Teknik

Den här artikeln handlar om det allmänna fältet som kallas "teknik". För design och konstruktion av faktiska motorer, se Motor .
För annan användning, se Engineering (disambiguation) .

Teknik

Ångmaskinen , den stora drivkraften i den industriella revolutionen , understryker vikten av ingenjörskonst i modern historia. Denna strålmotor visas på Madrids tekniska universitet .

Engineering är användningen av vetenskapliga principer för att designa och bygga maskiner, strukturer och andra föremål, inklusive broar, tunnlar, vägar, fordon och byggnader. Ingenjörsdisciplinen omfattar ett brett spektrum av mer specialiserade teknikområden , var och en med en mer specifik betoning på särskilda områden av tillämpad matematik , tillämpad vetenskap och typer av tillämpningar. Se ordlista för teknik .

Termen ingenjörskonst härstammar från latinets ingenium , som betyder "slughet" och ingeniare , som betyder "att konstruera, tänka ut".

Definition

American Engineers' Council for Professional Development (ECPD, föregångaren till ABET ) har definierat "ingenjörskonst" som:

Den kreativa tillämpningen av vetenskapliga principer för att designa eller utveckla strukturer, maskiner, apparater eller tillverkningsprocesser, eller arbeten som använder dem var för sig eller i kombination; eller att konstruera eller använda densamma med full medvetenhet om deras design; eller att förutsäga deras beteende under specifika driftsförhållanden; allt vad gäller en avsedd funktion, driftsekonomi och säkerhet för liv och egendom.

Historia

Huvudartikel: Teknikens historia
Reliefkarta över Citadellet i Lille , designad 1668 av Vauban , den främste militäringenjören i sin ålder.

Ingenjörskonst har funnits sedan urminnes tider, när människan skapade uppfinningar som kilen, spaken, hjulet och remskivan, etc.

Termen ingenjörskonst härstammar från ordet ingenjör , som i sig går tillbaka till 1300-talet när en ingenjör (bokstavligen en som bygger eller driver en belägringsmotor ) hänvisade till "en konstruktör av militära motorer." I detta sammanhang, nu föråldrad, hänvisade en "motor" till en militärmaskin, dvs. en mekanisk grej som används i krig (till exempel en katapult ). Noterbara exempel på den föråldrade användningen som har överlevt till idag är militära ingenjörskårer, t.ex. US Army Corps of Engineers .

Själva ordet "motor" är av ännu äldre ursprung, slutligen härrörande från latinets ingenium (ca 1250), som betyder "medfödd kvalitet, särskilt mental kraft, därav en smart uppfinning."

Senare, när utformningen av civila strukturer, såsom broar och byggnader, mognade som en teknisk disciplin, kom termen civilingenjör in i lexikonet som ett sätt att skilja mellan de som är specialiserade på att bygga sådana icke-militära projekt och de som är involverade i disciplin militärteknik .

Forntida era

De antika romarna byggde akvedukter för att ge en jämn tillförsel av rent och färskt vatten till städer och städer i imperiet.

Pyramiderna i det antika Egypten , zigguraterna i Mesopotamien , Akropolis och Parthenon i Grekland, de romerska akvedukterna , Via Appia och Colosseum, Teotihuacán och Brihadeeswarar-templet i Thanjavur , bland många andra , står som ett bevis på uppfinningsrikedom och skicklighet. civila och militära ingenjörer. Andra monument, som inte längre står, som Babylons hängande trädgårdar och Pharos i Alexandria , var viktiga tekniska landvinningar för sin tid och ansågs vara bland de sju underverken i den antika världen .

De sex klassiska enkla maskinerna var kända i den antika Mellanöstern . Kilen och det lutande planet ( rampen) var kända sedan förhistorisk tid. Hjulet , tillsammans med hjulet och axelmekanismen , uppfanns i Mesopotamien (moderna Irak ) under det 5:e årtusendet f.Kr. Hävstångsmekanismen dök upp först för cirka 5 000 år sedan i Främre Orienten , där den användes i en enkel balansskala , och för att flytta stora föremål i forntida egyptisk teknologi . Spaken användes också i shadoof -vattenlyftanordningen, den första kranmaskinen , som dök upp i Mesopotamien cirka 3000 f.Kr., och sedan i forntida egyptisk teknik cirka 2000 f.Kr. De tidigaste bevisen på remskivor går tillbaka till Mesopotamien i början av 2:a årtusendet f.Kr., och det gamla Egypten under den tolfte dynastin (1991-1802 f.Kr.). Skruven , den sista av de enkla maskiner som uppfanns, dök upp först i Mesopotamien under den nyassyriska perioden (911-609 ) f.Kr. De egyptiska pyramiderna byggdes med hjälp av tre av de sex enkla maskinerna, det lutande planet, kilen och spaken, för att skapa strukturer som den stora pyramiden i Giza .

Den tidigaste civilingenjören som är känt vid namn är Imhotep . Som en av faraos tjänstemän , Djosèr , designade och övervakade han troligen byggandet av Djosers pyramiden (stegpyramiden ) i Saqqara i Egypten omkring 2630–2611 f.Kr. De tidigaste praktiska vattendrivna maskinerna, vattenhjulet och vattenkvarnen , dök upp först i det persiska riket , i vad som nu är Irak och Iran, i början av 300-talet f.Kr.

Kush utvecklade Sakia under 300-talet f.Kr., som förlitade sig på djurkraft istället för mänsklig energi. Hafirs utvecklades som en typ av reservoar i Kush för att lagra och innehålla vatten samt öka bevattningen. Sappers användes för att bygga vägbanor under militära kampanjer. Kushitiska förfäder byggde speos under bronsåldern mellan 3700 och 3250 f.Kr. Bloomeries och masugnar skapades också under 700-talet f.Kr. i Kush.

Antikens Grekland utvecklade maskiner inom både civila och militära områden. Antikythera -mekanismen , en tidig känd mekanisk analog dator , och de mekaniska uppfinningarna av Archimedes , är exempel på grekisk maskinteknik. Några av Arkimedes uppfinningar såväl som Antikythera-mekanismen krävde sofistikerad kunskap om differentialväxling eller epicyklisk växling , två nyckelprinciper i maskinteorin som hjälpte till att designa den industriella revolutionens kugghjul , och som fortfarande används i stor utsträckning idag inom olika områden som robotik och fordonsteknik .

Forntida kinesiska, grekiska, romerska och hunniska arméer använde militära maskiner och uppfinningar som artilleri som utvecklades av grekerna runt 400-talet f.Kr., triremen , ballista och katapulten . Under medeltiden utvecklades trebuchet .

Medeltiden

De tidigaste praktiska vinddrivna maskinerna, väderkvarnen och vindpumpen , dök först upp i den muslimska världen under den islamiska guldåldern, i vad som nu är Iran, Afghanistan och Pakistan, på 900-talet e.Kr. Den tidigaste praktiska ångdrivna maskinen var en ångdomkraft som drevs av en ångturbin , beskriven 1551 av Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf i det osmanska Egypten .

Bomullsginen uppfanns i Indien på 600-talet e.Kr., och spinnhjulet uppfanns i den islamiska världen i början av 1000-talet, som båda var grundläggande för tillväxten av bomullsindustrin . Spinnhjulet var också en föregångare till den snurrande jenny , som var en nyckelutveckling under den tidiga industriella revolutionen på 1700-talet.

De tidigaste programmerbara maskinerna utvecklades i den muslimska världen. En musiksequencer , ett programmerbart musikinstrument , var den tidigaste typen av programmerbar maskin. Den första musiksequencern var en automatiserad flöjtspelare som uppfanns av bröderna Banu Musa , beskriven i deras Book of Genial Devices, på 900-talet. År 1206 uppfann Al-Jazari programmerbara automater / robotar . Han beskrev fyra automatmusiker , inklusive trummisar som drivs av en programmerbar trummaskin , där de kunde fås att spela olika rytmer och olika trummönster. Slottsklockan , en vattendriven mekanisk astronomisk klocka som uppfanns av Al-Jazari, var den första programmerbara analoga datorn .

En vattendriven gruvhiss som används för att höja malm, ca. 1556

Före utvecklingen av modern ingenjörskonst användes matematik av hantverkare och hantverkare, såsom millwrights , clockmakers , instrument makers och lantmätare. Förutom dessa yrken ansågs universiteten inte ha haft någon större praktisk betydelse för tekniken.

En standardreferens för den mekaniska konstens tillstånd under renässansen ges i gruvingenjörsavhandlingen De re metallica (1556), som också innehåller avsnitt om geologi, gruvdrift och kemi. De re metallica var standardkemireferensen för de kommande 180 åren.

Modern tid

Användningen av ångmaskinen gjorde det möjligt för koks att ersätta träkol vid järntillverkning, vilket sänkte kostnaderna för järn, vilket gav ingenjörer ett nytt material för att bygga broar. Denna bro var gjord av gjutjärn , som snart ersattes av mindre sprött smide som konstruktionsmaterial

Vetenskapen om klassisk mekanik , ibland kallad newtonsk mekanik, bildade den vetenskapliga grunden för mycket av modern teknik. Med uppkomsten av ingenjörsyrket som yrke på 1700-talet blev termen mer snävt tillämpad på områden där matematik och naturvetenskap tillämpades för dessa ändamål. På liknande sätt, förutom militär och civil ingenjörskonst, införlivades de områden som då var kända som mekanikkonsten i ingenjörskonsten.

Kanalbyggnad var ett viktigt ingenjörsarbete under de tidiga faserna av den industriella revolutionen.

John Smeaton var den första självutnämnda civilingenjören och anses ofta vara civilingenjörens "fader". Han var en engelsk civilingenjör ansvarig för designen av broar, kanaler, hamnar och fyrar. Han var också en kapabel maskiningenjör och en framstående fysiker . Med hjälp av ett modellvattenhjul genomförde Smeaton experiment i sju år för att fastställa sätt att öka effektiviteten. Smeaton introducerade järnaxlar och växlar till vattenhjul. Smeaton gjorde också mekaniska förbättringar av Newcomens ångmaskin . Smeaton designade den tredje Eddystone-fyren (1755–59) där han banade väg för användningen av " hydraulisk kalk " (en form av murbruk som kommer att sätta sig under vatten) och utvecklade en teknik som involverade laxstjärtade block av granit i byggandet av fyren. Han är viktig i historien, återupptäckten av och utvecklingen av modern cement , eftersom han identifierade de sammansättningskrav som behövs för att erhålla "hydraulicitet" i kalk; arbete som slutligen ledde till uppfinningen av Portland cement .

Tillämpad vetenskap ledde till utvecklingen av ångmaskinen. Händelseförloppet började med uppfinningen av barometern och mätningen av atmosfärstryck av Evangelista Torricelli 1643, demonstration av atmosfärstryckets kraft av Otto von Guericke med hjälp av Magdeburgs halvklot 1656, laboratorieexperiment av Denis Papin , som byggde experimentella modell ångmaskiner och demonstrerade användningen av en kolv, som han publicerade 1707. Edward Somerset, 2nd Marquess of Worcester publicerade en bok med 100 uppfinningar som innehåller en metod för att höja vatten som liknar en kaffebryggare . Samuel Morland , en matematiker och uppfinnare som arbetade med pumpar, lämnade anteckningar på Vauxhall Ordinance Office om en ångpumpsdesign som Thomas Savery läste. År 1698 byggde Savery en ångpump kallad "Gruvarbetarens vän". Den använde både vakuum och tryck. Järnhandlaren Thomas Newcomen , som byggde den första kommersiella kolvångmaskinen 1712, var inte känd för att ha någon vetenskaplig utbildning.

Jumbojet

Användningen av ångdrivna gjutjärnsblåscylindrar för att tillhandahålla tryckluft till masugnar ledde till en stor ökning av järnproduktionen i slutet av 1700-talet. De högre ugnstemperaturerna som möjliggjordes med ångdriven blästring möjliggjorde användningen av mer kalk i masugnar , vilket möjliggjorde övergången från träkol till koks . Dessa innovationer sänkte kostnaderna för järn, vilket gjorde hästjärnvägar och järnbroar praktiska. Pölsprocessen , patenterad av Henry Cort 1784 , producerade storskaliga mängder smidesjärn. Hot blast , patenterad av James Beaumont Neilson 1828, sänkte avsevärt mängden bränsle som behövdes för att smälta järn. Med utvecklingen av högtrycksångmaskinen möjliggjorde kraft/viktförhållandet hos ångmaskiner praktiska ångbåtar och lokomotiv. Nya ståltillverkningsprocesser, såsom Bessemer-processen och den öppna härdugnen, inledde ett område med tung ingenjörskonst i slutet av 1800-talet.

En av de mest kända ingenjörerna i mitten av 1800-talet var Isambard Kingdom Brunel , som byggde järnvägar, varv och ångfartyg.

Offshore-plattform, Mexikanska golfen

Den industriella revolutionen skapade en efterfrågan på maskiner med metalldelar, vilket ledde till utvecklingen av flera verktygsmaskiner . Att tråka ut gjutjärnscylindrar med precision var inte möjligt förrän John Wilkinson uppfann sin borrmaskin , som anses vara den första verktygsmaskinen . Andra verktygsmaskiner inkluderade skruvsvarven , fräsmaskinen , revolversvarven och metallhyveln . Precisionsbearbetningstekniker utvecklades under första hälften av 1800-talet. Dessa inkluderade användningen av spelningar för att styra bearbetningsverktyget över arbetet och fixturer för att hålla arbetet i rätt position. Verktygsmaskiner och bearbetningstekniker som kan producera utbytbara delar leder till storskalig fabrikstillverkning i slutet av 1800-talet.

Förenta staternas folkräkning 1850 listade ockupationen av "ingenjör" för första gången med en räkning på 2 000. Det fanns färre än 50 civilingenjörer i USA före 1865. År 1870 fanns det ett dussin utexaminerade maskintekniker i USA, med det antalet ökade till 43 per år 1875. År 1890 fanns det 6 000 ingenjörer inom civil, gruvdrift, mekanisk och elektrisk .

Det fanns ingen ordförande för tillämpad mekanism och tillämpad mekanik vid Cambridge förrän 1875, och ingen professor i ingenjörsvetenskap vid Oxford förrän 1907. Tyskland etablerade tekniska universitet tidigare.

Grunderna för elektroteknik på 1800-talet inkluderade experiment av Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm och andra och uppfinningen av den elektriska telegrafen 1816 och elmotorn 1872. James Maxwells teoretiska arbete (se: Maxwells ekvationer ) och Heinrich Hertz i slutet av 1800-talet gav upphov till elektronikområdet . De senare uppfinningarna av vakuumröret och transistorn accelererade ytterligare utvecklingen av elektronik i en sådan utsträckning att elektriska och elektronikingenjörer för närvarande är fler än sina kollegor inom någon annan ingenjörsspecialitet. Kemiteknik utvecklades i slutet av artonhundratalet. Tillverkning i industriell skala krävde nya material och nya processer och 1880 var behovet av storskalig produktion av kemikalier sådant att en ny industri skapades, dedikerad till utveckling och storskalig tillverkning av kemikalier i nya industrianläggningar. Kemiingenjörens roll var utformningen av dessa kemiska anläggningar och processer.

Solugnen i Odeillo i Pyrénées-Orientales i Frankrike kan nå temperaturer upp till 3 500 °C (6 330 °F)

Flygteknik handlar om flygplansdesignprocessdesign medan flygteknik är en modernare term som utökar räckvidden för disciplinen genom att inkludera rymdfarkostdesign . Dess ursprung kan spåras tillbaka till flygpionjärerna runt början av 1900-talet, även om Sir George Cayleys verk nyligen har daterats från det sista decenniet av 1700-talet. Tidiga kunskaper om flygteknik var till stor del empiriska med vissa begrepp och färdigheter importerade från andra teknikgrenar.

Den första doktorsexamen i teknik (tekniskt, tillämpad vetenskap och ingenjörskonst ) som tilldelades i USA gick till Josiah Willard Gibbs vid Yale University 1863; det var också den andra doktorsexamen i vetenskap i USA

Bara ett decennium efter de framgångsrika flygningarna av bröderna Wright skedde en omfattande utveckling av flygteknik genom utveckling av militära flygplan som användes under första världskriget . Under tiden fortsatte forskningen för att tillhandahålla grundläggande bakgrundsvetenskap genom att kombinera teoretisk fysik med experiment.

Huvudsakliga grenar av teknik

För en aktuell guide, se Översikt över teknik .
Hoover dammen

Teknik är en bred disciplin som ofta är uppdelad i flera underdiscipliner. Även om en ingenjör vanligtvis kommer att utbildas i en specifik disciplin, kan han eller hon bli multidisciplinerad genom erfarenhet. Teknik kännetecknas ofta av att ha fyra huvudgrenar: kemiteknik, civilingenjör, elektroteknik och maskinteknik.

Kemiteknik

Huvudartikel: Kemiteknik

Kemiteknik är tillämpningen av fysik, kemi, biologi och ingenjörsprinciper för att utföra kemiska processer i kommersiell skala, såsom tillverkning av råvarukemikalier , specialkemikalier , petroleumraffinering , mikrotillverkning , fermentering och biomolekylproduktion .

Civilingenjör

Huvudartikel: Anläggningsteknik

Anläggningsbyggnad är design och konstruktion av offentliga och privata arbeten, såsom infrastruktur (flygplatser, vägar, järnvägar, vattenförsörjning och rening etc.), broar, tunnlar, dammar och byggnader. Anläggningsteknik är traditionellt uppdelad i ett antal underdiscipliner, inklusive byggnadsteknik , miljöteknik och lantmäteri . Det anses traditionellt vara skilt från militär ingenjörskonst .

Elektroteknik

Huvudartikel: Elektroteknik
Elektrisk motor

Elektroteknik är design, studier och tillverkning av olika elektriska och elektroniska system, såsom sändningsteknik , elektriska kretsar , generatorer , motorer , elektromagnetiska / elektromekaniska enheter, elektroniska enheter , elektroniska kretsar , optiska fibrer , optoelektroniska enheter , datorsystem , telekommunikation , instrumentering , styrsystem och elektronik .

Maskinteknik

Huvudartikel: Maskinteknik

Maskinteknik är design och tillverkning av fysiska eller mekaniska system, såsom kraft- och energisystem , flyg- / flygplansprodukter , vapensystem , transportprodukter , motorer , kompressorer , drivlinor , kinematiska kedjor , vakuumteknik, vibrationsisoleringsutrustning , tillverkning , robotik , turbiner, ljudutrustning och mekatronik .

Bioteknik

Huvudartikel: Biologisk ingenjörskonst

Bioteknik är konstruktion av biologiska system för ett användbart syfte. Exempel på bioteknisk forskning inkluderar bakterier framställda för att producera kemikalier, ny medicinsk bildbehandlingsteknik, bärbara och snabba diagnostiska anordningar för sjukdomar, proteser, bioläkemedel och vävnadskonstruerade organ.

Tvärvetenskaplig teknik

Huvudartikel: Lista över ingenjörsgrenar

Tvärvetenskaplig teknik hämtar från mer än en av de huvudsakliga grenarna av praktiken. Historiskt sett marinteknik och gruvteknik stora grenar. Andra tekniska områden är tillverkningsteknik , akustisk teknik , korrosionsteknik , instrumentering och kontroll , flyg , bil , dator , elektronik , informationsteknik , petroleum , miljö , system , ljud , mjukvara , arkitektur , jordbruk , biosystem , biomedicin , geologisk , textil , industri- , material- och kärnteknik . Dessa och andra teknikgrenar är representerade i de 36 licensierade medlemsinstitutionerna i UK Engineering Council .

Nya specialiteter kombineras ibland med de traditionella fälten och bildar nya grenar – till exempel involverar jordsystemteknik och ledning ett brett spektrum av ämnesområden inklusive ingenjörsstudier , miljövetenskap , ingenjörsetik och ingenjörsfilosofi .

Andra teknikgrenar

Flyg-och rymdteknik

Huvudartikel: Flygteknik
InSight - landaren med solpaneler utplacerade i ett renrum

Flygteknik omfattar design, utveckling, tillverkning och operativt beteende hos flygplan , satelliter och raketer .

Marinteknik

Huvudartikel: Marinteknik

Marinteknik omfattar design, utveckling, tillverkning och driftbeteende för vattenskotrar och stationära strukturer som oljeplattformar och hamnar .

Datorteknik

Huvudartikel: Datateknik

Datateknik (CE) är en gren av teknik som integrerar flera områden av datavetenskap och elektronikteknik som krävs för att utveckla hårdvara och mjukvara . Datoringenjörer har vanligtvis utbildning i elektronikteknik (eller elektroteknik ), mjukvarudesign och hårdvaru-mjukvaruintegration istället för bara mjukvaruteknik eller elektronikteknik.

Geologisk ingenjörskonst

Huvudartikel: Geologisk ingenjörskonst

Geologisk ingenjörskonst förknippas med allt som är byggt på eller inom jorden. Denna disciplin tillämpar geologiska vetenskaper och ingenjörsprinciper för att styra eller stödja arbetet inom andra discipliner såsom civilingenjör , miljöteknik och gruvteknik . Geologiska ingenjörer är involverade i konsekvensstudier för anläggningar och verksamheter som påverkar yt- och underjordiska miljöer, såsom berguttag (t.ex. tunnlar ), konsolidering av byggnadsgrunder , stabilisering av sluttningar och fyllningar, skredriskbedömning, grundvattenövervakning, grundvattensanering , gruvutgrävningar, och naturresursutforskning .

Öva

En som utövar ingenjör kallas ingenjör , och de som är licensierade att göra det kan ha mer formella beteckningar som Professionell Ingenjör , Chartered Engineer , Incorporated Engineer , Ingenieur , European Engineer eller Designated Engineering Representative .

Metodik

Design av en turbin kräver samarbete av ingenjörer från många områden, eftersom systemet involverar mekaniska, elektromagnetiska och kemiska processer. Bladen , rotorn och statorn samt ångcykeln måste alla vara noggrant designade och optimerade .

I den tekniska designprocessen tillämpar ingenjörer matematik och vetenskaper som fysik för att hitta nya lösningar på problem eller för att förbättra befintliga lösningar. Ingenjörer behöver goda kunskaper om relevanta vetenskaper för sina designprojekt. Som ett resultat fortsätter många ingenjörer att lära sig nytt material under hela sin karriär.

Om flera lösningar finns, väger ingenjörer varje designval utifrån deras förtjänster och väljer den lösning som bäst matchar kraven. Ingenjörens uppgift är att identifiera, förstå och tolka begränsningarna för en design för att ge ett framgångsrikt resultat. Det är i allmänhet otillräckligt för att bygga en tekniskt framgångsrik produkt, snarare måste den även uppfylla ytterligare krav.

Begränsningar kan innefatta tillgängliga resurser, fysiska, fantasifulla eller tekniska begränsningar, flexibilitet för framtida ändringar och tillägg och andra faktorer, såsom krav på kostnad, säkerhet , säljbarhet, produktivitet och servicebarhet . Genom att förstå begränsningarna härleder ingenjörer specifikationer för de gränser inom vilka ett livskraftigt objekt eller system kan produceras och drivas.

Problemlösning

En ritning till ett ånglok . Ingenjörsvetenskap tillämpas på design , med tonvikt på funktion och utnyttjande av matematik och naturvetenskap.

Ingenjörer använder sina kunskaper om naturvetenskap , matematik , logik , ekonomi och lämplig erfarenhet eller tyst kunskap för att hitta lämpliga lösningar på ett visst problem. Genom att skapa en lämplig matematisk modell av ett problem kan de ofta analysera det (ibland definitivt) och testa potentiella lösningar.

Mer än en lösning på ett designproblem finns vanligtvis så de olika designvalen måste utvärderas utifrån sina meriter innan den som bedöms mest lämplig väljs. Genrich Altshuller , efter att ha samlat statistik på ett stort antal patent , föreslog att kompromisser är kärnan i " lågnivå " ingenjörskonstruktioner, medan på en högre nivå är den bästa designen en som eliminerar kärnmotsättningen som orsakar problemet.

Ingenjörer försöker vanligtvis förutsäga hur väl deras konstruktioner kommer att prestera enligt deras specifikationer innan fullskalig produktion. De använder bland annat: prototyper , skalmodeller , simuleringar , destruktiva tester , oförstörande tester och stresstester . Testning säkerställer att produkterna kommer att fungera som förväntat, men endast i den mån testet har varit representativt för användning i tjänst. För produkter, såsom flygplan, som används olika av olika användare kan fel och oväntade brister (och nödvändiga designförändringar) förväntas under produktens livslängd.

Ingenjörer tar på sig ansvaret för att producera design som kommer att prestera så bra som förväntat och, förutom de som är anställda inom specifika områden av vapenindustrin, inte kommer att skada människor. Ingenjörer inkluderar vanligtvis en säkerhetsfaktor i sina konstruktioner för att minska risken för oväntade fel.

Studiet av misslyckade produkter kallas forensic engineering . Den försöker identifiera orsaken till misslyckandet med att tillåta en omdesign av produkten och på så sätt förhindra att en återkomst inträffar. Noggrann analys krävs för att fastställa orsaken till fel på en produkt. Konsekvenserna av ett fel kan variera i svårighetsgrad från den mindre kostnaden för ett maskinhaveri till stora förluster av liv vid olyckor med flygplan och stora stationära strukturer som byggnader och dammar.

Datoranvändning

En datorsimulering av luftflöde med hög hastighet runt en rymdfärja under återinträde. Lösningar på flödet kräver modellering av de kombinerade effekterna av vätskeflödet och värmeekvationerna .

Som med alla moderna vetenskapliga och tekniska strävanden spelar datorer och programvara en allt viktigare roll. Förutom den typiska affärsapplikationsmjukvaran finns det ett antal datorstödda applikationer ( datorstödda teknologier) speciellt för teknik. Datorer kan användas för att generera modeller av grundläggande fysiska processer, som kan lösas med numeriska metoder .

Grafisk representation av en liten bråkdel av WWW, som visar hyperlänkar

Ett av de mest använda designverktygen inom yrket är programvara för datorstödd design ( CAD). Det gör det möjligt för ingenjörer att skapa 3D-modeller, 2D-ritningar och scheman av sina konstruktioner. CAD tillsammans med digital mockup (DMU) och CAE -mjukvara som finita elementmetodanalys eller analytisk elementmetod tillåter ingenjörer att skapa modeller av konstruktioner som kan analyseras utan att behöva göra dyra och tidskrävande fysiska prototyper.

Dessa gör att produkter och komponenter kan kontrolleras för brister; bedöma passform och montering; studera ergonomi; och att analysera statiska och dynamiska egenskaper hos system såsom spänningar, temperaturer, elektromagnetiska emissioner, elektriska strömmar och spänningar, digitala logiska nivåer, vätskeflöden och kinematik. Åtkomst och distribution av all denna information organiseras vanligtvis med hjälp av programvara för produktdatahantering .

Det finns också många verktyg för att stödja specifika tekniska uppgifter som datorstödd tillverkning (CAM) programvara för att generera CNC- bearbetningsinstruktioner; programvara för hantering av tillverkningsprocesser för produktionsteknik; EDA för kretskort (PCB) och kretsscheman för elektroniska ingenjörer; MRO- applikationer för underhållshantering; och Arkitektur, ingenjörskonst och konstruktion (AEC) programvara för civilingenjör.

Under de senaste åren har användningen av datorprogramvara för att stödja utvecklingen av varor kollektivt kommit att kallas produktlivscykelhantering ( PLM).

Socialt sammanhang

Robotic Kismet kan producera en rad olika ansiktsuttryck.

Ingenjörsyrket ägnar sig åt ett brett utbud av aktiviteter, från stora samverkan på samhällsnivå, och även mindre enskilda projekt. Nästan alla tekniska projekt är skyldiga till någon form av finansieringsbyrå: ett företag, en uppsättning investerare eller en regering. De få typer av ingenjörskonst som begränsas minimalt av sådana problem är pro bono -teknik och öppen designteknik .

Till sin natur har ingenjörsvetenskap kopplingar till samhälle, kultur och mänskligt beteende. Varje produkt eller konstruktion som används av det moderna samhället påverkas av ingenjörskonst. Resultaten av ingenjörsverksamheten påverkar förändringar i miljön, samhället och ekonomin, och tillämpningen för med sig ett ansvar och allmän säkerhet.

Ingenjörsprojekt kan bli föremål för kontroverser. Exempel från olika ingenjörsdiscipliner är utvecklingen av kärnvapen , Three Gorges Dam , design och användning av sportfordon och utvinning av olja . Som svar har vissa västerländska ingenjörsföretag antagit seriösa policyer för företags- och socialt ansvar .

Ingenjörsvetenskap är en viktig drivkraft för innovation och mänsklig utveckling. Särskilt Afrika söder om Sahara har en mycket liten ingenjörskapacitet vilket resulterar i att många afrikanska nationer inte kan utveckla avgörande infrastruktur utan hjälp utifrån. utveckling . Uppnåendet av många av millennieutvecklingsmålen kräver uppnåendet av tillräcklig ingenjörskapacitet för att utveckla infrastruktur och hållbar teknisk

Radar, GPS , lidar , ... är alla kombinerade för att ge korrekt navigering och undvikande av hinder (fordon utvecklat för 2007 DARPA Urban Challenge )

Alla utländska icke-statliga utvecklings- och hjälporganisationer använder sig av ingenjörer för att tillämpa lösningar i katastrof- och utvecklingsscenarier. Ett antal välgörenhetsorganisationer strävar efter att använda teknik direkt för mänsklighetens bästa:

Ingenjörsföretag i många etablerade ekonomier står inför betydande utmaningar när det gäller antalet professionella ingenjörer som utbildas, jämfört med antalet som går i pension. Detta problem är mycket framträdande i Storbritannien där ingenjörskonst har en dålig image och låg status. Det finns många negativa ekonomiska och politiska frågor som detta kan orsaka, såväl som etiska frågor. Det är allmänt överens om att ingenjörsyrket står inför en "imagekris", snarare än att det i grunden är en oattraktiv karriär. Mycket arbete krävs för att undvika enorma problem i Storbritannien och andra västerländska ekonomier. Ändå har Storbritannien flest ingenjörsföretag jämfört med andra europeiska länder, tillsammans med USA.

Etisk kod

Huvudartikel: Ingenjörsetik

Många ingenjörsföreningar har upprättat uppförandekoder och etiska regler för att vägleda medlemmar och informera allmänheten i stort. National Society of Professional Engineers etiska kod säger:

Ingenjör är ett viktigt och lärt yrke. Som medlemmar av detta yrke förväntas ingenjörer uppvisa de högsta standarderna för ärlighet och integritet. Teknik har en direkt och avgörande inverkan på livskvaliteten för alla människor. Följaktligen kräver de tjänster som tillhandahålls av ingenjörer ärlighet, opartiskhet, rättvisa och rättvisa, och måste ägnas åt skyddet av folkhälsan, säkerheten och välfärden. Ingenjörer måste utföra en standard för professionellt beteende som kräver att de högsta principerna för etiskt uppförande följs.

I Kanada bär många ingenjörer järnringen som en symbol och påminnelse om de skyldigheter och etik som är förknippade med deras yrke.

Relationer med andra discipliner

Vetenskap

Forskare studerar världen som den är; ingenjörer skapar en värld som aldrig har varit.

— Theodore von Kármán
Ingenjörer, forskare och tekniker i arbete på målpositionerare i målkammaren i National Ignition Facility ( NIF)

Det finns en överlappning mellan vetenskaper och ingenjörspraktik; inom teknik tillämpar man vetenskap. Båda ansträngningsområdena är beroende av noggrann observation av material och fenomen. Båda använder matematik och klassificeringskriterier för att analysera och kommunicera observationer. [ citat behövs ]

Forskare kan också behöva utföra tekniska uppgifter, som att designa experimentella apparater eller bygga prototyper. Omvänt, i processen att utveckla teknik, finner ingenjörer ibland att de utforskar nya fenomen och blir därmed, för tillfället, vetenskapsmän eller mer exakt "ingenjörsforskare".

Den internationella rymdstationen används för att utföra vetenskapliga experiment i rymden

I boken What Engineers Know and How They Know It hävdar Walter Vincenti att ingenjörsforskning har en annan karaktär än vetenskaplig forskning . För det första handlar det ofta om områden där den grundläggande fysiken eller kemin är väl förstådd, men själva problemen är för komplexa för att lösa på ett exakt sätt.

Det finns en "verklig och viktig" skillnad mellan ingenjörskonst och fysik eftersom liknande vetenskapsområde har att göra med teknik. Fysik är en utforskande vetenskap som söker kunskap om principer medan teknik använder kunskap för praktisk tillämpning av principer. Den förra likställer en förståelse med en matematisk princip medan den senare mäter inblandade variabler och skapar teknologi. För teknik är fysik ett hjälpmedel och på sätt och vis betraktas teknik som tillämpad fysik. Även om fysik och teknik hänger ihop, betyder det inte att en fysiker är utbildad för att utföra ett ingenjörsjobb. En fysiker skulle vanligtvis kräva ytterligare och relevant utbildning. Fysiker och ingenjörer ägnar sig åt olika arbetsområden. Men doktorander fysiker som specialiserar sig på sektorer av teknisk fysik och tillämpad fysik tituleras som teknikofficer, FoU-ingenjörer och systemingenjörer.

Ett exempel på detta är användningen av numeriska approximationer till Navier–Stokes ekvationer för att beskriva aerodynamiskt flöde över ett flygplan, eller användningen av Finita elementmetoden för att beräkna spänningarna i komplexa komponenter. För det andra använder ingenjörsforskningen många semi- empiriska metoder som är främmande för ren vetenskaplig forskning, ett exempel är metoden för parametervariation. [ citat behövs ]

Såsom konstaterats av Fung et al. i revideringen av den klassiska ingenjörstexten Foundations of Solid Mechanics :

Teknik är helt annorlunda än vetenskap. Forskare försöker förstå naturen. Ingenjörer försöker göra saker som inte finns i naturen. Ingenjörer betonar innovation och uppfinningar. För att förkroppsliga en uppfinning måste ingenjören konkretisera sin idé och designa något som människor kan använda. Att något kan vara ett komplext system, enhet, en pryl, ett material, en metod, ett datorprogram, ett innovativt experiment, en ny lösning på ett problem eller en förbättring av det som redan finns. Eftersom en design måste vara realistisk och funktionell måste dess geometri, dimensioner och egenskaper definieras. Tidigare upptäckte ingenjörer som arbetade med nya konstruktioner att de inte hade all nödvändig information för att fatta designbeslut. Oftast var de begränsade av otillräcklig vetenskaplig kunskap. Således studerade de matematik , fysik , kemi , biologi och mekanik . Ofta var de tvungna att lägga till de vetenskaper som var relevanta för deras yrke. Därmed föddes ingenjörsvetenskaper.

Även om ingenjörslösningar använder sig av vetenskapliga principer, måste ingenjörer också ta hänsyn till säkerhet, effektivitet, ekonomi, tillförlitlighet och konstruktionsbarhet eller enkel tillverkning samt miljö, etiska och juridiska överväganden såsom patentintrång eller ansvar i händelse av fel. av lösningen.

Medicin och biologi

En 3 tesla klinisk MRI-skanner .

Studiet av människokroppen, om än från olika håll och för olika syften, är en viktig gemensam länk mellan medicin och vissa ingenjörsdiscipliner. Medicin syftar till att upprätthålla, reparera, förbättra och till och med ersätta funktioner i människokroppen , om nödvändigt, genom användning av teknik .

Genmanipulerade möss som uttrycker grönt fluorescerande protein , som lyser grönt under blått ljus. Den centrala musen är vildtyp .

Modern medicin kan ersätta flera av kroppens funktioner genom användning av konstgjorda organ och kan väsentligt förändra människokroppens funktion genom konstgjorda anordningar som till exempel hjärnimplantat och pacemakers . Områdena bionik och medicinsk bionik är dedikerade till studiet av syntetiska implantat som hänför sig till naturliga system.

Omvänt ser vissa ingenjörsdiscipliner människokroppen som en biologisk maskin värd att studera och är dedikerade till att efterlikna många av dess funktioner genom att ersätta biologi med teknologi. Detta har lett till områden som artificiell intelligens , neurala nätverk , fuzzy logic och robotik . Det finns också betydande tvärvetenskapliga interaktioner mellan teknik och medicin.

Båda områdena tillhandahåller lösningar på verkliga problem. Detta kräver ofta att man går framåt innan fenomen är helt förstådda i en mer rigorös vetenskaplig mening och därför är experiment och empirisk kunskap en integrerad del av båda.

Medicin studerar delvis människokroppens funktion. Människokroppen, som en biologisk maskin, har många funktioner som kan modelleras med hjälp av ingenjörsmetoder.

Hjärtat fungerar till exempel ungefär som en pump, skelettet är som en sammanlänkad struktur med spakar, hjärnan producerar elektriska signaler etc. Dessa likheter såväl som den ökande betydelsen och tillämpningen av ingenjörsprinciper inom medicin ledde till utvecklingen av området av biomedicinsk ingenjörskonst som använder koncept utvecklade inom båda disciplinerna.

Nyligen framväxande vetenskapsgrenar, såsom systembiologi , anpassar analytiska verktyg som traditionellt används för ingenjörskonst, såsom systemmodellering och beräkningsanalys, till beskrivningen av biologiska system.

Konst

Leonardo da Vinci , sedd här i ett självporträtt, har beskrivits som symbolen för konstnären/ingenjören. Han är också känd för sina studier om mänsklig anatomi och fysiologi .

Det finns kopplingar mellan teknik och konst, till exempel arkitektur , landskapsarkitektur och industriell design (även i den mån dessa discipliner ibland kan ingå i ett universitets tekniska fakultet ).

Art Institute of Chicago , till exempel, höll en utställning om konsten av NASA :s flygdesign. Robert Maillarts brodesign uppfattas av vissa ha varit medvetet konstnärlig. Vid University of South Florida har en ingenjörsprofessor, genom ett anslag från National Science Foundation , utvecklat en kurs som kopplar samman konst och ingenjörskonst.

Bland kända historiska personer är Leonardo da Vinci en välkänd renässanskonstnär och ingenjör, och ett utmärkt exempel på kopplingen mellan konst och ingenjörskonst.

Företag

Business Engineering handlar om förhållandet mellan professionell ingenjör, IT-system, företagsekonomi och förändringsledning . Engineering management eller "Management engineering" är ett specialiserat förvaltningsområde som rör ingenjörspraktik eller verkstadsindustrin. Efterfrågan på ledningsfokuserade ingenjörer (eller från det motsatta perspektivet chefer med ingenjörsförståelse) har resulterat i utvecklingen av specialiserade ingenjörsledningsexamina som utvecklar de kunskaper och färdigheter som behövs för dessa roller. Under en ingenjörsledningskurs kommer studenterna att utveckla industriella tekniska färdigheter, kunskaper och expertis, tillsammans med kunskap om företagsekonomi, ledningstekniker och strategiskt tänkande. Ingenjörer specialiserade på förändringsledning måste ha djup kunskap om tillämpningen av industriella och organisationspsykologiska principer och metoder. Professionella ingenjörer utbildar sig ofta till certifierade managementkonsulter inom det mycket specialiserade området managementkonsulting som tillämpas på ingenjörspraktik eller ingenjörssektorn. Detta arbete handlar ofta om storskaliga komplexa affärstransformationer eller affärsprocesshanteringsinitiativ inom flyg- och försvarsindustrin, fordon, olja och gas, maskiner, läkemedel, mat och dryck, el och elektronik, kraftdistribution och -generering, verktyg och transportsystem. Denna kombination av teknisk ingenjörspraxis, managementkonsultpraxis, industrisektorkunskap och expertis inom förändringshantering gör det möjligt för professionella ingenjörer som också är kvalificerade som managementkonsulter att leda stora affärsomvandlingsinitiativ. Dessa initiativ sponsras vanligtvis av chefer på C-nivå.

Andra fält

Inom statsvetenskap har termen ingenjörskonst lånats för studiet av ämnena social ingenjörskonst och politisk ingenjörskonst , som handlar om att bilda politiska och sociala strukturer genom att använda ingenjörsmetodik i kombination med statsvetenskapliga principer. Marknadsteknik och finansteknik har på liknande sätt lånat termen.

Se även

Huvudartikel: Outline of engineering
Listor
Ordlistor
Relaterade ämnen

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Engineering&oldid=1131148882 "