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産業生産工学( IPE ) は、製造技術、工学科学、経営科学、複雑なプロセス、システム、組織の最適化を含む学際的な工学分野です。製造プロセスと生産方法における工学的手順の理解と適用に関係しています。[ 1 ]産業工学は、1700 年代にアダム・スミス卿、ヘンリー・フォード、イーライ・ホイットニー、フランク・ギルブレスとリリアン・ギルブレス、ヘンリー・ガント、FW テイラーなどによって始められた産業革命まで遡ります。1970 年代以降、産業生産工学は世界的に発展し、自動化とロボット工学が広く使用されるようになりました。産業生産工学には、機械工学(生産工学の起源)、産業工学、経営科学の3 つの分野が含まれます。
目的は、効率性を向上させ、製造、品質管理の有効性を高め、コストを削減しながら、製品をより魅力的で市場性のあるものにすることです。 工業工学は、人、お金、知識、情報、設備、エネルギー、材料の統合システムの開発、改善、実装、および分析と合成に関係しています。 IPE の原則には、数学、物理、社会科学、および工学設計の方法が含まれており、現在存在するか開発中のシステムまたはプロセスから得られる結果を特定、予測、評価します。[ 2 ]生産工学の目標は、生産プロセスを最もスムーズで、最も賢明で、最も経済的な方法で完了することです。 生産工学は、製造工学および工業工学と大きく重複しています。[ 3 ]生産工学の概念は、製造工学と互換性があります。
教育に関しては、学部生は通常、物理学、数学（微積分、線形解析、微分方程式）、コンピュータサイエンス、化学などのコースから始めます。学部生は、学部生活の後期に、生産および在庫スケジューリング、プロセス管理、CAD/CAM製造、人間工学などのより専門的なコースを受講します。世界のいくつかの地域では、大学が産業および生産工学の学士号を提供しています。ただし、米国のほとんどの大学では、これらは別々に提供されています。産業および生産エンジニアがたどることができるさまざまなキャリアパスには、プラントエンジニア、製造エンジニア、品質エンジニア、プロセスエンジニア、産業マネージャー、プロジェクト管理、製造、生産および流通などがあります。産業および生産エンジニアとして人々がたどることができるさまざまなキャリアパスの中で、ほとんどの人が少なくとも5万ドルの初任給を得ています。
産業工学という職業の起源は産業革命に遡ります。飛杼、ジェニー紡績機、そしておそらく最も重要な蒸気機関など、繊維産業における従来の手作業を機械化するのに役立った技術は、規模の経済を生み出し、初めて集中した場所での大量生産を魅力的なものにしました。生産システムの概念は、これらの革新によって作られた工場で誕生しました。 [ 4 ]
アダム・スミスが著書『国富論』で提唱した分業の概念と資本主義の「見えざる手」は、産業革命の多くの技術革新者たちが工場システムを確立し、導入する動機となった。ジェームズ・ワットとマシュー・ボールトンの努力により、世界初の統合型機械製造施設が実現し、無駄を削減し生産性を向上させるためのコスト管理システムや、職人のための技能訓練制度といった概念が導入された。[ 4 ]
チャールズ・バベッジは、 1800年代初頭にイギリスとアメリカの工場を訪れた結果として執筆した著書『機械と製造業の経済性について』で紹介した概念により、産業工学と結びつくようになりました。この本には、特定の作業を実行するのに必要な時間、作業をより小さく詳細度の低い要素に細分化することの効果、反復作業から得られる利点などの主題が含まれています。[ 4 ]
イーライ・ホイットニーとシメオン・ノースは、米国政府向けのマスケット銃とピストルの製造において、互換性のある部品という概念の実現可能性を証明した。このシステムでは、個々の部品が公差内で大量生産され、あらゆる完成品に使用できるようになった。その結果、専門労働者の技能の必要性が大幅に減少し、最終的には後に研究される産業環境へとつながった。[ 4 ]
1960年から1975年にかけて、資材所要量計画（MRP）などのサプライチェーンにおける意思決定支援システムが開発されたことで、産業組織におけるタイミングの問題（在庫、生産、配合、輸送など）が重視されるようになった。イスラエルの科学者であるジェイコブ・ルビノヴィッツ博士は、1976年にIAIとControl-Data（イスラエル）で開発されたCMMSプログラムを南アフリカおよび世界各地に導入した。[ 5 ]
1970年代、カイゼンやカンバンといった日本の経営理論が浸透したことで、日本は非常に高いレベルの品質と生産性を実現しました。これらの理論は、品質、納期、柔軟性といった問題を改善しました。欧米の企業はカイゼンの大きな影響を認識し、独自の継続的改善プログラムを導入し始めました。[ 5 ]
1990年代には、グローバル産業のグローバル化プロセスに伴い、サプライチェーンマネジメントと顧客志向のビジネスプロセス設計が重視されるようになった。イスラエルの科学者エリヤフ・M・ゴールドラット（1985）によって開発された制約理論も、この分野における重要なマイルストーンである。[ 5 ]
現代の製造工学の研究には、製品の構成部品の製造と統合に必要なすべての中間工程が含まれる。
半導体メーカーや鉄鋼メーカーなど一部の業界では、これらの工程を「製造」と呼んでいます。
自動化は、機械加工や溶接など、製造のさまざまなプロセスで使用されています。自動化された製造とは、工場で製品を生産するために自動化を適用することを指します。製造プロセスにおける自動化された製造の主な利点は、自動化を効果的に導入することで実現され、一貫性と品質の向上、リードタイムの短縮、生産の簡素化、取り扱いの削減、ワークフローの改善、および従業員の士気の向上などが含まれます。[ 6 ]
ロボット工学とは、メカトロニクスと自動化を応用してロボットを作成する学問であり、製造業では危険、不快、または反復的な作業を行うためにロボットがよく使用されます。これらのロボットは形状やサイズは様々ですが、すべて事前にプログラムされており、物理的に外界と相互作用します。ロボットを作成するために、エンジニアは通常、運動学（ロボットの可動範囲を決定するため）と力学（ロボット内部の応力を決定するため）を利用します。ロボットは製造工学で広く使用されています。[ 7 ]
ロボットは、企業が人件費を削減し、人間が経済的に行うには危険すぎる、あるいは精密すぎる作業を実行し、品質を向上させることを可能にする。多くの企業がロボットによる組立ラインを採用しており、一部の工場はロボット化が進み、自律的に稼働している。工場以外では、爆弾処理、宇宙探査、その他多くの分野でロボットが活用されている。ロボットは、さまざまな家庭用アプリケーション向けにも販売されている。[ 7 ]
工業工学は、物事をより良く製造または行う方法を考える工学の一分野です。工業エンジニアは、生産コストの削減、効率の向上、製品とサービスの品質の向上、労働者の健康と安全の確保、環境の保護、政府規制の遵守に関心を持っています。[ 8 ]
産業エンジニアが携わる様々な分野やテーマには、以下のようなものがあります。
産業工学が活用される例としては、フロープロセスチャート、プロセス マッピング、組立作業ステーションの設計、さまざまな運用ロジスティクスの戦略策定、効率化専門家としてのコンサルティング、銀行向けの新しい金融アルゴリズムや融資システムの開発、病院における業務や救急室の場所や使用状況の合理化、資材や製品の複雑な流通計画（サプライチェーン管理と呼ばれる）の策定、銀行、病院、テーマパークでの行列（待ち行列）の短縮などが挙げられる。 [ 25 ]
現代の産業エンジニアは、通常、あらかじめ定められた動作時間システム、コンピュータシミュレーション（特に離散イベントシミュレーション）、および数理最適化や待ち行列理論などのモデリングのための広範な数学的ツール、システム分析、評価、最適化のための計算手法を使用します。産業エンジニアは、これらの分野とこの分野との強い関連性、および産業エンジニアに求められる同様の技術的背景（確率論、線形代数、統計学の確固たる基礎、コーディングスキルを含む）のため、データサイエンスと機械学習のツールも業務で使用します。 [ 5 ]
製造工学は、中核となる産業工学と機械工学のスキルに基づいており、メカトロニクス、商業、経済学、経営管理からの重要な要素を追加しています。[ 26 ]この分野では、物理学の原理と製造システム研究の結果を適用して、高品質の製品（最適な費用で）を生産するためのさまざまな設備とシステムの統合も扱っています。[ 27 ]例えば、次のようになります。
製造エンジニアは、物理的な製品、生産プロセス、および技術を開発・創造します。これは製品の設計と開発を含む非常に幅広い分野です。製造工学は、産業工学／システム工学のサブ分野とみなされており、機械工学と非常に強い重複があります。製造エンジニアの成功または失敗は、技術の進歩とイノベーションの普及に直接影響を与えます。この製造工学の分野は、20世紀初頭に金型分野から生まれました。1960年代以降、工業化された国々が以下のような工場を導入したことで、大きく発展しました。
2．高度な統計的手法を用いた品質管理：これらの工場は、アメリカの電気技師ウィリアム・エドワーズ・デミングによって開拓されましたが、当初は母国アメリカでは無視されていました。しかし、同じ品質管理手法によって、日本の工場は後にコスト効率と生産品質において世界をリードする存在へと成長しました。
3. 1970年代後半に導入された工場現場の産業用ロボット：これらのコンピュータ制御の溶接アームとグリッパーは、自動車のドアを取り付けるなどの単純な作業を24時間体制で迅速かつ完璧に実行できた。これによりコストが削減され、生産速度が向上した。[ 29 ]
米国では、学部課程で取得できる学位は、工業工学（IE）の理学士（BS）または理学・工学士（BSE）です。名称のバリエーションとして、工業・オペレーション工学（IOE）や工業・システム工学（ISE）などがあります。典型的なカリキュラムには、化学、物理学、力学（静力学、運動学、動力学）、材料科学、コンピュータ科学、電子工学／回路、工学設計、および標準的な工学数学（微積分、線形代数、微分方程式、統計学）など、幅広い数学と科学の基礎が含まれます。工学系の学部課程が認定を受けるためには、専攻分野に関わらず、こうした基礎的な学習内容をほぼ網羅している必要があり、これはほとんどの管轄区域で実施される1つ以上の工学資格試験の内容と大きく重複しています。
IE に特化したコースワークには、最適化、応用確率、確率モデリング、実験計画法、統計的プロセス管理、シミュレーション、製造工学、人間工学/安全工学、工学経済学などの分野の専門コースが含まれます。産業工学の選択コースは通常、製造、サプライチェーンとロジスティクス、分析と機械学習、生産システム、人間工学と工業デザイン、サービスシステムなどの分野のより専門的なトピックを扱います。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]
一部のビジネススクールでは、IE（産業工学）と関連性のあるプログラムを提供している場合もあるが、工学プログラムは、より高度な定量的アプローチ、必須の工学科学選択科目、そしてすべての工学プログラムで必須となる基礎的な数学と科学のコースによって区別される。
通常取得される大学院学位は、産業工学の理学修士（MS）または理学・工学修士（MSE）、あるいは関連する様々な専門分野の学位です。典型的なMSカリキュラムには、以下のような内容が含まれます。
製造エンジニアは、製造工学を専攻とする工学系の準学士号または学士号を取得しています。このような学位取得には通常2～5年かかり、その後さらに5年間の実務経験を積むことで、プロフェッショナルエンジニアの資格が得られます。製造エンジニアリングテクノロジストとして働くには、より応用的な資格取得経路が必要となります。
製造エンジニアの学位は通常、工学準学士または工学学士（BEまたはBEng）、および理学準学士または理学学士（BSまたはBSc）です。製造技術者に必要な学位は、大学によって異なりますが、製造分野の技術準学士または技術学士（B.TECH）または応用科学準学士または応用科学学士（BASc）です。製造工学の修士号には、製造工学修士（MEまたはMEng）、製造管理理学修士（M.Sc）、産業・生産管理理学修士（M.Sc）、および製造のサブ分野である設計理学修士（M.Sc）と工学修士（ME）が含まれます。大学によっては、製造分野の博士課程（PhDまたはDEng）も受講可能です。
学部課程のカリキュラムは、一般的に物理学、数学、コンピュータサイエンス、プロジェクトマネジメント、そして機械工学および製造工学の特定のトピックに関する科目で構成されています。当初は、製造工学のほとんど、あるいはすべての分野を網羅する内容となっています。その後、学生は学位取得の終盤で、一つまたは複数の専門分野を選択します。
産業工学の分野では、人間工学、スケジューリング、在庫管理、予測、製品開発、そして最適化に焦点を当てたコースなどが開講されています。多くの大学では、産業工学の大きな分野を、ヘルスケア、人間工学、製品開発、コンサルティングといったサブセクターに分類しています。これにより、学生はそれぞれのサブセクターについて深く理解し、自分が最も興味のある分野をキャリアとして追求することができます。
製造工学または生産工学の学士号取得のための基礎カリキュラムには、以下のシラバスが含まれます。このシラバスは、工業工学および機械工学と密接に関連していますが、製造科学または生産科学に重点を置いている点で異なります。内容は以下のとおりです。
製造工学と機械工学の学位の違いは、通常、いくつかの専門科目に限られます。機械工学の学位は、製品設計プロセスと複雑な製品に重点を置いており、より高度な数学的専門知識を必要とします。
プロフェッショナルエンジニア（PE）とは、一般市民に専門サービスを提供することが許可された免許を持つエンジニアのことです。プロフェッショナルエンジニアは、エンジニアリングプランを作成、署名、捺印し、一般に提出することができます。候補者がプロフェッショナルエンジニアになるには、まず米国でABET認定大学から学士号を取得し、「エンジニア研修生」になるためにエンジニアリング基礎試験に合格し、プロフェッショナルエンジニアの監督下で4年間働く必要があります。これらのタスクが完了すると、候補者はPE試験を受けることができます。試験に合格すると、候補者はPEライセンスを取得します。[ 35 ]
SME （製造技術者協会）は、製造業界に特化した資格認定制度を運営しています。これらの資格は学位レベルのものではなく、専門技術者レベルでは認められていません。SMEは、製造技術者向けに、認定製造技術者資格（CMfgT）と認定製造技術者資格（CMfgE）の2種類の認定資格を提供しています。
認定製造技術者資格（CMfgT）の資格取得希望者は、3時間、130問の多肢選択式試験に合格する必要があります。試験範囲は、数学、製造プロセス、製造管理、自動化、および関連科目です。合格するには、60%以上の得点が必要です。さらに、候補者は、教育と製造関連の実務経験を合わせて4年以上有している必要があります。CMfgT資格は、資格を維持するために3年ごとに更新する必要があります。[ 36 ]
認定製造技術者（CMfgE）は、米国ミシガン州ディアボーンにある製造技術者協会が管理する技術者資格です。認定製造技術者の資格を取得するには、CMfgT 試験よりも詳細なトピックを網羅した 4 時間、180 問の多肢選択式試験に合格する必要があります。試験に合格するには、60% 以上のスコアを獲得する必要があります。CMfgE の候補者は、教育と製造関連の実務経験を合わせて 8 年間必要で、最低 4 年間の実務経験が必要です。CMfgT 認定は、認定を維持するために 3 年ごとに更新する必要があります。[ 37 ]
人間工学分野は、システムがそれを操作する人々にどのように適合するかを探求し、システムにおける人々の役割を明確にし、これらのシステム内で特定の役割に最も適した人材を選定することに特化しています。人間工学を専攻する学生は、自動化、航空・地上輸送、医学研究、宇宙探査に関連する認知行動の理解に強みを持つ、学際的な教員チームと協力して研究に取り組むことができます。
生産システム分野では、エンジニアリング設計、サプライチェーンマネジメント（サプライチェーンシステム設計、エラー回復、大規模システムなど）、製造（システム設計、計画・スケジューリングなど）、医療（疾病診断、医学的知識の発見など）といった分野で新たなソリューションを開発しています。生産システムを専攻する学生は、産業界、医療業界、サービス業界への応用を目的とした計算知能理論に関連するテーマに取り組むことができます。
信頼性システム分野の目的は、複雑なシステムの品質と信頼性を向上させるための高度なデータ分析および意思決定技術を学生に提供することです。システムの信頼性と不確実性に焦点を当てる学生は、品質と信頼性の統合、製造システムの同時ライフサイクル設計、品質および信頼性工学における意思決定理論、状態基準保全および劣化モデリング、離散イベントシミュレーション、意思決定分析など、現代の信頼性システムに関連する分野に取り組むことができます。
風力発電管理プログラムは、全国に大量に設置されている風力発電所の設計、運用、管理に携わる学生の新たなニーズを満たすことを目的としています。この分野の学生は、風力発電所のシステムと管理の問題、および発電システムとの相互作用を分析し、取り組むことができるようになります。[ 38 ]
フレキシブル生産システム（FMS）とは、予測された変化であろうと予測されなかった変化であろうと、システムが変化に対応できる柔軟性を備えた製造システムのことです。この柔軟性は一般的に2つのカテゴリーに分類され、それぞれに多数のサブカテゴリーがあります。1つ目のカテゴリーである機械の柔軟性は、新しい製品タイプを生産するためにシステムを変更できる能力と、部品に対して実行される作業の順序を変更できる能力を指します。2つ目のカテゴリーであるルーティングの柔軟性は、複数の機械を使用して部品に対して同じ作業を実行できる能力と、生産量、生産能力、または生産能力などの大規模な変化に対応できるシステムの能力を指します。
ほとんどのFMSシステムは、3つの主要システムで構成されています。多くの場合、自動化されたCNC工作機械である作業機械は、部品の流れを最適化するためのマテリアルハンドリングシステムと、材料の移動と機械の流れを制御する中央制御コンピュータによって接続されています。FMSの主な利点は、新製品を製造する際の時間や労力といった製造リソースの管理における高い柔軟性です。FMSの最適な活用例は、大量生産から少量の製品を生産する場合に見られます。
エンジニアリングにおけるコンピュータ統合製造（CIM）とは、製造プロセス全体をコンピュータで制御する製造手法です。従来は分離されていたプロセスが、CIMによってコンピュータを介して統合されます。この統合により、プロセス間で情報交換や動作の開始が可能になります。この統合によって、製造はより迅速かつエラーの少ないものになりますが、最大の利点は自動化された製造プロセスを構築できることです。CIMは通常、センサーからのリアルタイム入力に基づく閉ループ制御プロセスに依存しています。また、フレキシブル設計・製造とも呼ばれています。
摩擦攪拌接合は、1991年に溶接協会（TWI）によって発見されました。この革新的な定常状態（非溶融）溶接技術は、これまで溶接不可能だったアルミニウム合金を含む様々な材料を接合します。将来の航空機製造において重要な役割を果たす可能性があり、リベットに取って代わる可能性も秘めています。現在までにこの技術が使用されている用途としては、スペースシャトルのアルミニウム製メイン外部燃料タンク、オリオン有人宇宙船試験機、ボーイング社のデルタIIおよびデルタIV使い捨てロケット、スペースX社のファルコン1ロケットの継ぎ目の溶接、強襲揚陸艦の装甲板、エクリプス・アビエーション社の新型航空機エクリプス500の翼と胴体パネルの溶接などが挙げられ、用途はますます拡大しています。
2015年に米国で雇用されたエンジニアの総数は約160 万人でした。そのうち272,470人が産業エンジニア（16.92%）で、3番目に人気のあるエンジニアリング専門分野でした。[ 39 ]経験レベル別の給与の中央値は、経験年数0～5年で62,000ドル、5～10年で75,000ドル、10～20年で81,000ドルです。[ 40 ]平均初任給は、学士号で55,067ドル、修士号で77,364ドル、博士号で100,759ドルでした。これにより、産業工学は、エンジニアリング学士号の15分野中7位、修士号の10分野中3位、博士号の7分野中2位の平均年収となります。[ 41 ] 米国の労働力における産業技術者の年間所得の中央値は83,470ドルである。[ 42 ]
製造エンジニアは、エンジニアリングや工業デザインの取り組みと密接に関わっています。米国で製造エンジニアを雇用している主要企業の例としては、ゼネラルモーターズ、フォードモーター、クライスラー、ボーイング、ゲイツコーポレーション、ファイザーなどが挙げられます。ヨーロッパの例としては、エアバス、ダイムラー、BMW、フィアット、ナビスターインターナショナル、ミシュランタイヤなどがあります。[ 43 ]
産業技術者や生産技術者が一般的に雇用されている産業には、以下のようなものがあります。
多くの製造企業、特に先進国の企業は、SolidWorksやAutoCADなどのコンピュータ支援エンジニアリング（CAE）プログラムを、2Dおよび3Dソリッドモデリングによるコンピュータ支援設計（CAD）を含む既存の設計・解析プロセスに組み込み始めています。この方法には、製品の視覚化がより容易かつ包括的になること、部品の仮想アセンブリを作成できること、嵌合インターフェースや公差の設計が容易になることなど、多くの利点があります。
SolidWorksは、ダッソー・システムズが開発したCADモデリングコンピュータプログラムの一例です。SolidWorksは、物理的なオブジェクトの設計と仕様を作成するための業界標準であり、2013年時点で165,000社以上の企業で使用されています。[ 44 ]
AutoCADは、 Autodesk社が開発したCADモデリングコンピュータプログラムの一例です。AutoCADはCADモデリングやCAEにも広く使用されています。[ 45 ]
製品メーカーが一般的に使用するその他のCAEプログラムには、製品ライフサイクル管理（PLM）ツールや、複雑なシミュレーションを実行するための解析ツールなどがあります。解析ツールは、疲労寿命や製造可能性など、想定される負荷に対する製品の応答を予測するために使用できます。これらのツールには、有限要素解析（FEA）、計算流体力学（CFD）、コンピュータ支援製造（CAM）などがあります。CAEプログラムを使用することで、機械設計チームは設計プロセスを迅速かつ低コストで反復し、コスト、性能、その他の制約をよりよく満たす製品を開発できます。設計がほぼ完了するまで物理的なプロトタイプを作成する必要がないため、比較的少数の設計ではなく、数百または数千の設計を評価できます。さらに、CAE解析プログラムは、粘弾性、嵌合部品間の複雑な接触、非ニュートン流体など、手作業では解決できない複雑な物理現象をモデル化できます。
製造工学がメカトロニクスなどの他の分野と結びついているのと同様に、多分野設計最適化（MDO）も他のCAEプログラムと連携して、反復設計プロセスを自動化および改善するために使用されています。[ 46 ] MDOツールは、従来のエンジニアが使用する試行錯誤法のプロセスを自動化することで、既存のCAEプロセスを包み込みます。MDOは、与えられた定数内で初期推測からより良い代替案を反復的に探索するコンピュータベースのアルゴリズムを使用します。MDOはこの手順を使用して最適な設計結果を決定し、さまざまなオプションもリストします。[ 46 ]
古典力学は、ニュートンの基本運動法則を用いて、物体が力を受けたときにどのように反応するかを記述しようとするものである。[ 48 ] しかし、現代力学には比較的新しい量子論が含まれる。力学の下位分野には以下がある。
古典力学：
量子：
エンジニアリングプロジェクトで車両を設計する場合、静力学を用いて車両のフレームを設計し、応力が最も集中する箇所を評価することがあります。動力学は、エンジンのサイクル中にピストンやカムにかかる力を評価するために、エンジンの設計に用いられることがあります。材料力学は、フレームやエンジンの製造に適した材料を選択するために用いられることがあります。流体力学は、車両の換気システムやエンジンの吸気システムを設計するために用いられることがあります。
製図または技術図面は、製造業者が部品の製造指示を作成する手段です。技術図面は、部品の製造に必要なすべての寸法、組み立てに関する注記、必要な材料のリスト、およびその他の関連情報を示すコンピュータ モデルまたは手描きの概略図です。技術図面を作成する熟練した作業者は、製図者または製図工と呼ばれることがあります。製図は歴史的に 2 次元のプロセスでしたが、コンピュータ支援設計 (CAD) プログラムにより、設計者は 3 次元で作成できるようになりました。部品の製造指示は、手動で、プログラムされた指示によって、またはコンピュータ支援製造(CAM) または CAD/CAM 複合プログラムを使用して、必要な機械に入力する必要があります。SolidWorksやAutoCAD [ 45 ]などのプログラムは、開発 中の新しい部品や製品の製図に使用されるプログラムの例です。
場合によっては、技術者が技術図面に基づいて部品を手作業で製造することもあります。しかし、コンピュータ数値制御（CNC）製造の普及に伴い、これはますます稀になっています。技術者が主に手作業で部品を製造するのは、スプレーコーティング、仕上げ、その他機械では経済的にも実用的にも実行できない工程の分野です。
製図は、機械工学および製造工学のほぼすべての分野、そしてその他多くの工学および建築分野で使用されています。CADソフトウェアを使用して作成された3次元モデルは、有限要素解析（FEA）や計算流体力学（CFD）でも一般的に使用されています。
金属加工とは、切断、曲げ、組み立ての工程によって金属構造物を構築することです。電子ビーム溶解、レーザーエンジニアリングネットシェイプ、直接金属レーザー焼結などの技術により、従来の金属加工方法と比較して、金属構造物の製造がはるかに容易になりました。[ 54 ]これらは、理想的なCAD構造が実際の製造構造と一致しない場合のさまざまな問題を軽減するのに役立ちます。
工作機械は、材料の切削や成形を行うための様々な種類の工具を使用します。工作機械は通常、モーター、レバー、アーム、プーリー、その他の基本的な単純なシステムなど、多くのコンポーネントで構成されており、さまざまなものを製造できる複雑なシステムを形成します。スケジュール通りに作業を進め、タスクを完了するには、これらのコンポーネントすべてが正しく動作する必要があります。工作機械は、少量の誤差で、迅速かつ効率的に良質な部品を生産することを目的としています。[ 55 ]
コンピュータ統合製造（CIM）は、コンピュータを使用して製造プロセス全体を制御する製造アプローチです。[ 56 ] コンピュータ統合製造は、自動車、航空、宇宙、造船業界で使用されています。コンピュータ統合製造では、さまざまなセンシングメカニズムを通じて、製造中にデータを監視できます。このタイプの製造方法では、プロセスのあらゆる部分をコンピュータが制御および監視します。これにより、CIMは他の製造プロセスに比べて独自の利点を持ちます。
メカトロニクスは、電気、機械、製造システムの融合を扱う工学分野です。[ 57 ]例としては、自動製造システム、暖房、換気、空調システム、航空機や自動車のさまざまなサブシステムなどがあります。[ 57 ]メカトロニクスシステムは通常、機械的な骨格、モーター、コントローラー、センサー、アクチュエーター、デジタルハードウェアで構成されます。[ 57 ]メカトロニクスは、さまざまな産業プロセスや自動化の用途で広く使用されています。メカトロニクスという用語は通常、マクロなシステムを指すために使用されますが、未来学者は非常に小さな電気機械デバイスの出現を予測しています。すでに、マイクロ電気機械システム （MEMS）として知られるそのような小さなデバイスは、自動車でエアバッグの展開を開始するために、デジタルプロジェクターでより鮮明な画像を作成するために、インクジェットプリンターで高精細印刷用のノズルを作成するために使用されています。将来的には、このようなデバイスが小型の埋め込み型医療機器や光通信の改善に使用されることが期待されています。
繊維工学のコースでは、繊維、織物、アパレルのプロセス、製品、機械のあらゆる側面の設計と制御に科学的および工学的原理を応用することを扱います。これには、天然および人工材料、材料と機械の相互作用、安全と健康、エネルギー保全、廃棄物と汚染の制御が含まれます。さらに、学生は、工場の設計とレイアウト、機械と湿式プロセスの設計と改善、および繊維製品の設計と作成に関する経験を積むことができます。繊維工学のカリキュラム全体を通して、学生は機械工学、化学工学、材料工学、工業工学など、他の工学分野の授業を受講します。[ 58 ]
先進複合材料（エンジニアリング）（ACM）は、先進ポリマーマトリックス複合材料とも呼ばれます。これらは一般的に、他の材料と比較して非常に高い強度と非常に高い剛性または弾性率特性を持つ繊維と、それらを結合する弱いマトリックスによって特徴付けられます。先進複合材料は、航空機、航空宇宙、スポーツ用品の分野で幅広く実績のある用途があります。さらに具体的には、ACMは航空機および航空宇宙の構造部品に非常に魅力的です。ACMの製造は、世界中で数十億ドル規模の産業です。複合材料製品は、スケートボードからスペースシャトルの部品まで多岐にわたります。この産業は、一般的に、工業用複合材料と先進複合材料の2つの基本的なセグメントに分けられます。
協会
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