Inżynieria

Ten artykuł dotyczy ogólnej dziedziny zwanej „inżynierią”. Aby zapoznać się z projektowaniem i budowaniem rzeczywistych silników, zobacz Silnik .
W przypadku innych zastosowań zobacz Inżynieria (ujednoznacznienie) .

Inżynieria

Silnik parowy , główny motor rewolucji przemysłowej , podkreśla znaczenie inżynierii we współczesnej historii. Ten silnik wiązki jest wystawiony na Politechnice w Madrycie .

Inżynieria to wykorzystanie zasad naukowych do projektowania i budowy maszyn, konstrukcji i innych elementów, w tym mostów, tuneli, dróg, pojazdów i budynków. Dyscyplina inżynierii obejmuje szeroki zakres bardziej wyspecjalizowanych dziedzin inżynierii , z których każda kładzie szczególny nacisk na określone obszary matematyki stosowanej , nauk stosowanych i rodzajów zastosowań. Zobacz glosariusz inżynierii .

Termin inżynieria wywodzi się od łacińskiego ingenium , oznaczającego „spryt” i ingeniare , co oznacza „wymyślać, wymyślać”.

Definicja

Rada Amerykańskich Inżynierów ds. Rozwoju Zawodowego (ECPD, poprzednik ABET ) zdefiniowała „inżynierię” jako:

Twórcze stosowanie zasad naukowych do projektowania lub rozwijania struktur, maszyn, aparatury lub procesów produkcyjnych lub prac wykorzystujących je pojedynczo lub w połączeniu; lub konstruować lub obsługiwać je z pełną świadomością ich projektu; lub prognozować ich zachowanie w określonych warunkach eksploatacji; wszystko pod względem zamierzonej funkcji, ekonomiki eksploatacji oraz bezpieczeństwa życia i mienia.

Historia

Osobny artykuł: Historia inżynierii
Reliefowa mapa Cytadeli w Lille , zaprojektowana w 1668 roku przez Vaubana , najwybitniejszego inżyniera wojskowego swoich czasów.

Inżynieria istnieje od czasów starożytnych, kiedy ludzie wymyślili wynalazki, takie jak klin, dźwignia, koło i koło pasowe itp.

Termin inżynieria pochodzi od słowa inżynier , które samo pochodzi z XIV wieku, kiedy to inżynier (dosłownie ten, kto buduje lub obsługuje machinę oblężniczą ) odnosił się do „konstruktora machin wojskowych”. W tym kontekście, obecnie przestarzałe, „silnik” odnosił się do maszyny wojskowej, tj . mechanicznego urządzenia używanego na wojnie (na przykład katapulty ). Godnymi uwagi przykładami przestarzałego użycia, które przetrwało do dnia dzisiejszego, są wojskowe korpusy inżynieryjne, np . Korpus Inżynieryjny Armii Stanów Zjednoczonych .

Samo słowo „silnik” ma jeszcze starsze pochodzenie, ostatecznie wywodząc się od łacińskiego ingenium (ok. 1250), oznaczającego „wrodzoną jakość, zwłaszcza siłę umysłową, stąd sprytny wynalazek”.

Później, gdy projektowanie konstrukcji cywilnych, takich jak mosty i budynki, dojrzało jako dyscyplina techniczna, termin inżynieria lądowa wszedł do leksykonu jako sposób na odróżnienie tych, którzy specjalizują się w budowie takich projektów niewojskowych, od tych, którzy zajmują się dyscyplina inżynieria wojskowa .

Era starożytna

Starożytni Rzymianie budowali akwedukty , aby zapewnić stały dopływ czystej i świeżej wody do miast i miasteczek imperium.

Piramidy w starożytnym Egipcie , zigguraty w Mezopotamii , Akropol i Partenon w Grecji, rzymskie akwedukty , Via Appia i Koloseum, Teotihuacán oraz świątynia Brihadeeswarar w Thanjavur i wiele innych stanowią świadectwo pomysłowości i umiejętności starożytnych inżynierowie cywilni i wojskowi. Inne pomniki, które już nie stoją, takie jak Wiszące Ogrody Babilonu i Faros z Aleksandrii , były ważnymi osiągnięciami inżynierii swoich czasów i zostały uznane za jedne z Siedmiu Cudów Starożytnego Świata .

Sześć klasycznych prostych maszyn było znanych na starożytnym Bliskim Wschodzie . Klin i pochylnia (rampa) były znane od czasów prehistorycznych . Koło wraz z mechanizmem koła i osi zostało wynalezione w Mezopotamii ( współczesny Irak) w V tysiącleciu pne. Mechanizm dźwigniowy pojawił się po raz pierwszy około 5000 lat temu na Bliskim Wschodzie , gdzie był używany w prostej wadze wagowej oraz do przenoszenia dużych przedmiotów w technice starożytnego Egiptu . Dźwignia była również używana w shadoof , pierwszej maszynie dźwigowej , która pojawiła się w Mezopotamii około 3000 pne, a następnie w technice starożytnego Egiptu około 2000 pne. Najwcześniejsze dowody na istnienie kół pasowych pochodzą z Mezopotamii na początku drugiego tysiąclecia pne i starożytnego Egiptu za czasów XII dynastii (1991-1802 pne). Śruba , ostatnia z wynalezionych prostych maszyn, pojawiła się po raz pierwszy w Mezopotamii w okresie neoasyryjskim (911-609) pne. Piramidy egipskie zostały zbudowane przy użyciu trzech z sześciu prostych maszyn, pochyłej płaszczyzny, klina i dźwigni, aby stworzyć konstrukcje takie jak Wielka Piramida w Gizie .

Najwcześniejszym znanym z imienia inżynierem budownictwa jest Imhotep . Jako jeden z urzędników faraona Dżesera prawdopodobnie zaprojektował i nadzorował budowę Piramidy Dżesera ( Piramidy Schodkowej ) w Sakkarze w Egipcie około 2630-2611 pne. Najwcześniejsze praktyczne maszyny napędzane wodą , koło wodne i młyn wodny , pojawiły się po raz pierwszy w Imperium Perskim , na terenach dzisiejszego Iraku i Iranu, na początku IV wieku pne.

Kush rozwinął Sakia w IV wieku pne, który polegał na sile zwierząt zamiast energii ludzkiej. Hafiry zostały opracowane jako rodzaj zbiornika w Kush do przechowywania i zatrzymywania wody, a także do wspomagania nawadniania. Saperzy byli zatrudniani do budowy grobli podczas kampanii wojennych. Kuszyccy przodkowie budowali speo w epoce brązu między 3700 a 3250 pne. Bloomeries i wielkie piece powstały również w VII wieku pne w Kush.

Starożytna Grecja rozwijała maszyny zarówno w dziedzinie cywilnej, jak i wojskowej. Mechanizm z Antykithiry , wczesny znany mechaniczny komputer analogowy oraz mechaniczne wynalazki Archimedesa to przykłady greckiej inżynierii mechanicznej . Niektóre wynalazki Archimedesa, jak również mechanizm z Antykithiry, wymagały zaawansowanej wiedzy na temat przekładni różnicowej lub przekładni epicyklicznej , dwóch kluczowych zasad teorii maszyn, które pomogły zaprojektować przekładnie zębate rewolucji przemysłowej i są nadal szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak robotyka i inżynierii samochodowej .

Starożytne armie chińskie, greckie, rzymskie i huńskie wykorzystywały maszyny wojskowe i wynalazki, takie jak artyleria , którą opracowali Grecy około IV wieku pne, trirema , balista i katapulta . W średniowieczu rozwinął się trebusz .

Średniowiecze

Najwcześniejsze praktyczne maszyny napędzane wiatrem , wiatrak i pompa wiatrowa , pojawiły się po raz pierwszy w świecie muzułmańskim w okresie Złotego Wieku Islamu , na terenach dzisiejszego Iranu, Afganistanu i Pakistanu, do IX wieku naszej ery. Najwcześniejszą praktyczną parową był podnośnik parowy napędzany turbiną parową , opisany w 1551 roku przez Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf w osmańskim Egipcie .

Odziarniacz bawełny został wynaleziony w Indiach w VI wieku naszej ery, a kołowrotek w świecie islamskim na początku XI wieku, co miało fundamentalne znaczenie dla rozwoju przemysłu bawełnianego . Kołowrotek był również prekursorem przędzarki , która była kluczowym osiągnięciem podczas wczesnej rewolucji przemysłowej w XVIII wieku.

Najwcześniejsze programowalne maszyny powstały w świecie muzułmańskim. Sekwencer muzyczny , programowalny instrument muzyczny , był najwcześniejszym rodzajem programowalnej maszyny. Pierwszym sekwencerem muzycznym był zautomatyzowany fletowy wynaleziony przez braci Banu Musa , opisany w ich Księdze Pomysłowych Urządzeń w IX wieku. W 1206 roku Al-Dżazari wynalazł programowalne automaty / roboty . Opisał czterech automatycznych muzyków, w tym perkusistów obsługiwanych przez programowalną maszynę perkusyjną , w której można było zmusić ich do grania różnych rytmów i różnych schematów perkusyjnych. Zegar zamkowy , mechaniczny zegar astronomiczny z napędem wodnym , wynaleziony przez Al-Dżazariego, był pierwszym programowalnym komputerem analogowym .

Wodny wyciąg górniczy używany do wydobywania rudy, ok. 1556

Przed rozwojem nowoczesnej inżynierii matematyka była używana przez rzemieślników, takich jak młynarze , zegarmistrzowie , wytwórcy instrumentów i geodeci. Poza tymi zawodami uważano, że uniwersytety nie mają większego praktycznego znaczenia dla technologii.

Standardowe odniesienie do stanu sztuki mechanicznej w okresie renesansu jest podane w traktacie o inżynierii górniczej De re metallica (1556), który zawiera również rozdziały dotyczące geologii, górnictwa i chemii. De re metallica był standardowym odniesieniem chemicznym przez następne 180 lat.

Era nowożytna

Zastosowanie silnika parowego umożliwiło zastąpienie koksu węglem drzewnym w hutnictwie żelaza, obniżając koszt żelaza, co zapewniło inżynierom nowy materiał do budowy mostów. Ten most został wykonany z żeliwa , które wkrótce zostało wyparte przez mniej kruche kute żelazo jako materiał konstrukcyjny

Nauka mechaniki klasycznej , czasami nazywana mechaniką Newtona, stworzyła naukową podstawę większości współczesnej inżynierii. Wraz z rozwojem inżynierii jako zawodu w XVIII wieku termin ten stał się węższy w odniesieniu do dziedzin, w których matematyka i nauki ścisłe były stosowane do tych celów. Podobnie, oprócz wojska i inżynierii lądowej, dziedziny znane wówczas jako sztuki mechaniczne zostały włączone do inżynierii.

Budowa kanałów była ważnym zadaniem inżynieryjnym we wczesnych fazach rewolucji przemysłowej.

John Smeaton był pierwszym samozwańczym inżynierem budownictwa lądowego i jest często uważany za „ojca” inżynierii lądowej. Był angielskim inżynierem odpowiedzialnym za projektowanie mostów, kanałów, portów i latarni morskich. Był także zdolnym inżynierem mechanikiem i wybitnym fizykiem . Korzystając z modelowego koła wodnego, Smeaton przez siedem lat prowadził eksperymenty, określając sposoby zwiększenia wydajności. Smeaton wprowadził żelazne osie i koła zębate do kół wodnych. Smeaton dokonał również ulepszeń mechanicznych silnika parowego Newcomen . Smeaton zaprojektował trzecią latarnię morską Eddystone (1755–1759), w której był pionierem w stosowaniu „ wapna hydraulicznego ” (forma zaprawy , która osadza się pod wodą) i opracował technikę polegającą na układaniu bloków granitu w kształcie jaskółczego ogona w budowie latarni. Jest ważny w historii, ponownym odkryciu i rozwoju współczesnego cementu , ponieważ zidentyfikował wymagania dotyczące składu potrzebne do uzyskania „hydrauliczności” wapna; praca, która ostatecznie doprowadziła do wynalezienia cementu portlandzkiego .

Nauki stosowane doprowadziły do ​​powstania silnika parowego. Sekwencja wydarzeń rozpoczęła się od wynalezienia barometru i pomiaru ciśnienia atmosferycznego przez Evangelista Torricelli w 1643 r., zademonstrowania siły ciśnienia atmosferycznego przez Otto von Guericke na półkulach magdeburskich w 1656 r., eksperymentów laboratoryjnych Denisa Papina , który zbudował modelował silniki parowe i zademonstrował użycie tłoka, co opublikował w 1707 r. Edward Somerset, 2. markiz Worcester opublikował książkę zawierającą 100 wynalazków zawierających metodę podnoszenia wody podobną do ekspresu do kawy . Samuel Morland , matematyk i wynalazca, który pracował nad pompami, zostawił notatki w biurze Vauxhall Ordinance Office na temat projektu pompy parowej, który przeczytał Thomas Savery . W 1698 roku Savery zbudował pompę parową o nazwie „Przyjaciel górnika”. Wykorzystywał zarówno próżnię, jak i ciśnienie. Handlarz żelazem Thomas Newcomen , który w 1712 roku zbudował pierwszy komercyjny tłokowy silnik parowy, nie był znany z żadnego wykształcenia naukowego.

Jumbo jet

Zastosowanie napędzanych parą żeliwnych cylindrów nadmuchowych do dostarczania sprężonego powietrza do wielkich pieców doprowadziło pod koniec XVIII wieku do dużego wzrostu produkcji żelaza. Wyższe temperatury pieca, które były możliwe dzięki podmuchowi napędzanemu parą, pozwoliły na użycie większej ilości wapna w wielkich piecach , co umożliwiło przejście z węgla drzewnego na koks . Te innowacje obniżyły koszt żelaza, czyniąc koleje konne i żelazne mosty praktycznymi. Proces puddingu , opatentowany przez Henry'ego Corta w 1784 r., Wytwarzał duże ilości kutego żelaza. Gorący podmuch , opatentowany przez Jamesa Beaumonta Neilsona w 1828 roku, znacznie obniżył ilość paliwa potrzebnego do wytopu żelaza. Wraz z rozwojem wysokociśnieniowej maszyny parowej stosunek mocy do masy maszyn parowych umożliwił praktyczne parowce i lokomotywy. Nowe procesy wytwarzania stali, takie jak proces Bessemera i piec martenowski, zapoczątkowały obszar inżynierii ciężkiej pod koniec XIX wieku.

Jednym z najbardziej znanych inżynierów połowy XIX wieku był Isambard Kingdom Brunel , który budował linie kolejowe, stocznie i parowce.

Platforma morska, Zatoka Meksykańska

Rewolucja przemysłowa stworzyła zapotrzebowanie na maszyny z częściami metalowymi, co doprowadziło do rozwoju kilku obrabiarek . Precyzyjne wytaczanie żeliwnych cylindrów nie było możliwe, dopóki John Wilkinson nie wynalazł swojej wytaczarki , która jest uważana za pierwszą obrabiarkę . Inne obrabiarki to tokarka do śrub , frezarka , tokarka rewolwerowa i strugarka do metalu . Techniki obróbki precyzyjnej rozwinęły się w pierwszej połowie XIX wieku. Obejmowały one użycie występów do prowadzenia narzędzia obróbczego po pracy i uchwytów do utrzymywania pracy we właściwej pozycji. Obrabiarki i techniki obróbki umożliwiające wytwarzanie wymiennych części doprowadziły pod koniec XIX wieku do produkcji fabrycznej na dużą skalę .

Spis powszechny Stanów Zjednoczonych z 1850 r. Po raz pierwszy wymienił zawód „inżyniera” z liczbą 2000. Przed 1865 rokiem w Stanach Zjednoczonych było mniej niż 50 absolwentów inżynierii. W 1870 roku było tuzin amerykańskich absolwentów inżynierii mechanicznej, a liczba ta wzrosła do 43 rocznie w 1875 roku. W 1890 roku było 6000 inżynierów budownictwa, górnictwa, mechaniki i elektryki . .

W Cambridge nie było katedry mechanizmów stosowanych i mechaniki stosowanej do 1875 r., a katedry inżynierii w Oksfordzie do 1907 r. Niemcy założyły wcześniej uniwersytety techniczne.

Podstawy elektrotechniki w XIX wieku obejmowały eksperymenty Alessandro Volty , Michaela Faradaya , Georga Ohma i innych oraz wynalezienie telegrafu elektrycznego w 1816 r. I silnika elektrycznego w 1872 r. Prace teoretyczne Jamesa Maxwella (patrz: równania Maxwella ) i Heinrich Hertz pod koniec XIX wieku dały początek dziedzinie elektroniki . Późniejsze wynalazki lampy próżniowej i tranzystora jeszcze bardziej przyspieszyły rozwój elektroniki do tego stopnia, że ​​inżynierowie elektrycy i elektronicy przewyższają obecnie liczebnie swoich kolegów z jakiejkolwiek innej specjalizacji inżynierskiej. Inżynieria chemiczna rozwinęła się pod koniec XIX wieku. Produkcja na skalę przemysłową wymagała nowych materiałów i nowych procesów, a do 1880 roku potrzeba produkcji chemikaliów na dużą skalę była taka, że ​​powstał nowy przemysł, poświęcony rozwojowi i produkcji chemikaliów na dużą skalę w nowych zakładach przemysłowych. Rolą inżyniera chemika było projektowanie tych zakładów chemicznych i procesów.

Piec słoneczny w Odeillo w Pirenejach Wschodnich we Francji może osiągnąć temperaturę do 3500 ° C (6330 ° F)

Inżynieria lotnicza zajmuje się projektowaniem procesów projektowania statków powietrznych, podczas gdy inżynieria lotnicza jest bardziej nowoczesnym terminem, który rozszerza zasięg dyscypliny o projektowanie statków kosmicznych . Jego początki sięgają pionierów lotnictwa na początku XX wieku, chociaż prace Sir George'a Cayleya zostały ostatnio datowane na ostatnią dekadę XVIII wieku. Wczesna wiedza z zakresu inżynierii lotniczej była w dużej mierze empiryczna, a niektóre koncepcje i umiejętności zostały zaimportowane z innych gałęzi inżynierii.

Pierwszy doktorat z inżynierii (techniki, nauki stosowane i inżynieria ) przyznany w Stanach Zjednoczonych otrzymał Josiah Willard Gibbs na Uniwersytecie Yale w 1863 roku; był to również drugi doktorat naukowy przyznany w USA

Zaledwie dziesięć lat po udanych lotach braci Wright nastąpił rozległy rozwój inżynierii lotniczej poprzez opracowanie samolotów wojskowych, które były używane podczas I wojny światowej . W międzyczasie kontynuowano badania mające na celu dostarczenie podstaw naukowych, łącząc fizykę teoretyczną z eksperymentami.

Główne gałęzie inżynierii

Aby zapoznać się z aktualnym przewodnikiem, zobacz Zarys inżynierii .
Zapora Hoovera

Inżynieria to szeroka dyscyplina, która często dzieli się na kilka subdyscyplin. Chociaż inżynier zwykle jest szkolony w określonej dyscyplinie, może stać się multidyscyplinarny dzięki doświadczeniu. Inżynieria często charakteryzuje się czterema głównymi gałęziami: inżynierią chemiczną, inżynierią lądową, elektrotechniką i inżynierią mechaniczną.

Inżynieria chemiczna

Główny artykuł: Inżynieria chemiczna

Inżynieria chemiczna to zastosowanie zasad fizyki, chemii, biologii i inżynierii w celu przeprowadzania procesów chemicznych na skalę komercyjną, takich jak produkcja chemikaliów towarowych, specjalistycznych chemikaliów , rafinacja ropy naftowej , mikrofabrykacja , fermentacja i produkcja biomolekuł .

Inżynieria lądowa

Główny artykuł: Inżynieria lądowa

Inżynieria lądowa to projektowanie i budowa robót publicznych i prywatnych, takich jak infrastruktura (lotniska, drogi, koleje, zaopatrzenie w wodę i uzdatnianie itp.), Mosty, tunele, tamy i budynki. Inżynieria lądowa jest tradycyjnie podzielona na szereg subdyscyplin, w tym inżynierię budowlaną , inżynierię środowiska i geodezję . Tradycyjnie uważa się ją za odrębną od inżynierii wojskowej .

Inżynieria elektryczna

Główny artykuł: Elektrotechnika
Silnik elektryczny

Elektrotechnika to projektowanie, badanie i produkcja różnych systemów elektrycznych i elektronicznych, takich jak inżynieria nadawcza , obwody elektryczne , generatory , silniki , urządzenia elektromagnetyczne / elektromechaniczne , urządzenia elektroniczne , obwody elektroniczne , światłowody , urządzenia optoelektroniczne , systemy komputerowe , telekomunikacja , oprzyrządowanie , systemy sterowania i elektronika .

Inżynieria mechaniczna

Główny artykuł: Inżynieria mechaniczna

Inżynieria mechaniczna to projektowanie i produkcja systemów fizycznych lub mechanicznych, takich jak systemy zasilania i energii , produkty lotnicze / lotnicze , systemy uzbrojenia , produkty transportowe , silniki , sprężarki , układy napędowe , łańcuchy kinematyczne , technologia próżniowa, sprzęt do izolacji drgań , produkcja , robotyka , turbin, sprzętu audio i mechatroniki .

Bioinżynieria

Główny artykuł: Inżynieria biologiczna

Bioinżynieria to inżynieria systemów biologicznych w użytecznym celu. Przykłady badań bioinżynieryjnych obejmują bakterie zaprojektowane do produkcji chemikaliów, nową technologię obrazowania medycznego, przenośne i szybkie urządzenia do diagnostyki chorób, protetykę, biofarmaceutyki i organy inżynierii tkankowej.

Inżynieria interdyscyplinarna

Główny artykuł: Lista gałęzi inżynieryjnych

Inżynieria interdyscyplinarna czerpie z więcej niż jednej z głównych gałęzi praktyki. Historycznie rzecz biorąc, inżynieria morska i inżynieria górnicza były głównymi gałęziami. Inne dziedziny inżynierii to inżynieria produkcji , inżynieria akustyczna , inżynieria korozji , oprzyrządowanie i kontrola , lotnictwo , motoryzacja , komputer , elektronika , inżynieria informacyjna , ropa naftowa , środowisko , systemy , audio , oprogramowanie , architektura , rolnictwo , biosystemy , biomedycyna , geologia , tekstylia , inżynieria przemysłowa , materiałowa i jądrowa . Te i inne gałęzie inżynierii są reprezentowane w 36 licencjonowanych instytucjach członkowskich Rady Inżynierii Wielkiej Brytanii .

Nowe specjalności czasami łączą się z tradycyjnymi dziedzinami i tworzą nowe gałęzie - na przykład inżynieria i zarządzanie systemami ziemskimi obejmuje szeroki zakres dziedzin, w tym studia inżynierskie , nauki o środowisku , etykę inżynierską i filozofię inżynierii .

Inne gałęzie inżynierii

Inżynieria lotnicza

Główny artykuł: inżynieria kosmiczna
Lądownik InSight z panelami słonecznymi rozmieszczonymi w pomieszczeniu czystym

Inżynieria lotnicza obejmuje projektowanie, rozwój, produkcję i zachowanie operacyjne samolotów , satelitów i rakiet .

Inżynieria morska

Główny artykuł: inżynieria morska

Inżynieria morska obejmuje projektowanie, rozwój, produkcję i zachowanie operacyjne jednostek pływających i konstrukcji stacjonarnych, takich jak platformy wiertnicze i porty .

Inżynieria komputerowa

Główny artykuł: Inżynieria komputerowa

Inżynieria komputerowa (CE) to gałąź inżynierii, która integruje kilka dziedzin informatyki i inżynierii elektronicznej wymaganych do opracowywania sprzętu komputerowego i oprogramowania . Inżynierowie komputerowi zwykle przechodzą szkolenie w zakresie inżynierii elektronicznej (lub elektrotechniki ), projektowania oprogramowania i integracji sprzętu z oprogramowaniem, a nie tylko inżynierii oprogramowania lub inżynierii elektronicznej.

Inżynieria geologiczna

Główny artykuł: Inżynieria geologiczna

Inżynieria geologiczna jest związana z czymkolwiek zbudowanym na Ziemi lub w jej obrębie. Ta dyscyplina stosuje geologiczne i zasady inżynierii do kierowania lub wspierania prac innych dyscyplin, takich jak inżynieria lądowa , inżynieria środowiska i inżynieria górnicza . Inżynierowie geolodzy są zaangażowani w badania wpływu obiektów i operacji, które mają wpływ na środowiska powierzchniowe i podpowierzchniowe, takie jak wykopy skalne (np. tunele ), konsolidacja fundamentów budynków , stabilizacja skarp i nasypów , ocena ryzyka osuwisk, monitorowanie wód gruntowych, rekultywacja wód podziemnych , wykopy górnicze i eksploracja zasobów naturalnych .

Ćwiczyć

Osoba zajmująca się inżynierią jest nazywana inżynierem , a osoby posiadające licencje mogą mieć bardziej formalne oznaczenia, takie jak profesjonalny inżynier , dyplomowany inżynier , inżynier incorporated , ingenieur , inżynier europejski lub wyznaczony przedstawiciel techniczny .

Metodologia

Projektowanie turbiny wymaga współpracy inżynierów z wielu dziedzin, ponieważ w systemie zachodzą procesy mechaniczne, elektromagnetyczne i chemiczne. Ostrza , wirnik i stojan , a także obieg pary muszą być starannie zaprojektowane i zoptymalizowane.

W procesie projektowania inżynierskiego inżynierowie stosują matematykę i nauki ścisłe, takie jak fizyka, w celu znalezienia nowatorskich rozwiązań problemów lub udoskonalenia istniejących rozwiązań. Inżynierowie potrzebują biegłej wiedzy z odpowiednich nauk do swoich projektów projektowych. W rezultacie wielu inżynierów uczy się nowych materiałów przez całą swoją karierę.

Jeśli istnieje wiele rozwiązań, inżynierowie rozważają każdy wybór projektu w oparciu o jego zalety i wybierają rozwiązanie, które najlepiej odpowiada wymaganiom. Zadaniem inżyniera jest zidentyfikowanie, zrozumienie i zinterpretowanie ograniczeń projektu w celu uzyskania pomyślnego wyniku. Zwykle nie wystarcza do zbudowania technicznie udanego produktu, musi on raczej spełniać dalsze wymagania.

Ograniczenia mogą obejmować dostępne zasoby, ograniczenia fizyczne, wyobraźniowe lub techniczne, elastyczność przyszłych modyfikacji i dodatków oraz inne czynniki, takie jak wymagania dotyczące kosztów, bezpieczeństwa , zbywalności, produktywności i użyteczności . Rozumiejąc ograniczenia, inżynierowie opracowują specyfikacje dotyczące ograniczeń, w których można wyprodukować i obsługiwać opłacalny obiekt lub system.

Rozwiązywanie problemów

Rysunek lokomotywy parowej . Inżynieria jest stosowana do projektowania , z naciskiem na funkcję i wykorzystanie matematyki i nauk ścisłych.

Inżynierowie wykorzystują swoją wiedzę z zakresu nauk ścisłych , matematyki , logiki , ekonomii oraz odpowiednie doświadczenie lub wiedzę ukrytą , aby znaleźć odpowiednie rozwiązania konkretnego problemu. Stworzenie odpowiedniego modelu matematycznego problemu często pozwala na jego analizę (czasem definitywnie) i przetestowanie potencjalnych rozwiązań.

Zwykle istnieje więcej niż jedno rozwiązanie problemu projektowego, więc różne wybory projektowe muszą zostać ocenione pod kątem ich zalet, zanim zostanie wybrany ten, który uzna się za najbardziej odpowiedni. Genrich Altshuller , po zebraniu statystyk dotyczących dużej liczby patentów , zasugerował, że kompromisy leżą u podstaw projektów inżynierskich „ niskiego poziomu ”, podczas gdy na wyższym poziomie najlepszy projekt to taki, który eliminuje zasadniczą sprzeczność powodującą problem.

Inżynierowie zwykle próbują przewidzieć, jak dobrze ich projekty będą działać zgodnie ze specyfikacjami przed rozpoczęciem produkcji na pełną skalę. Wykorzystują między innymi: prototypy , modele w zmniejszonej skali , symulacje , badania niszczące , badania nieniszczące , testy warunków skrajnych . Testy zapewniają, że produkty będą działać zgodnie z oczekiwaniami, ale tylko w zakresie, w jakim testy były reprezentatywne dla użytkowania w eksploatacji. W przypadku produktów, takich jak samoloty, które są używane w różny sposób przez różnych użytkowników, można spodziewać się awarii i nieoczekiwanych niedociągnięć (oraz niezbędnych zmian konstrukcyjnych) przez cały okres eksploatacji produktu.

Inżynierowie biorą na siebie odpowiedzialność za tworzenie projektów, które będą działać zgodnie z oczekiwaniami i, z wyjątkiem tych stosowanych w określonych obszarach przemysłu zbrojeniowego , nie będą szkodzić ludziom. Inżynierowie zazwyczaj uwzględniają czynnik bezpieczeństwa, aby zmniejszyć ryzyko nieoczekiwanej awarii.

Badanie wadliwych produktów jest znane jako inżynieria sądowa . Próbuje zidentyfikować przyczynę niepowodzenia, aby umożliwić przeprojektowanie produktu, a tym samym zapobiec ponownemu wystąpieniu. Konieczna jest dokładna analiza, aby ustalić przyczynę awarii produktu. Konsekwencje awarii mogą mieć różny stopień ciężkości, od niewielkich kosztów awarii maszyny do dużej utraty życia w przypadku wypadków z udziałem samolotów i dużych konstrukcji stacjonarnych, takich jak budynki i tamy.

Korzystanie z komputera

Symulacja komputerowa przepływu powietrza z dużą prędkością wokół orbitera promu kosmicznego podczas ponownego wejścia w atmosferę. Rozwiązania przepływu wymagają modelowania połączonych efektów przepływu płynu i równań cieplnych .

Podobnie jak w przypadku wszystkich współczesnych przedsięwzięć naukowych i technologicznych, komputery i oprogramowanie odgrywają coraz ważniejszą rolę. Oprócz typowego oprogramowania biznesowego istnieje wiele aplikacji wspomaganych komputerowo ( technologie wspomagane komputerowo ) przeznaczonych specjalnie dla inżynierii. Komputery można wykorzystać do generowania modeli podstawowych procesów fizycznych, które można rozwiązać metodami numerycznymi .

Graficzna reprezentacja niewielkiego fragmentu sieci WWW, przedstawiająca hiperłącza

Jednym z najczęściej używanych narzędzi projektowych w zawodzie jest oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD). Umożliwia inżynierom tworzenie modeli 3D, rysunków 2D i schematów ich projektów. CAD wraz z makietami cyfrowymi (DMU) i oprogramowaniem CAE , takim jak analiza metodą elementów skończonych czy metoda elementów analitycznych, umożliwia inżynierom tworzenie modeli projektów, które można analizować bez konieczności wykonywania kosztownych i czasochłonnych fizycznych prototypów.

Umożliwiają one sprawdzenie produktów i komponentów pod kątem wad; ocenić dopasowanie i montaż; studiować ergonomię; oraz do analizy statycznych i dynamicznych charakterystyk systemów, takich jak naprężenia, temperatury, emisje elektromagnetyczne, prądy i napięcia elektryczne, cyfrowe poziomy logiczne, przepływy płynów i kinematyka. Dostęp i dystrybucja wszystkich tych informacji jest zazwyczaj zorganizowana za pomocą do zarządzania danymi produktów .

Istnieje również wiele narzędzi wspierających określone zadania inżynieryjne, takie jak oprogramowanie do produkcji wspomaganej komputerowo (CAM) do generowania instrukcji obróbki CNC ; Oprogramowanie do zarządzania procesami produkcyjnymi do inżynierii produkcji; EDA do obwodów drukowanych (PCB) i schematów obwodów dla inżynierów elektroników; aplikacje MRO do zarządzania utrzymaniem ruchu; oraz oprogramowanie architektoniczne, inżynieryjne i budowlane (AEC) dla inżynierii lądowej.

W ostatnich latach wykorzystanie oprogramowania komputerowego do wspomagania rozwoju towarów zaczęto nazywać zarządzaniem cyklem życia produktu (PLM).

Kontekst społeczny

Robotic Kismet może wywoływać różne mimiki twarzy.

Zawód inżyniera angażuje się w szeroki zakres działań, od dużej współpracy na poziomie społecznym, po mniejsze indywidualne projekty. Prawie wszystkie projekty inżynierskie są zobowiązane do jakiejś agencji finansowania: firmy, grupy inwestorów lub rządu. Kilka rodzajów inżynierii, które są minimalnie ograniczone przez takie kwestie, to pro bono i inżynieria otwartego projektu .

Z samej swojej natury inżynieria ma powiązania ze społeczeństwem, kulturą i ludzkimi zachowaniami. Każdy produkt lub konstrukcja używana przez współczesne społeczeństwo jest pod wpływem inżynierii. Wyniki działalności inżynierskiej wpływają na zmiany w środowisku, społeczeństwie i gospodarce, a jej zastosowanie niesie ze sobą odpowiedzialność i bezpieczeństwo publiczne.

Projekty inżynierskie mogą budzić kontrowersje. Przykłady z różnych dziedzin inżynierii obejmują rozwój broni nuklearnej , Zaporę Trzech Przełomów , projektowanie i użytkowanie samochodów sportowych oraz wydobycie ropy naftowej . W odpowiedzi niektóre zachodnie firmy inżynieryjne wprowadziły poważne odpowiedzialności korporacyjnej i społecznej .

Inżynieria jest kluczowym motorem innowacji i rozwoju człowieka. W szczególności Afryka Subsaharyjska ma bardzo mały potencjał inżynieryjny, co powoduje, że wiele krajów afrykańskich nie jest w stanie rozwinąć kluczowej infrastruktury bez pomocy z zewnątrz. [ potrzebne źródło ] Osiągnięcie wielu Milenijnych Celów Rozwoju wymaga osiągnięcia wystarczających zdolności inżynierskich do rozwoju infrastruktury i zrównoważonego rozwoju technologicznego.

Radar, GPS , lidar , ... są połączone, aby zapewnić właściwą nawigację i unikanie przeszkód (pojazd opracowany na potrzeby DARPA Urban Challenge 2007 )

Wszystkie zagraniczne organizacje pozarządowe zajmujące się rozwojem i pomocą humanitarną w znacznym stopniu wykorzystują inżynierów do stosowania rozwiązań w scenariuszach katastrof i rozwoju. Wiele organizacji charytatywnych dąży do bezpośredniego wykorzystania inżynierii dla dobra ludzkości:

Firmy inżynieryjne w wielu rozwiniętych gospodarkach stoją przed poważnymi wyzwaniami dotyczącymi liczby szkolonych inżynierów zawodowych w porównaniu z liczbą przechodzących na emeryturę. Ten problem jest bardzo widoczny w Wielkiej Brytanii, gdzie inżynieria ma zły wizerunek i niski status. Istnieje wiele negatywnych problemów ekonomicznych i politycznych, które może to spowodować, a także kwestie etyczne. Powszechnie uważa się, że zawód inżyniera stoi w obliczu „kryzysu wizerunkowego”, a nie jest zasadniczo nieatrakcyjną karierą. Potrzeba dużo pracy, aby uniknąć ogromnych problemów w Wielkiej Brytanii i innych zachodnich gospodarkach. Mimo to Wielka Brytania posiada najwięcej firm inżynieryjnych w porównaniu z innymi krajami europejskimi, razem ze Stanami Zjednoczonymi.

Kodeks etyczny

Główny artykuł: Etyka inżynierska

Wiele stowarzyszeń inżynierskich ustanowiło kodeksy postępowania i kodeksy etyczne , aby kierować członkami i informować ogół społeczeństwa. Kodeks etyczny National Society of Professional Engineers stwierdza:

Inżynieria to ważny i wyuczony zawód. Jako członkowie tego zawodu oczekuje się, że inżynierowie będą wykazywać najwyższe standardy uczciwości i prawości. Inżynieria ma bezpośredni i żywotny wpływ na jakość życia wszystkich ludzi. W związku z tym usługi świadczone przez inżynierów wymagają uczciwości, bezstronności, sprawiedliwości i słuszności oraz muszą być poświęcone ochronie zdrowia publicznego, bezpieczeństwa i dobrobytu. Inżynierowie muszą działać zgodnie ze standardami postępowania zawodowego, które wymagają przestrzegania najwyższych zasad etycznego postępowania.

W Kanadzie wielu inżynierów nosi Żelazny Pierścień jako symbol i przypomnienie o obowiązkach i etyce związanej z ich zawodem.

Relacje z innymi dyscyplinami

Nauka

Naukowcy badają świat takim, jaki jest; inżynierowie tworzą świat, jakiego nie było.

— Theodore von Kármán
Inżynierowie, naukowcy i technicy pracują nad pozycjonerem celu w komorze docelowej National Ignition Facility (NIF).

Istnieje nakładanie się nauk ścisłych i praktyki inżynierskiej; w inżynierii stosuje się naukę. Oba obszary działań opierają się na dokładnej obserwacji materiałów i zjawisk. Oba wykorzystują matematykę i kryteria klasyfikacyjne do analizowania i przekazywania obserwacji. [ potrzebne źródło ]

Naukowcy mogą również wykonywać zadania inżynieryjne, takie jak projektowanie aparatury eksperymentalnej lub budowanie prototypów. I odwrotnie, w procesie opracowywania technologii inżynierowie czasami odkrywają nowe zjawiska, stając się w ten sposób na chwilę naukowcami, a dokładniej „inżynierami naukowymi”.

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna służy do przeprowadzania eksperymentów naukowych w kosmosie

W książce What Engineers Know and How They Know It Walter Vincenti twierdzi , że badania inżynierskie mają inny charakter niż badania naukowe. Po pierwsze, często dotyczy dziedzin, w których podstawy fizyki lub chemii są dobrze rozumiane, ale same problemy są zbyt złożone, aby można je było rozwiązać w dokładny sposób.

Istnieje „prawdziwa i ważna” różnica między inżynierią a fizyką, podobnie jak każda dziedzina nauki ma do czynienia z technologią. Fizyka jest nauką eksploracyjną, która poszukuje wiedzy o zasadach, podczas gdy inżynieria wykorzystuje wiedzę do praktycznego zastosowania zasad. Ta pierwsza przyrównuje zrozumienie do zasady matematycznej, podczas gdy druga mierzy zaangażowane zmienne i tworzy technologię. Dla technologii fizyka jest pomocnicza iw pewnym sensie technologia jest uważana za fizykę stosowaną. Chociaż fizyka i inżynieria są ze sobą powiązane, nie oznacza to, że fizyk jest wyszkolony do wykonywania pracy inżyniera. Fizyk zazwyczaj wymagałby dodatkowego i odpowiedniego szkolenia. Fizycy i inżynierowie wykonują różne zawody. Ale fizycy ze stopniem doktora, którzy specjalizują się w sektorach fizyki inżynierskiej i fizyki stosowanej, są utytułowani jako oficer ds. Technologii, inżynierowie badawczo-rozwojowi i inżynierowie systemowi.

Przykładem tego jest zastosowanie przybliżeń numerycznych do równań Naviera-Stokesa do opisania przepływu aerodynamicznego nad samolotem lub zastosowanie metody elementów skończonych do obliczenia naprężeń w złożonych elementach. Po drugie, w badaniach inżynierskich stosuje się wiele półempirycznych metod , które są obce czystym badaniom naukowym, na przykład metoda zmienności parametrów. [ potrzebne źródło ]

Jak stwierdzili Fung i in. w rewizji klasycznego tekstu inżynierskiego Foundations of Solid Mechanics :

Inżynieria różni się od nauki ścisłej. Naukowcy próbują zrozumieć naturę. Inżynierowie próbują tworzyć rzeczy, które nie istnieją w naturze. Inżynierowie kładą nacisk na innowacyjność i inwencję. Aby urzeczywistnić wynalazek, inżynier musi przedstawić swój pomysł w konkretnych terminach i zaprojektować coś, z czego ludzie będą mogli korzystać. Tym czymś może być złożony system, urządzenie, gadżet, materiał, metoda, program komputerowy, innowacyjny eksperyment, nowe rozwiązanie problemu lub ulepszenie tego, co już istnieje. Ponieważ projekt musi być realistyczny i funkcjonalny, musi mieć zdefiniowaną geometrię, wymiary i dane dotyczące charakterystyki. W przeszłości inżynierowie pracujący nad nowymi projektami stwierdzili, że nie mają wszystkich wymaganych informacji do podjęcia decyzji projektowych. Najczęściej ograniczała je niewystarczająca wiedza naukowa. Studiowali więc matematykę , fizykę , chemię , biologię i mechanikę . Często musieli uzupełniać nauki związane z ich zawodem. Tak narodziły się nauki inżynierskie.

Chociaż rozwiązania inżynieryjne opierają się na zasadach naukowych, inżynierowie muszą również brać pod uwagę bezpieczeństwo, wydajność, ekonomię, niezawodność i wykonalność lub łatwość produkcji, a także środowisko, względy etyczne i prawne, takie jak naruszenie patentu lub odpowiedzialność w przypadku niepowodzenia rozwiązania.

Medycyna i biologia

Kliniczny skaner MRI o mocy 3 tesli .

Badanie ludzkiego ciała, choć z różnych kierunków i do różnych celów, jest ważnym wspólnym ogniwem między medycyną a niektórymi dyscyplinami inżynierskimi. Medycyna ma na celu podtrzymywanie, naprawę, wzmacnianie, a nawet zastępowanie funkcji ludzkiego ciała , jeśli to konieczne, poprzez wykorzystanie technologii .

Genetycznie zmodyfikowane myszy wykazujące ekspresję zielonego białka fluorescencyjnego , które świeci na zielono w świetle niebieskim. Centralna mysz jest typu dzikiego .

Współczesna medycyna może zastąpić kilka funkcji organizmu za pomocą sztucznych narządów i może znacząco zmienić funkcjonowanie ludzkiego ciała za pomocą sztucznych urządzeń, takich jak na przykład implanty mózgowe i rozruszniki serca . Dziedziny bioniki i bioniki medycznej są poświęcone badaniu syntetycznych implantów związanych z systemami naturalnymi.

I odwrotnie, niektóre dyscypliny inżynierskie postrzegają ludzkie ciało jako biologiczną maszynę wartą zbadania i są oddane naśladowaniu wielu jego funkcji poprzez zastąpienie biologii technologią. Doprowadziło to do takich dziedzin, jak sztuczna inteligencja , sieci neuronowe , logika rozmyta i robotyka . Istnieją również znaczące interdyscyplinarne interakcje między inżynierią a medycyną.

Obie dziedziny zapewniają rozwiązania rzeczywistych problemów. Często wymaga to pójścia naprzód, zanim zjawiska zostaną w pełni zrozumiane w bardziej rygorystycznym sensie naukowym, dlatego eksperymentowanie i wiedza empiryczna są integralną częścią obu.

Medycyna częściowo bada funkcje ludzkiego ciała. Ciało ludzkie, jako maszyna biologiczna, pełni wiele funkcji, które można modelować metodami inżynierskimi.

Na przykład serce działa jak pompa, szkielet przypomina połączoną strukturę z dźwigniami, mózg wytwarza sygnały elektryczne itp. Te podobieństwa, a także rosnące znaczenie i zastosowanie zasad inżynierii w medycynie doprowadziły do ​​rozwoju dziedziny inżynierii biomedycznej , która wykorzystuje koncepcje wypracowane w obu dyscyplinach.

Nowo powstające gałęzie nauki, takie jak biologia systemowa , dostosowują narzędzia analityczne tradycyjnie stosowane w inżynierii, takie jak modelowanie systemów i analiza obliczeniowa, do opisu systemów biologicznych.

Sztuka

Leonardo da Vinci , widziany tutaj na autoportrecie, został opisany jako uosobienie artysty/inżyniera. Znany jest również ze swoich badań nad i fizjologią człowieka .

Istnieją powiązania między inżynierią a sztuką, na przykład architekturą , architekturą krajobrazu i wzornictwem przemysłowym (nawet w takim stopniu, że dyscypliny te mogą czasami wchodzić w skład uniwersyteckiego Wydziału Inżynierii).

Instytut Sztuki w Chicago zorganizował wystawę poświęconą sztuce projektowania przestrzeni kosmicznej NASA . Niektórzy postrzegają projekt mostu Roberta Maillarta jako celowo artystyczny. Na University of South Florida profesor inżynierii, dzięki grantowi z National Science Foundation , opracował kurs łączący sztukę i inżynierię.

Wśród znanych postaci historycznych Leonardo da Vinci jest znanym renesansowym artystą i inżynierem oraz doskonałym przykładem związku między sztuką a inżynierią.

Biznes

Inżynieria biznesowa zajmuje się relacjami między profesjonalną inżynierią, systemami informatycznymi, administracją biznesową i zarządzaniem zmianą . Zarządzanie inżynieryjne lub „Inżynieria zarządzania” to wyspecjalizowana dziedzina zarządzania związana z praktyką inżynierską lub sektorem przemysłu inżynieryjnego. Zapotrzebowanie na inżynierów zorientowanych na zarządzanie (lub z przeciwnej perspektywy, menedżerów ze zrozumieniem inżynierii) zaowocowało rozwojem specjalistycznych stopni zarządzania inżynierią, które rozwijają wiedzę i umiejętności potrzebne do tych ról. Podczas kursu zarządzania inżynierią studenci będą rozwijać umiejętności, wiedzę i doświadczenie w zakresie inżynierii przemysłowej , a także wiedzę z zakresu administracji biznesowej, technik zarządzania i myślenia strategicznego. Inżynierowie specjalizujący się w zarządzaniu zmianą muszą posiadać dogłębną wiedzę na temat zastosowania zasad i metod psychologii przemysłowej i organizacyjnej . Profesjonalni inżynierowie często szkolą się jako certyfikowani konsultanci ds. zarządzania w bardzo wyspecjalizowanej dziedzinie doradztwa w zakresie zarządzania stosowanej w praktyce inżynierskiej lub sektorze inżynieryjnym. Ta praca często zajmuje się złożonymi transformacjami biznesowymi na dużą skalę lub inicjatywami zarządzania procesami biznesowymi w przemyśle lotniczym i obronnym, motoryzacyjnym, naftowym i gazowym, maszynowym, farmaceutycznym, spożywczym, elektrycznym i elektronicznym, dystrybucji i wytwarzania energii, narzędziach i systemach transportowych. To połączenie praktyki inżynierii technicznej, praktyki doradztwa w zakresie zarządzania, wiedzy o sektorze przemysłowym i wiedzy w zakresie zarządzania zmianami umożliwia profesjonalnym inżynierom, którzy są również wykwalifikowani jako konsultanci ds. Zarządzania, kierowanie dużymi inicjatywami transformacji biznesowej. Inicjatywy te są zazwyczaj sponsorowane przez kadrę kierowniczą najwyższego szczebla.

Inne pola

W politologii termin inżynieria został zapożyczony do badania przedmiotów inżynierii społecznej i inżynierii politycznej , które zajmują się tworzeniem struktur politycznych i społecznych przy użyciu metodologii inżynierskiej połączonej z zasadami politologii . Inżynieria marketingowa i inżynieria finansowa podobnie zapożyczyły ten termin.

Zobacz też

Główny artykuł: Zarys inżynierii
Listy
Glosariusze
Powiązane tematy

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Engineering&oldid=1131148882 ”