エンジニアリング

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エンジニアリング

クリーンルームに設置されたソーラーパネルを備えたInSight着陸船
産業革命の主要な推進力である蒸気機関は、近代史における工学の重要性を強調しています。このビームエンジンは、マドリッド工科大学に展示されています。

工学とは、科学的原理を使用して、機械、構造物、および橋、トンネル、道路、車両、建物などの他のアイテムを設計および構築することです。[1]工学の分野は、応用数学、応用科学、および応用の種類の特定の分野に特に重点を置いた、より専門的な工学分野を幅広く網羅しています。エンジニアリングの用語集を参照してください。

工学という用語は、「賢さ」を意味する ラテン語の 創意工夫と「考案、考案する」を意味するingeniareに由来します。[2]

意味

American Engineers'Council for Professional Development（ECPD、ABETの前身）[3]は、「エンジニアリング」を次のように定義しています。

構造、機械、装置、製造プロセス、またはそれらを単独または組み合わせて利用する作業を設計または開発するための科学的原理の創造的な応用。または、それらの設計を完全に認識して同じものを構築または操作すること。または特定の動作条件下での動作を予測する。すべて、意図された機能、運用の経済性、および生命と財産の安全性に関してです。[4] [5]

歴史

1668年に彼の時代の第一人者である軍事技術者であるヴォーバンによって設計されたリールの城塞の浮き彫り地図。

工学は、人間がウェッジ、レバー、ホイール、プーリーなどの発明を考案した古代から存在していました。

エンジニアリングという用語は、エンジニア（文字通り、攻城兵器を製造または操作するエンジニア）が「軍用エンジンのコンストラクター」と呼んだ14世紀にさかのぼるエンジニア という言葉に由来しています。[6]この文脈では、現在は廃止されており、「エンジン」とは軍用機械、つまり戦争で使用される機械的装置（カタパルトなど）を指します。今日まで生き残った時代遅れの使用法の注目すべき例は、軍事工学部隊、例えば、米陸軍工兵隊です。

「エンジン」という言葉自体はさらに古い起源であり、最終的にはラテン語の創意工夫（c。1250）に由来し、「生来の品質、特に精神力、したがって巧妙な発明」を意味します。[7]

その後、橋や建物などの民間構造物の設計が技術分野として成熟するにつれて、土木工学[5]という用語は、そのような非軍事プロジェクトの建設に特化したものとそれらを区別する方法として用語になりました。軍事工学の分野に関与しています。

古代の時代

古代ローマ人は、帝国の都市や町に清潔で新鮮な水を安定的に供給するために水道を建設しました。

古代エジプトのピラミッド、メソポタミアのジッグラト、ギリシャのアクロポリスとパルテノン神殿、ローマの水道橋、アピアとコロッセオ通り、テオティワカン、タンジャヴルのブリハディースワラル神殿などは、古代の創意工夫と技術の証です。民間および軍事エンジニア。バビロンの空中庭園やアレクサンドリアのファロスなど、もはや立っていない他のモニュメントは、当時の重要な工学的成果であり、古代世界の七不思議。

6つの古典的な単純な機械は古代近東で知られていました。くさびと傾斜面（傾斜路）は先史時代から知られていました。[8]車輪は、車輪と車軸のメカニズムとともに、紀元前5千年紀の間にメソポタミア（現代のイラク）で発明されました。[9]レバー機構は、約5、000年前に近東で最初に登場し、単純な天秤ばかりで使用され[10] 、古代エジプトの技術で大きな物体を動かすために使用されました。[11]レバーは、紀元前3000年頃のメソポタミア[10]に登場し、その後紀元前2000年頃の古代エジプトの技術に登場した最初のクレーン機であるshadoof水揚げ装置にも使用されました。滑車の最も初期の証拠は、紀元前2千年紀初期のメソポタミア[ 13]と、第12王朝（紀元前1991年から1802年）の古代エジプトにまで[14]ねじは、発明された最後の単純な機械であり[15] 、紀元前ネオアッシリア帝国時代（911-609）にメソポタミアで最初に登場しました[13]エジプトのピラミッドは、ギザの大ピラミッドのような構造を作成するために、6つの単純な機械のうちの3つ、傾斜面、くさび、およびレバーを使用して構築されました。[16]

名前で知られている最も初期の土木技師はイムホテプです。[5]ファラオの役人の一人、ジェセルとして、彼はおそらく紀元前2630年から2611年頃にエジプトのサッカラでジェセル王のピラミッド（ステップピラミッド）の建設を設計および監督しました。[17]最も初期の実用的な水力機械である水車と水車小屋は、紀元前4世紀初頭までに、現在のイラクとイランであるペルシャ帝国に最初に登場しました。[18]

クッシュは紀元前4世紀にサキアを開発しました。サキアは人間のエネルギーではなく動物の力に依存していました。[19] Hafirsは、灌漑を促進するだけでなく、水を貯蔵および収容するためのクシュの一種の貯水池として開発されました。[20] 工兵は、軍事作戦中に土手道を建設するために雇われた。[21]クシテの祖先は、紀元前3700年から3250年の青銅器時代にスペオを建てました。[22]塊鉄炉と高炉も、紀元前7世紀にクシュで作られました。[23] [24] [25] [26]

古代ギリシャは、民間と軍事の両方の分野で機械を開発しました。アンティキティラメカニズム、初期に知られている機械的アナログコンピュータ[27] [28] 、およびアルキメデスの機械的発明は、ギリシャの機械工学の例です。アルキメデスの発明のいくつかとアンティキティラメカニズムは、差動歯車装置または遊星歯車装置の高度な知識を必要としました。これは、産業革命の歯車列の設計に役立つ機械理論の2つの主要な原則であり、今日でもロボット工学などのさまざまな分野で広く使用されています。と自動車工学。[29]

古代中国、ギリシャ、ローマ、フンの軍隊は、紀元前4世紀頃にギリシャ人によって開発された大砲、三段櫂船、バリスタ、カタパルトなどの軍事機械や発明を採用していました。中世には、トレビュシェットが開発されました。

中世

最も初期の実用的な風力発電機である風車と風力ポンプは、イスラム黄金時代のイスラム世界で最初に登場しました。現在はイラン、アフガニスタン、パキスタンで、西暦9世紀までに登場しました。[31] [32] [33] [34]最も初期の実用的な蒸気動力機械は、1551年にオスマン帝国エジプトのタキアルジンムハンマドイブンマルフによって記述された蒸気タービンによって駆動される蒸気ジャッキでした。[35] [36]

綿繰り機は6世紀までにインドで発明され[37]、糸車は11世紀初頭までにイスラム世界で発明されました[38]。どちらも綿産業の成長の基礎でした。スピニングホイールは、18世紀の初期の産業革命の重要な発展であったスピニングジェニーの前身でもありました。[39]

初期のプログラム可能なマシンは、イスラム世界で開発されました。プログラム可能な楽器である音楽シーケンサーは、最も初期のタイプのプログラム可能なマシンでした。最初の音楽シーケンサーは、9世紀にバヌームーサー兄弟によって発明された自動フルート奏者であり、彼らの「独創的な装置の本」に記載されています。[40] [41] 1206年、アルジャザリーはプログラム可能なオートマタ/ロボットを発明しました。彼は、プログラム可能なドラムマシンで操作されるドラマーを含む4人のオートマトンミュージシャンについて説明しました、さまざまなリズムとさまざまなドラムパターンを演奏させることができます。[42]アル・ジャザリーによって発明された水力発電の機械式天文時計である城時計は、最初のプログラム可能なアナログコンピューターでした。[43] [44] [45]

鉱石を育てるのに使用される水力の鉱山用ホイスト、ca。1556

現代工学が発展する前は、数学は水車大工、時計職人、楽器職人、測量技師などの職人や職人によって使用されていました。これらの職業を除けば、大学はテクノロジーにとってあまり実用的な意味を持っていないと信じられていました。[46] ：32 

ルネッサンス時代の機械芸術の現状に関する標準的な参考資料は、地質学、鉱業、および化学に関するセクションも含まれている鉱山工学論文De remetallica（1556）に記載されています。 De remetallicaは、次の180年間の標準的な化学リファレンスでした。[46]

近代

蒸気機関の適用により、製鉄で木炭の代わりにコークスを使用できるようになり、鉄のコストが削減され、エンジニアは橋を建設するための新しい材料を手に入れることができました。この橋は鋳鉄でできていましたが、すぐに構造材料としての脆性の低い錬鉄に置き換えられました

ニュートン力学と呼ばれることもある古典力学の科学は、現代工学の多くの科学的基礎を形成しました。[46] 18世紀の職業としての工学の台頭により、この用語は、数学と科学がこれらの目的に適用される分野に、より狭く適用されるようになりました。同様に、軍事および土木工学に加えて、当時機械芸術として知られていた分野が工学に組み込まれるようになりました。

運河の建設は、産業革命の初期段階における重要なエンジニアリング作業でした。[47]

ジョン・スミートンは最初の自称土木技師であり、土木工学の「父」と見なされることがよくあります。彼は、橋、運河、港、灯台の設計を担当した英国の土木技師でした。彼はまた、有能な機械エンジニアであり、著名な物理学者でもありました。Smeatonは、モデルの水車を使用して7年間実験を行い、効率を上げる方法を決定しました。[48] ：127  Smeatonは、水車に鉄製の車軸と歯車を導入しました。[46] ：69  Smeatonは、 Newcomen蒸気エンジンにも機械的な改良を加えました。スミートンは、3番目のエディストン灯台（1755–59）を設計し、そこで彼は 'の使用を開拓しました。水硬性石灰'（水中に沈むモルタルの一種）であり、灯台の建物に花崗岩のダブテールブロックを含む技術を開発しました。彼は、石灰の「水力」を得るために必要な組成要件を特定したため、現代のセメントの歴史、再発見、および開発において重要です。最終的にポルトランドセメントの発明につながった仕事。

応用科学は蒸気機関の開発につながります。一連の出来事は、1643年のエヴァンジェリスタトリチェッリによる気圧計の発明と大気圧の測定、1656年のマクデブルク半球を使用したオットーフォンゲリケによる大気圧の力の実証、実験を行ったデニスパパンによる実験室実験から始まりました。蒸気エンジンをモデル化し、1707年に出版したピストンの使用法を示しました。 ウースターの第2マルケス、エドワードサマセットは、コーヒーパーコレーターと同様の水を上げる方法を含む100の発明の本を出版しました。 サミュエル・モーランドポンプに取り組んだ数学者で発明家の、トーマス・セイヴァリーが読んだ蒸気ポンプの設計について、ボクスホール条例事務所にメモを残しました。1698年、Saveryは「TheMiner'sFriend」と呼ばれる蒸気ポンプを製造しました。真空と圧力の両方を採用しました。[49] 1712年に最初の商用ピストン蒸気エンジンを製造した鉄の商人トーマス・ニューコメンは、科学的な訓練を受けていることは知られていない。[48] ：32 

ジャンボ機

高炉に加圧空気を供給するための蒸気動力の鋳鉄ブローイングシリンダーの適用は、18世紀後半の鉄生産の大幅な増加につながります。蒸気動力の高炉で可能になったより高い炉温度は、高炉でより多くの石灰の使用を可能にし、それは木炭からコークスへの移行を可能にしました。[50]これらの革新は鉄のコストを下げ、馬の鉄道と鉄の橋を実用的にしました。1784年にヘンリーコートが特許を取得した代かきプロセスは、大量の錬鉄を生産しました。 ジェームズ・ボーモント・ニールソンが特許を取得したホットブラスト1828年、鉄を精錬するために必要な燃料の量を大幅に減らしました。高圧蒸気機関の開発により、蒸気機関の出力と重量の比率により、実用的な蒸気船や機関車が可能になりました。[51]ベッセマー法や平炉 などの新しい製鋼プロセスは、19世紀後半に重工業の分野で幕を開けました。

19世紀半ばの最も有名なエンジニアの1人は、鉄道、造船所、蒸気船を建設し たイザムバードキングダムブルネルでした。

メキシコ湾のオフショアプラットフォーム

産業革命は金属部品を備えた機械の需要を生み出し、それがいくつかの工作機械の開発につながりました。ジョン・ウィルキンソンが最初の工作機械と見なされるボーリングマシンを発明するまで、精密な鋳鉄シリンダーのボーリングは不可能でした。[52]他の工作機械には、ねじ切り旋盤、フライス盤、タレット旋盤、および金属平削り盤が含まれていました。。精密機械加工技術は19世紀前半に開発されました。これらには、工作機械をワーク上にガイドするためのギグの使用と、ワークを適切な位置に保持するための固定具の使用が含まれていました。互換性部品を生産できる工作機械と機械加工技術は、19世紀後半までに大規模な工場生産につながります。[53]

1850年の米国の国勢調査では、「エンジニア」の職業が初めて2,000人に上った。[54] 1865年以前の米国の工学卒業生は50人未満でした。1870年には米国の機械工学卒業生が12人おり、その数は1875年には年間43人に増加しました。1890年には、民間、鉱業、機械的および電気的。[55]

ケンブリッジには1875年まで応用力学と応用力学の椅子がなく、オックスフォードには1907年まで工学の椅子がありませんでした。ドイツは以前に技術大学を設立しました。[56]

1800年代の電気工学の基礎には、アレッサンドロボルタ、マイケルファラデー、ゲオルクオームなどの実験、1816年の電信と1872年の電気モーターの発明が含まれていました。ジェームズマクスウェルの理論的研究（マクスウェルの方程式を参照）そして19世紀後半のハインリッヒヘルツは電子工学の分野を生み出しました。真空管とトランジスタのその後の発明電気および電子工学のエンジニアが現在、他のエンジニアリング専門分野の同僚を上回っているほど、電子工学の開発をさらに加速させました。[5] 化学工学は19世紀後半に開発されました。[5]工業規模の製造には新しい材料と新しいプロセスが必要であり、1880年までに化学物質の大規模生産の必要性から、新しい産業プラントでの化学物質の開発と大規模製造に専念する新しい産業が生まれました。[5]化学技術者の役割は、これらの化学プラントとプロセスの設計でした。[5]

フランスのピレネーオリエンタルのオデイロにある太陽炉は、最高3,500°C（6,330°F）の温度に達する可能性があります

航空工学は航空機の設計プロセス設計を扱いますが、航空宇宙工学は宇宙船の設計を含めることで分野の範囲を拡大するより現代的な用語です。ジョージ・ケイリー卿の作品は最近18世紀の最後の10年間のものとされていますが、その起源は20世紀初頭の航空開拓者にまでさかのぼることができます。航空工学の初期の知識は、他の工学分野からインポートされたいくつかの概念とスキルで、主に経験的でした。[57]

米国で授与された工学の最初の博士号（技術的には応用科学と工学）は、1863年にイェール大学のジョサイアウィラードギブスに授与されました。また、米国で科学の博士号を取得した2番目の博士号でもあります[58]。

ライト兄弟による飛行が成功してからわずか10年後、第一次世界大戦で使用された軍用機の開発を通じて航空工学が大幅に発展しました。その間、理論物理学と実験 を組み合わせることにより、基礎的な背景科学を提供するための研究が続けられました。

エンジニアリングの主な部門

フーバーダム

エンジニアリングは幅広い分野であり、多くの場合、いくつかのサブ分野に分類されます。エンジニアは通常、特定の分野で訓練を受けますが、経験を通じて複数の分野にまたがる場合があります。工学は、多くの場合、化学工学、土木工学、電気工学、および機械工学の 4つの主要なブランチを持つことを特徴としています。

化学工学

化学工学は、汎用化学物質、特殊化学物質、石油精製、微細加工、発酵、および生体分子生産などの商業規模で化学プロセスを実行するための、物理学、化学、生物学、および工学の原則の応用です。

土木工学

土木工学とは、インフラストラクチャ（空港、道路、鉄道、給水、処理など）、橋、トンネル、ダム、建物などの公共および民間の工事の設計と建設です。[62] [63]土木工学は、伝統的に、構造工学、環境工学、測量など、いくつかのサブ分野に分けられます。これは、伝統的に軍事工学とは別のものと見なされています。[64]

電気工学

電気モーター

電気工学は、放送工学、電気回路、発電機、モーター、電磁/電気機械装置、電子装置、電子回路、光ファイバー、光電子装置、コンピューターシステム、電気通信などのさまざまな電気および電子システムの設計、研究、および製造です。 、計装、制御システム、および電子機器。

機械工学

機械工学とは、電力およびエネルギーシステム、航空宇宙/航空機製品、武器システム、輸送製品、エンジン、コンプレッサー、パワートレイン、キネマティックチェーン、真空技術、防振装置、製造、ロボット工学などの物理的または機械的システムの設計と製造です。 、タービン、オーディオ機器、およびメカトロニクス。

バイオエンジニアリング

生物工学は、有用な目的のための生物学的システムの工学です。生物工学研究の例には、化学物質を生産するように設計された細菌、新しい医用画像技術、携帯型で迅速な病気の診断装置、補綴物、生物医薬品、および組織工学による臓器が含まれます。

学際的工学

学際的なエンジニアリングは、実践の複数の主要な分野から引き出されます。歴史的に、海軍工学と鉱山工学は主要な部門でした。他の工学分野は、製造工学、音響工学、腐食工学、計装および制御、航空宇宙、自動車、コンピューター、電子、情報工学、石油、環境、システム、オーディオ、ソフトウェア、建築、農業、生物システム、生物医学、[65] 地質学、繊維、工業、材料、[66]および原子力工学。[67]これらおよびその他の工学部門は、英国工学評議会の36の認可されたメンバー機関に代表されています。

新しい専門分野が従来の分野と組み合わされて新しいブランチを形成することがあります。たとえば、地球システムのエンジニアリングと管理には、工学研究、環境科学、工学倫理、工学哲学など、幅広い分野が含まれます。

エンジニアリングの他の部門

航空宇宙工学

航空宇宙工学は、航空機、衛星、ロケット、ヘリコプターなどの設計、製造を研究しています。安全性と効率性を確保するために、車両の圧力差と空気力学を綿密に調査します。ほとんどの研究は流体に関連しているため、自動車などのあらゆる移動車両に適用されます。

海洋工学

海洋工学は、海上または海の近くにあるものすべてに関連しています。例としては、船舶、潜水艦、石油掘削装置、構造物、船舶の推進力、船内の設計と開発、プラント、港などがありますが、これらに限定されません。それには、機械工学、電気工学、土木工学、およびいくつかのプログラミング能力の総合的な知識が必要です。

コンピューターエンジニア

コンピュータ工学（CE）は、コンピュータのハードウェア とソフトウェアの 開発に必要なコンピュータサイエンスと電子工学のいくつかの分野を統合する工学の一分野です。コンピュータエンジニアは通常、ソフトウェアエンジニアリングや電子工学だけでなく、電子工学（または電気工学）、ソフトウェア設計、およびハードウェアとソフトウェアの統合に関するトレーニングを受けてい ます。

地質工学

地質工学は、地球上または地球内で構築されたものすべてに関連付けられています。この分野では、地質科学と工学の原則を適用して、土木工学、環境工学、鉱山工学などの他の分野の作業を指揮またはサポートします。地質エンジニアは、岩石の掘削（トンネルなど）、建物の基礎の統合、斜面と盛土の安定化、地滑りリスク評価、地下水モニタリング、地下水浄化、鉱業掘削など、地表および地下環境に影響を与える施設と操作の影響調査に関与しています。天然資源探査。

練習

エンジニアリングを実践する人はエンジニアと呼ばれ、そうすることを許可された人は、専門エンジニア、公認技術者、法人エンジニア、独創者、ヨーロッパエンジニア、または指定エンジニアリング代表などのより正式な指定を持っている場合があります。

方法論

システムには機械的、電磁的、化学的プロセスが含まれるため、タービンの設計には多くの分野のエンジニアの協力が必要です。ブレード、ローター、ステーター、および蒸気サイクルはすべて、注意深く設計および最適化する必要があります。

工学設計プロセスでは、エンジニアは数学や物理学などの科学を応用して、問題の新しい解決策を見つけたり、既存の解決策を改善したりします。エンジニアは、設計プロジェクトに関連する科学の熟練した知識を必要とします。その結果、多くのエンジニアはキャリアを通じて新しい資料を学び続けています。

複数のソリューションが存在する場合、エンジニアはそれぞれのメリットに基づいて各設計の選択肢を検討し、要件に最適なソリューションを選択します。エンジニアの仕事は、成功する結果を生み出すために、設計の制約を特定、理解、および解釈することです。一般に、技術的に成功する製品を構築するには不十分であり、むしろ、さらなる要件も満たす必要があります。

制約には、利用可能なリソース、物理的、想像的、または技術的な制限、将来の変更や追加に対する柔軟性、およびコスト、安​​全性、市場性、生産性、保守性などの他の要因が含まれる場合があります。制約を理解することにより、エンジニアは、実行可能なオブジェクトまたはシステムを作成および操作できる制限の 仕様を導き出します。

問題解決

蒸気機関車用のブースターエンジンの図面。工学は、数学と科学の機能と利用に重点を置いて、設計に適用されます。

エンジニアは、科学、数学、論理、経済学の知識、および適切な経験または暗黙知を使用して、特定の問題に対する適切な解決策を見つけます。問題の適切な数学的モデルを作成することで、多くの場合、問題を分析し（場合によっては明確に）、潜在的な解決策をテストすることができます。[68]

通常、複数の合理的なソリューションが存在するため、エンジニアはそれぞれのメリットについてさまざまな設計の選択を評価し、要件に最適なソリューションを選択する必要があります。Genrich Altshullerは、多数の特許に関する統計を収集した後、妥協は「低レベル」のエンジニアリング設計の中心であり、高レベルでは、問題の原因となる主要な矛盾を排除する設計が最良の設計であると示唆しました。[69]

エンジニアは通常、本格的な生産を行う前に、設計が仕様に対してどの程度うまく機能するかを予測しようとします。それらは、とりわけ、プロトタイプ、スケールモデル、シミュレーション、破壊検査、非破壊検査、および応力検査を使用します。テストにより、製品が期待どおりに機能することが確認されます。[70]

エンジニアは、期待どおりに機能し、一般の人々に意図しない害を及ぼさない設計を作成する責任を負います。エンジニアは通常、予期しない障害のリスクを減らすために、設計に 安全率を含めます。

故障した製品の研究はフォレンジックエンジニアリングとして知られており、製品設計者が実際の状況に照らして自分の設計を評価するのに役立ちます。橋の崩壊などの災害後、故障の原因を特定するために注意深い分析が必要な場合、この規律は最も価値があります。[71]

コンピューターの使用

再突入時のスペースシャトルオービター周辺の高速気流のコンピューターシミュレーション。流れの解には、流体の流れと熱方程式の複合効果のモデリングが必要です。

現代のすべての科学技術の取り組みと同様に、コンピューターとソフトウェアはますます重要な役割を果たしています。典型的なビジネスアプリケーションソフトウェアに加えて、特にエンジニアリング用のコンピュータ支援アプリケーション（コンピュータ支援技術）がいくつかあります。コンピューターを使用して、基本的な物理プロセスのモデルを生成できます。これは、数値的手法を使用して解決できます。

ハイパーリンクを示す、WWWのごく一部のグラフィック表現

職業で最も広く使用されている設計ツールの1つは、コンピューター支援設計（CAD）ソフトウェアです。これにより、エンジニアは3Dモデル、2D図面、および設計の回路図を作成できます。CADとデジタルモックアップ（DMU）、および有限要素法分析や分析要素法などのCAEソフトウェアを組み合わせることで、エンジニアは、高価で時間のかかる物理的なプロトタイプを作成することなく、分析可能な設計のモデルを作成できます。

これらにより、製品とコンポーネントに欠陥がないかチェックできます。適合性と組み立てを評価します。人間工学を研究する。応力、温度、電磁放射、電流と電圧、デジタル論理レベル、流体の流れ、運動学などのシステムの静的および動的特性を分析します。このすべての情報へのアクセスと配布は、通常、製品データ管理ソフトウェアを使用して整理されます。[72]

CNC機械加工命令を生成するためのコンピューター支援製造（CAM）ソフトウェアなど、特定のエンジニアリングタスクをサポートするためのツールも多数あります。生産工学のための製造プロセス管理ソフトウェア。プリント回路基板（PCB）のEDAおよび電子エンジニアの回路回路図。保守管理のためのMROアプリケーション。土木工学用の建築、エンジニアリング、建設（AEC）ソフトウェア。

近年、商品の開発を支援するためのコンピュータソフトウェアの使用は、まとめて製品ライフサイクル管理（PLM）として知られるようになりました。[73]

社会的状況

Robotic Kismetは、さまざまな表情を作り出すことができます。

エンジニアリングの専門家は、社会レベルでの大規模なコラボレーションから、小規模な個別のプロジェクトまで、幅広い活動に従事しています。ほとんどすべてのエンジニアリングプロジェクトは、企業、一連の投資家、または政府など、ある種の資金調達機関に義務付けられています。このような問題によって最小限に制約されるエンジニアリングのいくつかのタイプは、無料のエンジニアリングとオープンデザインエンジニアリングです。

その性質上、工学は社会、文化、人間の行動と相互に関連しています。現代社会で使用されているすべての製品や構造は、エンジニアリングの影響を受けています。工学活動の成果は、環境、社会、経済の変化に影響を与え、その応用は責任と公共の安全をもたらします。

エンジニアリングプロジェクトは論争の対象となる可能性があります。さまざまな工学分野の例としては、核兵器の開発、長江三峡、スポーツ多目的車の設計と使用、石油の採掘などがあります。これに応えて、一部の西側のエンジニアリング会社は、深刻な企業および社会的責任の方針を制定しました。

エンジニアリングは、イノベーションと人間開発の重要な推進力です。特にサハラ以南のアフリカはエンジニアリング能力が非常に小さいため、多くのアフリカ諸国は外部からの援助なしに重要なインフラを開発することができません。[要出典]ミレニアム開発目標の多くを達成するには、インフラストラクチャと持続可能な技術開発を開発するための十分なエンジニアリング能力を達成する必要があります。[74]

レーダー、GPS、LIDAR、...はすべて組み合わされて、適切なナビゲーションと障害物回避を提供します（2007 DARPAアーバンチャレンジ用に開発された車両）

すべての海外の開発および救援NGOは、災害および開発シナリオにソリューションを適用するためにエンジニアをかなり活用しています。多くの慈善団体は、人類の利益のためにエンジニアリングを直接使用することを目指しています。

多くの確立された経済圏のエンジニアリング会社は、退職する数と比較して、訓練される専門技術者の数に関して重大な課題に直面しています。この問題は、エンジニアリングのイメージが低く、ステータスが低い英国で非常に顕著です。[76]これが引き起こす可能性のある多くの否定的な経済的および政治的問題、ならびに倫理的問題があります。[77]エンジニアリングの専門家は、根本的に魅力のないキャリアではなく、「イメージの危機」に直面していることは広く認められています[78] 。英国や他の西側諸国の大きな問題を回避するには、多くの作業が必要です。それでも、英国は、米国とともに、他のヨーロッパ諸国と比較し てほとんどのエンジニアリング会社を保有しています。

倫理規定

多くの工学会は、会員を導き、一般大衆に知らせるために、実践規範と倫理規範を確立しています。National Society of ProfessionalEngineersの倫理規定は次のように述べています。

工学は重要で学んだ職業です。この職業のメンバーとして、エンジニアは最高水準の誠実さと誠実さを示すことが期待されています。エンジニアリングは、すべての人々の生活の質に直接かつ重要な影響を及ぼします。したがって、エンジニアが提供するサービスには、誠実さ、公平性、公平性、公平性が求められ、公衆衛生、安全、福祉の保護に専念する必要があります。エンジニアは、倫理的行動の最高の原則を順守する必要がある専門的な行動の基準の下で行動しなければなりません。[79]

カナダでは、多くのエンジニアが自分の職業に関連する義務と倫理を象徴し、思い出させるものとしてアイアンリングを着用しています。[80]

他の分野との関係

化学

科学者は世界をそのまま研究します。エンジニアはかつてない世界を創造します。

— セオドア・フォン・カルマン[81] [82] [83]
National Ignition Facility（NIF）ターゲットチャンバー内のターゲットポジショナーで作業しているエンジニア、科学者、技術者

科学と工学の実践の間には重なりがあります。工学では、科学を応用します。両方の取り組み分野は、物質と現象の正確な観察に依存しています。どちらも数学と分類基準を使用して、観察結果を分析および伝達します。[要出典]

科学者は、実験装置の設計やプロトタイプの作成などのエンジニアリングタスクを完了する必要がある場合もあります。逆に、技術を開発する過程で、エンジニアは新しい現象を探求していることに気付くことがあります。そのため、今のところ、科学者、より正確には「工学科学者」になります。[要出典]

国際宇宙ステーションは、宇宙で科学実験を行うために使用されます

著書「エンジニアが知っていることとそれをどのように知っているか」 [84] で、ウォルター・ヴィンチェンティは、工学研究は科学研究とは異なる性格を持っていると主張しています。まず、基本的な物理学や化学がよく理解されている分野を扱っていることがよくありますが、問題自体は複雑すぎて正確に解決できません。

科学分野がテクノロジーに関係しているのと同様に、工学と物理学の間には「現実的で重要な」違いがあります。[85] [86]物理学は原理の知識を求める探索科学であり、工学は原理の実際の応用のために知識を使用します。前者は理解を数学的原理に等しくし、後者は関連する変数を測定してテクノロジーを作成します。[87] [88] [89]テクノロジーの場合、物理学は補助的なものであり、ある意味でテクノロジーは応用物理学と見なされます。[90]物理学と工学は相互に関連していますが、それは物理学者がエンジニアの仕事をするように訓練されているという意味ではありません。物理学者は通常、追加の関連するトレーニングを必要とします。[91]物理学者とエンジニアは、さまざまな業務に従事しています。[92]しかし、工学物理学と応用物理学の分野を専門とするPhD物理学者は、技術責任者、R＆Dエンジニア、およびシステムエンジニアとしての資格があります。[93]

この例としては、ナビエ-ストークス方程式の数値近似を使用して航空機上の空気力学的流れを記述したり、有限要素法を使用して複雑なコンポーネントの応力を計算したりします。第二に、工学研究は、純粋な科学研究とは異質な多くの半経験的方法を採用しており、その一例がパラメーター変化法です。[要出典]

Fungらによって述べられているように。古典的な工学テキストの改訂版で、弾性波の基礎：

工学は科学とはかなり異なります。科学者は自然を理解しようとします。エンジニアは、自然界には存在しないものを作ろうとします。エンジニアは革新と発明を強調します。発明を具現化するために、エンジニアは彼のアイデアを具体的に表現し、人々が使用できるものを設計する必要があります。その何かは、複雑なシステム、デバイス、ガジェット、材料、方法、コンピューティングプログラム、革新的な実験、問題の新しい解決策、または既存のものの改善である可能性があります。デザインは現実的で機能的である必要があるため、ジオメトリ、寸法、および特性データを定義する必要があります。過去に、新しい設計に取り組んでいるエンジニアは、設計上の決定を行うために必要なすべての情報を持っていないことに気づきました。ほとんどの場合、それらは不十分な科学的知識によって制限されていました。したがって、彼らは勉強しました数学、物理学、化学、生物学、力学。多くの場合、彼らは自分の職業に関連する科学に追加する必要がありました。このようにして工学科学が生まれました。[94]

エンジニアリングソリューションは科学的原則を利用しますが、エンジニアは、安全性、効率、経済性、信頼性、製造の容易さ、環境、特許侵害や失敗した場合の責任などの倫理的および法的考慮事項も考慮する必要があります。ソリューションの。[95]

医学と生物学

3テスラの臨床MRIスキャナー。

人体の研究は、さまざまな方向から、さまざまな目的のためにありますが、医学といくつかの工学分野の間の重要な共通のリンクです。医学は、技術を使用して、必要に応じて人体の機能を維持、修復、強化、さらには置き換えることを目的としています。

青色光の下で緑色に光る緑色蛍光タンパク質を発現する遺伝子操作されたマウス。中央のマウスは野生型です。

現代医学は、人工臓器を使用することで身体の機能のいくつかを置き換えることができ、たとえば、脳インプラントやペースメーカーなどの人工デバイスを介して人体の機能を大幅に変えることができます。[96] [97]生体工学および医療生体工学の分野は、自然システムに関連する合成インプラントの研究に専念しています。

逆に、一部の工学分野では、人体を研究する価値のある生物学的機械と見なし、生物学を技術に置き換えることでその機能の多くをエミュレートすることに専念しています。これにより、人工知能、ニューラルネットワーク、ファジーロジック、ロボット工学などの分野が生まれました。工学と医学の間にもかなりの学際的な相互作用があります。[98] [99]

どちらの分野も、現実世界の問題に対する解決策を提供します。これは、現象がより厳密な科学的意味で完全に理解される前に前進する必要があることが多く、したがって、実験と経験的知識は両方の不可欠な部分です。

医学は、部分的に、人体の機能を研究します。人体は、生物学的機械として、工学的手法を使用してモデル化できる多くの機能を備えています。[100]

たとえば、心臓はポンプのように機能し、[101]骨格はレバーを備えたリンク構造のようであり、[102]脳は電気信号などを生成します。 [103]これらの類似点、および工学原理の重要性と適用の増加医学は、両方の分野で開発された概念を使用する 生物医学工学の分野の開発につながりました。

システム生物学などの新たに出現した科学分野は、システムモデリングや計算分析などの工学に伝統的に使用されている分析ツールを生物学的システムの記述に適応させています。[100]

美術

ここで自画像で見られるレオナルド・ダ・ヴィンチは、芸術家/エンジニアの縮図として説明されています。[104]彼はまた、人体の解剖学と生理学に関する研究でも知られています。

工学と芸術の間には、たとえば、建築、造園、工業デザインなどのつながりがあります（これらの分野が大学の工学部に含まれる場合もあります）。[105] [106] [107]

たとえば、シカゴ美術館は、 NASAの航空宇宙デザインの芸術に関する展示会を開催しました。[108] ロベール・マイヤールの橋の設計は、意図的に芸術的であると一部の人に認識されています。[109]サウスフロリダ大学では、工学教授が国立科学財団からの助成金を通じて、芸術と工学をつなぐコースを開発しました。[105] [110]

有名な歴史上の人物の中で、レオナルドダヴィンチは有名なルネサンスの芸術家およびエンジニアであり、芸術と工学の結びつきの代表的な例です。[104] [111]

仕事

ビジネスエンジニアリングは、専門的なエンジニアリング、ITシステム、経営管理、変更管理の間の関係を扱います。工学管理または「管理工学」は、工学の実践または工学産業部門に関係する管理の専門分野です。管理に焦点を当てたエンジニア（または反対の観点から、エンジニアリングを理解しているマネージャー）の需要は、これらの役割に必要な知識とスキルを開発する専門のエンジニアリング管理学位の開発をもたらしました。工学管理コースでは、学生はインダストリアルエンジニアリングを開発します経営管理、管理技術、戦略的思考の知識に加えて、スキル、知識、専門知識。変更管理を専門とするエンジニアは、産業および組織心理学の原則と方法の適用について深い知識を持っている必要があります。専門のエンジニアは、エンジニアリング実務またはエンジニアリングセクターに適用される非常に専門的な経営コンサルティングの分野で認定経営コンサルタントとして訓練を受けることがよくあります。この作業は、大規模で複雑なビジネス変革またはビジネスプロセス管理を扱うことがよくあります航空宇宙および防衛、自動車、石油およびガス、機械、製薬、食品および飲料、電気および電子機器、配電および発電、公益事業および輸送システムにおけるイニシアチブ。技術エンジニアリングの実践、経営コンサルティングの実践、業界セクターの知識、および変更管理の専門知識のこの組み合わせにより、経営コンサルタントとしての資格を持つプロのエンジニアが主要なビジネス変革イニシアチブを主導することができます。これらのイニシアチブは通常、経営幹部が後援しています。

その他のフィールド

政治学では、工学という用語は、社会工学と政治工学の主題の研究のために借用されました。これらは、政治学の原則と組み合わせた工学方法論を使用して政治的および社会的構造を形成することを扱います。マーケティングエンジニアリングと金融エンジニアリングも同様にこの用語を借用しています。

も参照してください

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関連科目

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参考文献

外部リンク

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