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기계공학

last modified: 2015-08-07 10:06:54 Contributors

Mechanical Engineering, 약자는 ME.

Contents

1. 개요
2. 특징
3. 광범위한 연구 분야
4. 대학 생활
5. 취업
6. 개설 과목
6.1. 교양과목
6.2. 4대 역학
6.3. 전공필수
6.4. 전공심화


1. 개요


4대 역학[1] 기초로 하여 기계설비의 설계, 제조, 이용, 조작 등에 관하여 기초적 또는 응용적 분야를 연구하는 공학. 뉴턴역학의 지배를 받는 모든 대상은 기계공학의 범주에 든다고 보아도 좋을만큼 공학에서 가장 넓은 분야를 다루는 학문 중 하나.


2. 특징


기계공학의 가장 큰 특징은 '시스템'을 다룬다는 것에 있다. 이 시스템, 곧 체계라는 것은 63빌딩 수준의 스케일부터 마이크로 스케일까지 다양하게 잡을 수 있으며, 기계공학은 이러한 모든 시스템에서 공통적으로 적용할 수 있는 현상의 분석과 응용에 대해 다루는 학문이다. 유독 기계공학에서 이렇게 '시스템'이 강조되는 건 기계공학이 다루는 대상이 모든 기계 전반이고, 이 기계들의 상당수가 한두 개의 부품으로 이뤄지는 게 아니라 여러 개의 부품이 유기적으로 결합하여 System을 구성해 작동하기 때문. 이 때문에 기계공학은 특정 한두 분야에 집중하여 연구를 하는 다른 공학 분야와 달리, 여러 분야의 연구 성과를 종합하는 것과, 기계의 전반적인 작동 양상 전체를 포괄적으로 다루는 경향이 강하다[2].

공과대학 내 학과 중에서 문과 성향인 학생이 가장 적응하기 어려운 전공이라는 평가가 있다. 토목공학 등과 아무리 비교해도 문과적인 요소가 거의 없기에 그렇다[3].

3. 광범위한 연구 분야


오늘날 기계공학은 공학 전체 영역 가운데 가장 넓은 영역을 차지하고 있으며 기계공학의 활용 범위는 심해에서 지구 바깥까지 이른다.[4]

연구 분야는 기계공학에서 가장 중요한 4대 역학을 기준으로, 고체/동역학을 중요시하는 분야와 유체/열역학을 중요시하는 분야로 나누는 게 일반적이나, 이와 별개로 생산 및 제조에 관련된 사항을 연구 분야로 삼는 경우도 있다. 그러나 어느 세부 분야로 가더라도 4대 역학을 모두 잘 알아야 하고,[5] 인접 공학 분야의 지식도 가져다 써먹어야만 좋은 제품을 만들 수 있는 관계로 자기 이외의 분야의 과목도 잘 알아야 더 좋은 결과를 내놓을 수 있다. 하도 알아야 하는 것이 많다보니 기계공학과 학생들은 '개과' 라고 스스로를 지칭하기도 한다.(기'계'공학'과' → '계과' → '개과', 배울 것이 개같이 많은 과라는 뜻)술을 개처럼 마시는 거 아니었어? 실제로 공부를 해보면 술 마실 시간이 없다. 1학년 때는 개같이 마신다. 하지만 전공으로 들어가면(...) 이러한 관계로, 특히 최근에 들어서는 기계공학도들도 다른 영역의 학문들을 공부하는 경우가 많다. 예를 들면, 생산 및 제조공학의 경우 산업공학의 생산관리 및 품질경영 등의 분야와 연계성이 상당히 높고, 센서, 회로, 반도체 등을 다루기 위해 전자공학을 함께 배우기도 하며, MEMS(Micro Electro-Mechanical System)나 여타 기계의 시뮬레이션을 수행하기 위하여 컴퓨터공학을 공부하기도 한다.[6] 새로운 재료를 적용시키고 이에 맞는 설계를 하기 위해서 재료공학과도 많은 교류가 필요한 학문이다. 최근 들어서는 심지어 생명과학과도 접점이 있다[7].

기계공학이라는 학문 자체가 워낙에 광범위한 탓에 자동차/철도차량, 조선/해양시스템, 항공시스템 분류를 따로 분리해서 자동차공학과, 조선해양공학과, 항공우주공학과가 생기기도 한다. 그래도 기본적인 베이스는 기계공학과라 4대 역학은 당연히 배우게 된다[8]. 그리고 대상만 다를 뿐이지 막상 졸업 후 진로는 기계공학과와 별반 차이가 없다.

어느 공학 분야라고 수학과 물리학이 빠질 리가 없겠지만 기계공학은 학문의 특성상 수학과 물리학을 정말 미치듯이 요구를 많이 한다.괜히 수학물리학을 잘해야 한다는 게 아니다. 줄기차게 반복하는 내용이지만 기계공학이 다루는 분야가 워낙 넓기 때문에, 알아야 할 역학 분야도 그만큼 많고 수학적 지식도 역학 이론과 같이 엮어져 나오기 때문. 덕분인지 공대에서도 기계공학과는 기공학과, 토목공학과와 더불어 보통 여학생이 정말 적은 학과에 속한다.괜히 기게이공학과가 아니다.

4. 대학 생활


적당한 동아리 활동 정도는 그럭저럭 권장할 만하다[9]. 그러나...

기계공학과의 경우 복수전공, 교환학생, 학점교류, 어학연수 등 대외활동이 활성화되어있지 않다. 이는 커리큘럼 자체가 빡세서 그런 것도 있지만 저런 것들 다녀오면 오히려 커리큘럼 자체가 꼬여버린다. 그래서 선배들도 역시 추천하지 않을 것이다. 어느 학교는 유체역학을 2학년 말에 배우는 곳도 있고 3학년 초에 배우는 곳도 있다. 기계공학과의 커리큘럼은 나름 정형화되어있어 저런 것들을 다녀오면 9학기 졸업은 거의 필수가 되어버린다. 학점교류 등으로 얻은 성적은 GPA로 인정되지 않아[10] 전공에 대한 이해도를 제대로 알려주지 못한다는 맹점이 있다. 결론적으로 후술하듯 전문성을 요구하는 학문이라 차라리 들을 거 다 듣고 잘 받자. 실제로 취업시장에서도 문과나 상경계열 같이 다양한 활동보다는 전공에 대한 전문성이 있는 사람을 훨씬 좋아한다. 그래서 기계공학과 학생들은 복수전공 등을 하지 않는 게 좋다.

학부생 기준으로 굳이 공모전 같은 것이 필요하다면 공과대학장이 개최하는 공업수학 경시대회라든지, 아니면 공학부문 우수논문 공모전이나 4학년 논문연구 우수상을 노리는 게 가장 좋다. 보통 공모전이랍시고 많이 나오는 마케팅 관련 공모전은 기계공학 전공자에게는 거의 잉여 스펙이나 똑같다[11]. 이런 마케팅 관련 공모전 같은 건 인터넷 포털 기사로 많이 나오는데 기계공학 전공자에게는 별 필요 없는 경우가 대다수다. 이런 것들을 소개하는 기자 중에서 기계공학 전공자는 거의 없다는 점을 주지하고, 대기업 연구원이나 연구소 고위직, 신임 교수 등 잘나가는 기계과 선배들이 와서 여는 강연회나 교내 리크루팅 좌판 같은 곳을 열심히 다니고 많은 정보를 거기서 얻는 것이 차라리 도움이 된다.

요는, 언론에서 보도되는 대학 생활, 취업 등과 관련된 기사에 나오는 취업준비생 A씨(26)같은 이야기는 기계공학 전공자에게는 해당사항이 아닌 경우가 더 많다는 점이다. 물론 열심히 공부한 사람에 한해서.

5. 취업


상위권 공대의 기계공학과 취업률은 특수한 학과를 제외하면 가히 독보적인 위치에 있다. 머리되고 열심히 노력해서 기계공학과에 무사히 졸업하면 이것 자체로도 좋은 스펙이 된다. 상위권 대학의 기계공학과에서는 3.5/4.5 정도면 충분하다. 오죽 공부 자체가 어려우면 토익 점수대도 문과나 상경계열 졸업자에게 요구하는 것보다 100점 낮아도 충분히 커버된다는 말까지 있다. 그러니 토익은 적당히[12] 받아놓고 전공 성적을 잘 받아보자.

기계공학과 졸업자의 전공 성적은 전문성을 나타내는 확실한 지표가 되므로 양질의 취업 성공률과 상관관계가 굉장히 크다. 4학년 논문연구를 제외한 사실상 모든 과목이 A학점 30% 내외의 상대평가라서 사범대나 문과보다 훨씬 짜게[13] 주지만 회사에서는 기계과 학점 짠 거 다 알고 있다. 즉 같은 학교 내에서도 인문계열 3.7과 기계과 3.7은 천지차이다. 오히려 그래서 교환학생 등에서 불리하게 작용하는 경우도 있지만 전술했듯 기계과에서 교환학생은 사실 별 필요 없다. 아무리 그래도 3.0 밑으로는 난감하지만 전국 어느 4년제 대학이든 기계공학을 전공해서 4.0 넘는 굇수는 자소서 기본만 써도 서류전형 통과는 무난히 할 수 있다. 특히 비수도권 현장직, 대표적으로 한국수력원자력 발전직렬[14]의 경우 지역 충성도가 높은 지방거점 대학의 우수한 졸업생을 선호하므로 해당 지역에서 벗어날 생각이 없다면 굉장히 좋은 테크트리가 완성된다. 삼성그룹 등의 대기업이 지방대 차별을 하지 않는다고 알려져 있는데 이러한 이유가 있기에 가능한 것이다(...)



6. 개설 과목


기계공학과는 그래도 표준화가 많이 된 학문이라 대한민국, 미국, 일본, 중국, 싱가포르, 유럽 등 전 세계 어느 4년제 대학을 가도 전공필수급 과목까지는 거의 똑같다. 심지어 책도 거의 똑같다. 법학이나 사회학처럼 국가별 로컬라이징이 필요하다든가, 인문학이나 의학처럼 가르치는 교수의 성향이 크게 좌우되는 전공은 아니기 때문이다. 과목명 및 학기 분할 여부 등은 다를지언정 배우는 순서는 거의 똑같으며 암기 과목은 기계제조공학이나 열역학 말고는 거의 없다. 이해하기 골이 터지지

6.1. 교양과목


학부/학과에 입학하고 나서 이 과목들을 잘 들어야 이후 진행될 각종 전공 과목을 듣는 게 쉬워진다. 1학년 때부터 공부해야 살아남는 살벌한 학과라 어쩔 수 없다

  • 수학 - 미적분학, 공업수학, 통계학
    고등학교 수준의 수학으로도 어떻게든 벡터 역학의 간단한 문제 정도는 풀어낼 수야 있지만,[15] 그 이상으로 복잡한 수학이 들어가야 하는 전공 심화과정은 고등학교 수학으론 어림도 없다. 아무리 자신이 이전까지 수학을 잘했다고 하더라도 이 과목들을 배울 때는 겸허한 마음으로 멘붕 열심히 잘 들어두자. 일반적으로 가장 중요시되는 과목은 미적분/미분방정식/선형대수학이고, 나머지는 비교적 덜 중요하게 여겨지는 편. [16]
    1학년 때의 미적분학->2학년 때의 공업수학(미분방정식/선형대수학/복소함수/미분기하)->이하 심화 과목 테크트리를 타는 경우가 일반적. 선형대수학, 복소함수론 등을 각각의 개별적 과목으로 듣는 경우는 수학 복수전공생 말고는 드물다.[17] 한편 2학년 때는 4대 역학을 듣는 게 일반적인 커리큘럼이기에 2학년 때는 문자 그대로 시험에 죽어난다고 생각하면 편하다.(...)

  • 물리학 - 일반물리
    여기에서 벡터 역학/열역학/전자기학/파동 이론/상대론과 양자 역학 등에 대한 맛보기 지식을 얻는다. 당장은 쓸모없어 보이나 이 글을 읽는 기계과 위키러가 대학원 및 기타 상위 과정을 필요로 한다면 이 때 맛뵈기로나마 알아둔 지식이 쓸모가 있는 경우가 왕왕 나오니 일단 들어두자. Lagrange나 Hamilton 역학 역시 배워두면 여러모로 쓸모있는 편.

  • 프로그래밍 - C, C++, Java, MATLAB
    역학에서 다루는 수많은 비선형 방정식은 거의 대부분이 얄짤없이 컴퓨터를 동원한 수치해석 내지는 한요소해석 방식으로만 근사해를 내놓을 수 있다. 그러니 그런 계산을 컴퓨터가 할 수 있도록 코드를 짜는 능력은 이제는 무조건 필수적. 실제로 공돌이들이 주로 만지는 것은 사용법이 단순한 MATLAB이지만, 그 MATLAB을 효율적으로 다루기 위해서는 프로그래밍에 대한 감각이 필수적이다. 때문에 1학년 교양강좌 과정에서는 특정 언어 하나를 마스터한다는 생각보다는, 프로그래밍을 효율적으로 하기 위한 소소하면서도 중요한 팁을 익힌다는 생각으로 공부하고 이후 필요할 때 해당 언어를 집중적으로 공부하면 되겠다.

수박 겉핥기 수준도 안 되는 이런 서술만으로도 이미 기계공학이 참 많은 분야를 알아야 한다는 걸 느낄 수 있다(...)

  • 기타
    교육과정과 직결되는 것은 아니지만, 영어일반화학, 일반생물학 등을 가르치는 경우가 많다. 물론 가르치는 과목 외에도 지식이 필요하면 배워야 한다. 가령 석유 플랜트나 내연기관 쪽으로 진로를 준비한다면 당연히 화학공학(특히 화공열역학) 지식이 어느 정도는 필요하고, 이후 연구실에서 반도체를 만지게 된다면 본인의 학과 정체성이 사라질 정도로 회로이론이나 고체물리를 배워야 할 수도 있다.

6.2. 4대 역학


전공의 기초이자 모든 전공과목의 시발점. 기계공학의 알파이자 오메가. 여기서 막히면 다른 전공과목들은 따라가기 힘들다. 그러므로 1학년 때부터 열심히 공부하자. (특히 수학물리학을 중점적으로 공부하자.)

주의할 점이 있다. 타 공과대학 전공, 예를 들면 화학공학과나 건설토목과 등에서 배우는 열역학, 유체역학은 완전히 다른 이야기다. 간혹 학교 전산망에서 동일 과목으로 취급하는 경우도 있으나 심화부분 들어가면 완전히 다른 이야기를 하게 된다. 무조건 기계공학 전공에서 개설되는 과목을 들어야 한다.

  • 벡터 역학 : 한국에서는 보통 역학/역학으로 나눠서 별개의 과목처럼 배우는 과목이나, 외국의 원서 교재들을 유심히 찾아보면 알겠지만 본래 하나의 연계된 과목이다. [18] 기본적으로 뉴턴 역학에 입각해 물체에 가해지는 힘을 벡터로서 표현하는 법과, 그 힘에 의한 물체들의 운동 양상을 분석하는 방법, 좌표의 변화 방법 등에 대해서 배우게 된다. 덤(?)으로 관성 모멘트와 같은 유용한 핵심 개념들에 대해서도 같이 배우는 과목이므로 열심히 수강하자. [19]

  • 열역학 : 열역학 1/2법칙, 엔진 사이클 등에 대해서 배운다. 재료/화학공학이나 물리학과의 열역학과는 이름만 같을 뿐 사실상 배우는 내용은 딴판인데, 이는 화공과의 열역학의 경우 온도 변화에 의한 화학 반응의 양상에 대해 중점적으로 배우고 물리과의 열역학은 계의 각각 입자의 움직임을 통계론적으로 해석하는 반면[20] 기계과의 열역학은 그 열에너지가 엔진 등을 비롯한 각종 기관에서 어떻게 전달되고 사용되는지에 대해서 분석하는 법을 배우기 때문이다. 4대 역학 중에서 "그래프/도표 읽기"가 문제풀이에 차지하는 비중이 제일 크고 몇몇 챕터를 제외하면 비교적 계산 자체는 간단한 편이라 그나마 제일 쉬운 과목으로 평가받는다. 그리고 열전달 과목에서 제대로 멘붕하게 된다 사실 기계공학에서 알게 모르게 큰 비중을 차지하는 과목으로, 기계공학의 가장 핵심적인 개념인 'System'과, 이 'System'을 편리하게 분석하기 위한 가상의 개념인 검사 체적(Control Volume)에 대해서 이 과목을 통해 감을 잡게 되기 때문. 유체역학 또한 이 두 개념을 공부할 수 있는 분야이지만 이쪽은 과목 난이도 자체가 차원이 달라 이런 걸 신경쓰기 힘들다(...)

  • 고체역학 : 료역학으로도 불린다. 벡터 역학에서 배우는 물체는 강체(외력에 의해 형상이 바뀌지 않는 물체)이나, 이 과목에서부터 외력에 의해 물체의 형상이 어떻게 바뀌는지에 대해 분석하는 법을 배운다. 한마디로 '변형'을 고려하는 역학.[21] 이 과목의 핵심인 stress/strain 개념은 이후 재료과학과 같은 고체재료 관련 분야에서는 매우 핵심적인 개념이며, 심지어는 유체역학에서조차 비슷한 개념이 등장하니 기계공학을 공부하는 사람이라면 꼭 이해하고 넘어가야 한다. 고체물리학과는 매우매우 다르니 유의

  • 유체역학 : 문자 그대로 유체의 운동을 분석하는 학문. 열역학과 마찬가지로 System/검사체적의 개념이 사용되며 분석 방식도 비교적 비슷하나, 열역학과는 비교도 할 수 없는 복잡다단한 식들이 넘쳐나기 때문에[22] 이들 공식에 질려 포기하곤 하는 공돌이들이 많다고 한다. 특히 난류에 대해 다루는 후반부는 기초 전공과목 중에서 열전달과 더불어 최상급의 난이도로 여겨진다. 그러나 기계공학의 많은 하위분야가 그렇듯 어느 한 쪽만 배우면 현장에서 적응하기 힘들어지므로, 이 부분도 잘 배워두자.

6.3. 전공필수

기계공학 전공자로서 위의 4대역학과 함께 접하는 필수적인 분야들. 학교에 따라 필수 과목으로 지정되지 않은 경우도 간혹 있으나, 어지간한 경우에는 교수나 선배들이 그 중요성을 미리미리 홍보해두기 때문에 그리고 졸업 후 성적표에 이 과목들의 이수 여부가 다 뜨기 때문에 웬만하면 다 들어두는 것이 이롭다. 다시한번 이야기하지만 기계공학은 세계적으로 커리큘럼 정형화가 가장 잘 된 학문 중 하나다. 전공필수 또는 전공핵심 등의 명칭이 붙어 있다.

  • 기계제조공학 : 실제 제품을 만드는 공정에서 사용되는 제조 기술에 대해서 배우는 과목이다. 주조, 단조, 압연, 압출, 절삭, 연삭, 밀링 등의 기본적인 제조 기술들을 배운다. 선반이나 공작기계를 이용하여 실제 금속을 깎으며 제품을 만드는 실습과정이 과목 내에 붙어있거나 별도의 실험 과목으로 개설되어 있기도 하다. 기계과 전공치고는 단순암기가 많은 과목이다.
  • 기계제도 : 고등학교 기술 시간에도 보았던 도면을 그리는/읽는 법을 배운다. 요즘은 손으로 도면을 그리는 일은 많지 않기에, CAD 프로그램[23]을 사용하는 법을 배운다. 덕분에 과목 이름도 통상 전산제도, 혹은 CAD/CAM 등으로 통칭되는 편.
  • 기계요소 : 나사, 기어, 동력축 등의 기계요소를 다룬다. 주로 전체 기계에서 각각의 요소에 작용하는 힘을 분석하고 그 힘을 각 기계요소가 버틸 수가 있는지를 판단하는 방법을 배우며, 유한요소 등의 컴퓨터를 활용한 분석법이 점점 늘어나면서 컴퓨터를 통해 이러한 분석을 수행하는 방법도 같이 배운다. 초반부에선 고체역학의 심화를 배우기에 시험을 closed book 형태로 치르고 후반부에서 실제 기계요소의 적용법을 배우며 기계요소를 적용하는 추론방법을 배우게 되고 수많은 도표를 해석해야 하기에 이쪽은 open book으로 치른다. 오픈북 시험이 뭐냐면, 제한된 시간에 확실하게 추론하는 능력을 테스트하는 시험이다. 기술고시의 핵심 과목이기도 하다.
  • 기계재료학 : 이 과목에서는 제조 공정에서 사용되는 금속, 비금속 등의 여러가지 재료들의 종류 및 특성에 대하여 공부하는데, 아무래도 재료에 대한 지식을 쌓는 과목이다 보니 재료공학의 영역인 재료의 분자구조, 상변화 등 여러가지 성질에 대해 공부하기 때문에, 1학년 때 어쩔 수 없이 배워 두었던 화학 과목의 지식이 꽤나 유용하게 쓰일 수 있다. 기계제조공학 과목과 연계성이 높아서 학교에 따라서는 선수강필수로 지정하기도 한다.
  • 열전달: 열역학의 하위 과목이자 심화 과목으로, 열 전달 현상인 전도/대류/복사에 대해서 자세히 배운다. 유체역학과 열역학의 조합으로 인해 양 과목의 단점만이 합쳐져 학부생들에겐 지옥의 과목으로 통칭되나, 모든 기계의 설계 및 분석에 열 관련 분석이 빠질 수가 없고 그러한 열 관련 분석의 태반은 열전달 양상 분석임을 명심하자. 고로 얌전히 열전달 듣고 멘붕하자 시간이 부족하면 복사 부분은 잘 안 배우는데, 사실 복사의 경우는 기계공학보다는 전자공학(특히 통신 분야)에서 더 많이 쓰이기 때문. 대류 부분은 사실 다같이 어려워하므로, 전도 부분인 중간고사만 압도적으로 잘 치르어도 B+ 이상의 고학점 획득이 가능하다.
  • 자동제어 : 제어하고자 하는 물체의 운동 방정식에 열심히 라플라스 변환을 하여 단순한 게이지값 조정만으로도 제어를 수행하기 편리한 상태를 만들어내는 과목.[24] 로봇뿐만이 아니라 각종 자동기계에 필수적인 정밀 제어를 위해서는 꼭 필요한 과목이다. 복소함수론을 배워두면 개념을 이해하는 것이 보다 편하며, Matlab을 열심히 사용하는 과목이기도 하다.
  • 기계진동학 : 시스템에 가해지는 외력 및 물체의 형상 등의 요소로 인해 발생하는 진동에 대해 분석하고, 이들 진동을 일정 수준 이하로 제어하는 방법에 대해 배우는 과목이다. 대학의 동역학 교과서 마지막 장에도 맛뵈기로 나오며, 진동공학에서 주로 사용하는 2계 미분방정식은 워낙 유명한 방정식이라 공업수학 등에서도 나오므로 이론 자체는 해당 과목 교과서의 해당 부분만 잘 봐도 어느 정도는 알고 갈 수 있으나, 그 진동을 제어하는 방법을 알기 위해선 이 진동공학 과목을 수강하지 않으면 안 된다. 흔히 단진동이라고 부르는 것부터 시작하여 감쇠진동, Multi-Degree System, Continuous System 등을 통해 나중에는 파동방정식에 이르게 된다. 위의 제어를 배우기 전에 배워두면 상대적으로 제어를 편하게 들을 수 있다.[25] 위의 자동제어 과목과 같이 MATLAB을 열심히 사용하게 될 텐데, 간단한 2계 방정식이야 온갖 더러운 수식을 동원하면 풀 수 있지만 다자유도 시스템을 다루게 되는 순간 손으로는 죽어도 풀고 싶지 않은(그리고 컴퓨터로 풀면 순식간에 풀리는) 문제들이 나오기 때문.
  • 기계설계 : 실제 제품을 설계하는 과정에서 생기는 문제들을 배우며, 그 동안 배운 지식들을 총동원하게 된다. 위의 기계요소와 연계하여 배우기도 하며, Daguchi Method와 같은 공학적인 설계 방식을 다루기도 한다. 여담으로, 여기에서 한 때 KAIST 총장이었던 서남표 박사의 이름을 볼 수 있다.[26] 학교에 따라서는 팀을 짜서 실제 제품을 설계하고 제작하는 프로젝트를 수행하기도 한다. 이 과정에서 자신들이 그 동안 배운 전공 지식들을 총동원해야 하며, 실제 설계와 제작 과정에서 겪는 어려움(그리고 조별과제가 갖는 어려움)을 직접 체험할 수 있다. 학부 기계공학의 진정한 끝판왕이라고 할 수 있다. 공업수학 한글판에는 없고 원서에만 있는 부분을 더 심화해서 배우는 곳이며, 사실 이분법이나 시행착오법과 같은 노가다성 방법 대신 수학적으로 시간을 단축시켜 주는 획기적인 방법을 배우게 된다.

6.4. 전공심화

보통 학부 고학년 과정이나 대학원 과정에서 배우는 과목들. 대학원에 진학하게 되면 위에서 설명한 과목들을 보다 심화시켜 배우는 경우도 많다. 기공과 학생들 다죽겠다 이놈들아!

  • 연속체역학 : 무한히 확대해도 그 성질이 일정한 물질을 통칭하는 연속체(Continum)에 공통적으로 작용할 수 있는 역학을 다루는 과목. 기계공학에서 다루는 고체와 유체 모두 대부분 연속체로 가정할 수 있으므로, 사실상 기계공학에서 주로 쓰는 역학들을 기초부터 재구축하는 과목이라고 봐도 무방하다. 학부 시절과 달리 index notation으로 표현되는 텐서의 향연이 펼쳐지며, 대부분의 역학적 표현들을 텐서의 언어를 통해 보다 엄밀하게 정의하고 재구축하게 된다.
  • 계측공학 : 실험이나 측정에 대한 여러 통계적인 방법들과, 센서에 대해 중심적으로 배운다.
  • 트랜스듀서이론 : 센서, 액츄에이터 등을 포함하는 개념인 트랜스듀서(Transducer)에 대해 배우고 이를 모델링하는 방법을 배우는 과목. 현대의 기계들에서 많이 쓰이는 압전소자 등과 같이 여러 종류의(이 경우는 전기/기계) 물리 현상이 겹쳐져 있는 System을 다루는 방식을 배울 수 있다.
  • 공기역학 : 유체역학의 하위 혹은 심화 과목. 비행기, 자동차 등에 걸리는 공기 저항과, 그러한 저항을 최소화할 수 있는 방법에 대해 배우는 학문이다. 학부 수준의 유체역학과 달리 '압축성 유체'를 주로 다루게 된다는 것이 가장 큰 차이.
  • 공작기계 : 기계제조공학 과목과 연계되는 심화과목. 제조 공정에 사용되는 공작기계의 종류 및 작동 원리, 기계적 거동 분석 및 제어, 그리고 공작기계의 설계 방법 등을 기본적으로 배우며, 자동화 시스템에서 중요시 되는 수치제어(NC) 및 PLC 프로그래밍 등도 배우게 된다. 학부과정에서는 보통 4학년 전공 심화 과목으로 개설되지만, 제조공학 분야 특성상 타분야들에 비해 학생들의 선호도가 별로 높지 않아 수강률이 저조한지 몰라도 의외로 학부과정에 이 과목을 개설하지 않는 학교들이 제법 많다.
  • 기구학 : 동역학의 하위 내지는 심화 과목으로, 기계의 동작 양상에 대한 것을 중점적으로 다루는 과목. 링크(막대), 관절, 캠 등을 어떻게 배치하는가를 다룬다. 각종 기계 설계와 연계되는 것은 물론이다. 로봇공학과 연결되는 과목.
  • 내연기관 : 엔진 중에서도 엔진 내부에서 연소 반응이 일어나는 기관을 분석한다. 현대의 대부분의 엔진은 엔진 내부의 연소실에서 연소 반응이 일어나 작동하는 기관이므로 내연기관의 분석 분야.
  • 냉동공조 : 열역학/열전달의 심화 과정으로, 보일러/에어컨/냉장고 등 열을 전달하는 기계의 작동 양상에 대해 집중적으로 배운다.
  • 로봇공학 : 위에서 언급한 자동제어 과목의 심화판이자, 우주항공공학과 더불어 기계공학 분야의 최종보스. 모든 역학 분야에 문자 그대로 통달해야 하며[27], 여기다가 자동제어만 합쳐져도 학생들의 멘탈이 무너져내린다. 여기다가 인공지능 분야까지 들어가게 되면...(...)
  • 소성역학 : 외력에 의해 물체가 영구적으로 변형되는 '소성 변화'를 포함하는 고체역학.
  • 수치해석 : 여기서 공대생들의 영원한 친구 MATLAB을 만난다. 자세한 내용은 항목 참조. 간혹 위의 전공필수에 들어가는 경우도 있다.
  • 연소학
  • 열동력
  • 유체기계 : 압축기, 터빈 등 유체를 통해 동작하거나, 유체 속에서 동작해야 하는 기계를 다루는 과목. 웬만하면 듣지마라
  • 유한요소해석(FEM) : 편미분방정식 중에서 몇 가지의 선형 편미분방정식은 해를 그런대로 구할 수 있으나, 비선형 편미분방정식은 정말 구할 수 있는 방법이 없다시피하다. 게다가 대부분의 해석 이론은 단순한 형상의 물체를 상정하고 해석 이론을 구축하였는데 알다시피 현실의 기계는 형상이 제각각이다(...) 이런 상황을 타개하기 위해 도입된 것이 바로 이 유한요소해석
    유한요소해석은 이름 그대로, 분석하고자 하는 물체/시스템을 수백 수천 수억개의 작은 격자로 나누고, 각각의 격자에 걸리는 외력/유체유동/열유동 등을 간단한 연립 선형방정식으로 바꿔버린다. 이후 이 무식한 크기의 행렬을, 선형대수학의 기법을 통해 적절한 근사해를 구하는 방법. 오늘날의 컴퓨터가 1000만x1000만짜리의 초대형 행렬을 다룰 수 있도록 발전된 덕분에 크게 발달하고 있는 분야로, 이미 각종 공학 시뮬레이션의 필수요소가 되었다. 손으로 계산하는 내용은 거의 없는 분야이기 때문에 어떤 식으로 해석하는지에 대한 감을 제대로 잡고 시뮬레이션 코드를 짤 수 있는지가 중요한 과목. 다만 이 과목을 제대로 이해하고 싶다면 편미분방정식과 선형대수학에 대한 깊은 이해가 필요하고, 이를 잘 알수록 보다 많은 것을 얻어갈 수 있는 과목이다.
  • 자동차공학 : 엔진, 타이어, 핸들의 작동방식 등 자동차에 대한 전반적인 지식을 다룬다.
  • 초소형 기전공학(MEMS) : 각종 장비들이 초박형, 초소형화 되어가는 트렌드에 따라 이들을 만들 수 있는 마이크로미터[28] 초정밀 제조 공정과 관련된 기술들을 배운다. MEMS는 Micro-Electro-Mechanical-System의 약자로서 기계장치를 기반으로 하되 전자장비의 정밀한 제어와 해상력이 동반되어야 하는 초정밀 복합 시스템이다. Photolithograpy와 같은 반도체 제조의 핵심 공정들에 대해 주로 배우고, 물리 현상이 Scale에 따라 어떤 식으로 변하는 지를 배우며[29], 결정(Crystal)과 같은 재료공학 쪽 이론들도 배우게 된다.
  • 피로/파괴역학 : 재료가 여러 상황에서 파괴되는 현상을 다루고(피로파괴도 그 중 하나), 이를 감지하고 예방할 수 있도록 System을 설계하는 방법을 배우는 과목. 고체역학이나 기계설계 쪽에서 맛보기로 잠깐 이 쪽 내용이 나온다.
  • 음향학 : 진동공학에서 맛보기로 다룬 '음향'을 본격적으로 다루는 과목. 파동방정식에서 출발하여 주로 음파에 대해 다루게 되며, 과목 이름만 들으면 별로 안 그럴 것 같지만, 열역학이나 유체역학 쪽 지식이 생각 이상으로 많이 필요하다.
  • 전산유체역학(CFD) : 유체역학의 유동은 대단히 분석하기 힘들기 때문에, 컴퓨터를 통해 적절한 근사해를 내놓는 방법이 필요하다. 때문에 본 과목이 도입되었다. 위의 FEM과 다른 FDM(Finite Difference Method)를 배우며, 요즘은 실제 연구 환경에서 사용률이 높아진 FVM(Finite Volume Method)를 배우는 경우도 많아졌다.
  • 이상유동(Two-Phase Flow) : 간단하게 말해서 상변화(주로 액체/기체)를 포함하는 열역학/유체역학.
  • 생체모방공학(Biomimetics) : 생물의 구조나 기능을 MEMS 기법을 이용해 모사하고, 이를 응용하는 분야인데, 주로 MEMS나 유체역학 중에서도 마이크로 유체역학과 많은 관련이 있다. 실제로 연구하는 방법은 위의 두 학문과 비슷하다.
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  • [1] 보통 사람들은 기계공학이 단순히 기계에만 관련된 학문으로 알고 있는데, 이런 오해는 'Mechanical Engineering'을 '기계공학'으로 번역해 발생하게 되었다.'Mechanical'은 역학의 의미를 갖는 'Mechanics'의 형용사이므로 기계를 의미하는 'Machine'과는 뜻이 완전히 다르다. 따라서 단순히 기계만 파고드는 학문이 아닌 전체적인 부분을 아우르는 학문이라고 봐도 무방하다.
  • [2]양자역학이나 화학 반응, 상대성 이론과 같이 특수한 경우에만 그 효과를 고려해야 하는 학문들에 대해서는 그러한 효과가 중심이 되는 규모의 시스템을 분석할 때 이외에는 다루지 않는다. 물론, 이러한 특수한 시스템을 다루게 된다면 이 분야를 따로 공부해야 한다.
  • [3] 토목공학은 지리학의 일부 내용과 겹치기에 그렇다.
  • [4] 결코 다른 공학 분야가 기계공학보다 못해서가 아니라, 앞서도 계속 언급했듯이 (기계공학이 특정 분야를 전문적으로 연구하는 학문이 아닌) 모든 분야를 포괄적으로 다루는 학문이라서 그렇다.
  • [5] 자동차나 로봇, 선박 같은 대표적인 기계들만 놓고 봐도, 고체/동역학 부분에 대한 연구와 유체/열역학 부분에 대한 연구가 합쳐져야만 제대로 작동한다. 자동차나 선박이야 연료나 사용 환경을 생각하면 당연하고, 유체와는 별 상관없어 보이는 로봇 분야에서도 산업용 로봇 매니퓰레이터가 모터 이외에도 유압 액추에이터를 사용하는 등 유체/열역학적 지식이 필요하다.
  • [6] 흔히 기계공학의 영역으로 알려져 있는 로봇은 사실 기계공학 + 전자공학 + 컴퓨터공학이라고 할 수 있다. 뼈대/근육/피부=기계공학, 혈관/신경/감각기관=전자공학, 두뇌=컴퓨터공학
  • [7] 의공학, Bio-MEMS 등이 대표적인 사례. 그리고 미래에 사이보그가 보편화된다면 이러한 접점은 더더욱 늘어날 것이다
  • [8] 그래서 '기계자동차공학부'나 '기계항공공학부'라는 이름의 학부가 많다.
  • [9] 원래 단합이 안 되기로 유명한 기계과의 경우 타 학과에 비해 동아리를 많이 들기도 한다. 만약에 공부에 찌들려 과 생활을 정말 하기 싫다면 오히려 동아리에 드는 게 정신건강에 이로울 수도 있다.
  • [10] 이수여부만 인정되지 4.5 또는 4.3 만점의 GPA에 가산되지 않는다.
  • [11] 차라리 인문대, 사회대, 상경대, 간혹 법정대 등 문과계열에서는 하는 것이 좋다. 기업체들도 유통 및 서비스 관련 업종이라 기계공학과와는 거리가 먼 업종이 많으며 굳이 10대 대기업 중에서 제조업 비중이 낮은 곳으로 실명을 밝히자면 롯데그룹, CJ그룹 등이다. 비유하면 화장품 파는 영업사원이 유체역학을 배우겠다고 나서는 것과 같다.
  • [12] 연고대, 서성한급 학부 출신 기준, 대기업 취업하는데 800점, 토익 스피킹 레벨 6 정도만 받아도 영어성적 낮다고 욕먹을 일은 절대 없다. 오히려 기계공학과 졸업자에게는 "정말 영어 잘한다."는 반응이 대부분이다. 반면에 문과나 상경계열 졸업자에게는 토익 900점, 스피킹 7 이상 받아도 "당연히 그 정도는 받아야지"라는 반응이 나온다. 단 영어만 잘하고 전공 성적이 낮으면 반응이 좋지 않을 것이다.
  • [13] 공시자료를 보면 A학점 비율, A+B학점 비율이 가장 낮은 과는 대부분 의학과와 기계공학과 차지다.
  • [14] 원자력 발전소가 어디 붙어 있나 생각해 보자. 오히려 이직률이 높은 인서울 출신을 잘 안 뽑을 정도다.
  • [15] 사실 간단한 문제라고 해도 3차원으로 들어가는 순간 죽어도 고등학교 수학 수준으로는 무리다. 3차원으로 들어가는 순간 힘 벡터의 행렬식(선형대수식)이 3*3 이상의 크기로 늘어나는데 고등학교 수학을 보면 알겠지만 고등학교 수학에서 가르쳐 주는 행렬은 2*2 행렬이 끝.
  • [16] 물론 각 항목을 본 위키나 구글 등으로 검색해 보면 알겠지만 다들 실제 공학 문제를 푸는 데 어마어마하게 중요한 Tool들이다. 다만 미분방정식과 선형대수가 워낙 대표적인 툴이라 다소 가려지는 것뿐.
  • [17] 포스텍의 경우는 예외적으로, 공업수학 과목이 아예 없고 수학과에서 열리는 해당 과목들을 듣게 된다. 미적분학/응용선형대수는 1학년 기초필수로 듣고, 미분방정식과 복소함수론을 2학년 때 전공필수로 듣게 된다. 다만 이는 기계과만의 현상은 아니기 때문에 수학과에서도 미분방정식 정도는 비수학과를 위한 분반을 따로 편성하곤 한다.
  • [18] 한국의 경우 정역학 쪽은 깍두기입문과목 격으로 여겨지고, 4대 역학의 한 축으로서 동역학만을 끼워 주는 게 대세. 사실 정역학의 경우는 특성상 재료역학을 위한 워밍업도 되기에 그쪽과 얽혀 출판되는 교과서도 상당하다. 실제로 운동을 연구하는 모든 물리학 분야를 볼 땐 유체정역학의 경우 이미 연구가 거의 끝났다고 볼 수 있는 상태. 유체동역학이 사람 골 때리게 만드는 주원인이다.
  • [19] 좀 더 고급 과정으로 가면 라그랑주/해밀턴 역학 및 그 응용에 대해 배울 수도 있다. 해당 역학 이론은 출발점인 변분법 과정부터 복잡다단한 편미분 수식을 조작해야 하는 등 상당히 까다로운 이론이지만 여러 개의 물체가 연결된 시스템을 해석할 땐 뉴턴 방법보다 라그랑주 방법이 훨씬 유용하니 해당 분야로 진출하려면 배워두는 게 좋다.물론 수강생 입장에선 드롭하고 싶은 충동이 무지하게 든다 통상 이 역학 이론은 일반적인 기초 벡터역학 교과서엔 나오지 않고, 물리학과 고학년을 위한 일반역학 교과서 등에 나오고 강의 또한 물리학과 쪽에서 개설하니 관심 있는 위키러는 참고할 것.
  • [20] 그래서 물리학과의 열역학은 계역학이라고도 한다
  • [21] 단, 학부에서는 탄성변형만을 다룬다.
  • [22] 유체역학의 핵심 방정식인 비에 스톡스 방정식이 하필이면 미분방정식 중에서 가장 어려운 축에 끼는 방정식인 탓에(밀레니엄 문제에 괜히 포함되는 게 아니다! 자세한 내용은 항목 참조), 이를 보완하기 위해 보기만 해도 역겨움이 치밀어오르는 각종 실험식들이 엄청나게 많기 때문. 거기다가 봐야 할 그래프들도 엄청나게 많다.
  • [23] AutoCAD, CATIA, Solidworks, ProE 등등
  • [24] 그러나 이것은 학부 레벨에서 사용되는 PID 컨트롤러의 경우. SMC를 비롯한 최근에 개발된 고성능 컨트롤러들은 라플라스 변환을 하는 방식으로 시스템을 설계하지 않는다. 그러나 그렇다고 라플라스 변환을 무시하지는 말자. SMC 등의 신형 컨트롤 이론은 주로 로봇 제어와 같은 비선형 시스템을 위한 고급 이론이고, 아직도 현장에서는 PID가 유용하게 사용되기 때문이다.
  • [25] 학부 레벨의 제어는 진동학에서 죽어라 배우는 2계 미분방정식으로 표현되는 System을 기초로 하고 있다.
  • [26] 서남표 박사는 Axiomatic Design이라는 설계 이론을 고안하였다
  • [27] 메인 분야인 동역학 쪽만 가도 연결된 강체 시스템의 운동양상 전체를 분석해야 하기에 라그랑주 역학이 소환되어야 한다! 위의 4대역학 항목에서 언급했듯이 이건 기초 벡터역학 교과서에선 아예 가르치지도 않는다(...)
  • [28] 백만분의일 미터 단위로 머리카락보다 얇은 단위다.
  • [29] 대표적인 예로 마이크로 미터 스케일에서는 현실에서는 무시하기 쉬운 정전기력과 표면장력이 엄청나게 중요해지며, 경우에 따라 중력의 영향은 거의 무시할 수 있을 정도가 된다.