuel)，剩下的來自核反應(yīng)堆、水力發(fā)電、太陽能和風(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(xiàn)”。
Renewable Energy：人人都知道可再生資源的好處，可是發(fā)展卻沒有人們要求的那么迅猛，因?yàn)榭茖W(xué)家也好，工程師也罷，他們的研究需要巨額的花費(fèi)，而這些花費(fèi)通常需要政府來買單，所以其發(fā)展實(shí)質(zhì)上還受著政府對這方面的關(guān)注度的影響。目前美國電力只有18%的來源是可再生能源，而且多數(shù)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%的車用燃料提供了來源。
Nuclear Power：核能工廠運(yùn)營相對成本較低但是要建立起來并且取得營業(yè)執(zhí)照則很昂貴。核能現(xiàn)在占全世界13%的發(fā)電來源。
2)Manufacturing制造類
為了不斷提高操作效率，機(jī)械工程師會設(shè)計和制造一系列的機(jī)器與系統(tǒng)�？諝馕廴究刂啤⒆詣踊�、物料搬運(yùn)和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)都是專注于制造類的工程師所專注的領(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(jié)構(gòu)和設(shè)備;Mass customization and systems大規(guī)模定制系統(tǒng);Laser welding and joining(fabrication and modeling)激光焊接和連接(制造和建模);Reconfigurable manufacturing可重構(gòu)制造;Laser micromachining激光微加工;Precision manufacturing精密制造;Biomedical devices生物醫(yī)學(xué)設(shè)備;Metal ultra high speed cutting金屬超高速切削;Global health design全球衛(wèi)生設(shè)計;Affordable medical device design負(fù)擔(dān)得起的醫(yī)療設(shè)備設(shè)計;Sustainable machining processes and systems design可持續(xù)的機(jī)器加工和系統(tǒng)設(shè)計。
這個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(jī)相交叉的。比如說在這個大方向下的自動化，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)說過，IE的發(fā)展是來源于ME的，就是為了解決大規(guī)模生產(chǎn)的時候的問題。(這又在某種程度上說明了工科的交叉，當(dāng)然這也是現(xiàn)代學(xué)科發(fā)展的一個趨勢)。一般來說這個方向的學(xué)生都會學(xué)習(xí)：機(jī)械原理，固體力學(xué)等等課程。因?yàn)檫@個專業(yè)方向有個特點(diǎn)，新興方向非常依賴計算機(jī)工具，比如說在設(shè)計東西的時候，需要計算機(jī)輔助，因此它的很多知識與計算機(jī)相交叉。從申請方面來說：由于美國的大專業(yè)制，大部分我們的ME學(xué)生，自動化學(xué)生，車輛工程等大ME類的學(xué)生，以及部分學(xué)習(xí)物理的學(xué)生，都適合學(xué)習(xí)這個方面。
3)Design Mechanics設(shè)計力學(xué)類
該領(lǐng)域主要是設(shè)計消費(fèi)者和工業(yè)界所需的設(shè)備，家用電器、汽車、計算機(jī)硬件、工廠設(shè)備、宇宙飛船、飛機(jī)，所有這些任何需要機(jī)械運(yùn)動的東西，都是由該領(lǐng)域的工程師來設(shè)計的，當(dāng)然很多時候是與其它領(lǐng)域的設(shè)計師一起完成的，比如說計算機(jī)硬件設(shè)計，不僅僅要考慮到工程特性的設(shè)計，如耐用性等，也需要考慮到外觀設(shè)計，而這就需要和計算機(jī)領(lǐng)域的專業(yè)人士一起來完成。其中一個越來越受機(jī)械工程師關(guān)注的領(lǐng)域是醫(yī)學(xué)生物技術(shù)，多數(shù)是做一些生物醫(yī)療器械，而這個方向又跟材料科學(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(tǒng);Smart structures and materials智能結(jié)構(gòu)和材料;Nanoscale systems納米系統(tǒng);Compliant mechanisms柔性結(jié)構(gòu);Multidisciplinary design optimization多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化;Assembly， disassembly and supply chains組裝、拆卸和供應(yīng)鏈;Medical device design醫(yī)學(xué)設(shè)備設(shè)計;Global health design全球衛(wèi)生設(shè)計;Sustainable design of products， processes， and policies可持續(xù)的產(chǎn)品、流程和政策的設(shè)計。
好的設(shè)計工程師要求對客戶需求、服務(wù)環(huán)境、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、材料、生產(chǎn)過程和公差有一個深入的了解。為了使設(shè)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(xí)該領(lǐng)域的申請者對CAD不會陌生，幾乎所有的物理產(chǎn)品和工具是這樣設(shè)計出來的。
在申請的時候，需要具有很強(qiáng)的力學(xué)相關(guān)的知識，以及機(jī)械理論方面的基礎(chǔ)知識(分為整體制造和流程理論兩大分支)，這里又會跟工業(yè)設(shè)計有一些交叉。但是與工業(yè)設(shè)計還是不一樣的。工業(yè)設(shè)計是偏向于藝術(shù)類的專業(yè)，需要申請者有很強(qiáng)的藝術(shù)功底，在申請過程中也需要提交作品集。而在ME里的設(shè)計，并不需要這些條件。因?yàn)樗麄兊腄esign 更多的是可行性的設(shè)計，比如設(shè)計一款手機(jī)的外殼，使用一種材料，是否可以達(dá)到一定的強(qiáng)度以起到保護(hù)手機(jī)的作用，同時厚度又不會太厚。而美觀的設(shè)計那是工業(yè)設(shè)計里需要學(xué)習(xí)的。