strojarstvo

strojarstvo, stručna djelatnost i znanstvena disciplina koja obuhvaća projektiranje, proizvodnju i eksploataciju energetskih, radnih i alatnih strojeva, uređaja za energetiku, procesnu tehniku, proizvoda široke potrošnje i sl. Teorijska načela strojarstva temelje se na znanstvenim disciplinama matematike, mehanike, termodinamike, mehanike fluida, na inženjerstvu materijala i računarstvu, a srodne su mu djelatnosti elektrostrojarstvo, energetika, brodogradnja, zrakoplovstvo, metalurgija i sl., s kojima se djelomično preklapa. Kao znanstvena disciplina strojarstvo je polje koje se ubraja u područje tehničkih znanosti, a njegove su grane opće strojarstvo, procesno-energetsko strojarstvo, proizvodno strojarstvo, brodsko strojarstvo i precizno strojarstvo.

Opće strojarstvo obuhvaća sva znanja potrebna za osmišljavanje strojarskih konstrukcija. Najširi je dio strojarstva koji se, uz opće principe o konstruiranju i razvoju proizvoda, bavi elementima strojeva (spojni elementi, ležajevi, osovine i vratila, prijenosnici, spojke i dr.), alatima, napravama, uređajima i priborom, industrijskom pneumatikom i hidraulikom i sl.

Procesno-energetsko strojarstvo bavi se projektiranjem uređaja i postrojenja toplinske tehnike (→ grijanje; klimatizacija), procesne tehnike za kemijsku, prehrambenu, tekstilnu, grafičku industriju, metalurgiju, preradu otpada i dr., energetskim postrojenjima s elektranama, toplanama i toplinskim stanicama, generatorima pare i plina (→ kotao), kogeneracijskim sustavima i sl.

Proizvodno strojarstvo obuhvaća tehnološke postupke praoblikovanja (lijevanje, sinteriranje), deformacijskog oblikovanja (kovanje, valjanje, provlačenje, duboko vučenje i sl.), spajanja (zavarivanje, lemljenje, lijepljenje, zakivanje), oblikovanja odvajanjem čestica (rezanje, piljenje, tokarenje, glodanje itd.) i aditivne proizvodnje, površinske tehnologije i inženjerstvo površina (toplinska obrada metala, zaštita od korozije) te industrijsko inženjerstvo (projektiranje i upravljanje proizvodnjom, studij rada, održavanje). Unutar proizvodnoga strojarstva posebni su ogranci automatizacija i procesna regulacija s automatima i robotima. (→ proizvodno strojarstvo; mehanička tehnologija)

Brodostrojarstvo se često pridružuje brodogradnji kao zasebnom polju, ali po svom sadržaju duboko zadire u strojarstvo, jer se bavi proučavanjem, konstruiranjem i gradnjom, pogonom, održavanjem i popravkom brodskih strojeva i uređaja. (→ brodostrojarstvo)

Precizno strojarstvo (→ finomehanička tehnika) kao grana strojarstva bavi se proučavanjem, konstrukcijom i proizvodnjom komponenti i proizvoda velike točnosti izrade i malih izmjera pojedinih dijelova sve do područja mikrotehnike.

U novija područja djelovanja strojarstva ulaze dijelovi biomehanike, ergonomije, mehatronike, nanotehnike, svemirske tehnike i zaštite okoliša, pa se strojarstvo ubraja u jednu od najširih stručnih i znanstvenih grana ljudske djelatnosti. Danas se visokorazvijeni strojarski proizvodi većinom izrađuju u sklopu strojogradnje i metaloprerađivačke industrije, kao iznimno značajnih privrednih djelatnosti u svjetskim okvirima.

Povijest strojarstva u svijetu

Iako se strojarstvo kao znanstvena disciplina razvilo i počelo sustavno podučavati na visokim učilištima tek početkom XIX. st., njegovi početci sežu daleko u prošlost, a ponajprije ih se veže uz razvoj obrade metala, složenijih mehanizama za obavljanje rada ili pretvorbu energije, kopnenih prijevoznih sredstava i sl.

Isprva se čovjek za pomoć u radu služio prikladnim predmetima koje je našao u prirodi (drvena grana, kamen, životinjska kost i sl.) postupno ih prilagođavajući za što bolji učinak. Do kraja staroga kamenoga doba (oko 10 000 pr. Kr.) počeli su se namjenski izrađivati raznovrsni alati i oružja: strugalo, šilo, nož, čekić, dlijeto, svrdlo, pila, sjekira, koplje, luk i strijela. Čovjek odavna rabi i tzv. jednostavne strojeve, tj. polugu, kosinu, klin, a potom i vitlo (kotač s vretenom), koloturnik, vijak. Potkraj mlađega kamenoga doba javljaju se prvi tkalački stanovi, brzohodno lončarsko kolo, puni drveni kotač i kola, te taljenje bakra iz rude. Prve brončane slitine, kao mnogo pogodniji materijal od bakra, počinju se rabiti sredinom IV. tisućljeća pr. Kr., kada se razvijaju i ljevačke peći, mjehovi i druge naprave za raspirivanje vatre, te dvodijelni kalupi koji su omogućili masovnu proizvodnju metalnih predmeta i njihovu široku uporabu u svakodnevnom životu, što se kadšto smatra protoindustrijskom revolucijom; proizvodnja i obrada željeza javlja se u II. tisućljeću pr. Kr.

U III. tisućljeću pr. Kr. u Egiptu bušenje rupa obavljalo se svrdlima koje je okretao luk sa strunom nalik gudalu, a potom se na sličnom principu obavljalo i tokarenje. U istom tisućljeću u dolini Inda počele su se rabiti cijevi za odvodnju, a u Mezopotamiji i naprava za podizanje vode na višu razinu (đeram), te oko 700. pr. Kr. akvadukt u Ninivi.

Osobit razvoj bilježi se u antičko doba. Oko 650. pr. Kr. ljevarstvo u staroj Grčkoj dobiva novi zamah razvijanjem postupka lijevanja šupljih odljevaka uz pomoć jezgre. U III. st. pr. Kr. Arhimed je objasnio princip poluge, prvi primijenio matematiku na fizikalne pojave te time osnovao statiku i hidrostatiku, izumio Arhimedov vijak, Arhimedov koloturnik, konstruirao ratne sprave. Istodobno Ktezibije Aleksandrijski razvija mnogobrojne složene hidrauličke i pneumatske naprave (vodene orgulje, crpka, sat, zrakom pogonjeni katapult i dr.), pa se smatra osnivačem tih disciplina. Njegov rad u tom području nastavlja Heron Aleksandrijski (I. st.) među čijih se dvjestotinjak naprava, strojeva i automata ističe preteča parnoga stroja, a poznat je i njegov opis složenog mehanizma sa zupčanicima iz Antikitere, izgrađenoga za astronomske potrebe. U Pergamonu je oko 180. pr. Kr. postojao tlačni vodovod, u starome Rimu je oko 100. pr. Kr. usavršen oblik podnoga centralnoga grijanja na topli zrak (hipokaust), a u istome stoljeću Vitruvije opisuje dizalicu s velikim bubnjem na ljudski pogon.

U drevnoj je Kini Zhang Heng (78–139) unaprijedio vodeni sat i izumio seizmometar, Ma Jun (200–265) izumio je kola s diferencijalnim prijenosom, a Su Song (1020–1101) nemirnicu satnoga mehanizma i lančani prijenos. Među mnogobrojnim izumima islamskoga zlatnoga doba od VII. do XV. st. ističu se automati i strojevi koje je opisao al-Jazari (1136–1206).

Dalji značajniji razvoj strojarskih područja na europskome kontinentu javlja se tek u kasnome srednjem vijeku. U XIV. st. počinju se rabiti prve peći za proizvodnju sirovoga željeza (sivi lijev), a u XV. st. i prve visoke peći. U XIV. st. izrađuju se prvi topovi od kovanog željeza i od lijevane bronce. Od XVI. st. strojarstvo dobiva novi zamah djelima izumitelja poput Leonarda da Vincija, koji su osmišljavali učinkovitije strojeve, naprave i prijevozna sredstva koji su trebali olakšati ljudski rad. Godine 1561. izumljen je tokarski stroj s nosačem alata (tzv. suport), 1566. stroj za bušenje, a 1568. stroj za urezivanje navoja. G. Galilei je 1592. izumio plinski termometar, 1609. izumljen je prvi termostat, 1629. je Giovanni Branca opisao prvu parnu turbinu, složene mehaničke računske strojeve konstruirali su B. Pascal 1642. i G. W. Leibniz 1672., a C. Huygens prvi sat s njihalom 1656. i s oprugom 1675. D. Papin izumio je lonac za kuhanje pod tlakom 1679., a 1707. opisao je prvi sigurnosni ventil.

Razvoju znanstvene osnove strojarstva u područjima fizike, klasične mehanike i matematike među ostalima pridonijeli su I. Newton, C. Huygens, D. Bernoulli, L. Euler, J. B. D’ Alembert, J. L. de Lagrange, N. L. S. Carnot, J. P. Joule i dr. Sva dotadašnja znanja iz područja strojarstva opisao je u devet svezaka strojarske enciklopedije Theatrum Machinarum Jacob Leupold (1674–1727). Jedna od prvih visokoškolskih tehničkih institucija u svijetu koja je obrazovala stručnjake iz područja strojarstva bila je pariška École polytechnique, osnovana 1794. Mnogim novim izumima koji su u XVIII. st. omogućili početak masovne proizvodnje započinje nova epoha u strojarstvu i proizvodnoj tehnici, a često se naziva industrijskom revolucijom. Osobito značajni bili su izumi strojeva za pretvorbu energije u koristan rad, neovisnih od prirodnih izvora, kojima se moglo raspolagati u bilo koje vrijeme i na bilo kojem mjestu. Prve uporabljive parne strojeve konstruirali su engleski inženjeri Thomas Savery (1650–1715) i Thomas Newcomen (1663–1729), prvi parni stroj nalik suvremenima izradio je J. Watt u drugoj polovini XVIII. st., a prvu plinsku turbinu patentirao je John Barber (1734–1801). Omasovljenje proizvodnje je najprije zahvatilo tekstilnu industriju izumom »letećeg« čunka Johna Kaya (1704–1780), strojeva za predenje J. Hargreavesa 1760-ih i R. Arkwrighta 1769. te tkalačkoga stroja s mogućnošću programiranja J. M. Jacquarda 1772.

Značajne promjene u prijevozu roba i putnika započele su komercijalnom primjenom parnoga stroja za pogon parobroda R. Fultona 1807., koji otad postupno počinju zamjenjivati jedrenjake, te parne lokomotive G. Stephensona 1925., koja je označila početak željezničkoga prometa. Konstrukcijom dvotaktnoga plinskoga motora E. Lenoira 1860. i četverotaktnoga N. A. Otta 1867., praktično primjenjivih automobila G. W. Daimlera 1885. i C. F. Benza 1886., izumom gumenih zračnica J. B. Dunlopa 1890. te dizelskoga motora R. Diesela 1897., omogućen je razvoj automobila kao glavnog osobnog prijevoznog sredstva. Strojarska konstrukcijska znanja i proizvodne tehnologije koji su potkraj XIX. st. dosegnuli značajnu razinu bili su u XX. st. temelj razvoja vojne, zrakoplovne, raketne, svemirske i nuklearne tehnike kao zasebnih disciplina i eksploziju inovacija iz najširega područja tehnike.

Od sredine XX. st. do danas strojarstvo se i dalje razvija, napose u područjima novih proizvodnih tehnologija (npr. nekonvencionalni postupci obrade materijala, numerički upravljani alatni strojevi, industrijski roboti, tehnologije aditivne proizvodnje), primjene novih materijala, konstruiranja i vođenja proizvodnje uz pomoć računala, daljnje miniturizacije (mikrotehnika; nanotehnika). U današnje doba udoban i lagodan svakodnevan život lišen napornoga rada čovječanstvo velikim dijelom duguje dosezima strojarstva.

Strojarstvo u Hrvatskoj

Početci strojarstva kao struke

Kao i drugdje u svijetu, preteča strojarstva kao stručne djelatnosti u Hrvatskoj bili su kovački, ljevački, kolarski i drugi obrti, a majstori obrtnici svoja su umijeća zasnivali na iskustvu, te se sami brinuli za izobrazbu pomoćne radne snage. Od doba renesanse javljaju se pojedinci koji su svojim djelovanjem, djelima i izumima ostavili trag u razvoju strojarske struke. Takvi su primjerice bili dubrovački ljevač zvona i topova Ivan Krstitelj Rabljanjin, te šibenski izumitelj i polihistor F. Vrančić, koji je potkraj XVI. st. pripremio knjigu Novi strojevi Fausta Vrančića Šibenčanina (Machinae novae Fausti Verantii Siceni). U toj knjizi Vrančić opisuje 56 svojih ili prerađenih tuđih izuma, među kojima su padobran, satovi, mlinovi, preše, strojevi za mlaćenje i čišćenje žitarica, zaprežna kola i dr., uglavnom namijenjenih olakšavanju ljudskoga rada primjenom rada teglećih životinja, te energije vodenih tokova ili vjetra. Prilog razvoju temeljnih znanosti kao osnove strojarstva dali su M. Getaldić, R. Bošković i dr.

Pojedinci izumitelji, kadšto i bez formalnog strojarskog obrazovanja, i u kasnijim su razdobljima svojim izumima dali doprinos u svjetskim razmjerima, npr. I. B. Lupis izumom torpeda 1860-ih, D. Schwarz izumom zračnoga broda 1890-ih, S. Penkala automatskom olovkom i mnogim drugim izumima s početka XX. st., N. Tesla izumom turbine bez lopatica (1909), M. Puretić izumom mehaničkoga koloturnika za izvlačenje ribarske mreže iz mora (1954).

Znatniju primjenu strojeva svojom su pojavom uvjetovale prve manufakture. Još 1651. Petar IV. Zrinski dao je u Čabru sagraditi prvu pilanu na vodeni pogon te manufakturu željezne robe u kojoj je radilo 200 radnika. U drugoj polovini XVIII. st. broj manufaktura stalno se povećava. Pravi poticaj razvoju strojogradnje i strojarske struke općenito dali su prvi industrijski pogoni s primjenom masovne proizvodnje u prvoj polovini XIX. st. Prvim industrijskim poduzećem u Hrvatskoj smatra se Tvornica papira Rijeka, osnovana 1828., u kojoj je 1833. pušten u pogon prvi parni stroj u Jugoistočnoj Europi. Ubrzo su otvoreni i drugi industrijski pogoni, npr. u Čepinu šećerana 1836., a u Rijeci industrijski mlin 1841., tvornica kemijskih proizvoda, svijeća i sapuna 1852., prvi parni mlin na hrvatskim prostorima te ljevaonica Fonderia metalli 1853., koja je ubrzo počela proizvoditi brodske kotlove i parne strojeve.

Presudan poticaj ozbiljnijem razvoju strojarstva kao nove cjelovite struke dalo je uvođenje željeznice te parnoga stroja kao novoga pogona u proizvodnim procesima, brodskim pogonima i sl. U drugoj polovini XIX. st. Hrvatska se industrijski intenzivno razvija, pa npr. u Osijeku rade ljevaonica metala i pogoni za gradnju strojeva, u Zagrebu i Rijeci grade se plinare, na Sušaku rafinerija nafte, u Zagrebu parna pilana, u Rijeci i Puli brodogradilišta. Prvi prikaz hrvatske strojarske proizvodnje održan je u sklopu novoosnovanoga Zagrebačkoga zbora 1864., na kojem se izlažu poljoprivredni strojevi hrvatske proizvodnje, proizvodi za brodogradnju i dr.

Početci nastave strojarstva u Hrvatskoj

Modernizacijski procesi tijekom druge polovine XIX. st. nametali su potrebu obrazovanja kadrova za područja tehnike i industrije. Strojoslovje se kao nastavni predmet javlja od 1861/62. u 6. razredu zagrebačke Kraljevske više realke. Sustavno poučavanje predmeta strojarske struke počelo je u sklopu nastave brodostrojarstva u vojnim pomorskim učilištima i nautičkim školama. Od 1866. na riječkoj Carsko-kraljevskoj mornaričkoj akademiji budući su časnici u sklopu četverogodišnjega studija izučavali teorijske i praktične osnove parnih strojeva, a od 1870. i u pulskoj jednogodišnjoj Strojarskoj podoficirskoj školi, odnosno trogodišnjoj Školi za strojarski podmladak. Na civilnim se pomorskim školama početkom 1880-ih sluša predmet Nauk o parostroju, koji je među prvima na Nautičkoj školi u Bakru 1882. predavao A. Mohorovičić. Godine 1925. otvoren je brodostrojarski odjel Srednje tehničke škole u Splitu, a 1930-ih i u pomorskim školama u Bakru i Malom Lošinju.

Srednje škole

Strukovno školovanje za strojarska zanimanja počinje u Srednjoj tehničkoj školi u Zagrebu, osnovanoj 1919. iz dotadašnje Građevne stručne škole, ustrojene 1892. uz Kraljevsku zemaljsku obrtnu školu. U toj je školi od 1923. postojao i trogodišnji program večernje škole za izobrazbu strojarskih poslovođa, dok je 1931. otvoren strojarski odsjek. Nakon II. svjetskoga rata strukovno obrazovanje postaje važnim čimbenikom provođenja tzv. planske privrede. Godine 1950. strojarske odsjeke imale su srednje tehničke škole u Zagrebu, Splitu, Puli, Osijeku, Slavonskom Brodu, Karlovcu i Rijeci, te Rudarska srednja tehnička škola u Varaždinu i Srednja poljoprivredna mašinska škola u Vinkovcima. Od 1992. programi strojarske struke provode se odvojeno u četverogodišnjim tehničkim i trogodišnjim industrijsko-obrtničkim školama. Danas se završetkom četverogodišnjega programa stječu zanimanja na razini tehničara (npr. strojarski tehničar, tehničar za vozila i vozna sredstva, za brodostrojarstvo i sl.), a završetkom trogodišnjega programa zanimanja na razini mehaničara, instalatera i radnika u proizvodnji.

Visoke škole, fakulteti i znanost

Prvi inženjeri strojarstva potkraj XIX. st. bili su školovani u inozemstvu (Beč, Prag, Budimpešta, Zürich), a zapošljavali su se pretežno u državnim ustanovama kao što su željeznica, energane, vojni arsenali i dr. Nakon dvadesetogodišnjih nastojanja osnovana je 1919. Kraljevska tehnička visoka škola u Zagrebu, unutar koje je, kao jedan od osam odjela, djelovao i strojarski odjel. Škola je 1926. kao Tehnički fakultet pripojena Sveučilištu u Zagrebu. Naglo povećanje broja studenata nakon II. svjetskoga rata rezultiralo je 1956. diobom Tehničkoga fakulteta na četiri samostalna fakulteta, među kojima je bio i Strojarsko-brodograđevni. Godine 1958. osnovana je Visoka tehnička škola u Zagrebu sa stručnim studijem strojarstva, koja se 1967. ujedinila sa Strojarsko-brodograđevnim fakultetom u jedinstveni Fakultet strojarstva i brodogradnje. Osim na tome fakultetu, strojarstvo diplomske razine se danas može studirati na Tehničkome fakultetu u Rijeci, Fakultetu elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje u Splitu te na Strojarskome fakultetu u Slavonskom Brodu, na kojima su studiji strojarstva pokrenuti početkom 1960-ih. Stručni studiji strojarstva danas se izvode u Rijeci, Splitu, Karlovcu, Zagrebu, Bjelovaru, Velikoj Gorici, Koprivnici i Slavonskom Brodu.

Značajniji znanstveni i istraživački rad u području strojarstva u Hrvatskoj započeo je kada i sveučilišna nastava iz toga područja, posebno se intenzivirao nakon II. svjetskoga rata, a danas se odvija pretežno na strojarskim fakultetima i u institutima. U Hrvatskoj izlazi nekoliko časopisa u kojima se objavljuju dostignuća znanstvenoga i stručnoga rada, ponajprije časopis Strojarstvo te specijalizirani časopisi Zavarivanje i zavarene konstrukcije, Ljevarstvo, Polimeri, Metalurgija i dr.

Znanstvene i strukovne udruge

Unutar Hrvatskoga inženjerskoga saveza, sljednika Kluba inžinirah i arkitektah Zagreba utemeljenoga 1878., djeluje Hrvatski strojarski i brodograđevni inženjerski savez (od 1927. Klub strojara i električara), koji se brine za razvoj i izobrazbu kadrova strojarske struke. Kao članovi Saveza djeluju strukovna udruženja, među kojima su najstarija Hrvatsko udruženje za ljevarstvo (osnovano 1953), Hrvatsko društvo za tehniku zavarivanja (1953) i Hrvatsko društvo za zaštitu materijala (1954). Za ovlaštene inženjere strojarstva je danas nadležna Hrvatska komora inženjera strojarstva, koja se 2009. izdvojila iz Hrvatske komore arhitekata i inženjera u graditeljstvu.

strojarstvo. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 21.11.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=58446>.