Ingenieurwesen

Der InSight- Lander mit Sonnenkollektoren in einem Reinraum

Die Dampfmaschine , der Haupttreiber der industriellen Revolution , unterstreicht die Bedeutung des Ingenieurwesens in der modernen Geschichte. Diese Strahlmaschine ist in der Technischen Universität Madrid ausgestellt .

Ingenieurwesen ist die Verwendung wissenschaftlicher Prinzipien zum Entwerfen und Bauen von Maschinen, Strukturen und anderen Gegenständen, einschließlich Brücken, Tunneln, Straßen, Fahrzeugen und Gebäuden. ^[1] Die Disziplin Ingenieurwesen umfasst ein breites Spektrum spezialisierterer Bereiche des Ingenieurwesens , wobei jeder Schwerpunkt auf bestimmten Bereichen der angewandten Mathematik , der angewandten Wissenschaft und den Anwendungsarten liegt. Siehe Glossar der Technik .

Der Begriff Engineering leitet sich vom lateinischen Genium ab und bedeutet "Klugheit" und " Genialität" , was " erfinden , erfinden " bedeutet. ^[2]

Definition

Der American Engineers 'Council für berufliche Entwicklung (ECPD, der Vorgänger von ABET ) ^[3] hat "Engineering" definiert als:

Die kreative Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien zum Entwerfen oder Entwickeln von Strukturen, Maschinen, Apparaten oder Herstellungsverfahren oder Arbeiten, bei denen diese einzeln oder in Kombination verwendet werden; oder dasselbe unter vollständiger Kenntnis ihres Entwurfs zu konstruieren oder zu betreiben; oder um ihr Verhalten unter bestimmten Betriebsbedingungen vorherzusagen; alles in Bezug auf eine beabsichtigte Funktion, Wirtschaftlichkeit des Betriebs und Sicherheit für Leben und Eigentum. ^{[4] [5]}

Geschichte

Technik gibt es seit der Antike, als Menschen Erfindungen wie Keil, Hebel, Rad und Riemenscheibe usw. erfanden.

Der Begriff Ingenieurwesen leitet sich vom Wort Ingenieur ab , das selbst aus dem 14. Jahrhundert stammt, als ein Ingenieur (wörtlich: einer, der eine Belagerungsmaschine baut oder betreibt ) sich auf "einen Konstrukteur von Militärmotoren" bezog. ^[6] In diesem Zusammenhang, der inzwischen veraltet ist, bezeichnet ein "Motor" eine militärische Maschine, dh eine im Krieg verwendete mechanische Vorrichtung (zum Beispiel ein Katapult ). Bemerkenswerte Beispiele für die veraltete Verwendung, die bis heute erhalten geblieben sind, sind Militäringenieurkorps, z. B. das US Army Corps of Engineers .

Das Wort "Motor" selbst ist noch älteren Ursprungs und stammt letztendlich aus dem lateinischen Genium (um 1250) und bedeutet "angeborene Qualität, insbesondere mentale Kraft, daher eine clevere Erfindung". ^[7]

Später, als die Gestaltung ziviler Strukturen wie Brücken und Gebäude als technische Disziplin ausgereift war, wurde der Begriff Bauingenieurwesen ^[5] in das Lexikon aufgenommen, um zwischen jenen zu unterscheiden, die auf den Bau solcher nichtmilitärischer Projekte spezialisiert sind, und jenen in der Disziplin der Militärtechnik beteiligt .

Antike Ära

Die Pyramiden im alten Ägypten , die Zikkurate in Mesopotamien , die Akropolis und der Parthenon in Griechenland, die römischen Aquädukte , die Via Appia und das Kolosseum, Teotihuacán und der Brihadeeswarar-Tempel von Thanjavur zeugen unter anderem vom Einfallsreichtum und Können der Antike Zivil- und Militäringenieure. Andere Denkmäler, die nicht mehr stehen, wie die Hängenden Gärten von Babylon und die Pharos von Alexandria , waren wichtige technische Errungenschaften ihrer Zeit und wurden unter den angesehenSieben Weltwunder der Antike .

Die sechs klassischen einfachen Maschinen waren im alten Nahen Osten bekannt . Der Keil und die schiefe Ebene (Rampe) waren seit prähistorischen Zeiten bekannt. ^[8] Das Rad wurde zusammen mit dem Rad- und Achsmechanismus im 5. Jahrtausend v. Chr. In Mesopotamien (dem modernen Irak) erfunden . ^[9] Der Hebelmechanismus erschien erstmals vor etwa 5.000 Jahren im Nahen Osten , wo er in einer einfachen Waage verwendet wurde ^[10] und um große Objekte in der altägyptischen Technologie zu bewegen .^[11] Der Hebel auch in der verwendet wurde Schaduf wasser Hubvorrichtung, die erste Kranmaschine, die in Mesopotamia circa 3000 BC erschien, ^[10] und dann in altägyptischen Technik circa 2000 BC. ^[12] Die frühesten Hinweise auf Riemenscheiben stammen aus Mesopotamien im frühen 2. Jahrtausend v. Chr. ^[13] und dem alten Ägypten während der zwölften Dynastie (1991-1802 v. Chr.). ^[14] Die Schraube , die letzte der einfachen Maschinen, die erfunden wurden ^[15], erschien erstmals in Mesopotamien während der neo-assyrischen Zeit (911-609) v.^[16] Die ägyptischen Pyramiden wurden mit drei der sechs einfachen Maschinen, der schiefen Ebene, dem Keil und dem Hebel, gebaut, um Strukturen wie die Große Pyramide von Gizeh zu schaffen. ^[17]

Der früheste namentlich bekannte Bauingenieur ist Imhotep . ^[5] Als einer der Beamten des Pharaos , Djosèr , entwarf und überwachte er wahrscheinlich den Bau der Pyramide von Djoser (der Stufenpyramide ) in Saqqara in Ägypten um 2630–2611 v. ^[18] Die frühesten praktischen wassergetriebenen Maschinen, das Wasserrad und die Wassermühle , tauchten erstmals im frühen 4. Jahrhundert v. Chr. Im Persischen Reich im heutigen Irak und Iran auf. ^[19]

Kush entwickelte die Sakia im 4. Jahrhundert v. Chr., Die sich auf tierische Kraft anstatt auf menschliche Energie stützte. ^[20] Hafirs wurden als eine Art Reservoir in Kush entwickelt, um Wasser zu speichern und zu enthalten sowie die Bewässerung zu fördern. ^[21] Sappers wurden zu bauen beschäftigt causeways bei militärischen Aktionen. ^[22] Kuschitische Vorfahren bauten in der Bronzezeit zwischen 3700 und 3250 v. Chr. Speos . ^[23] Im 7. Jahrhundert v. Chr. Wurden in Kush auch Bloomeries und Hochöfen geschaffen. ^{[24] [25] [26] [27]}

Das antike Griechenland entwickelte Maschinen sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich. Der Mechanismus von Antikythera , ein früher bekannten mechanischen Analogrechner , ^{[28] [29]} und die mechanischen Erfindungen des Archimedes , sind Beispiele für griechische Maschinenbau. Einige Erfindungen von Archimedes sowie der Antikythera-Mechanismus erforderten ausgefeilte Kenntnisse des Differentialgetriebes oder des Umlaufgetriebes , zwei Schlüsselprinzipien der Maschinentheorie, die zur Konstruktion der Getriebezüge der industriellen Revolution beigetragen haben und bis heute in verschiedenen Bereichen wie der Robotik weit verbreitet sind undFahrzeugtechnik . ^[30]

Alte chinesische, griechische, römische und hunnische Armeen verwendeten militärische Maschinen und Erfindungen wie Artillerie, die von den Griechen um das 4. Jahrhundert v. Chr. Entwickelt wurde, ^[31] die Trireme , die Ballista und das Katapult . Im Mittelalter wurde das Trebuchet entwickelt.

Mittelalter

Die frühesten praktischen windgetriebenen Maschinen, die Windmühle und die Windpumpe , tauchten erstmals im 9. Jahrhundert n. Chr. In der muslimischen Welt während des islamischen Goldenen Zeitalters im heutigen Iran, Afghanistan und Pakistan auf. ^{[32] [33] [34] [35]} Die früheste praktische dampfbetriebene Maschine war ein Dampfheber, der von einer Dampfturbine angetrieben wurde und 1551 von Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf im osmanischen Ägypten beschrieben wurde . ^{[36] [37]}

Der Baumwoll-Gin wurde im 6. Jahrhundert n. Chr. In Indien erfunden ^[38], und das Spinnrad wurde im frühen 11. Jahrhundert in der islamischen Welt erfunden ^[39]. Beide waren für das Wachstum der Baumwollindustrie von grundlegender Bedeutung . Das sich drehende Rad war auch ein Vorläufer des sich drehenden Jenny , der eine Schlüsselentwicklung während der frühen industriellen Revolution im 18. Jahrhundert war. ^[40] Die Kurbelwelle und Nockenwelle durch erfunden wurden Al-Jazari in Northern Mesopotamia circa 1206 ^{[41] [42][43]} und sie wurden später zentral für moderne Maschinen wie die Dampfmaschine , die Verbrennungsmaschine und die automatische Steuerung . ^[44]

Die frühesten programmierbaren Maschinen wurden in der muslimischen Welt entwickelt. Ein Musiksequenzer , ein programmierbares Musikinstrument , war der früheste Typ einer programmierbaren Maschine. Der erste Musiksequenzer war ein automatisierter Flötenspieler , der im 9. Jahrhundert von den Brüdern Banu Musa erfunden wurde und in ihrem Buch der genialen Geräte beschrieben wurde. ^{[45] [46]} 1206 erfand Al-Jazari programmierbare Automaten / Roboter . Er beschrieb vier Automatenmusiker , darunter Schlagzeuger, die von einem programmierbaren Drumcomputer bedient werden, wo sie dazu gebracht werden könnten, verschiedene Rhythmen und verschiedene Schlagzeugmuster zu spielen. ^[47] Die Schlossuhr , eine von Al-Jazari erfundene mechanisch- astronomische Uhr mit Wasserkraft , war der erste programmierbare analoge Computer . ^{[48] [49] [50]}

Vor der Entwicklung des modernen Ingenieurwesens wurde die Mathematik von Handwerkern und Handwerkern wie Mühlenbauern , Uhrmachern , Instrumentenbauern und Vermessungsingenieuren eingesetzt. Abgesehen von diesen Berufen hatten die Universitäten vermutlich keine große praktische Bedeutung für die Technologie. ^{[51] : 32}

Eine Standardreferenz für den Stand der mechanischen Künste während der Renaissance findet sich in der bergbautechnischen Abhandlung De re metallica (1556), die auch Abschnitte über Geologie, Bergbau und Chemie enthält. De re metallica war die Standardreferenz für die Chemie der nächsten 180 Jahre. ^[51]

Moderne Ära

Die Wissenschaft der klassischen Mechanik , manchmal auch Newtonsche Mechanik genannt, bildete die wissenschaftliche Grundlage eines Großteils der modernen Technik. ^[51] Mit dem Aufstieg des Ingenieurwesens als Beruf im 18. Jahrhundert wurde der Begriff enger auf Bereiche angewendet, in denen Mathematik und Naturwissenschaften zu diesen Zwecken angewendet wurden. In ähnlicher Weise wurden neben dem Militär- und Bauingenieurwesen die damals als Mechanik bekannten Bereiche in das Ingenieurwesen einbezogen.

Der Kanalbau war in den frühen Phasen der industriellen Revolution eine wichtige technische Arbeit. ^[52]

John Smeaton war der erste selbsternannte Bauingenieur und wird oft als "Vater" des Bauingenieurwesens angesehen. Er war ein englischer Bauingenieur, der für die Planung von Brücken, Kanälen, Häfen und Leuchttürmen verantwortlich war. Er war auch ein fähiger Maschinenbauingenieur und ein bedeutender Physiker . Mit einem Modell-Wasserrad führte Smeaton sieben Jahre lang Experimente durch, um Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz zu ermitteln. ^{[53] : 127} Smeaton führte Eisenachsen und Zahnräder in Wasserräder ein. ^{[51] : 69} Smeaton nahm auch mechanische Verbesserungen an der Newcomen-Dampfmaschine vor . Smeaton entwarf den dritten Eddystone Lighthouse(1755–59), wo er Pionierarbeit bei der Verwendung von „ hydraulischem Kalk “ (einer Form von Mörtel, der unter Wasser abbinden wird) leistete und eine Technik entwickelte, bei der beim Bau des Leuchtturms verzahnte Granitblöcke zum Einsatz kamen. Er ist wichtig in der Geschichte, Wiederentdeckung und Entwicklung des modernen Zements , weil er die Anforderungen an die Zusammensetzung identifizierte, die erforderlich sind, um "Hydraulizität" in Kalk zu erhalten. Arbeiten, die letztendlich zur Erfindung von Portlandzement führten .

Angewandte Wissenschaft führte zur Entwicklung der Dampfmaschine. Die Abfolge der Ereignisse begann mit der Erfindung des Barometers und der Messung des atmosphärischen Drucks durch Evangelista Torricelli im Jahre 1643, der Demonstration der Kraft des atmosphärischen Drucks durch Otto von Guericke unter Verwendung der Magdeburger Hemisphären im Jahre 1656, Laborexperimenten von Denis Papin , der ein experimentelles Modell baute Dampfmaschinen und demonstrierte die Verwendung eines Kolbens, den er 1707 veröffentlichte. Edward Somerset, 2. Marquess of Worcester, veröffentlichte ein Buch mit 100 Erfindungen, das ein Verfahren zum Aufziehen von Wasser ähnlich einem Kaffee-Perkolator enthielt . Samuel MorlandDer Mathematiker und Erfinder, der an Pumpen arbeitete, hinterließ im Vauxhall Ordinance Office Notizen zu einem Dampfpumpendesign, das Thomas Savery las. 1698 baute Savery eine Dampfpumpe namens "The Miner's Friend". Es wurde sowohl Vakuum als auch Druck eingesetzt. ^[54] Dem Eisenhändler Thomas Newcomen , der 1712 die erste kommerzielle Kolbendampfmaschine baute, war keine wissenschaftliche Ausbildung bekannt. ^{[53] : 32}

Die Verwendung von dampfbetriebenen Blaszylindern aus Gusseisen zur Bereitstellung von Druckluft für Hochöfen führte im späten 18. Jahrhundert zu einem starken Anstieg der Eisenproduktion. Die höheren Ofentemperaturen, die mit dampfbetriebener Strahlung ermöglicht wurden, ermöglichten die Verwendung von mehr Kalk in Hochöfen , was den Übergang von Holzkohle zu Koks ermöglichte . ^[55] Diese Innovationen senkten die Eisenkosten und machten Pferdebahnen und Eisenbrücken praktisch. Die Puddelverfahren , patentiert von Henry Cort im Jahre 1784 hergestellt Großmengen Schmiedeeisen. Hot Blast , patentiert von James Beaumont Neilson1828 wurde die Menge an Brennstoff, die zum Schmelzen von Eisen benötigt wurde, stark gesenkt. Mit der Entwicklung der Hochdruckdampfmaschine ermöglichte das Leistungsgewicht von Dampfmaschinen praktische Dampfboote und Lokomotiven. ^[56] Neue Stahlherstellungsverfahren wie das Bessemer-Verfahren und der offene Herdofen leiteten Ende des 19. Jahrhunderts ein Gebiet der Schwerindustrie ein.

Einer der bekanntesten Ingenieure der Mitte des 19. Jahrhunderts war Isambard Kingdom Brunel , der Eisenbahnen, Werften und Dampfschiffe baute.

Die industrielle Revolution führte zu einer Nachfrage nach Maschinen mit Metallteilen, die zur Entwicklung mehrerer Werkzeugmaschinen führte . Das präzise Bohren von Gusseisenzylindern war erst möglich, als John Wilkinson seine Bohrmaschine erfand , die als erste Werkzeugmaschine gilt . ^[57] Weitere Werkzeugmaschinen waren die Schneckendrehmaschine , die Fräsmaschine , die Revolverdrehmaschine und der Metallhobel. Präzisionsbearbeitungstechniken wurden in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts entwickelt. Dazu gehörten die Verwendung von Gigs, um das Bearbeitungswerkzeug über die Arbeit zu führen, und Vorrichtungen, um die Arbeit in der richtigen Position zu halten. Werkzeugmaschinen und Bearbeitungstechniken, mit denen austauschbare Teile hergestellt werden können, führen Ende des 19. Jahrhunderts zu einer großtechnischen Fabrikproduktion . ^[58]

Die US-Volkszählung von 1850 listete zum ersten Mal den Beruf des "Ingenieurs" mit einer Zählung von 2.000 auf. ^[59] Vor 1865 gab es in den USA weniger als 50 Ingenieurabsolventen. 1870 gab es ein Dutzend US-Maschinenbauabsolventen, 1875 stieg diese Zahl auf 43 pro Jahr. 1890 gab es 6.000 Ingenieure in den Bereichen Bauwesen, Bergbau , mechanisch und elektrisch. ^[60]

Bis 1875 gab es in Cambridge keinen Lehrstuhl für angewandte Mechanismen und angewandte Mechanik und bis 1907 keinen Lehrstuhl für Ingenieurwissenschaften in Oxford. Deutschland gründete früher technische Universitäten. ^[61]

Zu den Grundlagen der Elektrotechnik im 19. Jahrhundert gehörten die Experimente von Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm und anderen sowie die Erfindung des elektrischen Telegraphen im Jahr 1816 und des Elektromotors im Jahr 1872. Die theoretische Arbeit von James Maxwell (siehe: Maxwellsche Gleichungen ) und Heinrich Hertz brachte im späten 19. Jahrhundert das Gebiet der Elektronik hervor . Die späteren Erfindungen der Vakuumröhre und des TransistorsDie Entwicklung der Elektronik wurde weiter beschleunigt, so dass derzeit mehr Elektro- und Elektronikingenieure als Kollegen anderer Ingenieurspezialisten tätig sind. ^{[5] Die} chemische Technik entwickelte sich im späten neunzehnten Jahrhundert. ^{[5] Die} Herstellung im industriellen Maßstab erforderte neue Materialien und neue Verfahren, und bis 1880 war die Notwendigkeit einer Produktion von Chemikalien in großem Maßstab so groß, dass eine neue Industrie geschaffen wurde, die sich der Entwicklung und Herstellung von Chemikalien in großem Maßstab in neuen Industrieanlagen widmete. ^[5] Die Rolle des Chemieingenieurs bestand in der Planung dieser chemischen Anlagen und Prozesse. ^[5]

Die Luftfahrttechnik befasst sich mit der Gestaltung von Flugzeugkonstruktionsprozessen, während die Luft- und Raumfahrttechnik ein moderner Begriff ist, der die Reichweite der Disziplin um die Konstruktion von Raumfahrzeugen erweitert . Seine Ursprünge lassen sich auf die Luftfahrtpioniere zu Beginn des 20. Jahrhunderts zurückführen, obwohl die Arbeit von Sir George Cayley kürzlich auf das letzte Jahrzehnt des 18. Jahrhunderts datiert wurde. Die frühen Kenntnisse der Luftfahrttechnik waren weitgehend empirisch, wobei einige Konzepte und Fähigkeiten aus anderen Ingenieurzweigen importiert wurden. ^[62]

Die erste in den USA verliehene Promotion in Ingenieurwissenschaften (technisch, angewandte Wissenschaft und Technik ) ging 1863 an Josiah Willard Gibbs von der Yale University . Es war auch die zweite Promotion in Naturwissenschaften in den USA ^[63].

Nur ein Jahrzehnt nach den erfolgreichen Flügen der Gebrüder Wright gab es eine umfassende Entwicklung der Luftfahrttechnik durch die Entwicklung von Militärflugzeugen, die im Ersten Weltkrieg eingesetzt wurden . In der Zwischenzeit wurde die Forschung zur Bereitstellung grundlegender Hintergrundwissenschaften fortgesetzt, indem theoretische Physik mit Experimenten kombiniert wurde .

Hauptzweige des Ingenieurwesens

Ingenieurwesen ist eine breite Disziplin, die häufig in mehrere Unterdisziplinen unterteilt ist. Obwohl ein Ingenieur normalerweise in einer bestimmten Disziplin ausgebildet wird, kann er oder sie durch Erfahrung multidisziplinär werden. Ingenieurwesen wird oft mit vier Hauptzweigen charakterisiert: ^{[64] [65] [66]} Chemieingenieurwesen, Bauingenieurwesen, Elektrotechnik und Maschinenbau.

Chemieingenieurwesen

Unter Chemieingenieurwesen versteht man die Anwendung physikalischer, chemischer, biologischer und technischer Prinzipien, um chemische Prozesse im kommerziellen Maßstab durchzuführen, beispielsweise die Herstellung von Grundchemikalien , Spezialchemikalien , Erdölraffinierung , Mikrofabrikation , Fermentation und Biomolekülproduktion .

Tiefbau

Tiefbau ist die Planung und der Bau öffentlicher und privater Arbeiten wie Infrastruktur (Flughäfen, Straßen, Eisenbahnen, Wasserversorgung und -aufbereitung usw.), Brücken, Tunnel, Dämme und Gebäude. ^{[67] [68] Der} Tiefbau wird traditionell in eine Reihe von Unterdisziplinen unterteilt, darunter Tragwerksplanung , Umwelttechnik und Vermessung . Es wird traditionell als von der Militärtechnik getrennt angesehen . ^[69]

Elektrotechnik

Elektrotechnik ist das Entwerfen, Studieren und Herstellen verschiedener elektrischer und elektronischer Systeme, wie z. B. Rundfunktechnik , elektrische Schaltkreise , Generatoren , Motoren , elektromagnetische / elektromechanische Geräte, elektronische Geräte , elektronische Schaltkreise , optische Fasern , optoelektronische Geräte , Computersysteme , Telekommunikation , Instrumentierung , Steuerungssysteme und Elektronik .

Maschinenbau

Maschinenbau ist die Konstruktion und Herstellung von physikalischen oder mechanischen Systemen wie Energie- und Energiesystemen , Luft- und Raumfahrt- / Flugzeugprodukten , Waffensystemen , Transportprodukten , Motoren , Kompressoren , Antriebssträngen , kinematischen Ketten , Vakuumtechnologie, Schwingungsisolationsgeräten , Fertigung und Robotik , Turbinen, Audiogeräte und Mechatronik .

Interdisziplinäres Engineering

Interdisziplinäres Engineering basiert auf mehr als einem der Hauptzweige der Praxis. In der Vergangenheit waren Schiffs- und Bergbauingenieurwesen wichtige Zweige. Weitere technische Bereiche sind Fertigungstechnik , Akustik , Korrosionstechnik , Instrumentierung und Steuerung , Luft- und Raumfahrt , Automobilindustrie , Computer , Elektronik , Informationstechnik , Erdöl , Umwelt , Systeme , Audio , Software ,Architektur , Landwirtschaft , Biosysteme , Biomedizin , ^[70] geologische , Textil- , Industrie , Materialien , ^[71] und die Kerntechnik . ^[72] Diese und andere Ingenieurzweige sind in den 36 lizenzierten Mitgliedsinstitutionen des UK Engineering Council vertreten .

Neue Fachgebiete verbinden sich manchmal mit den traditionellen Bereichen und bilden neue Zweige. Beispielsweise umfasst die Erdsystemtechnik und das Erdsystem eine breite Palette von Fachgebieten, darunter Ingenieurwissenschaften , Umweltwissenschaften , Ingenieurethik und Ingenieurphilosophie .

Andere Bereiche des Ingenieurwesens

Raumfahrttechnik

Luft- und Raumfahrttechnik studiert, fertigt Flugzeuge, Satelliten, Raketen, Hubschrauber und so weiter. Es untersucht die Druckdifferenz und Aerodynamik eines Fahrzeugs genau, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Da sich die meisten Studien auf Flüssigkeiten beziehen, wird sie auf alle fahrenden Fahrzeuge wie Autos angewendet.

Schiffstechnik

Meerestechnik ist mit allem verbunden, was sich auf oder in der Nähe des Ozeans befindet. Beispiele sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Schiffe, U-Boote, Ölplattformen, Struktur, Antrieb von Wasserfahrzeugen, Design und Entwicklung an Bord, Anlagen, Häfen usw. Es erfordert kombinierte Kenntnisse in Maschinenbau, Elektrotechnik, Bauingenieurwesen und einige Programmierkenntnisse.

Technische Informatik

Computer Engineering (CE) ist ein Zweig der Technik, der verschiedene Bereiche der Informatik und der Elektrotechnik integriert , die für die Entwicklung von Computerhardware und -software erforderlich sind . Computeringenieure haben normalerweise eine Ausbildung in Elektrotechnik (oder Elektrotechnik ), Software-Design und Hardware-Software-Integration anstatt nur in Software-Engineering oder Elektronik.

Trainieren

Wer Ingenieurwesen praktiziert, wird als Ingenieur bezeichnet , und diejenigen, die dazu berechtigt sind, können formellere Bezeichnungen haben, z. B. Berufsingenieur , Chartered Engineer , Incorporated Engineer , Ingenieur , European Engineer oder Designated Engineering Representative .

Methodik

Im Engineering - Design - Prozess gelten Ingenieure Mathematik und Naturwissenschaften wie Physik neuartige Lösungen für Probleme zu finden oder bestehende Lösungen zu verbessern. Ingenieure benötigen für ihre Entwurfsprojekte kompetente Kenntnisse der relevanten Wissenschaften. Infolgedessen lernen viele Ingenieure im Laufe ihrer Karriere immer wieder neues Material.

Wenn mehrere Lösungen vorhanden sind, wägen die Ingenieure jede Entwurfsauswahl nach ihrem Wert ab und wählen die Lösung aus, die den Anforderungen am besten entspricht. Die Aufgabe des Ingenieurs besteht darin, die Einschränkungen eines Entwurfs zu identifizieren, zu verstehen und zu interpretieren, um ein erfolgreiches Ergebnis zu erzielen. Es reicht in der Regel nicht aus, ein technisch erfolgreiches Produkt zu bauen, sondern muss auch weitere Anforderungen erfüllen.

Zu den Einschränkungen können verfügbare Ressourcen, physische, einfallsreiche oder technische Einschränkungen, Flexibilität für zukünftige Änderungen und Ergänzungen sowie andere Faktoren wie Anforderungen an Kosten, Sicherheit , Marktfähigkeit, Produktivität und Wartungsfreundlichkeit gehören . Durch das Verständnis der Einschränkungen leiten die Ingenieure Spezifikationen für die Grenzen ab, innerhalb derer ein lebensfähiges Objekt oder System hergestellt und betrieben werden kann.

Probleme lösen

Ingenieure nutzen ihre Kenntnisse in Naturwissenschaften , Mathematik , Logik , Wirtschaft und entsprechenden Erfahrungen oder impliziten Kenntnissen , um geeignete Lösungen für ein Problem zu finden. Das Erstellen eines geeigneten mathematischen Modells eines Problems ermöglicht es ihnen häufig, es (manchmal definitiv) zu analysieren und mögliche Lösungen zu testen. ^[73]

In der Regel gibt es mehrere sinnvolle Lösungen. Daher müssen Ingenieure die verschiedenen Entwurfsentscheidungen nach ihren Vorzügen bewerten und die Lösung auswählen, die ihren Anforderungen am besten entspricht. Nachdem Genrich Altshuller Statistiken über eine große Anzahl von Patenten gesammelt hatte , schlug er vor, dass Kompromisse das Herzstück von Konstruktionsentwürfen auf " niedriger Ebene " sind, während auf einer höheren Ebene das beste Design eines ist, das den Kernwiderspruch beseitigt, der das Problem verursacht. ^[74]

Ingenieure versuchen normalerweise vorherzusagen, wie gut ihre Konstruktionen ihren Spezifikationen entsprechen, bevor sie in vollem Umfang produziert werden. Sie verwenden unter anderem: Prototypen , maßstabsgetreue Modelle , Simulationen , zerstörende Tests , zerstörungsfreie Tests und Stresstests . Durch Tests wird sichergestellt, dass die Produkte die erwartete Leistung erbringen. ^[75]

Ingenieure übernehmen die Verantwortung für die Erstellung von Konstruktionen, die die erwartete Leistung erbringen und der Öffentlichkeit keinen unbeabsichtigten Schaden zufügen. Ingenieure berücksichtigen in der Regel einen Sicherheitsfaktor in ihren Konstruktionen, um das Risiko eines unerwarteten Ausfalls zu verringern.

Die Untersuchung fehlerhafter Produkte wird als forensische Technik bezeichnet und kann dem Produktdesigner helfen, sein Design unter Berücksichtigung der tatsächlichen Bedingungen zu bewerten. Die Disziplin ist nach Katastrophen wie dem Einsturz der Brücke von größtem Wert , wenn eine sorgfältige Analyse erforderlich ist, um die Ursache oder die Ursachen des Ausfalls festzustellen. ^[76]

Computer verwenden

Wie bei allen modernen wissenschaftlichen und technologischen Bestrebungen spielen Computer und Software eine immer wichtigere Rolle. Neben der typischen Geschäftsanwendungssoftware gibt es eine Reihe von computergestützten Anwendungen ( computergestützte Technologien ) , die speziell für den Maschinenbau. Computer können verwendet werden, um Modelle grundlegender physikalischer Prozesse zu generieren, die mit numerischen Methoden gelöst werden können .

Eines der am weitesten verbreiteten Konstruktionswerkzeuge in diesem Beruf ist die CAD-Software ( Computer Aided Design ). Es ermöglicht Ingenieuren, 3D-Modelle, 2D-Zeichnungen und Schaltpläne ihrer Entwürfe zu erstellen. CAD zusammen mit Digital Mockup (DMU) und CAE- Software wie der Finite-Elemente-Methodenanalyse oder der Analyseelementmethode ermöglicht es Ingenieuren, Modelle von Konstruktionen zu erstellen, die analysiert werden können, ohne teure und zeitaufwändige physische Prototypen erstellen zu müssen.

Dadurch können Produkte und Komponenten auf Fehler überprüft werden. Passform und Montage beurteilen; Ergonomie studieren; und um statische und dynamische Eigenschaften von Systemen wie Spannungen, Temperaturen, elektromagnetische Emissionen, elektrische Ströme und Spannungen, digitale Logikpegel, Flüssigkeitsströme und Kinematik zu analysieren. Der Zugriff auf und die Verteilung all dieser Informationen erfolgt im Allgemeinen mithilfe von Produktdatenverwaltungssoftware . ^[77]

Es gibt auch viele Tools zur Unterstützung spezifischer Konstruktionsaufgaben, z. B. CAM-Software ( Computer Aided Manufacturing ) zum Generieren von CNC- Bearbeitungsanweisungen. Fertigungsprozess - Management - Software für die Fertigungstechnik; EDA für Leiterplatten (PCB) und Schaltpläne für Elektronikingenieure; MRO- Anwendungen für das Wartungsmanagement; und Architektur-, Ingenieur- und Konstruktionssoftware (AEC) für den Tiefbau.

In den letzten Jahren wurde die Verwendung von Computersoftware zur Unterstützung der Warenentwicklung gemeinsam als Product Lifecycle Management (PLM) bezeichnet. ^[78]

Sozialer Kontext

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Der Ingenieurberuf übt eine breite Palette von Aktivitäten aus, von einer großen Zusammenarbeit auf gesellschaftlicher Ebene bis hin zu kleineren Einzelprojekten. Fast alle Ingenieurprojekte sind einer Finanzierungsagentur verpflichtet: einem Unternehmen, einer Gruppe von Investoren oder einer Regierung. Die wenigen Arten von Engineering, die durch solche Probleme nur minimal eingeschränkt werden, sind Pro-Bono- Engineering und Open-Design- Engineering.

Ingenieurwesen ist von Natur aus mit der Gesellschaft, der Kultur und dem menschlichen Verhalten verbunden. Jedes Produkt oder jede Konstruktion, die von der modernen Gesellschaft verwendet wird, wird vom Ingenieurwesen beeinflusst. Die Ergebnisse der Ingenieurstätigkeit beeinflussen Veränderungen in Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft, und ihre Anwendung bringt Verantwortung und öffentliche Sicherheit mit sich.

Ingenieurprojekte können kontrovers diskutiert werden. Beispiele aus verschiedenen Ingenieurdisziplinen sind die Entwicklung von Atomwaffen , der Drei-Schluchten-Damm , das Design und die Verwendung von Sport Utility Vehicles sowie die Gewinnung von Öl . Als Reaktion darauf haben einige westliche Ingenieurbüros ernsthafte Richtlinien zur Unternehmens- und Sozialverantwortung erlassen .

Engineering ist ein wesentlicher Treiber für Innovation und menschliche Entwicklung. Insbesondere Afrika südlich der Sahara verfügt über eine sehr geringe technische Kapazität, was dazu führt, dass viele afrikanische Nationen ohne fremde Hilfe keine wichtige Infrastruktur entwickeln können. ^{[ Zitieren erforderlich ]} Um viele der Millenniums-Entwicklungsziele zu erreichen, müssen ausreichende technische Kapazitäten für die Entwicklung der Infrastruktur und eine nachhaltige technologische Entwicklung erreicht werden. ^[79]

Alle Entwicklungs- und Hilfsorganisationen in Übersee setzen Ingenieure in erheblichem Umfang ein, um Lösungen in Katastrophen- und Entwicklungsszenarien anzuwenden. Eine Reihe von gemeinnützigen Organisationen haben sich zum Ziel gesetzt, Technik direkt zum Wohl der Menschheit einzusetzen:

• Ingenieure ohne Grenzen
• Ingenieure gegen Armut
• Registrierte Ingenieure für Katastrophenhilfe
• Ingenieure für eine nachhaltige Welt
• Engineering für den Wandel
• Engineering Ministries International ^[80]

Ingenieurbüros in vielen etablierten Volkswirtschaften stehen vor großen Herausforderungen hinsichtlich der Anzahl der ausgebildeten professionellen Ingenieure im Vergleich zur Anzahl der pensionierten Ingenieure. Dieses Problem ist in Großbritannien sehr ausgeprägt, wo das Engineering ein schlechtes Image und einen niedrigen Status aufweist. ^[81] Es gibt viele negative wirtschaftliche und politische Probleme, die dies verursachen kann, sowie ethische Probleme. ^[82] Es besteht weitgehend Einigkeit darüber, dass der Ingenieurberuf einer "Imagekrise" ausgesetzt ist, ^[83] anstatt dass es sich grundsätzlich um eine unattraktive Karriere handelt. Es ist viel Arbeit erforderlich, um große Probleme in Großbritannien und anderen westlichen Volkswirtschaften zu vermeiden.

Ethikkodex

Viele Ingenieurgesellschaften haben Verhaltenskodizes und Ethikkodizes festgelegt , um die Mitglieder anzuleiten und die breite Öffentlichkeit zu informieren. Der Ethikkodex der National Society of Professional Engineers lautet:

Ingenieurwesen ist ein wichtiger und erlernter Beruf. Von Ingenieuren wird erwartet, dass sie als Angehörige dieses Berufs die höchsten Standards in Bezug auf Ehrlichkeit und Integrität aufweisen. Engineering hat einen direkten und entscheidenden Einfluss auf die Lebensqualität aller Menschen. Dementsprechend erfordern die von Ingenieuren erbrachten Dienstleistungen Ehrlichkeit, Unparteilichkeit, Fairness und Gerechtigkeit und müssen dem Schutz der öffentlichen Gesundheit, Sicherheit und des Wohlergehens gewidmet sein. Ingenieure müssen unter einem professionellen Verhaltensstandard arbeiten, der die Einhaltung der höchsten Grundsätze ethischen Verhaltens erfordert. ^[84]

In Kanada tragen viele Ingenieure den Eisenring als Symbol und Erinnerung an die Verpflichtungen und die Ethik, die mit ihrem Beruf verbunden sind. ^[85]

Beziehungen zu anderen Disziplinen

Wissenschaft

Wissenschaftler studieren die Welt so wie sie ist; Ingenieure erschaffen die Welt, die es noch nie gegeben hat.

-  Theodore von Kármán ^{[86] [87] [88]}

Es gibt eine Überschneidung zwischen den Wissenschaften und der Ingenieurpraxis; In der Technik wendet man die Wissenschaft an. Beide Bestrebungen beruhen auf einer genauen Beobachtung von Materialien und Phänomenen. Beide verwenden Mathematik- und Klassifizierungskriterien, um Beobachtungen zu analysieren und zu kommunizieren. ^{[ Zitat benötigt ]}

Wissenschaftler müssen möglicherweise auch technische Aufgaben erledigen, z. B. das Entwerfen von Versuchsapparaten oder das Bauen von Prototypen. Umgekehrt erforschen Ingenieure bei der Entwicklung von Technologie manchmal neue Phänomene und werden so im Moment zu Wissenschaftlern oder genauer gesagt zu "Ingenieurwissenschaftlern". ^{[ Zitat benötigt ]}

In dem Buch Was Ingenieure wissen und wie sie es wissen , ^[89] behauptet Walter Vincenti , dass die technische Forschung einen anderen Charakter hat als die wissenschaftliche Forschung. Erstens werden häufig Bereiche behandelt, in denen die Grundlagen der Physik oder Chemie gut verstanden werden, die Probleme selbst jedoch zu komplex sind, um sie genau zu lösen.

Es gibt einen "echten und wichtigen" Unterschied zwischen Ingenieurwesen und Physik, ähnlich wie in jedem Wissenschaftsbereich, der mit Technologie zu tun hat. ^{[90] [91]} Physik ist eine explorative Wissenschaft, die das Wissen über Prinzipien sucht, während das Ingenieurwesen Wissen für die praktische Anwendung von Prinzipien nutzt. Ersteres setzt ein Verständnis in ein mathematisches Prinzip gleich, während letzteres die beteiligten Variablen misst und Technologie schafft. ^{[92] [93] [94]} Für die Technologie ist die Physik ein Hilfsmittel und in gewisser Weise wird die Technologie als angewandte Physik betrachtet. ^[95] Obwohl Physik und Ingenieurwesen miteinander zusammenhängen, bedeutet dies nicht, dass ein Physiker für die Arbeit eines Ingenieurs ausgebildet ist. Ein Physiker würde normalerweise eine zusätzliche und relevante Ausbildung benötigen.^[96] Physiker und Ingenieure beschäftigen sich mit verschiedenen Arbeitsbereichen. ^[97] Doktoranden, die sich auf Bereiche der technischen Physik und angewandten Physik spezialisiert haben, werden als Technologiebeauftragte, Forschungs- und Entwicklungsingenieure und Systemingenieure bezeichnet. ^[98]

Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung numerischer Näherungen an die Navier-Stokes-Gleichungen zur Beschreibung des aerodynamischen Flusses über einem Flugzeug oder die Verwendung der Finite-Elemente-Methode zur Berechnung der Spannungen in komplexen Komponenten. Zweitens verwendet die technische Forschung viele semi- empirische Methoden , die der rein wissenschaftlichen Forschung fremd sind. Ein Beispiel ist die Methode der Parametervariation. ^{[ Zitat benötigt ]}

Wie von Fung et al. in der Überarbeitung des klassischen technischen Textes Grundlagen der Festkörpermechanik :

Ingenieurwesen ist ganz anders als Wissenschaft. Wissenschaftler versuchen die Natur zu verstehen. Ingenieure versuchen Dinge zu machen, die es in der Natur nicht gibt. Ingenieure betonen Innovation und Erfindung. Um eine Erfindung zu verkörpern, muss der Ingenieur seine Idee konkretisieren und etwas entwerfen, das Menschen verwenden können. Das kann ein komplexes System, ein Gerät, ein Gerät, ein Material, eine Methode, ein Computerprogramm, ein innovatives Experiment, eine neue Lösung eines Problems oder eine Verbesserung dessen sein, was bereits existiert. Da ein Entwurf realistisch und funktional sein muss, müssen seine Geometrie-, Abmessungs- und Merkmaldaten definiert sein. In der Vergangenheit stellten Ingenieure, die an neuen Konstruktionen arbeiteten, fest, dass sie nicht über alle erforderlichen Informationen verfügten, um Konstruktionsentscheidungen zu treffen. Meistens waren sie durch unzureichende wissenschaftliche Kenntnisse eingeschränkt. So studierten sie Mathematik, Physik,Chemie, Biologie und Mechanik. Oft mussten sie die für ihren Beruf relevanten Wissenschaften ergänzen. So wurden die Ingenieurwissenschaften geboren.^[99]

Obwohl technische Lösungen wissenschaftliche Prinzipien verwenden, müssen Ingenieure auch Sicherheit, Effizienz, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Konstruierbarkeit oder einfache Herstellung sowie die Umwelt sowie ethische und rechtliche Aspekte wie Patentverletzung oder Haftung im Falle eines Versagens berücksichtigen der Lösung. ^[100]

Medizin und Biologie

Das Studium des menschlichen Körpers, wenn auch aus verschiedenen Richtungen und für verschiedene Zwecke, ist eine wichtige gemeinsame Verbindung zwischen der Medizin und einigen technischen Disziplinen. Die Medizin zielt darauf ab, Funktionen des menschlichen Körpers durch den Einsatz von Technologie zu erhalten, zu reparieren, zu verbessern und sogar zu ersetzen , falls dies erforderlich ist .

Die moderne Medizin kann mehrere Körperfunktionen durch den Einsatz künstlicher Organe ersetzen und die Funktion des menschlichen Körpers durch künstliche Geräte wie beispielsweise Gehirnimplantate und Herzschrittmacher erheblich verändern . ^{[101] [102]} Die Bereiche Bionik und medizinische Bionik widmen sich der Untersuchung synthetischer Implantate in Bezug auf natürliche Systeme.

Umgekehrt betrachten einige Ingenieurdisziplinen den menschlichen Körper als eine biologische Maschine, die es wert ist, untersucht zu werden, und widmen sich der Nachahmung vieler ihrer Funktionen, indem sie die Biologie durch Technologie ersetzen . Dies hat zu Bereichen wie künstliche Intelligenz , neuronale Netze , Fuzzy-Logik und Robotik geführt . Es gibt auch erhebliche interdisziplinäre Wechselwirkungen zwischen Ingenieurwesen und Medizin. ^{[103] [104]}

Beide Bereiche bieten Lösungen für Probleme der realen Welt. Dies erfordert oft Fortschritte, bevor Phänomene in einem strengeren wissenschaftlichen Sinne vollständig verstanden werden können, und daher sind Experimente und empirisches Wissen ein wesentlicher Bestandteil von beiden.

Die Medizin untersucht zum Teil die Funktion des menschlichen Körpers. Der menschliche Körper als biologische Maschine hat viele Funktionen, die mit technischen Methoden modelliert werden können. ^[105]

Das Herz funktioniert zum Beispiel ähnlich wie eine Pumpe, ^[106] das Skelett ist wie eine mit Hebeln verbundene Struktur, ^[107] das Gehirn erzeugt elektrische Signale usw. ^[108] Diese Ähnlichkeiten sowie die zunehmende Bedeutung und Anwendung technischer Prinzipien in Medizin führte zur Entwicklung des Bereichs der biomedizinischen Technik , der Konzepte verwendet, die in beiden Disziplinen entwickelt wurden.

Neu aufkommende Wissenschaftszweige wie die Systembiologie passen die traditionell für das Engineering verwendeten Analysewerkzeuge wie Systemmodellierung und Computeranalyse an die Beschreibung biologischer Systeme an. ^[105]

Kunst

Es gibt Verbindungen zwischen Ingenieurwesen und Kunst, zum Beispiel Architektur , Landschaftsarchitektur und Industriedesign (auch in dem Maße, in dem diese Disziplinen manchmal in die Fakultät für Ingenieurwissenschaften einer Universität aufgenommen werden ). ^{[110] [111] [112]}

Das Art Institute of Chicago veranstaltete beispielsweise eine Ausstellung über die Kunst des Luft- und Raumfahrtdesigns der NASA . ^[113] Robert Maillarts Brückendesign wird von einigen als bewusst künstlerisch empfunden. ^[114] An der University of South Florida hat ein Ingenieurprofessor im Rahmen eines Stipendiums der National Science Foundation einen Kurs entwickelt, der Kunst und Ingenieurwesen verbindet. ^{[110] [115]}

Leonardo da Vinci ist unter bekannten historischen Persönlichkeiten ein bekannter Künstler und Ingenieur der Renaissance und ein Paradebeispiel für den Zusammenhang zwischen Kunst und Technik. ^{[109] [116]}

Unternehmen

Business Engineering befasst sich mit der Beziehung zwischen Professional Engineering, IT-Systemen, Business Administration und Change Management . Engineering Management oder "Management Engineering" ist ein spezialisiertes Managementfeld, das sich mit der Ingenieurpraxis oder dem Sektor der Maschinenbauindustrie befasst. Die Nachfrage nach Management-fokussierten Ingenieuren (oder aus der entgegengesetzten Perspektive nach Managern mit einem Verständnis für Ingenieurwesen) hat zur Entwicklung spezialisierter Ingenieur-Management-Abschlüsse geführt, die das Wissen und die Fähigkeiten entwickeln, die für diese Rollen erforderlich sind. Während eines Ingenieurmanagementkurses entwickeln die Studenten WirtschaftsingenieurwesenFähigkeiten, Kenntnisse und Fachkenntnisse sowie Kenntnisse in Betriebswirtschaft, Managementtechniken und strategischem Denken. Ingenieure, die sich auf Änderungsmanagement spezialisiert haben, müssen über fundierte Kenntnisse in der Anwendung der Prinzipien und Methoden der Arbeits- und Organisationspsychologie verfügen . Professionelle Ingenieure bilden sich häufig als zertifizierte Unternehmensberater in dem sehr speziellen Bereich der Unternehmensberatung aus, der auf die Ingenieurpraxis oder den Maschinenbausektor angewendet wird. Diese Arbeit befasst sich häufig mit komplexen geschäftlichen Transformationen oder dem Management von Geschäftsprozessen in großem MaßstabInitiativen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, Automobilindustrie, Öl und Gas, Maschinenbau, Pharmazie, Lebensmittel und Getränke, Elektrik und Elektronik, Energieverteilung und -erzeugung, Versorgungs- und Transportsysteme. Diese Kombination aus technischer Ingenieurspraxis, Managementberatungspraxis, Branchenkenntnissen und Change-Management-Know-how ermöglicht professionellen Ingenieuren, die auch als Unternehmensberater qualifiziert sind, wichtige Initiativen zur Geschäftsumwandlung zu leiten. Diese Initiativen werden in der Regel von Führungskräften auf C-Ebene gesponsert.

Andere Felder

In der Politikwissenschaft wurde der Begriff Engineering für das Studium der Fächer Social Engineering und Political Engineering übernommen , die sich mit der Bildung politischer und sozialer Strukturen unter Verwendung von Engineering-Methoden in Verbindung mit politikwissenschaftlichen Prinzipien befassen . Marketing Engineering und Financial Engineering haben den Begriff ebenfalls übernommen.

Siehe auch

Listen

Glossare

Verwandte Themen

Verweise

Weiterführende Literatur

Externe Links

• Die Wörterbuchdefinition von Engineering bei Wiktionary
• Lernmaterialien zum Thema Ingenieurwesen an der Wikiversity
• Zitate zum Thema Engineering bei Wikiquote
• Arbeiten im Zusammenhang mit Engineering bei Wikisource
• Ingenieurwesen an der Encyclopædia Britannica