Inženjerstvo

Parna mašina, pogonska sila industrijske revolucije, naglašava važnost inženjerstva u modernoj istoriji. Ova parna mašina je izložena u Tehničkom univerzitetu u Madridu.

Inženjerstvo je primena matematike, nauke, ekonomije, empirijskih dokaza, društvenog poznavanja i praktičnog naučnog saznanja, na izumevanje, projektovanje, analizu i/ili konstruisanje raznih vrsta tehnologija, koje je moguće primijeniti ili iskoristiti u praktične svrhe. Ostvaruje se znanjem i iskustvom, kroz projektovanje upotrebljivih objekata ili procesa.

Inženjerska disciplina obuhvata opseg specijalizovanijih polja inženjerstva, svako od kojih ima specifičniji naglasak na određenoj oblasti primenjene matematike, primenjene nauke, i tipovima primene.

Termin inženjerstvo je izveden iz latinske reči ingenium, sa značenjem „bistrina, vičnost” i ingeniare, sa značenjem „osmisliti, izmisliti”.

Definicija

Američki inženjerski savet za profesionalni razvoj (ECPD, prethodnik ABET organizacije) je definisao inženjerstvo kao:

Kreativna primena naučnih principa u dizajnu ili razvoju struktura, mašina, aparata, ili proizvodnih procesa, ili radovi koji ih koriste pojedinačno ili u kombinaciji; ili za konstruisanje ili operisanje istih sa punom spoznajom njihovog dizajna; ili za predviđanje njihovog ponašanja pod specifičnim operacionim uslovima; sve u skladu s nameravanom funkcijom, ekonomijom rada i sigurnošću života i imovine.

Istorija

Glavni članak: Istorija inženjerstva

Reljefna karta Lilske citadele, koju je dizajnirao Voban 1668, najpoznatiji vojni inženjer svog doba.

Inženjerstvo je postojalo od drevnih vremena, kada su ljudi razvili izume kao što su klin, poluga, točak i koturača. Termin inženjerstvo je izveden iz reči inženjer, koja sama datira unazad do 1390. Kasnije, kad je dizajn civilnih struktura, kao što su mostovi i zgrade, sazreo kao tehnička disciplina, termin građevinsko inženjerstvo je ušao u upotrebu kao način pravljenja razlike između onih koji su specijalizovani u konstruisanju civilnih građevina i onih koji učestvuju u disciplini vojnog inženjerstva.

Antička era

Antički Rimljani su izgrađivali akvadukte da bi obezbedili postojano snabdevanje čistom i svežom vodom varoši i gradova u carstvu.

Piramide u Egiptu, Akropolis i Partenon u Grčkoj, rimski akvadukti, apijski put i Koloseum, Teotivakan, Kineski zid, Brihadesvarar hram u Tandžavuru, pored mnogih drugih, stoje kao svedočanstvo o genijalnosti i veštini drevnih civilnih i vojnih inženjera. Drugi monumenti, kojih više nema, kao što su bili viseći vrtovi iz Vavilona, i svetionik u Aleksandriji su bili važna inženjerska dostignuća svog vremena i svrstavani su među sedam svetskih čuda starog sveta.

Najraniji građevinski inženjer poznat po imenu je Imhotep. Kao jedan od zvaničnika faraona Džosera, on je verovatno dizajnirao i nadgledao konstrukciju Džoserove piramide (Stepenasta piramida) u Sakari u Egiptu oko 2630 – 2611. p. n. e. Antička Grčka je razvila mašine u civilnim i vojnim domenima. Mehanizam sa Antikitere, prvi poznati mehanički kompjuter, i mehanički izumi Arhimeda su primeri ranog mehaničkog inženjerstva. Neki od Arhimedovih izuma, kao i mehanizam sa Antikitere su bazirani na sofisticiranom poznavanju diferencijalnih zupčanika ili epicikličnih zupčanika, dva ključna principa u teoriji mašina koji su pomogli pri dizajniranju zupčanične transmisije industrijske revolucije, i još uvek su u širokoj upotrebi u današnje vreme i mnoštvu polja, kao što su robotika i autoinžinjerstvo.

Drevne kineske, grčke, rimske i mađarske armije su koristile vojne mašine i izume kao što je artiljerija, koju su razvili Grci oko 4. veka p. n. e., trijera, balista i katapult. U srednjem veku je razvijen trebušet.

Renesansna era

Prvu parnu mašinu je izgradio 1698. godine Tomas Saveri. Razvoj ovog uređaja je doveo do početka industrijske revolucije tokom narednih decenija, omogućavajući početak masovne produkcije.

Sa usponom inženjerstva kao profesije u 18. veku, termin je počeo da poprima uže značenje sa fokusom na delatnostima u područjima u kojima primenjuju se matematika i nauka. Slično tome, osim građevinskog i vojnog inženjerstva, i polja koja su do tad bila poznata kao mehaničke umetnosti su bila inkorporirana u inženjerstvo.

Moderna era

Međunarodna svemirska stanica predstavlja moderni inženjerski izazov za mnoge discipline.

Strukturni inženjeri na izradi NASA svemirske letelice koja se spustila na Mars, sonde Feniks

Izumi Tomasa Njukomena i Džejmsa Vata su omogućili razvoj modernog mehaničkog inženjerstva. Razvoj specijalizovanih mašina i mašinskih alata tokom industrijske revolucije doveo je do brzog rasta polja mehaničkog inženjerstva u samoj Britaniji i širom sveta.

Džon Smiton je prvi samoproglašeni građevinski inženjer i obično se smatra „ocem” građevinskog inženjerstva. On je bio engleski građevinski inženjer odgovoran za dizajn mostova, kanala, luka, i svetionika. On je isto tako bio sposoban mašinski inženjer i eminentni fizičar. Smiton je dizajnirao treći Edistonski svetionik (1755–59) gde je po prvi put korišten 'hidraulični kreč' (forma maltera koja se može postaviti ispod vode) i razvio je tehniku koja obuhvata uklapajuće blokove od granita u izgradnji svetionika. Njegov svetionik je ostao u upotrebi do 1877. godine, nakon čega je bio demontiran i delimično ponovo sklopljen na lokaciji Plimut Ho, gde je poznat kao Smitonov toranj. On je važan u istoriji, otkriću i razvoju modernog cementa, jer je on identifikovao kompozicione zahteve neophodne za dobijanje „hidrauličnosti” u kreču. Ovaj rad je ultimatno doveo do izuma Portland cementa.

Popis Sjedinjenih Država iz 1850. godine navodi zanimanje „inženjer” po prvi put sa brojem popisanih od 2.000. Bilo je manje od 50 diplomiranih inženjera u SAD pre 1865. Godine 1870. je u SAD diplomiralo desetak mašinskih inženjera, a taj se broj povećao na 43 godišnje 1875. Godine 1890, bilo je 6.000 inženjera u građevinskom, rudarskom, mašinskom i električnom sektoru.

U Kembridžu nije postojala katedra za primenjenu mehaniku i primenjenu matematiku do 1875, a u Oksfordu je inženjerska katedra formirana 1907. Nemačka je ranije uspostavila tehničke univerzitete.
Osnove električnog inženjerstva su tokom 1800-ih obuhvatale eksperimente Alesandro Volte, Majkla Faradeja, Georga Oma i drugih, izum električnog telegrafa 1816. godine i električnog motora 1872. Teoretski rad Džejmsa Maksvela (pogledajte: Maksvelove jednačine) i Hajnriha Herca u kasnom 19. veku su dovele do razvoja polja elektronike. Kasniji izumi vakuumske cevi i tranzistora su dalje ubrzali razvoj elektronike do te mere da su električni i elektronski inženjeri u današnje vreme brojniji od njihovih kolega u drugim inženjerskim specijalnostima.

Hemijsko inženjerstvo se razvilo u kasnom devetnaestom veku. Proizvodnja industrijskih razmera je zahtevala nove materijale i nove procese. Do 1880. potreba za proizvodnjom hemikalija u velikim razmerama je bila takva da je nastala nova industrija, posvećena industrijskom razvoju i proizvodnji hemikalija u novim postrojenjima. Uloga hemijskog inženjera je bila da dizajnira hemijska postrojenja i procese.

Falkirški točak u Škotskoj

Aeronautičko inžinjerstvo se bavi procesom dizajna aviona, dok je vazduhoplovno inženjerstvo moderniji termin koji proširuje doseg discipline tako da se obuhvata i dizajn svemirskih letelica. Njegovo poreklo se može pratiti unazad do avijacionih pionira sa početka 20. veka, mada je rad Džordža Kejlija nedavno bio datiran na poslednju deceniju 18. veka. Rana saznanja aeronautičkog inženjerstva su uglavnom bila empirijske prirode sa nekim od koncepata i veština preuzetim iz drugih grana inženjerstva.

Prvi PhD u inženjerstvu (tehnički, primenjenoj nauci i inžinjerstvu) u Sjedinjenim Državama je dodeljen Džošui Vilardu Gibsu sa Jejlskog univerziteta 1863. godine; to je isto tako bio drugi PhD dodeljen za nauku u SAD.

Samo nekoliko decenija nakon uspešnih letova braće Rajt, došlo je do ekstenzivnog razvoja aeronautičkog inženjerstva putem razvoja vojnih aviona koji su korišteni u Prvom svetskom ratu. U međuvremenu, istraživanja da se obezbedi fundamentalna naučna osnova su nastavljena kombinovanjem teoretske fizike sa eksperimentima.

Godine 1990, sa pojavom računarske tehnologije, prvu pretraživačku mašinu je napravio računarski inženjer Alan Imtidž.

Poređenje sa drugim profesijama

Smatra se da je inženjerstvo projektovanje rešenja praktičnih problema. Naučnici pitaju „zašto?" i istražuju da bi odgovorili na ovo pitanje. Sa druge strane, inženjeri žele da znaju kako da bi rešili problem, i kako njihovo rešenje može biti primenjeno.

Drugim rečima, naučnici istražuju fenomene, za koje inženjeri prave rešenja problema ili poboljšanje postojećih rešenja.

Inženjerska istraživanja imaju drugačiji karakter od naučnih istraživanja. Često rade na na poljima gde su osnovna fizika i hemija dobro razumljivi, ali su problemi suviše kompleksni da bi bili tačno rešeni. Zadatak inženjera je da istraživanjem nađu približna rešenja koja će rešiti problem.

Uopšteno se može reći da naučnici grade da bi učili, a inženjeri uče da bi znali da grade.

Krucijalni zadatak inženjerstva je prepoznavanje, razumevanje i svođenje problema na takav način da se može dobiti uspešan rezultat. To najčešće nije dovoljno da se dobije uspešan produkt, jer i drugi faktori moraju biti rešeni, kao što su raspoloživi resursi, fizička i tehnička ograničenja, fleksibilnost za buduće modifikacije, i drugi faktori.

Rešavanje problema

Inženjeri koriste svoje znanje nauke i matematike, i empirijsko (racionalno/odgovarajuće) iskustvo da pronađu odgovarajuće rešenje problema. Stvaranje odgovarajućeg matematičkog modela problema im omogućuje da ga analiziraju i isprobaju moguća rešenja. Obično postoji više prihvatljivih rešenja, tako da inženjeri moraju da vrednuju različita (konstrukcijska) rešenja u pogledu njihovih osobina i da odaberu ono rešenje koje ispunjava najviše njihovih zahteva. Kompromisi su u srži svakog inženjerskog projektovanja; najbolji projekat je obično onaj koji ispunjava što je moguće više zahteva.

Inženjeri obično pokušavaju da predvide koliko uspešno će njihovi objekti (projekti) da zadovolje postavljene zahteve, pre nego što se objekti u potpunosti naprave. Da bi se utvrdilo koliko će (mašinski ili građevinski) objekat da bude funkcionalan, ili koliko će da traje, koriste se između ostalog: prototip, maketa, simulacija, destruktivno testiranje, nedestruktivno testiranje i testiranje naprezanja. Testovi daju sigurnost da će se objekat ponašati onako kako je planirano. Inženjeri kao profesionalci shvataju ozbiljno svoju odgovornost da će objekat zadovoljiti zahteve i da neće ugroziti javnost. U projekte su obično uključeni faktori sigurnosti, da bi se smanjio rizik od neočekivanog propadanja konstrukcije. Ipak, što su faktori sigurnosti veći, konstrukcija je manje efikasna.

Ograničenja

U mnogim savremenim državama, rešenja pojedinih inženjerskih problema, kao što su projektovanje mostova, elektrana, turbina ili hemijskih fabrika, moraju da bude odobrena od strane ovlašćenog inženjera. Zakoni koji štite zdravlje i sigurnost javnosti zahtevaju da profesionalac mora da bude dovoljno školovan i da ima odgovarajuće radno iskustvo. U SAD, svaka država članica posebno testira kandidate i odobrava licence tzv. Profesionalnih inženjera. U Srbiji je za dobijanje licence u odgovarajućoj inženjerskoj oblasti potrebno položiti državni ispit.

Čak i sa striktnim ispitima za dobijanje licence, inženjerske katastrofe se ipak dešavaju. U SAD, svaka inženjerska disciplina mora da se pridržava svog etičkog koda koji je podržan stavovima članova društva profesije.

Upotreba računara

Kao i u svim drugim naučnim i tehnološkim poduhvatima, računari i programi igraju važnu ulogu. Numeričke metode i simulacije pomažu da se predvide performanse objekta preciznije nego što je to ranije bilo moguće.

Korišćenjem CAD programa (engl. computer-aided design - računarski podržano projektovanje) inženjeri mogu lakše da modeliraju objekte. Računarskim modelima se mogu proveravati stanja objekta izloženog raznim uticajima bez dodatnih novčanih ulaganja ili prototipa za čiju izradu je potrebno dugo vreme. Upotrebom računara se lako menjaju postojeći modeli, a moguće ih je i sačuvati u biblioteci prethodno definisanih elemenata spremnih za korišćenje u novim projektima.

U poslednjih par decenija, Metod konačnih elemenata, FEM (engl. finite element method analysis), omogućio je razvoj programa za analizu naprezanja, temperature, protoka, ali i elektromagnetnih polja. Razvijeno je mnoštvo softvera, a mnogi od njih su namenjeni i za analizu dinamičkih sistema.

Elektronski inženjeri koriste razne softvere za rešavanje problema strujnih kola kao pomoć pri projektovanju kola koja će da izvode određene elektronske operacije kada se koriste u okviru štampanih ploča ili računarskih čipova.

Pre ili kasnije elektronski računari će biti prevaziđeni. Inženjeri današnjice rešavaju probleme čak i korišćenjem mobilnih telefona, na primer konstrukciju grede na gradilištu, za šta nije potrebna upotreba laptop ili desktop računara.

Etimologija

U engleskom jeziku reč "engine" znači „motor“, pa je odatle izveden stav da naziv inženjer potiče od potrebe da se označi onaj koji pravi motore. Ovo je mit. U stvari, obe su reči, engine i inženjer, izvedene iz latinskog korena ingeniosus koji znači „sposoban“. Odatle, inženjer je neko ko je pametan i praktičan u rešavanju problema. Termin je kasnije evoluirao da bi uključio sva polja ljudske delatnosti gde je potrebna upotreba naučnih metoda. U nekim drugim jezicima, kao što je arapski, reč „inženjerstvo“ označava i „geometriju“.

U XIX veku, delatnosti koje danas zovemo inženjerskim nazivale su se mehaničkim umetnostima.

Veza sa drugim disciplinama

Nauka se trudi da objasni novootkrivene i neobjašnjene fenomene, često praveći matematičke modele osmotrenih fenomena. Tehnologija i inženjerstvo su praktična primena znanja, najčešće naučnog. Naučnici razvijaju nauku, inženjeri tehnologiju. Ipak, često se javlja preklapanje nauke i inženjerstva. Nije redak slučaj da naučnici postanu aktivni u praktičnoj primeni svojih dostignuća, postajući na kratko inženjeri. Slično, u procesu razvijanja novih tehnologija, inženjeri ponekad istražuju nove fenomene, postajući na kratko naučnici.

Postoje značajne paralele između medicine i inženjerstva. Obe profesije su poznate po pragmatičnosti - rešenje realnog problema često zahteva da se deluje pre nego što je fenomen u potpunosti objašnjen u strogom naučnom smislu.

Postoje i bliske veze inženjerstva sa umetnošću, koje su u nekim oblastima direktne (arhitektura, pejzažna arhitektura, industrijski dizajn), a u nekim indirektne. Inženjerska i umetnička kreativnost su ponekad neraskidivo vezane.

Inženjeri u kulturi

Istorijski, inženjerstvo se popularnoj kulturi prihvata kao bezidejna i nezanimljiva oblast, za koju se često smatra da je domen „štrebera“, sa nešto malo romantičnog shvatanja hakerske potkulture. Na primer, crtani lik Dilbert je inženjer.

U naučnoj fantastici, inženjeri su često predstavljeni kao visoko obrazovane, stručne i poštovane osobe koje razumeju raskošne buduće tehnologije koje se često opisuju ovim žanrom. Poznati primeri su likovi serije „Zvezdane staze“: Montgomeri Skot i Džordi LaFordž.

Oruđa

• Računar
• Digitron (istorijski: šiber)

Metode

• Matematika, posebno Algebra, Geometrija i Račun
• Fizika
• Hemija
• Nauka o materijalima

Najveće grane (prvih 14)

• Aeronautičko inženjerstvo
• Poljoprivredno inženjerstvo
• Arhitektonsko inženjerstvo
• Biomedicinsko inženjerstvo
• Računarsko inženjerstvo
• Građevinsko inženjerstvo
• Hemijsko inženjerstvo
• Elektrotehničko inženjerstvo
• Ekološko inženjerstvo
• Industrijsko inženjerstvo
• Inženjerstvo u oblasti materijala
• Mašinsko inženjerstvo
• Petrolejsko inženjerstvo
• Softversko inženjerstvo
  • Vidi grane inženjerstva za potpunu listu.

Literatura

• Cowan, Ruth Schwartz (1997). A Social History of American Technology. New York: Oxford University Press. str. 138. ISBN 978-0-19-504605-2. 
• Wheeler, Lynde, Phelps (1951). Josiah Willard Gibbs — the History of a Great Mind. Ox Bow Press. ISBN 978-1-881987-11-6. 
• Williams, Trevor I. A Short History of Twentieth Century Technology. USA: Oxford University Press. str. 3. ISBN 978-0198581598. 
• Hunter, Louis C. (1985). A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930, Vol. 2: Steam Power. Charlottesville: University Press of Virginia. 
• Kemp, Barry J. (2007). Ancient Egypt: Anatomy of a Civilisation. Routledge. str. 159. ISBN 9781134563883. 
• Petroski, Henry, The Evolution of Useful Things: How Everyday Artifacts-From Forks and Pins to Paper Clips and Zippers-Came to be as They are, Vintage, 1994
• Blockley, David (2012). Engineering: a very short introduction. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-957869-6. 
• Dorf, Richard, ur. (2005). The Engineering Handbook (2 izd.). Boca Raton: CRC. ISBN 978-0-8493-1586-2. 
• Billington, David P. (1996). The Innovators: The Engineering Pioneers Who Made America Modern. Wiley; New Ed edition. ISBN 978-0-471-14026-9. 
• Petroski, Henry (1992). To Engineer is Human: The Role of Failure in Successful Design. Vintage. ISBN 978-0-679-73416-1. 
• Lord, Charles R. (2000). Guide to Information Sources in Engineering. Libraries Unlimited. ISBN 978-1-56308-699-1. doi:10.1336/1563086999. 
• Vincenti, Walter G. (1993). What Engineers Know and How They Know It: Analytical Studies from Aeronautical History. The Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-4588-8. 

Spoljašnje veze

• The origin of then Engineer's Ring
• Engineering Disasters and Learning from Failure
• American Society of Engineering Education (ASEE)
• ASEE engineering profile (2003) PDF
• EngineersEdge
• National Society of Professional Engineers position statement on Licensure and Qualifications for Practice
• National Academy of Engineering (NAE)
• American Society for Engineering Education (ASEE)
• The US Library of Congress Engineering in History bibliography
• Engineering videos at a secondary school level.
• History of engineering bibliography at University of Minnesota