Engenharia

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O InSight sonda com painéis solares implantado em uma sala limpa
A máquina a vapor , o principal impulsionador da Revolução Industrial , ressalta a importância da engenharia na história moderna. Este motor de feixe está em exibição na Universidade Técnica de Madrid .

Engenharia é o uso de princípios científicos para projetar e construir máquinas, estruturas e outros itens, incluindo pontes, túneis, estradas, veículos e edifícios. [1] A disciplina de engenharia abrange uma ampla gama de mais especializado áreas de engenharia , cada um com uma ênfase mais específica em áreas particulares de matemática aplicada , ciência aplicada , e os tipos de aplicação. Veja o glossário de engenharia .

O termo engenharia é derivado do latim ingenium , que significa "inteligência" e ingeniare , que significa "inventar, inventar". [2]

Definição

O Conselho Americano de Engenheiros para o Desenvolvimento Profissional (ECPD, o predecessor da ABET ) [3] definiu "engenharia" como:

A aplicação criativa de princípios científicos para projetar ou desenvolver estruturas, máquinas, aparelhos ou processos de manufatura, ou trabalhos utilizando-os individualmente ou em combinação; ou para construir ou operar o mesmo com pleno conhecimento de seu projeto; ou para prever seu comportamento sob condições operacionais específicas; tudo no que diz respeito a uma função pretendida, economia de operação e segurança à vida e à propriedade. [4] [5]

História

Mapa em relevo da Cidadela de Lille , projetado em 1668 por Vauban , o mais importante engenheiro militar de sua época.

A engenharia existe desde os tempos antigos, quando os humanos criaram invenções como a cunha, a alavanca, a roda e a polia, etc.

O termo engenharia é derivado da palavra engenheiro , que remonta ao século 14, quando um engenheiro (literalmente, alguém que constrói ou opera uma máquina de cerco ) se referia a "um construtor de máquinas militares". [6] Nesse contexto, agora obsoleto, um "motor" se referia a uma máquina militar, ou seja , uma engenhoca mecânica usada na guerra (por exemplo, uma catapulta ). Exemplos notáveis ​​do uso obsoleto que sobreviveram até os dias de hoje são corpos de engenharia militar, por exemplo , o Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA .

A própria palavra "motor" é de origem ainda mais antiga, derivando em última análise do latim ingenium (c. 1250), que significa "qualidade inata, especialmente força mental, portanto, uma invenção inteligente". [7]

Mais tarde, como o projeto de estruturas civis, como pontes e edifícios, amadureceu como uma disciplina técnica, o termo engenharia civil [5] entrou no léxico como uma forma de distinguir entre aqueles que se especializam na construção de tais projetos não militares e aqueles envolvidos na disciplina de engenharia militar .

Era antiga

Os antigos romanos construíram aquedutos para levar um suprimento constante de água limpa e fresca às cidades e vilas do império.

As pirâmides do antigo Egito , os zigurates da Mesopotâmia , a Acrópole e o Partenon na Grécia, os aquedutos romanos , a Via Appia e o Coliseu, Teotihuacán e o Templo Brihadeeswarar de Thanjavur , entre muitos outros, são um testemunho da engenhosidade e habilidade dos antigos engenheiros civis e militares. Outros monumentos, que não mais existem, como os Jardins Suspensos da Babilônia e o Faros de Alexandria , foram importantes conquistas da engenharia de seu tempo e foram considerados entre osSete Maravilhas do Mundo Antigo .

As seis máquinas simples clássicas eram conhecidas no antigo Oriente Próximo . A cunha e o plano inclinado (rampa) eram conhecidos desde os tempos pré-históricos . [8] A roda , junto com a roda e o mecanismo do eixo , foi inventada na Mesopotâmia (atual Iraque) durante o 5º milênio AC. [9] O mecanismo de alavanca apareceu pela primeira vez há cerca de 5.000 anos no Oriente Próximo , onde foi usado em uma escala de equilíbrio simples , [10] e para mover grandes objetos na tecnologia egípcia antiga .[11] A alavanca também foi usada no shadoof dispositivo de levantamento de água, a primeiramáquina de guindaste , que apareceu na Mesopotâmia por volta de 3000 aC, [10] e então na tecnologia egípcia antiga por volta de 2000 aC. [12] As primeiras evidências de roldanas datam da Mesopotâmia no início do segundo milênio aC, [13] e do antigo Egito durante a Décima Segunda Dinastia (1991-1802 aC). [14] O parafuso , a última das máquinas simples a ser inventada, [15] apareceu pela primeira vez na Mesopotâmia durante o período Neo-Assírio (911-609) AC.[13] As pirâmides egípcias foram construídas usando três das seis máquinas simples, o plano inclinado, a cunha e a alavanca, para criar estruturas como a Grande Pirâmide de Gizé . [16]

O primeiro engenheiro civil conhecido pelo nome é Imhotep . [5] Como um dos oficiais do Faraó , Djosèr , ele provavelmente projetou e supervisionou a construção da Pirâmide de Djoser (a Pirâmide Escalonada ) em Saqqara no Egito por volta de 2630–2611 AC. [17] As primeiras máquinas movidas a água , a roda d'água e o moinho d' água , apareceram pela primeira vez no Império Persa , onde hoje são o Iraque e o Irã, no início do século 4 aC. [18]

Kush desenvolveu o Sakia durante o século 4 aC, que dependia da força animal em vez da energia humana. [19] Hafirs foram desenvolvidos como um tipo de reservatório em Kush para armazenar e conter água, bem como impulsionar a irrigação. [20] Sappers foram empregados para construir passagens durante as campanhas militares. [21] Os ancestrais kushitas construíram speos durante a Idade do Bronze entre 3700 e 3250 aC. [22] Bloomeries e altos-fornos também foram criados durante o século 7 aC em Kush. [23] [24] [25] [26]

A Grécia Antiga desenvolveu máquinas em domínios civis e militares. O mecanismo de Antikythera , um dos primeiros computadores analógicos mecânicos conhecidos , [27] [28] e as invenções mecânicas de Arquimedes , são exemplos da engenharia mecânica grega. Algumas das invenções de Arquimedes, bem como o mecanismo de Antikythera, exigiram conhecimento sofisticado de engrenagens diferenciais ou epicicloidais , dois princípios-chave na teoria das máquinas que ajudaram a projetar os trens de engrenagens da Revolução Industrial e ainda são amplamente usados ​​hoje em diversos campos, como a robótica eengenharia automotiva . [29]

Os exércitos antigos chineses, gregos, romanos e húngaros empregavam máquinas militares e invenções como a artilharia que foi desenvolvida pelos gregos por volta do século 4 aC, [30] a trirreme , a balista e a catapulta . Na Idade Média, o trabuco foi desenvolvido.

Meia idade

As primeiras máquinas práticas movidas a vento , o moinho de vento e a bomba de vento , apareceram pela primeira vez no mundo muçulmano durante a Idade de Ouro islâmica , onde hoje são o Irã, o Afeganistão e o Paquistão, no século 9 DC. [31] [32] [33] [34] A máquina prática a vapor mais antiga foi um macaco a vapor acionado por uma turbina a vapor , descrita em 1551 por Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf no Egito otomano . [35] [36]

O descaroçador de algodão foi inventado na Índia no século 6 DC, [37] e a roda de fiar foi inventada no mundo islâmico no início do século 11, [38] sendo que ambos foram fundamentais para o crescimento da indústria do algodão . A roda de fiar também foi uma precursora da fiação , que foi um desenvolvimento chave durante o início da Revolução Industrial no século XVIII. [39] O virabrequim e o eixo de comando foram inventados por Al-Jazari no norte da Mesopotâmia por volta de 1206, [40] [41][42] e mais tarde se tornaram centrais para as máquinas modernas, como a máquina a vapor , motor de combustão interna e controles automáticos . [43]

As primeiras máquinas programáveis foram desenvolvidas no mundo muçulmano. Um sequenciador de música , um instrumento musical programável , foi o tipo mais antigo de máquina programável. O primeiro sequenciador musical foi um tocador de flauta automatizado inventado pelos irmãos Banu Musa , descrito em seu Livro de Dispositivos Ingeniosos , no século IX. [44] [45] Em 1206, Al-Jazari inventou autômatos / robôs programáveis . Ele descreveu quatro músicos autômatos , incluindo bateristas operados por uma bateria eletrônica programável, onde eles podem ser feitos para tocar diferentes ritmos e diferentes padrões de bateria. [46] O relógio do castelo , um relógio astronômico mecânico movido a energia hidrelétrica inventado por Al-Jazari, foi o primeiro computador analógico programável . [47] [48] [49]

Um guindaste de mina movido a água usado para levantar minério, ca. 1556

Antes do desenvolvimento da engenharia moderna, a matemática era usada por artesãos e artesãos, como carpinteiros , relojoeiros , fabricantes de instrumentos e agrimensores. Além dessas profissões, não se acreditava que as universidades tivessem muito significado prático para a tecnologia. [50] : 32

Uma referência padrão para o estado das artes mecânicas durante o Renascimento é fornecida no tratado de engenharia de mineração De re metallica (1556), que também contém seções sobre geologia, mineração e química. De re metallica foi a referência padrão da química nos 180 anos seguintes. [50]

Era moderna

A aplicação da máquina a vapor permitiu que o coque substituísse o carvão na siderurgia, baixando o custo do ferro, o que proporcionou aos engenheiros um novo material para a construção de pontes. Esta ponte era feita de ferro fundido , que logo foi deslocado por ferro forjado menos quebradiço como material estrutural

A ciência da mecânica clássica , às vezes chamada de mecânica newtoniana, formou a base científica de grande parte da engenharia moderna. [50] Com o surgimento da engenharia como profissão no século 18, o termo foi aplicado de forma mais restrita a campos nos quais matemática e ciências eram aplicadas para esses fins. Da mesma forma, além da engenharia militar e civil, os campos então conhecidos como artes mecânicas foram incorporados à engenharia.

A construção do canal foi uma importante obra de engenharia durante as primeiras fases da Revolução Industrial. [51]

John Smeaton foi o primeiro engenheiro civil autoproclamado e é frequentemente considerado o "pai" da engenharia civil. Ele foi um engenheiro civil inglês responsável pelo projeto de pontes, canais, portos e faróis. Ele também era um engenheiro mecânico competente e um físico eminente . Usando um modelo de roda d'água, Smeaton conduziu experimentos por sete anos, determinando maneiras de aumentar a eficiência. [52] : 127 Smeaton introduziu eixos e engrenagens de ferro nas rodas d'água. [50] : 69 Smeaton também fez melhorias mecânicas na máquina a vapor Newcomen . Smeaton projetou o terceiro farol de Eddystone(1755-59) onde foi pioneiro no uso de ' cal hidráulica ' (uma forma de argamassa que endurece) e desenvolveu uma técnica envolvendo blocos de granito encaixados na construção do farol. Ele é importante na história, redescoberta e desenvolvimento do cimento moderno , pois identificou os requisitos de composição necessários para obter "hidraulicidade" na cal; trabalho que levou finalmente à invenção do cimento Portland .

A ciência aplicada levou ao desenvolvimento da máquina a vapor. A seqüência de eventos começou com a invenção do barômetro e a medição da pressão atmosférica por Evangelista Torricelli em 1643, demonstração da força da pressão atmosférica por Otto von Guericke utilizando os hemisférios de Magdeburg em 1656, experimentos de laboratório de Denis Papin , que construiu experimental modelou motores a vapor e demonstrou o uso de um pistão, que publicou em 1707. Edward Somerset, 2º Marquês de Worcester publicou um livro de 100 invenções contendo um método para elevar as águas semelhante a um coador de café . Samuel Morland, um matemático e inventor que trabalhou com bombas, deixou anotações no Vauxhall Ordinance Office sobre o projeto de uma bomba a vapor que Thomas Savery leu. Em 1698, Savery construiu uma bomba a vapor chamada "O Amigo do Mineiro". Ele empregava vácuo e pressão. [53] O comerciante de ferro Thomas Newcomen , que construiu a primeira máquina a vapor de pistão comercial em 1712, não era conhecido por ter qualquer treinamento científico. [52] : 32

A aplicação de cilindros de sopro de ferro fundido a vapor para fornecer ar pressurizado para altos-fornos levou a um grande aumento na produção de ferro no final do século XVIII. As temperaturas mais altas do forno possibilitadas com a explosão a vapor permitiram o uso de mais cal nos altos-fornos , o que possibilitou a transição do carvão para o coque . [54] Essas inovações reduziram o custo do ferro, tornando práticas as ferrovias e as pontes de ferro. O processo de poça , patenteado por Henry Cort em 1784, produziu grandes quantidades de ferro forjado. Hot blast , patenteado por James Beaumont Neilsonem 1828, reduziu muito a quantidade de combustível necessária para fundir o ferro. Com o desenvolvimento da máquina a vapor de alta pressão, a relação potência / peso das máquinas a vapor tornou possível a prática de barcos a vapor e locomotivas. [55] Novos processos de fabricação de aço, como o processo Bessemer e o forno de lareira, inaugurou uma área de engenharia pesada no final do século XIX.

Um dos engenheiros mais famosos de meados do século 19 foi Isambard Kingdom Brunel , que construiu ferrovias, estaleiros e navios a vapor.

Plataforma offshore, Golfo do México

A Revolução Industrial criou uma demanda por máquinas com peças de metal, o que levou ao desenvolvimento de várias máquinas-ferramenta . Perfurar cilindros de ferro fundido com precisão não era possível até que John Wilkinson inventou sua broqueadora , que é considerada a primeira máquina-ferramenta . [56] Outras máquinas-ferramentas incluem o torno de corte de parafuso , a fresadora , o torno de torre e a plaina de metal. As técnicas de usinagem de precisão foram desenvolvidas na primeira metade do século XIX. Isso incluiu o uso de gigs para guiar a ferramenta de usinagem sobre o trabalho e acessórios para segurar o trabalho na posição adequada. Máquinas-ferramenta e técnicas de usinagem capazes de produzir peças intercambiáveis levam à produção industrial em grande escala no final do século XIX. [57]

O censo dos Estados Unidos de 1850 listou a ocupação de "engenheiro" pela primeira vez com uma contagem de 2.000. [58] Havia menos de 50 graduados em engenharia nos Estados Unidos antes de 1865. Em 1870, havia uma dúzia de graduados em engenharia mecânica nos Estados Unidos, com esse número aumentando para 43 por ano em 1875. Em 1890, havia 6.000 engenheiros em civil, mineração , mecânico e elétrico. [59]

Não houve cátedra de mecanismo aplicado e mecânica aplicada em Cambridge até 1875, e nenhuma cátedra de engenharia em Oxford até 1907. A Alemanha estabeleceu universidades técnicas antes. [60]

As bases da engenharia elétrica em 1800 incluíram os experimentos de Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm e outros e a invenção do telégrafo elétrico em 1816 e do motor elétrico em 1872. O trabalho teórico de James Maxwell (ver: equações de Maxwell ) e Heinrich Hertz no final do século 19 deu origem ao campo da eletrônica . As últimas invenções do tubo de vácuo e do transistoracelerou ainda mais o desenvolvimento da eletrônica a tal ponto que os engenheiros elétricos e eletrônicos atualmente superam seus colegas de qualquer outra especialidade da engenharia. [5] Engenharia química desenvolvida no final do século XIX. [5] Programa de desenvolvimento inicial de carreiraː Britannica </ref> A fabricação em escala industrial exigia novos materiais e novos processos e, em 1880, a necessidade de produção em larga escala de produtos químicos foi tal que uma nova indústria foi criada, dedicada ao desenvolvimento e fabricação em larga escala de produtos químicos em novas instalações industriais. [5] O papel do engenheiro químico era o projeto dessas fábricas e processos químicos. [5]

O forno solar em Odeillo nos Pirenéus Orientais, na França, pode atingir temperaturas de até 3.500 ° C (6.330 ° F)

A engenharia aeronáutica lida com o projeto do processo de projeto de aeronaves, enquanto a engenharia aeroespacial é um termo mais moderno que expande o alcance da disciplina ao incluir o projeto de espaçonaves . Suas origens remontam aos pioneiros da aviação no início do século 20, embora a obra de Sir George Cayley tenha sido datada recentemente como sendo da última década do século 18. O conhecimento inicial da engenharia aeronáutica era amplamente empírico, com alguns conceitos e habilidades importados de outros ramos da engenharia. [61]

O primeiro PhD em engenharia (tecnicamente, ciência aplicada e engenharia ) concedido nos Estados Unidos foi para Josiah Willard Gibbs na Universidade de Yale em 1863; foi também o segundo PhD concedido em ciências nos Estados Unidos [62]

Apenas uma década após os voos bem-sucedidos dos irmãos Wright , houve amplo desenvolvimento da engenharia aeronáutica por meio do desenvolvimento de aeronaves militares que foram usadas na Primeira Guerra Mundial . Enquanto isso, a pesquisa para fornecer uma base científica fundamental continuou, combinando física teórica com experimentos.

Principais ramos da engenharia

Engenharia é uma disciplina ampla que muitas vezes é dividida em várias sub-disciplinas. Embora um engenheiro normalmente seja treinado em uma disciplina específica, ele ou ela pode se tornar multidisciplinar com a experiência. A engenharia é frequentemente caracterizada como tendo quatro ramos principais: [63] [64] [65] engenharia química, engenharia civil, engenharia elétrica e engenharia mecânica.

Engenheiro químico

Engenharia química é a aplicação de princípios de física, química, biologia e engenharia para realizar processos químicos em escala comercial, como a fabricação de commodities químicas , especialidades químicas , refino de petróleo , microfabricação , fermentação e produção de biomoléculas .

Engenharia Civil

A engenharia civil é o projeto e a construção de obras públicas e privadas, como infraestrutura (aeroportos, estradas, ferrovias, abastecimento e tratamento de água etc.), pontes, túneis, barragens e edifícios. [66] [67] A engenharia civil é tradicionalmente dividida em uma série de sub-disciplinas, incluindo engenharia estrutural , engenharia ambiental e levantamento topográfico . É tradicionalmente considerado separado da engenharia militar . [68]

Engenharia elétrica

Engenharia eléctrica é a concepção, o estudo, e no fabrico de vários sistemas eléctricos e electrónicos, tais como engenharia de transmissão , de circuitos eléctricos , geradores , motores , electromagnéticos / electromecânicos dispositivos, aparelhos electrónicos , circuitos electrónicos , fibras ópticas , dispositivos optoelectrónicos , computador sistemas, telecomunicações , instrumentação , sistemas de controle e eletrônicos .

Engenharia Mecânica

Engenharia mecânica é o projeto e a fabricação de sistemas físicos ou mecânicos, como sistemas de potência e energia , produtos aeroespaciais / aeronáuticos , sistemas de armas , produtos de transporte , motores , compressores , trens de força , cadeias cinemáticas , tecnologia de vácuo, equipamentos de isolamento de vibração , manufatura , robótica , turbinas, equipamentos de áudio e mecatrônica .

Bioengenharia

Bioengenharia é a engenharia de sistemas biológicos para uma finalidade útil. Exemplos de pesquisa de bioengenharia incluem bactérias projetadas para produzir produtos químicos, nova tecnologia de imagens médicas, dispositivos portáteis e de diagnóstico rápido de doenças, próteses, produtos biofarmacêuticos e órgãos de engenharia de tecidos.

Engenharia interdisciplinar

A engenharia interdisciplinar se baseia em mais de um dos ramos principais da prática. Historicamente, a engenharia naval e a engenharia de mineração foram ramos importantes. Outros campos de engenharia são engenharia de produção , engenharia acústica , engenharia de corrosão , instrumentação e controle , aeroespacial , automotivo , de computador , eletrônica , engenharia da informação , petróleo , ambiental , sistemas , áudio , software ,arquitectónicas , agrícolas , biossistemas , biomédicos , [69] geológicos , têxtil , industrial , materiais , [70] e engenharia nuclear . [71] Estes e outros ramos da engenharia estão representados nas 36 instituições membros licenciadas do Conselho de Engenharia do Reino Unido .

Novas especialidades às vezes se combinam com os campos tradicionais e formam novos ramos - por exemplo, a engenharia e gerenciamento de sistemas terrestres envolve uma ampla gama de áreas, incluindo estudos de engenharia , ciências ambientais , ética da engenharia e filosofia da engenharia .

Outros ramos da engenharia

Engenharia aeroespacial

Projetos de estudos de engenharia aeroespacial, fabricação de aeronaves, satélites, foguetes, helicópteros e assim por diante. Ele estuda de perto a diferença de pressão e aerodinâmica de um veículo para garantir a segurança e eficiência. Como a maioria dos estudos está relacionada a fluidos, ela se aplica a qualquer veículo em movimento, como carros.

Engenharia Naval

A engenharia marítima está associada a qualquer coisa no oceano ou próximo a ele. Os exemplos são, mas não se limitam a, navios, submarinos, plataformas de petróleo, estrutura, propulsão de embarcações, projeto e desenvolvimento a bordo, instalações, portos e assim por diante. Requer um conhecimento combinado em engenharia mecânica, engenharia elétrica, engenharia civil e algumas habilidades de programação.

Engenharia Informática

Engenharia da computação (CE) é um ramo da engenharia que integra vários campos da ciência da computação e da engenharia eletrônica necessários para desenvolver hardware e software de computador . Os engenheiros de computação geralmente têm treinamento em engenharia eletrônica (ou engenharia elétrica ), design de software e integração hardware-software, em vez de apenas engenharia de software ou engenharia eletrônica.

Prática

Aquele que pratica engenharia é chamado de engenheiro , e os licenciados para isso podem ter designações mais formais, como Engenheiro Profissional , Engenheiro Licenciado , Engenheiro Incorporado , Ingenieur , Engenheiro Europeu ou Representante de Engenharia Designado .

Metodologia

O projeto de uma turbina requer a colaboração de engenheiros de diversas áreas, pois o sistema envolve processos mecânicos, eletromagnéticos e químicos. As lâminas , rotor e estator , bem como o ciclo de vapor, todos precisam ser cuidadosamente projetados e otimizados.

No processo de projeto de engenharia , os engenheiros aplicam a matemática e as ciências, como a física, para encontrar novas soluções para problemas ou para melhorar as soluções existentes. Os engenheiros precisam de conhecimento proficiente das ciências relevantes para seus projetos de design. Como resultado, muitos engenheiros continuam aprendendo novos materiais ao longo de suas carreiras.

Se houver várias soluções, os engenheiros avaliam cada escolha de projeto com base em seu mérito e escolhem a solução que melhor atende aos requisitos. A tarefa do engenheiro é identificar, compreender e interpretar as restrições de um projeto para obter um resultado bem-sucedido. Geralmente, é insuficiente para construir um produto tecnicamente bem-sucedido; em vez disso, ele também deve atender a outros requisitos.

As restrições podem incluir recursos disponíveis, limitações físicas, imaginativas ou técnicas, flexibilidade para modificações e adições futuras e outros fatores, como requisitos de custo, segurança , comercialização, produtividade e facilidade de manutenção . Ao compreender as restrições, os engenheiros derivam especificações para os limites dentro dos quais um objeto ou sistema viável pode ser produzido e operado.

Solução de problemas

Um desenho de um motor auxiliar para locomotivas a vapor . A engenharia é aplicada ao design , com ênfase na função e na utilização da matemática e das ciências.

Os engenheiros usam seu conhecimento de ciências , matemática , lógica , economia e experiência apropriada ou conhecimento tácito para encontrar soluções adequadas para um problema. A criação de um modelo matemático apropriado de um problema geralmente permite que eles o analisem (às vezes definitivamente) e testem soluções potenciais. [72]

Normalmente, existem várias soluções razoáveis, de modo que os engenheiros devem avaliar as diferentes opções de projeto de acordo com seus méritos e escolher a solução que melhor atende aos seus requisitos. Genrich Altshuller , após reunir estatísticas sobre um grande número de patentes , sugeriu que os compromissos estão no cerne dos projetos de engenharia de " baixo nível ", enquanto em um nível superior o melhor projeto é aquele que elimina a contradição central que causa o problema. [73]

Normalmente, os engenheiros tentam prever o desempenho de seus projetos de acordo com as especificações antes da produção em grande escala. Eles usam, entre outras coisas: protótipos , modelos em escala , simulações , ensaios destrutivos , testes não destrutivos e testes de estresse . O teste garante que os produtos terão o desempenho esperado. [74]

Os engenheiros assumem a responsabilidade de produzir projetos que tenham um desempenho tão bom quanto o esperado e não causem danos não intencionais ao público em geral. Os engenheiros normalmente incluem um fator de segurança em seus projetos para reduzir o risco de falha inesperada.

O estudo de produtos com falha é conhecido como engenharia forense e pode ajudar o designer de produto a avaliar seu projeto à luz das condições reais. A disciplina é de maior valor após desastres, como colapsos de pontes , quando uma análise cuidadosa é necessária para estabelecer a causa ou causas da falha. [75]

Uso de computador

Uma simulação de computador de fluxo de ar em alta velocidade ao redor de um orbitador do ônibus espacial durante a reentrada. Soluções para o fluxo requerem modelagem dos efeitos combinados do fluxo de fluido e das equações de calor .

Como acontece com todos os empreendimentos científicos e tecnológicos modernos, os computadores e o software desempenham um papel cada vez mais importante. Além do software de aplicativo comercial típico, há uma série de aplicativos auxiliados por computador ( tecnologias auxiliadas por computador ) especificamente para engenharia. Os computadores podem ser usados ​​para gerar modelos de processos físicos fundamentais, que podem ser resolvidos usando métodos numéricos .

Representação gráfica de uma fração minúscula da WWW, demonstrando hiperlinks

Uma das ferramentas de design mais amplamente utilizadas na profissão é o software de design auxiliado por computador (CAD). Ele permite que os engenheiros criem modelos 3D, desenhos 2D e esquemas de seus projetos. CAD junto com maquete digital (DMU) e software CAE , como análise de método de elemento finito ou método de elemento analítico, permite que os engenheiros criem modelos de projetos que podem ser analisados ​​sem a necessidade de fazer protótipos físicos caros e demorados.

Isso permite que produtos e componentes sejam verificados quanto a falhas; avaliar ajuste e montagem; estudar ergonomia; e para analisar as características estáticas e dinâmicas dos sistemas, como tensões, temperaturas, emissões eletromagnéticas, correntes e tensões elétricas, níveis lógicos digitais, fluxos de fluidos e cinemática. O acesso e a distribuição de todas essas informações geralmente são organizados com o uso de um software de gerenciamento de dados do produto . [76]

Existem também muitas ferramentas para dar suporte a tarefas específicas de engenharia, como software de manufatura auxiliada por computador (CAM) para gerar instruções de usinagem CNC ; Software de gerenciamento de processos de manufatura para engenharia de produção; EDA para placa de circuito impresso (PCB) e esquemas de circuito para engenheiros eletrônicos; Aplicativos MRO para gerenciamento de manutenção; e Software de arquitetura, engenharia e construção (AEC) para engenharia civil.

Nos últimos anos, o uso de software de computador para auxiliar no desenvolvimento de produtos passou a ser conhecido coletivamente como gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM). [77]

Contexto social

O Kismet robótico pode produzir uma variedade de expressões faciais.

A profissão de engenheiro se envolve em uma ampla gama de atividades, desde uma grande colaboração no nível social, até projetos individuais menores. Quase todos os projetos de engenharia são obrigados a algum tipo de agência de financiamento: uma empresa, um conjunto de investidores ou um governo. Os poucos tipos de engenharia que são minimamente limitados por tais questões são a engenharia pro bono e a engenharia de design aberto .

Por sua própria natureza, a engenharia tem interconexões com a sociedade, a cultura e o comportamento humano. Todo produto ou construção usado pela sociedade moderna é influenciado pela engenharia. Os resultados da atividade de engenharia influenciam as mudanças no meio ambiente, na sociedade e nas economias, e sua aplicação traz consigo uma responsabilidade e segurança pública.

Projetos de engenharia podem estar sujeitos a controvérsias. Exemplos de diferentes disciplinas de engenharia incluem o desenvolvimento de armas nucleares , a Barragem das Três Gargantas , o projeto e uso de veículos utilitários esportivos e a extração de petróleo . Em resposta, algumas empresas de engenharia ocidentais promulgaram políticas sérias de responsabilidade corporativa e social .

A engenharia é um fator chave para a inovação e o desenvolvimento humano. A África Subsaariana, em particular, tem uma capacidade de engenharia muito pequena, o que resulta na impossibilidade de muitas nações africanas desenvolverem infraestruturas cruciais sem ajuda externa. [ carece de fontes? ] A realização de muitos dos Objetivos de Desenvolvimento do Milênio requer a realização de capacidade de engenharia suficiente para desenvolver infraestrutura e desenvolvimento tecnológico sustentável. [78]

Radar, GPS , lidar , ... são combinados para fornecer navegação adequada e prevenção de obstáculos (veículo desenvolvido para DARPA Urban Challenge 2007 )

Todas as ONGs de desenvolvimento e socorro no exterior fazem uso considerável de engenheiros para aplicar soluções em cenários de desastre e desenvolvimento. Várias organizações de caridade têm como objetivo usar a engenharia diretamente para o bem da humanidade:

As empresas de engenharia em muitas economias estabelecidas estão enfrentando desafios significativos no que diz respeito ao número de engenheiros profissionais sendo treinados, em comparação com o número que está se aposentando. Este problema é muito proeminente no Reino Unido, onde a engenharia tem uma imagem ruim e status baixo. [80] Há muitos problemas econômicos e políticos negativos que isso pode causar, bem como questões éticas. [81] É amplamente aceito que a profissão de engenheiro enfrenta uma "crise de imagem", [82] ao invés de ser uma carreira fundamentalmente pouco atraente. Muito trabalho é necessário para evitar enormes problemas no Reino Unido e em outras economias ocidentais. Ainda assim, o Reino Unido detém a maioria das empresas de engenharia em comparação com outros países europeus, juntamente com os Estados Unidos.

Código de Ética

Muitas sociedades de engenharia estabeleceram códigos de prática e códigos de ética para orientar os membros e informar o público em geral. O código de ética da National Society of Professional Engineers afirma:

Engenharia é uma profissão importante e erudita. Como membros dessa profissão, espera-se que os engenheiros exibam os mais altos padrões de honestidade e integridade. A engenharia tem um impacto direto e vital na qualidade de vida de todas as pessoas. Conseqüentemente, os serviços prestados por engenheiros exigem honestidade, imparcialidade, justiça e equidade e devem ser dedicados à proteção da saúde, segurança e bem-estar públicos. Os engenheiros devem atuar de acordo com um padrão de comportamento profissional que exige a adesão aos mais elevados princípios de conduta ética. [83]

No Canadá, muitos engenheiros usam o Anel de Ferro como um símbolo e lembrete das obrigações e da ética associadas à sua profissão. [84]

Relações com outras disciplinas

Ciência

Os cientistas estudam o mundo como ele é; os engenheiros criam um mundo que nunca existiu.

Engenheiros, cientistas e técnicos trabalhando no posicionador de alvo dentro da câmara de alvo da National Ignition Facility (NIF)

Existe uma sobreposição entre as ciências e a prática da engenharia; na engenharia, aplica-se a ciência. Ambas as áreas de atuação dependem da observação precisa de materiais e fenômenos. Ambos usam critérios matemáticos e de classificação para analisar e comunicar observações. [ citação necessária ]

Os cientistas também podem ter que concluir tarefas de engenharia, como projetar aparelhos experimentais ou construir protótipos. Inversamente, no processo de desenvolvimento de tecnologia, os engenheiros às vezes se descobrem explorando novos fenômenos, tornando-se, por enquanto, cientistas ou, mais precisamente, "cientistas da engenharia". [ citação necessária ]

A Estação Espacial Internacional é usada para conduzir experimentos científicos do espaço sideral

No livro O que os engenheiros sabem e como eles sabem , [88] Walter Vincenti afirma que a pesquisa em engenharia tem um caráter diferente daquele da pesquisa científica. Em primeiro lugar, muitas vezes trata de áreas nas quais a física ou a química básicas são bem compreendidas, mas os problemas em si são complexos demais para serem resolvidos de maneira exata.

Há uma diferença "real e importante" entre engenharia e física, pois semelhante a qualquer campo da ciência tem a ver com tecnologia. [89] [90] A física é uma ciência exploratória que busca o conhecimento dos princípios, enquanto a engenharia usa o conhecimento para aplicações práticas dos princípios. O primeiro equivale a compreensão em um princípio matemático, enquanto o último mede as variáveis ​​envolvidas e cria tecnologia. [91] [92] [93] Para a tecnologia, a física é um auxiliar e de uma forma que a tecnologia é considerada física aplicada. [94] Embora a física e a engenharia estejam inter-relacionadas, isso não significa que um físico seja treinado para fazer o trabalho de um engenheiro. Um físico normalmente requer um treinamento adicional e relevante.[95] Físicos e engenheiros se engajam em diferentes linhas de trabalho. [96] Mas os físicos PhD que se especializam nos setores de física de engenharia e física aplicada são intitulados como oficiais de tecnologia, engenheiros de P&D e engenheiros de sistema. [97]

Um exemplo disso é o uso de aproximações numéricas para as equações de Navier-Stokes para descrever o fluxo aerodinâmico sobre uma aeronave, ou o uso do método dos elementos finitos para calcular as tensões em componentes complexos. Em segundo lugar, a pesquisa de engenharia emprega muitos métodos semi- empíricos que são estranhos à pesquisa científica pura, sendo um exemplo o método de variação de parâmetros. [ citação necessária ]

Conforme afirmado por Fung et al. na revisão do texto clássico de engenharia Foundations of Solid Mechanics :

Engenharia é bem diferente de ciência. Os cientistas tentam entender a natureza. Os engenheiros tentam fazer coisas que não existem na natureza. Os engenheiros enfatizam a inovação e a invenção. Para incorporar uma invenção, o engenheiro deve colocar sua ideia em termos concretos e projetar algo que as pessoas possam usar. Esse algo pode ser um sistema complexo, dispositivo, um dispositivo, um material, um método, um programa de computação, um experimento inovador, uma nova solução para um problema ou uma melhoria do que já existe. Uma vez que um projeto deve ser realista e funcional, ele deve ter seus dados de geometria, dimensões e características definidos. No passado, os engenheiros que trabalhavam em novos projetos descobriram que não possuíam todas as informações necessárias para tomar decisões de projeto. Na maioria das vezes, eles eram limitados por conhecimento científico insuficiente. Assim, eles estudaram matemática, física,química, biologia e mecânica. Freqüentemente, eles precisavam adicionar informações às ciências relevantes para sua profissão. Assim nasceram as ciências da engenharia.[98]

Embora as soluções de engenharia façam uso de princípios científicos, os engenheiros também devem levar em consideração a segurança, eficiência, economia, confiabilidade e capacidade de construção ou facilidade de fabricação, bem como o meio ambiente, considerações éticas e legais, como violação de patente ou responsabilidade em caso de falha da solução. [99]

Medicina e biologia

Um scanner de ressonância magnética clínica de 3 tesla .

O estudo do corpo humano, embora de diferentes direções e para diferentes propósitos, é um importante elo comum entre a medicina e algumas disciplinas da engenharia. A medicina visa sustentar, reparar, aprimorar e até mesmo substituir funções do corpo humano , se necessário, por meio do uso de tecnologia .

Camundongos geneticamente modificados expressando proteína fluorescente verde , que brilha em verde sob luz azul. O mouse central é do tipo selvagem .

A medicina moderna pode substituir várias funções do corpo por meio do uso de órgãos artificiais e pode alterar significativamente a função do corpo humano por meio de dispositivos artificiais como, por exemplo, implantes cerebrais e marca - passos . [100] [101] Os campos da biônica e biônica médica são dedicados ao estudo de implantes sintéticos pertencentes a sistemas naturais.

Por outro lado, algumas disciplinas de engenharia vêem o corpo humano como uma máquina biológica que vale a pena estudar e se dedicam a emular muitas de suas funções, substituindo a biologia pela tecnologia. Isso levou a campos como inteligência artificial , redes neurais , lógica difusa e robótica . Existem também interações interdisciplinares substanciais entre engenharia e medicina. [102] [103]

Ambos os campos fornecem soluções para problemas do mundo real. Isso geralmente requer um avanço antes que os fenômenos sejam completamente compreendidos em um sentido científico mais rigoroso e, portanto, a experimentação e o conhecimento empírico são parte integrante de ambos.

A medicina, em parte, estuda a função do corpo humano. O corpo humano, como uma máquina biológica, tem muitas funções que podem ser modeladas usando métodos de engenharia. [104]

O coração, por exemplo, funciona como uma bomba, [105] o esqueleto é como uma estrutura ligada com alavancas, [106] o cérebro produz sinais elétricos, etc. [107] Essas semelhanças, bem como a crescente importância e aplicação dos princípios de engenharia em medicina, levou ao desenvolvimento do campo da engenharia biomédica que utiliza conceitos desenvolvidos em ambas as disciplinas.

Novos ramos da ciência emergentes, como a biologia de sistemas , estão adaptando ferramentas analíticas tradicionalmente usadas para engenharia, como modelagem de sistemas e análise computacional, para a descrição de sistemas biológicos. [104]

Arte

Leonardo da Vinci , visto aqui em um autorretrato, foi descrito como a epítome do artista / engenheiro. [108] Ele também é conhecido por seus estudos sobre anatomia e fisiologia humana .

Há conexões entre arte e engenharia, por exemplo, arquitetura , arquitetura da paisagem e desenho industrial (mesmo na medida em que estas disciplinas podem às vezes ser incluído em uma universidade Faculdade de Engenharia). [109] [110] [111]

O Art Institute of Chicago , por exemplo, realizou uma exposição sobre a arte do design aeroespacial da NASA . [112] O projeto da ponte de Robert Maillart é percebido por alguns como sendo deliberadamente artístico. [113] Na University of South Florida , um professor de engenharia, por meio de uma bolsa da National Science Foundation , desenvolveu um curso que conecta arte e engenharia. [109] [114]

Entre figuras históricas famosas, Leonardo da Vinci é um conhecido artista e engenheiro da Renascença , e um excelente exemplo da ligação entre arte e engenharia. [108] [115]

O negócio

A Engenharia de Negócios trata da relação entre engenharia profissional, sistemas de TI, administração de negócios e gerenciamento de mudanças . Gerenciamento de engenharia ou " Engenharia de gerenciamento " é um campo especializado de gerenciamento relacionado à prática da engenharia ou ao setor da indústria de engenharia. A demanda por engenheiros com foco em gestão (ou, da perspectiva oposta, gerentes com conhecimento de engenharia), resultou no desenvolvimento de cursos de gestão de engenharia especializados que desenvolvem o conhecimento e as habilidades necessárias para essas funções. Durante um curso de gestão de engenharia, os alunos desenvolverão engenharia industrialhabilidades, conhecimento e experiência, juntamente com conhecimento de administração de empresas, técnicas de gestão e pensamento estratégico. Engenheiros especializados em gestão de mudanças devem ter conhecimento profundo da aplicação dos princípios e métodos da psicologia industrial e organizacional . Os engenheiros profissionais costumam ser treinados como consultores de gestão certificados no campo muito especializado de consultoria de gestão aplicada à prática de engenharia ou ao setor de engenharia. Este trabalho frequentemente lida com transformação de negócios complexos em grande escala ou gerenciamento de processos de negóciosiniciativas nas áreas aeroespacial e de defesa, automotiva, óleo e gás, maquinaria, farmacêutica, alimentos e bebidas, elétrica e eletrônica, distribuição e geração de energia, serviços públicos e sistemas de transporte. Esta combinação de prática de engenharia técnica, prática de consultoria de gerenciamento, conhecimento do setor da indústria e experiência em gerenciamento de mudanças permite que engenheiros profissionais que também são qualificados como consultores de gerenciamento liderem as principais iniciativas de transformação de negócios. Essas iniciativas são normalmente patrocinadas por executivos de nível C.

Outros campos

Na ciência política , o termo engenharia foi emprestado para o estudo das disciplinas de engenharia social e engenharia política , que tratam da formação de estruturas políticas e sociais usando a metodologia da engenharia associada aos princípios da ciência política . A engenharia de marketing e a engenharia financeira também tomaram emprestado o termo.

Veja também

Listas
Glossários
Assuntos relacionados

Referências

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Leitura adicional

links externos

  • A definição do dicionário de engenharia no Wikcionário
  • Materiais de aprendizagem relacionados à Engenharia na Wikiversidade
  • Citações relacionadas à Engenharia no Wikiquote
  • Trabalhos relacionados à Engenharia no Wikisource