Инженерное дело - Engineering

InSight спускаемый аппарат с солнечными батареями развернуты в чистых помещениях
Паровой двигатель , основная движущая сила в промышленной революции , подчеркивает важность техники в современной истории. Этот лучевой двигатель выставлен в Мадридском техническом университете .

Инженерное дело - это использование научных принципов для проектирования и строительства машин, сооружений и других предметов, включая мосты, туннели, дороги, транспортные средства и здания. Инженерная дисциплина охватывает широкий спектр более специализированных областей инженерии , каждая из которых имеет более конкретный акцент на определенных областях прикладной математики , прикладных наук и типов приложений. См. Глоссарий инженерии .

Термин « инженерия» происходит от латинского « ingenium» , что означает «ум», и ingeniare , что означает «изобретать, изобретать».

Определение

Американский совет инженеров по профессиональному развитию (ECPD, предшественник АВЕТА ) определил „инжиниринг“ , как:

Творческое применение научных принципов для проектирования или разработки конструкций, машин, аппаратов или производственных процессов или работ с их использованием по отдельности или в сочетании; или строить или эксплуатировать то же самое, полностью осознавая их конструкцию; или прогнозировать их поведение в конкретных условиях эксплуатации; все в соответствии с назначением, экономичностью эксплуатации и безопасностью для жизни и имущества.

История

Рельефная карта Цитадели Лилля , созданная в 1668 году Вобаном , выдающимся военным инженером своего времени.

Инженерное дело существует с древних времен, когда люди изобрели такие изобретения, как клин, рычаг, колесо, шкив и т. Д.

Термин « инженерия» происходит от слова « инженер» , которое восходит к 14 веку, когда инженер (буквально тот, кто строит или управляет осадной машиной ) называл «конструктор военных машин». В этом контексте, ныне устаревший, «двигатель» относится к военной машине, то есть механическому приспособлению, используемому на войне (например, катапульте ). Яркими примерами устаревшего использования, сохранившимися до наших дней, являются военно-инженерные корпуса, например , Инженерный корпус армии США .

Само слово «двигатель» имеет еще более древнее происхождение, в конечном итоге происходит от латинского ingenium (около 1250 г.), что означает «врожденное качество, особенно умственная сила, следовательно, умное изобретение».

Позже, когда проектирование гражданских сооружений, таких как мосты и здания, превратилось в техническую дисциплину, термин гражданское строительство вошел в лексикон как способ различать тех, кто специализируется на строительстве таких невоенных проектов, и тех, кто участвует в строительстве. Военно-инженерная дисциплина .

Древняя эпоха

Древние римляне построили акведуки, чтобы обеспечить постоянный приток чистой и пресной воды в города империи.

В пирамиды в древнем Египте , зиккураты из Месопотамии , на Акрополь и Парфенон в Греции, римские водопроводы , Via Appia и Колизей, Теотиуакан , и Brihadeeswarar Храм в Танджавуре , среди многих других, стоят как свидетельство изобретательности и мастерства древних гражданские и военные инженеры. Другие памятники, которые больше не существуют, такие как Висячие сады Вавилона и Александрийский Фарос , были важными инженерными достижениями своего времени и считались одними из семи чудес древнего мира .

Шесть классических простых машин были известны на древнем Ближнем Востоке . Клин и наклонная плоскость (рампа) были известны с доисторических времен. Колесо , вместе с колесом и осью механизмом, было изобретено в Месопотамии (современный Ирак) в течение 5 - го тысячелетия до нашей эры. Рычаг механизм впервые появился около 5000 лет назад в Ближнем Востоке , где она была использована в простом масштабе баланса и перемещать большие объекты в древнеегипетской технологии . Рычаг также использовался в водоподъемном устройстве shadoof , первой крановой машине, которая появилась в Месопотамии около 3000 г. до н.э., а затем в древнеегипетских технологиях около 2000 г. до н.э. Самые ранние свидетельства использования шкивов относятся к Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до нашей эры и в Древнем Египте во время Двенадцатой династии (1991–1802 гг. До н.э.). Винт , последний из простых машин , которые будут изобретены, впервые появился в Месопотамии во время нео-ассирийского периода (911-609) до н. В египетские пирамиды были построены с использованием трех из шести простых машин, наклонной плоскости, клин, и рычаг, чтобы создать структуры , как в Великой Пирамиды в Гизе .

Первым известным инженером-строителем является Имхотеп . В качестве одного из должностных лиц фараона , Джосера , он , вероятно , разработан и руководил строительством пирамиды Джосера (The Step Pyramid ) в Саккаре в Египте около 2630-2611 до н. Самые первые практические водные машины, водяное колесо и водяная мельница , впервые появились в Персидской империи , на территории нынешних Ирака и Ирана, к началу 4 века до нашей эры.

Куш разработал сакию в 4 веке до нашей эры, которая полагалась на силу животных, а не на энергию человека. Хафиры были разработаны как тип резервуара в Куше для хранения и содержания воды, а также для ускоренного орошения. Саперы использовались для строительства дамб во время военных походов. Предки кушитов построили храмы в бронзовом веке между 3700 и 3250 годами до нашей эры. В 7 веке до нашей эры в Куше были созданы цветники и доменные печи .

Древняя Греция разрабатывала машины как в гражданской, так и в военной сфере. Механизм Antikythera , ранний известный механический аналоговый компьютер , и механические изобретения из Архимеда , являются примерами греческого машиностроения. Некоторые изобретения Архимеда, а также механизм Antikythera требовали глубоких знаний о дифференциальной передаче или планетарной передаче , двух ключевых принципах теории машин, которые помогли разработать зубчатые передачи промышленной революции, и до сих пор широко используются в различных областях, таких как робототехника. и автомобилестроение .

Древние китайские, греческие, римские и гуннские армии использовали военные машины и изобретения, такие как артиллерия, разработанная греками примерно в 4 веке до нашей эры, трирема , баллиста и катапульта . В средние века был разработан требушет .

Средний возраст

Самые ранние практические ветряные машины, ветряные мельницы и ветряные насосы , впервые появились в мусульманском мире во время Золотого века ислама , на территории нынешних Иран, Афганистана и Пакистана, к 9 веку нашей эры. Самой первой практической паровой машиной был паровой домкрат, приводимый в движение паровой турбиной , описанный в 1551 году Таки ад-Дин Мухаммад ибн Маруф в Османском Египте .

Хлопкоочистительный был изобретен в Индии в 6 веке н.э., а прялка была изобретена в исламском мире в начале 11 -го века, оба из которых имеют основополагающее значение для роста хлопчатобумажной промышленности . Прялка также была предшественницей прялки Дженни , которая была ключевым событием во время ранней промышленной революции 18 века. Коленчатый вал и распределительный вал были изобретены Аль-Джазари в Северной Месопотамии около 1206, и они позже стали центральными современным оборудованием , таких как паровой двигатель , двигатель внутреннего сгорания и автоматического управление .

Самые ранние программируемые машины были разработаны в мусульманском мире. Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматизированный флейтист , изобретенный братьями Бану Муса , описанный в их « Книге изобретательных устройств» в IX веке. В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботы . Он описал четырех музыкантов- автоматов , включая барабанщиков, управляемых программируемой драм-машиной , где их можно было заставить играть разные ритмы и разные паттерны ударных. Часы замок , A hydropowered механические астрономические часы изобретен Al-Джазари, был первым программируемым аналоговым компьютером .

Гидравлический шахтный подъемник, используемый для подъема руды, ок. 1556

До развития современной инженерии математика использовалась ремесленниками и мастерами, такими как слесари , часовщики , приборостроители и геодезисты. Считалось, что помимо этих профессий университеты не имеют большого практического значения для технологий.

Стандартное описание состояния механических искусств в эпоху Возрождения дается в трактате по горному делу De re Metallica (1556 г.), который также содержит разделы по геологии, горному делу и химии. De re Metallica была стандартом химии в течение следующих 180 лет.

Современная эра

Применение паровой машины позволило заменить кокс на древесный уголь в производстве чугуна, снизив стоимость железа, что дало инженерам новый материал для строительства мостов. Этот мост был сделан из чугуна , который вскоре был вытеснен менее хрупким кованым железом в качестве конструкционного материала.

Наука классическая механика , которую иногда называют механикой Ньютона, составляет научную основу большей части современной инженерии. С появлением инженерной профессии в 18 веке этот термин стал более узко применяться к областям, в которых для этих целей применялись математика и естественные науки. Точно так же, помимо военного и гражданского строительства, в инженерное дело вошли области, известные тогда как механика .

Строительство канала было важным инженерным сооружением на ранних этапах промышленной революции.

Джон Смитон был первым самопровозглашенным инженером-строителем и часто считается «отцом» гражданского строительства. Он был английским инженером-строителем, отвечавшим за проектирование мостов, каналов, гаваней и маяков. Он также был способным инженером-механиком и выдающимся физиком . Используя модель водяного колеса, Смитон в течение семи лет проводил эксперименты, определяя способы повышения эффективности. Смитон применил железные оси и шестерни к водяным колесам. Смитон также внес механические улучшения в паровой двигатель Ньюкомена . Смитон спроектировал третий маяк Эддистоун (1755–1759 гг.), Где впервые применил « гидравлическую известь » (форма раствора, которая затвердевает под водой) и разработал технику, в которой использовались скрепленные ласточкин хвост блоки гранита в здании маяка. Он играет важную роль в истории, повторном открытии и развитии современного цемента , потому что он определил требования к составу, необходимые для получения «гидравлической прочности» в извести; работа, которая в конечном итоге привела к изобретению портландцемента .

Прикладная наука привела к созданию паровой машины. Последовательность событий началась с изобретения барометра и измерения атмосферного давления Евангелистой Торричелли в 1643 году, демонстрации силы атмосферного давления Отто фон Герике с использованием полушарий Магдебурга в 1656 году, лабораторных экспериментов Дениса Папина , построившего экспериментальные Модель паровых двигателей и продемонстрировала использование поршня, которое он опубликовал в 1707 году. Эдвард Сомерсет, 2-й маркиз Вустерский, опубликовал книгу из 100 изобретений, содержащих метод подъема воды, подобный перколятору для кофе . Сэмюэл Морланд , математик и изобретатель, который работал над насосами, оставил в Управлении по распоряжению Воксхолла заметки о конструкции парового насоса, которые прочитал Томас Савери . В 1698 году Савери построил паровой насос под названием «Друг шахтера». Он использовал как вакуум, так и давление. Торговец железом Томас Ньюкомен , построивший в 1712 году первый коммерческий поршневой паровой двигатель, не имел никакого научного образования.

Применение чугунных выдувных цилиндров с паровым приводом для подачи сжатого воздуха в доменные печи привело к значительному увеличению производства чугуна в конце 18 века. Более высокие температуры печи, которые стали возможны с помощью парового дутья, позволили использовать больше извести в доменных печах , что позволило перейти от древесного угля к коксу . Эти нововведения снизили стоимость железа, сделав практичными железные дороги и железные мосты. Процесс пудлинга , запатентованный Генри Кортом в 1784 году, позволил получить большое количество кованого железа. Горячий дутье , запатентованный Джеймсом Бомонтом Нейлсоном в 1828 году, значительно снизил количество топлива, необходимого для плавки железа. С развитием паровой машины высокого давления соотношение мощности к весу паровых машин сделало возможным создание практических пароходов и локомотивов. Новые процессы производства стали, такие как бессемеровский процесс и мартеновская печь, положили начало развитию тяжелого машиностроения в конце 19 века.

Одним из самых известных инженеров середины 19 века был Исамбард Кингдом Брунель , построивший железные дороги, верфи и пароходы.

Морская платформа, Мексиканский залив

Промышленная революция создала спрос на машины с металлическими частями, которые привели к разработке нескольких станков . Точное растачивание чугунных цилиндров было невозможно, пока Джон Уилкинсон не изобрел свой расточной станок , который считается первым станком . Другие станки включали токарно-винторезный станок , фрезерный станок , токарно-револьверный станок и строгальный станок по металлу . Техника прецизионной обработки была разработана в первой половине 19 века. Сюда входило использование приспособлений для направления обрабатывающего инструмента над работой и приспособлений для удержания работы в надлежащем положении. Станки и методы обработки, позволяющие производить взаимозаменяемые детали, привели к крупномасштабному производству к концу 19 века.

В переписи населения Соединенных Штатов 1850 года впервые была указана профессия «инженер», насчитывающая 2000 человек. До 1865 года в США было менее 50 выпускников инженерных специальностей. В 1870 году в США было около десятка выпускников инженерных специальностей, а в 1875 году их число увеличилось до 43 в год. В 1890 году насчитывалось 6000 инженеров в области гражданского строительства, горнодобывающей промышленности , механики и электричества. .

До 1875 года в Кембридже не было кафедры прикладного механизма и прикладной механики, а в Оксфорде - до 1907 года. Ранее в Германии были созданы технические университеты.

Основы электротехники в 1800-х годах включали эксперименты Алессандро Вольта , Майкла Фарадея , Георга Ома и других, а также изобретение электрического телеграфа в 1816 году и электродвигателя в 1872 году. Теоретическая работа Джеймса Максвелла (см .: уравнения Максвелла ) и Генрих Герц в конце 19 века положили начало области электроники . Более поздние изобретения вакуумной лампы и транзистора еще больше ускорили развитие электроники до такой степени, что инженеры-электрики и электронщики в настоящее время превосходят по численности своих коллег по любой другой инженерной специальности. Химическая инженерия развивалась в конце девятнадцатого века. Программа раннего развития карьерыː Britannica </ref> Промышленное производство требовало новых материалов и новых процессов, и к 1880 году потребность в крупномасштабном производстве химикатов была такова, что была создана новая отрасль, посвященная разработка и крупномасштабное производство химикатов на новых промышленных предприятиях. Роль инженера-химика заключалась в проектировании этих химических заводов и процессов.

Солнечная печь в Одейо в Восточных Пиренеях в Франции может достигать температуры до 3500 ° C (6330 ° F) ,

Авиационная инженерия имеет дело с проектированием процесса проектирования самолетов, в то время как аэрокосмическая техника - это более современный термин, который расширяет сферу применения дисциплины, включая проектирование космических аппаратов . Его происхождение можно проследить до пионеров авиации в начале 20-го века, хотя работы сэра Джорджа Кэли недавно были датированы последним десятилетием 18-го века. Ранние знания в области авиационной техники были в основном эмпирическими с некоторыми концепциями и навыками, заимствованными из других областей техники.

Первый доктор технических наук (технически, прикладных наук и инженерии ), присужденный в Соединенных Штатах, получил Джозиа Уиллард Гиббс в Йельском университете в 1863 году; это также был второй доктор наук, присужденный в США.

Всего через десять лет после успешных полетов братьев Райт произошло широкое развитие авиационной техники за счет разработки военных самолетов, которые использовались во время Первой мировой войны . Между тем, исследования по фундаментальной науке продолжались, сочетая теоретическую физику с экспериментами.

Основные отрасли машиностроения

Инженерное дело - это обширная дисциплина, которая часто разбивается на несколько суб-дисциплин. Хотя инженер обычно обучается по определенной дисциплине, он или она могут стать многодисциплинарными благодаря опыту. Инженерное дело часто характеризуется четырьмя основными отраслями: химическое машиностроение, гражданское строительство, электротехника и машиностроение.

Химическая инженерия

Химическая инженерия - это применение принципов физики, химии, биологии и инженерии для осуществления химических процессов в промышленных масштабах, таких как производство товарных химикатов , специальных химикатов , нефтепереработка , микротехнология , ферментация и производство биомолекул .

Гражданское строительство

Гражданское строительство - это проектирование и строительство общественных и частных объектов , таких как инфраструктура (аэропорты, дороги, железные дороги, водоснабжение, очистка и т. Д.), Мостов, туннелей, плотин и зданий. Гражданское строительство традиционно делится на ряд дисциплин, включая инженерное строительство , экологическую инженерию и геодезию . Он традиционно считается отдельным от военной инженерии .

Электротехника

Электротехника является проектирование, исследование и производство различных электрических и электронных систем, таких как широковещательный техники , электрических цепей , генераторов , электродвигателей , электромагнитных / электромеханических устройств, электронных устройств , электронных схем , оптических волокон , оптико - электронных приборов , компьютерных систем, телекоммуникаций , КИПиА , системы управления и электроника .

Машиностроение

Машиностроение - это проектирование и производство физических или механических систем, таких как силовые и энергетические системы, аэрокосмическая / авиационная продукция, системы вооружения , транспортные средства, двигатели , компрессоры , силовые агрегаты , кинематические цепи , вакуумная технология, виброизоляционное оборудование, производство , робототехника. , турбины, аудиооборудование и мехатроника .

Биоинженерия

Биоинженерия - это разработка биологических систем с полезной целью. Примеры биоинженерных исследований включают бактерии, созданные для производства химикатов, новую технологию медицинской визуализации, портативные устройства для быстрой диагностики заболеваний, протезы, биофармацевтические препараты и тканевые органы.

Междисциплинарная инженерия

Междисциплинарная инженерия опирается на более чем одну из основных областей практики. Исторически важнейшими отраслями были военно-морское и горное машиностроение . Другие области инженерии - это производственная инженерия , акустическая инженерия , коррозионная инженерия , контрольно-измерительная аппаратура , аэрокосмическая , автомобильная , компьютерная , электронная , информационная , нефтяная , экологическая , системы , аудио , программное обеспечение , архитектура , сельское хозяйство , биосистемы , биомедицина , геология , текстиль , промышленное , материаловедческое и ядерное машиностроение . Эти и другие отрасли машиностроения представлены в 36 лицензированных членских организациях Инженерного совета Великобритании .

Новые специальности иногда сочетаются с традиционными областями и образуют новые отрасли - например, инженерия и управление земными системами включает широкий спектр предметных областей, включая инженерные исследования , науку об окружающей среде , инженерную этику и философию инженерии .

Другие отрасли машиностроения

Аэрокосмическая техника

Аэрокосмическая инженерия занимается проектированием, производством самолетов, спутников, ракет, вертолетов и т. Д. Он внимательно изучает перепад давления и аэродинамику транспортного средства, чтобы обеспечить безопасность и эффективность. Поскольку большинство исследований относятся к жидкостям, они применимы к любому движущемуся транспортному средству, например, автомобилям.

Морская инженерия

Морская инженерия связана с чем-либо на берегу океана или рядом с ним. Примеры включают, но не ограничиваются ими, корабли, подводные лодки, нефтяные вышки, конструкции, силовые установки гидроциклов, бортовые конструкции и разработки, заводы, гавани и так далее. Это требует совмещенных знаний в области машиностроения, электротехники, гражданского строительства и некоторых навыков программирования.

Компьютерная инженерия

Компьютерная инженерия (CE) - это отрасль инженерии, которая объединяет несколько областей информатики и электронной инженерии, необходимых для разработки компьютерного оборудования и программного обеспечения . Компьютерные инженеры обычно проходят подготовку в области электронной инженерии (или электротехники ), проектирования программного обеспечения и интеграции аппаратного и программного обеспечения, а не только в области разработки программного обеспечения или электронной инженерии.

Упражняться

Тех, кто занимается инженерным делом, называют инженером , и те, у кого есть лицензия, могут иметь более официальные обозначения, такие как профессиональный инженер , дипломированный инженер , корпоративный инженер , инженер , европейский инженер или уполномоченный технический представитель .

Методология

Проектирование турбины требует сотрудничества инженеров из многих областей, поскольку система включает механические, электромагнитные и химические процессы. Лопатки , ротор и статор , а также парового цикла все должны быть тщательно разработаны и оптимизированы.

В процессе инженерного проектирования инженеры применяют математику и такие науки, как физика, для поиска новых решений проблем или улучшения существующих решений. Инженеры нуждаются в глубоких знаниях соответствующих наук для своих дизайнерских проектов. В результате многие инженеры продолжают изучать новый материал на протяжении всей своей карьеры.

Если существует несколько решений, инженеры взвешивают каждый вариант конструкции с учетом их достоинств и выбирают решение, которое лучше всего соответствует требованиям. Задача инженера - идентифицировать, понимать и интерпретировать ограничения проекта, чтобы получить успешный результат. Обычно этого недостаточно для создания технически успешного продукта, скорее, он должен отвечать дополнительным требованиям.

Ограничения могут включать доступные ресурсы, физические, воображаемые или технические ограничения, гибкость для будущих модификаций и дополнений, а также другие факторы, такие как требования к стоимости, безопасности , конкурентоспособности, производительности и удобству обслуживания . Понимая ограничения, инженеры получают спецификации для пределов, в которых жизнеспособный объект или система могут быть произведены и эксплуатируются.

Решение проблем

Чертеж бустерного двигателя паровозов . Инженерное дело применяется к дизайну с упором на функции и использование математики и естественных наук.

Инженеры используют свои знания в области естественных наук , математики , логики , экономики и соответствующий опыт или неявные знания, чтобы найти подходящие решения конкретной проблемы. Создание соответствующей математической модели проблемы часто позволяет им проанализировать ее (иногда окончательно) и проверить возможные решения.

Обычно существует несколько разумных решений, поэтому инженеры должны оценить достоинства различных вариантов дизайна и выбрать решение, которое наилучшим образом соответствует их требованиям. Генрих Альтшуллер , собрав статистику по большому количеству патентов , предположил, что компромиссы лежат в основе инженерных проектов « низкого уровня », тогда как на более высоком уровне лучший дизайн - это такой, который устраняет основное противоречие, вызывающее проблему.

Инженеры обычно пытаются предсказать, насколько хорошо их конструкции будут работать в соответствии с их спецификациями до полномасштабного производства. Они используют, среди прочего: прототипы , масштабные модели , симуляции , разрушающие тесты , неразрушающие тесты и стресс-тесты . Тестирование гарантирует, что продукты будут работать так, как ожидалось.

Инженеры берут на себя ответственность за создание проектов, которые будут работать так хорошо, как ожидалось, и не причинят непреднамеренного вреда населению в целом. Инженеры обычно включают в свои проекты фактор безопасности, чтобы снизить риск неожиданного отказа.

Изучение неисправных продуктов известно как криминалистическая экспертиза и может помочь разработчику продукта оценить его или ее конструкцию в свете реальных условий. Дисциплина имеет наибольшее значение после бедствий, таких как обрушение моста , когда требуется тщательный анализ, чтобы установить причину или причины отказа.

Использование компьютера

Компьютерное моделирование высокоскоростного воздушного потока вокруг орбитального корабля "Спейс Шаттл" во время входа в атмосферу . Решения потока требуют моделирования комбинированных эффектов потока жидкости и уравнений теплопроводности .

Как и во всех современных научных и технологических начинаниях, компьютеры и программное обеспечение играют все более важную роль. Помимо типичного программного обеспечения для бизнеса, существует ряд компьютерных приложений ( компьютерных технологий ), специально предназначенных для разработки. Компьютеры могут использоваться для создания моделей фундаментальных физических процессов, которые могут быть решены с помощью численных методов .

Графическое представление минутной доли WWW с указанием гиперссылок

Одним из наиболее широко используемых инструментов проектирования в профессии является программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР). Это позволяет инженерам создавать 3D-модели, 2D-чертежи и схемы своих проектов. САПР вместе с цифровым макетом (DMU) и программным обеспечением CAE, таким как анализ методом конечных элементов или метод аналитических элементов, позволяет инженерам создавать модели проектов, которые можно анализировать, не создавая дорогостоящих и трудоемких физических прототипов.

Это позволяет проверять продукты и компоненты на наличие дефектов; оценить подгонку и сборку; учиться эргономике; а также для анализа статических и динамических характеристик систем, таких как напряжения, температуры, электромагнитное излучение, электрические токи и напряжения, уровни цифровой логики, потоки жидкости и кинематика. Доступ и распространение всей этой информации обычно организовано с использованием программного обеспечения для управления данными о продуктах .

Существует также множество инструментов для поддержки конкретных инженерных задач, таких как программное обеспечение автоматизированного производства (CAM) для генерации инструкций обработки с ЧПУ ; программное обеспечение для управления производственными процессами для производственного инжиниринга; EDA для печатных плат (PCB) и принципиальных схем для инженеров-электронщиков; Приложения ТОиР для управления техническим обслуживанием; и программное обеспечение архитектуры, проектирования и строительства (AEC) для гражданского строительства.

В последние годы использование компьютерного программного обеспечения для помощи в разработке товаров в совокупности стало известно как управление жизненным циклом продукта (PLM).

Социальный контекст

Роботизированный Kismet может воспроизводить различные выражения лица.

Инженерная профессия участвует в широком спектре деятельности, от большого сотрудничества на общественном уровне до небольших индивидуальных проектов. Практически все инженерные проекты связаны с каким-либо финансовым агентством: компанией, группой инвесторов или государством. Те немногие виды инженерии, которые минимально ограничены такими проблемами, - это разработка на общественных началах и инженерия с открытым проектированием .

По самой своей природе инженерия взаимосвязана с обществом, культурой и человеческим поведением. На каждый продукт или конструкцию, используемую в современном обществе, оказывает влияние инженерное искусство. Результаты инженерной деятельности влияют на изменения в окружающей среде, обществе и экономике, а их применение влечет за собой ответственность и общественную безопасность.

Инженерные проекты могут вызывать разногласия. Примеры из различных инженерных дисциплин включают разработку ядерного оружия , плотину « Три ущелья» , проектирование и использование внедорожников и добычу нефти . В ответ некоторые западные инжиниринговые компании приняли серьезную политику корпоративной и социальной ответственности .

Инженерное дело - ключевой фактор инноваций и человеческого развития. В частности, страны Африки к югу от Сахары обладают очень небольшим инженерным потенциалом, в результате чего многие африканские страны не могут развивать важнейшую инфраструктуру без внешней помощи. Достижение многих целей в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия, требует наличия достаточного инженерного потенциала для развития инфраструктуры и устойчивого технологического развития.

Радар, GPS , лидар ... - все они объединены для обеспечения надлежащей навигации и предотвращения препятствий (автомобиль, разработанный для DARPA Urban Challenge 2007 года )

Все зарубежные неправительственные организации по развитию и оказанию помощи широко используют инженеров для применения решений в сценариях стихийных бедствий и развития. Ряд благотворительных организаций стремятся использовать технику непосредственно на благо человечества:

Инжиниринговые компании во многих странах с устоявшейся экономикой сталкиваются с серьезными проблемами, связанными с количеством обучаемых профессиональных инженеров по сравнению с количеством выходящих на пенсию. Эта проблема очень остро стоит в Великобритании, где инженерия имеет плохой имидж и низкий статус. Это может вызвать множество негативных экономических и политических проблем, а также этических проблем. Широко признано, что инженерная профессия сталкивается с «кризисом имиджа», а не с принципиально непривлекательной карьерой. Необходимо проделать большую работу, чтобы избежать огромных проблем в экономике Великобритании и других западных стран. Тем не менее, в Великобритании находится больше инжиниринговых компаний по сравнению с другими европейскими странами, вместе с США.

Моральный кодекс

Многие инженерные общества установили кодексы практики и кодексы этики, чтобы направлять своих членов и информировать общественность в целом. Национальное общество профессиональных инженеров кодекса этики гласит:

Инженерное дело - важная и усвоенная профессия. От инженеров ожидается, что они будут демонстрировать высочайшие стандарты честности и порядочности. Инженерное дело оказывает прямое и жизненно важное влияние на качество жизни всех людей. Соответственно, услуги, предоставляемые инженерами, требуют честности, беспристрастности, справедливости и беспристрастности и должны быть направлены на защиту общественного здоровья, безопасности и благополучия. Инженеры должны действовать в соответствии со стандартами профессионального поведения, которые требуют соблюдения высших принципов этического поведения.

В Канаде многие инженеры носят железное кольцо как символ и напоминание об обязательствах и этических принципах, связанных с их профессией.

Отношения с другими дисциплинами

Наука

Ученые изучают мир таким, какой он есть; инженеры создают мир, которого никогда не было.

Инженеры, ученые и техники работают над позиционером цели в камере мишени National Ignition Facility (NIF)

Между наукой и инженерной практикой существует частичное совпадение; в инженерии применяется наука. Обе области деятельности полагаются на точное наблюдение за материалами и явлениями. Оба используют математику и критерии классификации для анализа и передачи наблюдений.

Ученым также может потребоваться выполнение инженерных задач, таких как проектирование экспериментального оборудования или создание прототипов. И наоборот, в процессе разработки технологий инженеры иногда обнаруживают, что исследуют новые явления, становясь, таким образом, на данный момент учеными или, точнее, «учеными-инженерами».

Международная космическая станция используется для проведения научных экспериментов космического пространства

В книге Что инженеры знают и как они знают , что , Уолтер Винченти утверждает , что инженерные исследования имеют иной характер, что научные исследования. Во-первых, он часто имеет дело с областями, в которых основы физики или химии хорошо изучены, но сами проблемы слишком сложны, чтобы их можно было точно решить.

Существует «реальная и важная» разница между инженерией и физикой, поскольку любая область науки связана с технологиями. Физика - это исследовательская наука, которая ищет знания принципов, в то время как инженерия использует знания для практического применения принципов. Первый приравнивает понимание к математическому принципу, а второй измеряет задействованные переменные и создает технологии. Для техники физика является вспомогательной, и в некотором смысле технология считается прикладной физикой. Хотя физика и инженерия взаимосвязаны, это не означает, что физик обучен выполнять работу инженера. Физику обычно требуется дополнительная соответствующая подготовка. Физики и инженеры занимаются разными направлениями работы. Но доктора философии, специализирующиеся в областях инженерной физики и прикладной физики, называются специалистами по технологиям, инженерами НИОКР и инженерами-системниками.

Примером этого является использование численных приближений к уравнениям Навье – Стокса для описания аэродинамического обтекания самолета или использование метода конечных элементов для расчета напряжений в сложных компонентах. Во-вторых, инженерные исследования используют множество полуэмпирических методов , которые чужды чисто научным исследованиям, одним из примеров является метод вариации параметров.

Как утверждают Fung et al. в редакции классического инженерного текста « Основы механики твердого тела» :

Инженерное дело сильно отличается от науки. Ученые пытаются понять природу. Инженеры пытаются создавать вещи, которых нет в природе. Инженеры делают упор на инновации и изобретения. Чтобы воплотить изобретение в жизнь, инженер должен конкретизировать свою идею и спроектировать то, что люди смогут использовать. Это может быть сложная система, устройство, гаджет, материал, метод, вычислительная программа, инновационный эксперимент, новое решение проблемы или улучшение того, что уже существует. Поскольку дизайн должен быть реалистичным и функциональным, для него должны быть определены его геометрия, размеры и характеристики. В прошлом инженеры, работающие над новыми проектами, обнаружили, что у них нет всей необходимой информации для принятия проектных решений. Чаще всего они ограничивались недостаточными научными знаниями. Таким образом они изучали математику , физику , химию , биологию и механику . Часто им приходилось прибавлять к наукам, имеющим отношение к их профессии. Так родились инженерные науки.

Хотя в технических решениях используются научные принципы, инженеры также должны учитывать безопасность, эффективность, экономичность, надежность, конструктивность или простоту изготовления, а также экологические, этические и юридические соображения, такие как нарушение патентных прав или ответственность в случае отказа. решения.

Медицина и биология

Клинический МРТ-сканер 3 тесла .

Изучение человеческого тела, хотя и с разных направлений и для разных целей, является важным общим звеном между медициной и некоторыми инженерными дисциплинами. Медицина направлена ​​на поддержание, восстановление, улучшение и даже замену функций человеческого тела , если это необходимо, с помощью технологий .

Генно-инженерные мыши, экспрессирующие зеленый флуоресцентный белок , который светится зеленым в синем свете. Центральная мышь дикого типа .

Современная медицина может заменить некоторые функции организма с помощью искусственных органов и может значительно изменить функции человеческого тела с помощью искусственных устройств, таких как, например, имплантаты мозга и кардиостимуляторы . Области бионики и медицинской бионики посвящены изучению синтетических имплантатов, относящихся к естественным системам.

И наоборот, некоторые инженерные дисциплины рассматривают человеческое тело как биологическую машину, достойную изучения, и стремятся подражать многим ее функциям, заменяя биологию технологиями. Это привело к появлению таких областей, как искусственный интеллект , нейронные сети , нечеткая логика и робототехника . Между инженерией и медициной также существует существенное междисциплинарное взаимодействие.

Оба поля предоставляют решения реальных проблем. Это часто требует продвижения вперед, прежде чем явления будут полностью поняты в более строгом научном смысле, и поэтому эксперименты и эмпирические знания являются неотъемлемой частью обоих.

Медицина, в частности, изучает функции человеческого тела. Человеческое тело как биологическая машина имеет множество функций, которые можно смоделировать с помощью инженерных методов.

Например, сердце функционирует подобно насосу, скелет похож на связанную структуру с рычагами, мозг выдает электрические сигналы и т. Д. Эти сходства, а также растущее значение и применение инженерных принципов в медицине привели к развитию этой области. в области биомедицинской инженерии , которая использует концепцию , разработанная в обеих дисциплинах.

Новые отрасли науки, такие как системная биология , адаптируют аналитические инструменты, традиционно используемые в инженерии, такие как моделирование систем и вычислительный анализ, к описанию биологических систем.

Изобразительное искусство

Леонардо да Винчи , изображенный здесь на автопортрете, был описан как воплощение художника / инженера. Он также известен своими исследованиями анатомии и физиологии человека .

Между инженерией и искусством существуют связи, например, архитектура , ландшафтная архитектура и промышленный дизайн (даже в той степени, в которой эти дисциплины иногда могут быть включены в инженерный факультет университета).

Художественный институт Чикаго , например, провел выставку об искусстве НАСА аэрокосмического дизайна «s. Некоторые считают, что дизайн моста Роберта Майяра был нарочито художественным. В Университете Южной Флориды профессор инженерного дела с помощью гранта Национального научного фонда разработал курс, объединяющий искусство и инженерию.

Среди известных исторических личностей Леонардо да Винчи - известный художник и инженер эпохи Возрождения , яркий пример связи между искусством и инженерией.

Бизнес

Бизнес-инжиниринг касается взаимоотношений между профессиональным проектированием, ИТ-системами, бизнес-администрированием и управлением изменениями . Инженерный менеджмент или «Управленческий инжиниринг» - это специализированная область управления, связанная с инженерной практикой или сектором машиностроительной промышленности. Спрос на инженеров, ориентированных на управление (или, с противоположной точки зрения, менеджеров с пониманием инженерии), привел к развитию специализированных степеней инженерного менеджмента, которые развивают знания и навыки, необходимые для этих ролей. Во время курса инженерного менеджмента студенты будут развивать навыки, знания и опыт в области промышленной инженерии , а также знания в области бизнес-администрирования, методов управления и стратегического мышления. Инженеры, специализирующиеся на управлении изменениями, должны иметь глубокие знания в области применения принципов и методов промышленной и организационной психологии . Профессиональные инженеры часто проходят обучение в качестве сертифицированных консультантов по управлению в очень специализированной области управленческого консультирования, применяемого в инженерной практике или в инженерном секторе. Эта работа часто связана с крупномасштабной комплексной трансформацией бизнеса или инициативами по управлению бизнес-процессами в аэрокосмической и оборонной отраслях, автомобилестроении, нефтегазовой отрасли, машиностроении, фармацевтике, производстве продуктов питания и напитков, электротехнике и электронике, распределении и производстве электроэнергии, коммунальных услугах и транспортных системах. Такое сочетание практики технического инжиниринга, практики управленческого консультирования, знания отраслевого сектора и опыта управления изменениями позволяет профессиональным инженерам, которые также имеют квалификацию консультантов по управлению, руководить крупными инициативами по трансформации бизнеса. Эти инициативы обычно спонсируются руководителями высшего звена.

Другие поля

В политологии термин инженерия был заимствован для изучения предметов социальной инженерии и политической инженерии , которые имеют дело с формированием политических и социальных структур с использованием инженерной методологии в сочетании с принципами политологии . Термин « маркетинговая инженерия» и « финансовая инженерия» заимствованы аналогичным образом.

Смотрите также

Списки
Глоссарии
Связанные темы

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки