機械

機械とは、動力を使って力を加え、動きを制御して動作を実行する物理的なシステムです。この用語は、エンジンやモーターを使用する人工装置によく使用されますが、分子機械などの天然の生物学的高分子にも適用されます。機械は、動物や人間、風や水などの自然の力、化学、熱、電力によって駆動され、アクチュエータの入力を形作って特定の出力力と動きを実現するメカニズムのシステムを含みます。また、パフォーマンスを監視して動きを計画するコンピューターやセンサーも含まれ、機械システムと呼ばれることもあります。

ルネサンス期の自然哲学者は、荷物を動かす基本的な装置である6つの単純な機械を特定し、今日では機械的利点として知られている、入力力に対する出力力の比率を計算しました。^[1]

現代の機械は、構造要素、機構、制御コンポーネントから構成され、使いやすいインターフェースを備えた複雑なシステムです。例としては、電車、自動車、船、飛行機などのさまざまな乗り物、コンピューター、建物の空調システムや水処理システムなどの家庭やオフィスの電化製品、農業機械、工作機械、工場自動化システム、ロボットなどがあります。

英語の「machine」は中期フランス語を経てラテン語 の「machina」に由来し、^{[2]ラテン語は}ギリシャ語（ドーリア語の μαχανά makhana、イオニア語の μηχανή mekhane「工夫、機械、エンジン」^{[3] 、}μῆχος mekhos「手段、方便、救済策」^[4]から派生）に由来している。^[5]機械的な（ギリシャ語：μηχανικός ）という単語も同じギリシャ語の語源である。より広い意味での「布地、構造」は古典ラテン語に見られるが、ギリシャ語では使われていない。この意味は中世後期フランス語に見られ、16世紀半ばにフランス語から英語に取り入れられた。

17 世紀には、machine という単語は計画や陰謀を意味することもあり、この意味は現在では派生語の machination で表現されています。現代の意味は、16 世紀後半から 17 世紀前半にかけて、劇場で使用される舞台装置や軍事攻城兵器にこの用語が専門的に適用されたことから生まれました。OEDは、正式な現代的な意味をJohn HarrisのLexicon Technicum (1704) にまで遡らせており、そこには次のように書かれています。

機械、またはエンジンは、力学において、物体の運動を強めたり止めたりするのに十分な力を持つものです。単純な機械は、一般的には、バランス、レバー、滑車、ホイール、くさび、ねじの 6 種類とされています。複合機械、またはエンジンは無数にあります。

ハリスとその後の言語の両方で（ほぼ）同義語として使用されている「エンジン」という単語は、最終的には（古フランス語を介して）ラテン語の「創意工夫、発明」を意味するingeniumに由来しています。

手斧は、フリント（石）を削ってくさび形にしたもの。人間の手の中で、道具の力と動きを、工作物を横方向に割る力と動きに変換する。手斧はくさびの最初の例であり、ほとんどの機械の基礎となっている6つの古典的な単純機械の中で最も古いものである。2番目に古い単純機械は斜面（ランプ）^{[6]で、これは}先史時代から重い物を移動するために使用されてきた。^{[7] [8]}

他の4つの単純な機械は、古代近東で発明されました。^[9]車輪は、車輪と車軸の機構とともに、紀元前5千年紀にメソポタミア（現在のイラク）で発明されました。 ^[10]てこの機構は、約5000年前に近東で初めて登場し、単純な天秤に使用され、^[11]古代エジプトの技術では大きな物体を移動するために使用されました。^{[12]てこは、}紀元前 3000年頃にメソポタミアで登場した最初のクレーン機械であるシャドウフ揚水装置にも使用され、^[11]その後、紀元前2000年頃の古代エジプトの技術にも使用 されました。^[13]滑車の最も古い証拠は、紀元前2千年紀初期のメソポタミア、 ^[14]および第12王朝（紀元前1991-1802年）の古代エジプトにまでさかのぼります。^[15]ねじは最後に発明された単純な機械であり、^[16]新アッシリア時代（紀元前911-609年）のメソポタミアで初めて登場しました。 ^[14]エジプトのピラミッドは、 6つの単純な機械のうち3つ、傾斜面、くさび、てこを使用して建設されました。^[17]

紀元前3世紀頃、ギリシャの哲学者アルキメデスはてこ、滑車、ねじの3つの単純な機械を研究し、記述した。 ^{[18] [19]}アルキメデスはてこの機械的利点 の原理を発見した。 ^[20] その後、ギリシャの哲学者は古典的な5つの単純な機械（傾斜面を除く）を定義し、それらの機械的利点を大まかに計算することができた。^[1] アレクサンドリアのヘロン（紀元 10年頃- 75年）は著書『機械力学』で、てこ、巻き上げ機、滑車、くさび、ねじの5つの「荷物を動かす」ことができる機構を挙げ、 ^[19]それらの製造と使用法について述べている。^{[21]しかし、ギリシャ人の理解は}静力学（力のバランス） に限られており、動力学（力と距離のトレードオフ）や仕事の概念は含まれていなかった。^[要出典]

最も古い実用的な風力機械である風車と風力ポンプは、イスラム黄金時代のイスラム世界、現在のイラン、アフガニスタン、パキスタンで、西暦9世紀までに初めて登場しました。^{[22] [23] [24] [25]}最も古い実用的な蒸気機械は、蒸気タービンで駆動する蒸気ジャッキで、1551年にオスマン帝国時代のエジプトでタキ・アドディーン・ムハンマド・イブン・マルーフによって記述されています。^{[26] [27]}

綿繰り機は6世紀までにインドで発明され^[28]、糸紡ぎ車は11世紀初頭までにイスラム世界で発明され^[29] 、どちらも綿産業の成長に不可欠でした。糸紡ぎ車はジェニー紡績機の前身でもありました。^[30]

最も古いプログラム可能な機械はイスラム世界で開発された。プログラム可能な楽器である音楽シーケンサーは、最も古いタイプのプログラム可能な機械だった。最初の音楽シーケンサーは、9世紀にバヌ・ムーサ兄弟が発明した自動フルート奏者で、彼らの著書『巧妙な装置の書^{』に記載されている。 [31] [32]} 1206年、アル＝ジャザリはプログラム可能なオートマトン/ロボットを発明した。彼は、プログラム可能なドラムマシンで操作されるドラマーを含む4体のオートマトンミュージシャンについて記述し、異なるリズムやドラムパターンを演奏させることができた。^[33]

ルネッサンス期には、機械力学（単純な機械）の動力学が、どれだけの有用な仕事をこなせるかという観点から研究され始め、最終的には機械的仕事という新しい概念につながった。1586年、フランドルの技術者シモン・ステヴィンが傾斜面の機械的利点を導き出し、それが他の単純な機械に取り入れられた。単純な機械の完全な動力学理論は、1600年にイタリアの科学者ガリレオ・ガリレイによって「機械力学について」で解明された。^{[34] [35]彼は、単純な機械は}エネルギーを生み出すのではなく、単にエネルギーを変換するだけだと初めて理解した。^[34]

機械の滑り摩擦に関する古典的な法則はレオナルド・ダ・ヴィンチ（1452-1519）によって発見されたが、彼のノートには未発表のまま残されていた。この法則はギヨーム・アモントン（1699）によって再発見され、シャルル・オーギュスタン・ド・クーロン（1785）によってさらに発展させられた。 ^[36]

ジェームズ・ワットは1782年に平行運動リンクの特許を取得し、これにより複動式蒸気エンジンが実用化されました。^[37]ボウルトン・アンド・ワットの蒸気エンジンとその後の設計は、蒸気機関車、蒸気船、工場に動力を与えました。

産業革命は、1750年から1850年にかけての期間で、農業、製造業、鉱業、輸送、技術の変化が、当時の社会的、経済的、文化的状況に大きな影響を与えました。産業革命はイギリスで始まり、その後、西ヨーロッパ、北アメリカ、日本、そして最終的には世界中に広がりました。

18世紀後半から、イギリスの一部では、それまで肉体労働と家畜を基盤とした経済が機械を基盤とした製造業へと移行し始めた。それは繊維産業の機械化、製鉄技術の発達、精製石炭の使用増加から始まった。^[38]

機械は単純な可動要素に分解できるという考えから、アルキメデスはてこ、滑車、ねじを単純な機械と定義しました。ルネッサンスの時代までに、このリストは車輪と車軸、くさび、傾斜面を含むまで拡大しました。機械を特徴付ける現代のアプローチは、関節と呼ばれる動きを可能にする部品に焦点を当てています。

くさび (手斧): おそらく、力の管理を目的として設計された装置の最初の例は、手斧(bifaceやOlorgesailieとも呼ばれる) でしょう。手斧は、石 (通常はフリント) を削って両面刃、つまりくさびを作ります。くさびは、横方向の力と工具の動きを、横方向の分割力とワークピースの動きに変換する単純な機械です。利用可能な力は工具を使用する人の労力によって制限されますが、力は力と動きの積であるため、くさびは動きを減らすことで力を増幅します。この増幅、つまり機械的利点は、入力速度と出力速度の比です。くさびの場合、これは 1/tanα で表され、α は先端角度です。くさびの面は直線としてモデル化され、スライド ジョイントまたは直角ジョイントを形成します。

レバー: レバーは、パワーを管理するためのもう 1 つの重要かつシンプルなデバイスです。これは支点を中心に回転する物体です。支点から遠い点の速度は支点に近い点の速度よりも大きいため、支点から遠くに加えられた力は、関連する速度の低下によって支点近くで増幅されます。a が支点から入力力が適用される点までの距離で、b が出力力が適用される点までの距離である場合、a/b はレバーの機械的利点です。レバーの支点は、ヒンジ ジョイントまたは回転ジョイントとしてモデル化されます。

車輪: 車輪は、戦車などの初期の重要な機械です。車輪は、てこの法則を利用して、荷物を引くときに摩擦を克服するために必要な力を減らします。これを確認するには、地面で荷物を引くときに発生する摩擦が、車輪の車軸で荷物を支える単純なベアリングの摩擦とほぼ同じであることに注目してください。ただし、車輪はてこの役割を果たし、ベアリングの摩擦抵抗を克服できるように引っ張る力を増幅します。

新しい機械の設計戦略を提供するための単純機械の分類は、800以上の基本機械を収集して研究したフランツ・ルーローによって開発されました。 ^[40]彼は、古典的な単純機械は、ヒンジを中心に回転する物体によって形成されるてこ、滑車、車輪と車軸と、同様に平面上を滑るブロックである傾斜面、くさび、ねじに分けられることを認識しました。^[41]

単純な機械は、蒸気エンジンからロボットマニピュレータに至るまでの機械システムをモデル化するために使用される運動連鎖またはリンク機構の基本的な例です。レバーの支点を形成し、車輪と車軸と滑車を回転させるベアリングは、ヒンジジョイントと呼ばれる運動対の例です。同様に、傾斜面の平面とくさびは、スライディングジョイントと呼ばれる運動対の例です。ネジは通常、らせんジョイントと呼ばれる独自の運動対として識別されます。

この認識は、関節、つまり動きを生み出す接続が機械の主要な要素であることを示しています。回転関節、スライド関節、カム関節、ギア関節の4種類の関節と、ケーブルやベルトなどの関連する接続から始めて、機械をこれらの関節を接続するメカニズムと呼ばれる固体部品のアセンブリとして理解することができます。 [ ^42]

2つのレバー、またはクランクは、1つのクランクの出力を別のクランクの入力に接続するリンクを取り付けることで、平面4リンク機構に結合されます。追加のリンクを取り付けて6リンク機構を形成したり、直列に接続してロボットを形成したりすることができます。 ^[42]

機械システムは、力と動きを伴うタスクを達成するために電力を管理します。現代の機械は、(i)力と動きを生成する動力源とアクチュエータ、(ii) アクチュエータ入力を整形して特定の出力力と動きの適用を達成する機構のシステム、(iii) 出力をパフォーマンス目標と比較し、アクチュエータ入力を指示するセンサーを備えたコントローラ、(iv) レバー、スイッチ、ディスプレイで構成されるオペレータへのインターフェイスで構成されるシステムです。これはワットの蒸気エンジンに見られます。ワットの蒸気エンジンでは、蒸気が膨張してピストンを駆動することで電力が供給されます。ウォーキング ビーム、カプラ、クランクは、ピストンの直線運動を出力プーリの回転に変換します。最後に、プーリの回転によってフライボール ガバナーが駆動され、ピストン シリンダーへの蒸気入力のバルブが制御されます。

形容詞「機械的」は、芸術や科学の実用化における技術、また、力学によって扱われるような動き、物理的な力、特性、またはエージェントに関連する、またはそれらによって引き起こされる技術を指します。^[43]同様に、メリアム・ウェブスター辞典^[44]は、 「機械的」を機械やツールに関連するものとして定義しています。

機械を通る動力の流れは、レバーや歯車列から自動車やロボットシステムに至るまでの装置の性能を理解する方法を提供します。ドイツの機械学者フランツ・ルーロー^[45]は、「機械とは、自然の機械的な力によって、特定の動きを伴う仕事を強いられるように配置された抵抗体の組み合わせである」と書いています。力と動きが組み合わさって動力が定義されることに注意してください。

さらに最近では、Uickerら^[42]は、機械とは「力を加えたり、その方向を変えたりするための装置」であると述べています。McCarthyとSoh ^[46]は、機械を「一般的には、動力源と、この動力を制御して使用するための機構から構成される」システムであると説明しています。

初期の機械の動力源は、人間と動物の力でした。^[要出典]

水車: 水車は紀元前 300 年頃に世界中で登場し、流水を利用して回転運動を生み出し、穀物の製粉、製材、機械加工、繊維加工に利用されました。現代の水車は、ダムを流れる水を利用して発電機を駆動します。

風車:初期の風車は風力を利用して回転運動を発生させ、製粉作業に使用していました。現代の風力タービンは発電機も駆動します。この電気は、機械システムのアクチュエーターを形成するモーターを駆動するために使用されます。

エンジン:エンジンという言葉は「創意工夫」に由来し、もともとは物理的な装置であるかどうかに関わらず、工夫を指していました。^[47]蒸気機関は熱を利用して圧力容器内の水を沸騰させ、膨張した蒸気がピストンまたはタービンを駆動します。この原理は、アレクサンドリアのヘロンのアイオロスの球に見ることができます。これは外燃機関と呼ばれます。

自動車のエンジンは、シリンダー内で燃料を燃焼（発熱化学反応）させ、膨張したガスを使ってピストンを駆動するため、内燃機関と呼ばれます。ジェットエンジンは、タービンを使用して空気を圧縮し、燃料を燃焼させてノズルから膨張させ、航空機に推力を提供するため、これも「内燃機関」です。 ^[48]

発電所:ボイラーでの石炭と天然ガスの燃焼熱で蒸気が発生し、蒸気タービンを駆動して発電機を回転させます。原子力発電所は原子炉の熱を使用して蒸気と電力を生成します。この電力は、産業用および個人用に 送電線ネットワークを通じて配電されます。

モーター: 電気モーターは、 ACまたはDC電流を使用して回転運動を生成します。電気サーボモーターは、ロボット システムから現代の航空機に至るまでの機械システムのアクチュエーターです。

流体動力: 油圧システムと空気圧システムは、電動ポンプを使用してそれぞれ水または空気をシリンダー内に送り込み、直線運動を駆動します。

電気化学:化学物質や材料も電力源となり得る。^[49]電池の場合のように化学的に消耗したり再充電が必要な場合もある。^{[50]また、}太陽電池や熱電発電機の場合のように状態を変えずに電力を生成する場合もある。^{[51] [52]}ただし、これらすべては、エネルギーを他の場所から得る必要がある。電池の場合、エネルギー源は内部にすでに存在する化学的位置エネルギーである。 ^[50]太陽電池と熱電発電機では、エネルギー源はそれぞれ光と熱である。^{[51] [52]}

機械システムのメカニズムは、機械要素と呼ばれるコンポーネントから組み立てられます。これらの要素は、システムに構造を提供し、その動きを制御します。

構造部品は、一般的に、フレーム メンバー、ベアリング、スプライン、スプリング、シール、ファスナー、カバーです。カバーの形状、質感、色は、機械システムとそのユーザー間の スタイルと操作インターフェイスを提供します。

動きを制御するアセンブリは「メカニズム」とも呼ばれます。^{[45] [42]}メカニズムは一般的にギアとギアトレインに分類され、ベルトドライブとチェーンドライブ、カムとフォロワーメカニズム、リンケージが含まれますが、クランプリンケージ、インデックスメカニズム、エスケープメント、ブレーキやクラッチなどの摩擦装置などの他の特殊なメカニズムもあります。

機構の自由度の数、つまり可動性は、機構の構築に使用されるリンクとジョイントの数、およびジョイントの種類によって異なります。機構の一般的な可動性は、リンクの制約のない自由度とジョイントによって課される制約の数の差です。これは、チェビシェフ・グルブラー・クッツバッハ基準によって説明されます。

接触する歯車間の回転伝達は、ギリシャのアンティキティラ島の機械や中国の南を指す戦車にまで遡ることができます。ルネッサンス時代の科学者ゲオルギウス・アグリコラの図には、円筒形の歯を持つ歯車列が描かれています。インボリュート歯の実装により、一定の速度比を提供する標準的な歯車設計が生まれました。歯車と歯車列の重要な特徴は次のとおりです。

• 噛み合うギアのピッチ円の比率によって、ギア セットの速度比と機械的利点が決まります。
• 遊星歯車列はコンパクトなパッケージで高い減速比を実現します。
• 非円形のギアでもトルクをスムーズに伝達するギア歯を設計することが可能です。
• チェーンおよびベルトドライブの速度比は、ギア比と同じ方法で計算されます。自転車のギアを参照してください。

カムとフォロワーは、 2 つの特殊な形状のリンクが直接接触することで形成されます。駆動リンクはカム (カム シャフトも参照) と呼ばれ、表面の直接接触によって駆動されるリンクはフォロワーと呼ばれます。カムとフォロワーの接触面の形状によって、機構の動きが決まります。

リンク機構は、ジョイントによって接続されたリンクの集合です。一般的に、リンクは構造要素であり、ジョイントは動きを可能にします。おそらく最も有用な例は、平面4 節リンク機構です。ただし、他にも多くの特殊なリンク機構があります。

• ワットのリンク機構は、ほぼ直線を生成する 4 節リンク機構です。ワットの蒸気エンジン設計の動作には、このリンク機構が不可欠でした。このリンク機構は、車輪に対する車体の左右の動きを防ぐために、車両のサスペンションにも使用されています。「平行移動」の記事も参照してください。
• ワットのリンク機構の成功は、フーケンのリンク機構やチェビシェフのリンク機構など、同様の近似直線リンク機構の設計につながりました。
• Peaucellierリンク機構は、回転入力から真の直線出力を生成します。
• Sarrusリンク機構は、回転入力から直線運動を生成する空間リンク機構です。
• クラン リンク機構とヤンセンリンク機構は、興味深い歩行動作を実現する最近の発明です。それぞれ 6 バー リンク機構と 8 バー リンク機構です。

平面機構は、システムのすべての物体の点の軌道が地面と平行な平面上に位置するように制約された機械システムです。システム内の物体を接続するヒンジ ジョイントの回転軸は、この地面に対して垂直です。

球面機構は、システム内の点の軌道が同心球上に位置するように物体が移動する機械システムです。システム内の物体を接続するヒンジジョイントの回転軸は、これらの円の中心を通過します。

空間メカニズムとは、点の軌跡が一般的な空間曲線になるように移動する少なくとも 1 つの物体を持つ機械システムです。システム内の物体を接続するヒンジ ジョイントの回転軸は、空間内で交差せず、明確な共通法線を持つ線を形成します。

屈曲機構は、柔軟な要素 (屈曲ジョイントとも呼ばれる) によって接続された一連の剛体で構成され、力が加えられたときに幾何学的に明確に定義された動きを生み出すように設計されています。

機械の基本的な機械部品は機械要素と呼ばれます。これらの要素は、(i)フレームメンバー、ベアリング、車軸、スプライン、ファスナー、シール、潤滑剤などの構造部品、(ii)ギアトレイン、ベルトまたはチェーンドライブ、リンケージ、カムとフォロワーシステム、ブレーキとクラッチなどのさまざまな方法で動きを制御するメカニズム、および(iii)ボタン、スイッチ、インジケーター、センサー、アクチュエーター、コンピューターコントローラーなどの制御部品の3つの基本的なタイプで構成されています。 ^[53]一般的には機械要素とは見なされていませんが、カバーの形状、質感、色は、機械の機械部品とユーザーとの間のスタイリングと操作インターフェースを提供する重要な部分です。

フレーム、ベアリング、スプライン、スプリング、シールなど、多数の機械要素が重要な構造機能を提供します。

• 機構のフレームが重要な機械要素であるという認識により、3 節リンク機構という名称が4 節リンク機構に変更されました。フレームは一般にトラス要素またはビーム要素から組み立てられます。
• ベアリングは、可動要素間のインターフェースを管理するために設計されたコンポーネントであり、機械の摩擦源です。一般的に、ベアリングは純粋な回転または直線運動用に設計されています。
• スプラインとキーは、接続を通じてトルクを伝達できるように、車軸をホイール、プーリ、またはギアに確実に取り付ける 2 つの方法です。
• スプリングは、機械のコンポーネントを所定の位置に保持する力を提供したり、機械の一部を支えるサスペンションとして機能したりします。
• シールは、機械の嵌合部品間に使用され、水、高温ガス、潤滑剤などの流体が嵌合面間で漏れないようにします。
• ネジ、ボルト、スプリングクリップ、リベットなどの留め具は、機械の部品の組み立てに不可欠です。留め具は一般的に取り外し可能と考えられています。対照的に、溶接、はんだ付け、圧着、接着剤の塗布などの接合方法では、通常、部品を切断して部品を分解する必要があります。

コントローラは、センサー、ロジック、アクチュエータを組み合わせて、機械のコンポーネントのパフォーマンスを維持します。おそらく最もよく知られているのは、蒸気エンジンのフライボール調速機です。これらのデバイスの例としては、温度が上昇するとバルブを開いて冷却水を供給するサーモスタットから、自動車のクルーズコントロールシステムなどの速度コントローラまで多岐にわたります。プログラマブルロジックコントローラは、リレーや特殊な制御メカニズムをプログラマブルコンピュータに置き換えました。電気コマンドに応じてシャフトを正確に配置するサーボモーターは、ロボットシステムを可能にするアクチュエータです。

チャールズ・バベッジは1837 年に対数やその他の関数を計算する機械を設計しました。彼の階差機関は高度な機械式計算機、解析機関は現代のコンピューターの先駆けとみなすことができますが、より大規模な設計はいずれもバベッジの存命中に完成しませんでした。

アリスモメーターとコンプトメーターは、現代のデジタル コンピューターの前身となる機械式コンピューターです。現代のコンピューターの研究に使用されるモデルは、ステート マシンとチューリング マシンと呼ばれます。

生体分子ミオシンは、ATP および ADP に反応して、アクチン フィラメントと交互にかみ合って力を加える形で形状を変え、その後、かみ合って形状、つまり立体構造をリセットします。これは、筋肉の収縮を引き起こす分子駆動として機能します。同様に、生体分子キネシンには、交互に微小管とかみ合ったり離れたりして分子を微小管に沿って移動させ、細胞内で小胞を輸送する 2 つのセクションと、細胞内の貨物を核に向かって移動させ、運動性繊毛と鞭毛の軸索の拍動を生み出すダイニンがあります。 「実際、運動繊毛は、おそらく600以上のタンパク質からなる分子複合体で構成されたナノマシンであり、その多くは独立してナノマシンとしても機能します。柔軟なリンカーにより、それらによって接続された可動性タンパク質ドメインは結合パートナーをリクルートし、タンパク質ドメインダイナミクスを介して長距離アロステリーを誘発することができます。」^[54]他の生物学的マシンはエネルギー生産を担っており、たとえばATP合成酵素は膜を横切るプロトン勾配からのエネルギーを利用してタービンのような動きを駆動し、細胞のエネルギー通貨であるATPを合成します。 ^[55]さらに他のマシンは遺伝子発現を担っており、DNAを複製するDNAポリメラーゼ、^[要出典] mRNAを生成するRNAポリメラーゼ、^[要出典]イントロンを除去するスプライソソーム、タンパク質を合成するリボソームなどがあります。これらのマシンとそのナノスケールのダイナミクスは、これまで人工的に構築されたどの分子マシンよりもはるかに複雑です。 ^{[56]これらの分子はますます}ナノマシンであると見なされています。^[要出典]

研究者たちはDNAを使ってナノ次元の4バーリンクを構築した。^{[57] [58]}

機械化（ BEではmechanisation ）とは、人間の作業者に、作業に必要な筋力を補助したり筋力作業を置き換えたりする機械を提供することである。分野によっては、機械化には手工具の使用が含まれる。工学や経済学などの現代の用法では、機械化は手工具よりも複雑な機械を意味し、ギアのない馬車やロバ車などの単純な装置は含まない。ギア、プーリまたはシーブ、ベルト、シャフト、カム、クランクなどの手段を使用して、速度変更や往復運動から回転運動への変更を行う装置は、通常、機械と見なされる。電化後、ほとんどの小型機械が手動で動かなくなったとき、機械化は電動機械と同義語になった。^[59]

自動化とは、制御システムと情報技術を使用して、商品やサービスの生産における人間の労働の必要性を減らすことです。工業化の範囲では、自動化は機械化の一歩先を行きます。機械化は人間の作業者に仕事の筋肉的な要件を支援する機械を提供するのに対し、自動化は人間の感覚的および精神的な要件の必要性も大幅に減らします。自動化は、世界経済と日常生活において ますます重要な役割を果たしています。

オートマトン（複数形：オートマタまたはオートマトン）は、自動運転機械である。この言葉はロボット、特に自律型ロボットを表すために使用されることがある。おもちゃのオートマトンが1863年に特許を取得しました。^[60]

アッシャー^[61]は、アレクサンドリアのヘロンの力学に関する論文は重いものを持ち上げる研究に焦点を当てていたと報告している。今日、力学は機械システムの力と動きの数学的分析を指し、これらのシステムの運動学と動力学の研究から成り立っている。

機械の動的解析は、ベアリングの反応を決定するための剛体モデルから始まり、この時点で弾性効果が考慮されます。剛体力学は、外部からの力の作用下で相互接続された物体のシステムの動きを研究します。物体が剛体である、つまり加えられた力の作用下で変形しないという仮定は、システムの構成を記述するパラメータを各物体に取り付けられた参照フレームの平行移動と回転に減らすことによって解析を簡素化します。^{[62] [63]}

剛体システムのダイナミクスは、ニュートンの運動法則またはラグランジュ力学のいずれかを使用して導出される運動方程式によって定義されます。これらの運動方程式の解は、剛体システムの構成が時間の関数としてどのように変化するかを定義します。剛体ダイナミクスの定式化と解は、機械システムのコンピュータシミュレーションにおける重要なツールです。

機械の動的解析では、その構成部品の動き、つまり運動学を決定する必要があり、これを運動学解析と呼びます。システムが剛体部品の集合体であるという仮定により、回転および並進運動をユークリッド変換、つまり剛体変換として数学的にモデル化できます。これにより、参照点のこれらの特性と、部品の角位置、角速度、角加速度から、部品内のすべての点の位置、速度、加速度を決定できます。

機械設計とは、機械のライフサイクルの 3 つのフェーズに対処するために使用される手順と技術を指します。

1. 発明には、ニーズの特定、要件の開発、コンセプトの生成、プロトタイプの開発、製造、検証テストが含まれます。
2. パフォーマンスエンジニアリングには、製造効率の向上、サービスとメンテナンスの要求の削減、機能の追加と有効性の向上、検証テストが含まれます。
3. リサイクルは廃止および廃棄の段階であり、材料と部品の回収と再利用が含まれます。

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• オバーグ、エリック、フランクリン・D・ジョーンズ、ホルブルック・L・ホートン、ヘンリー・H・リフェル（2000年）。クリストファー・J・マッコーリー、リカルド・ヒールド、ムハンマド・イクバル・フセイン（編）。機械ハンドブック（第26版）。ニューヨーク：インダストリアル・プレス社。ISBN 978-0-8311-2635-3。
• ルーロー、フランツ (1876)。機械の運動学。ABW ケネディ訳、注釈。ニューヨーク：ドーバー社 (1963) より再版。
• Uicker, JJ; GR Pennock; JE Shigley (2003). 『機械とメカニズムの理論』 ニューヨーク: オックスフォード大学出版局。

• オバーグ、エリック、フランクリン・D・ジョーンズ、ホルブルック・L・ホートン、ヘンリー・H・リフェル（2000年）。クリストファー・J・マッコーリー、リカルド・ヒールド、ムハンマド・イクバル・フセイン（編）。機械ハンドブック（第30版）。ニューヨーク：インダストリアル・プレス社。ISBN 9780831130992。

• ウィキメディア・コモンズの機械関連のメディア
• ウィキクォートにおける機械に関する引用
• ルーロー機構と機械コレクション – コーネル大学