Современная инженерная деятельность представляет собой зрелый форму трудовой деятельности, непосредственно направленной на решение технических задач и создания техники. Техника есть то единственное, что объединяет всех инженеров, независимо от того, в какой сфере общественной жизни используется их труд.
В узком смысле инженерия - это использование материи, энергии и абстрактных объектов для создания конструкций, машин и оборудования, предназначенных для выполнения конкретных функций или решение конкретной проблемы.
Люди, постоянно и профессионально практикуют инженерию, называются инженерами.
Инженер использует воображение и опыт, способность анализировать и оценивать, применяет свои знания для проектирования, строительства, эксплуатации и совершенствования машин и процессов (например, технологии производственных процессов, охраны окружающей среды, биотехнологии).
1. История термина
1.1. Этимология термина
История понятия "инженерия" достигает давности, когда человечество сделало такие изобретения, как колесо, рычаг и шкив. В этом контексте "инженер" означает лицо, которое осуществляет практические и полезные изобретения.По всем имеющимся данным термин происходит от фр. Ingnierie транзитом или через русский язык - "инженерия" или через польский - Inżynieria. Этот термин является производным в свою очередь, от старого французского термина engigneor, что означает конструктор военных машин.
Английские слова engineering и engineer, хотя и сходные по звучанию, имеют иное происхождение. Более того, они не происходят, как можно было бы предположить, от слова engine ( машина), а от латинского термина ingeniosus - образованный человек.
1.2. Практика применения термина
Некоторое время срок был малораспространенных (некоторые словари если и подают его, то с пометкой "устаревшее"), но в последнее время активно восстанавливается, особенно в таких сочетаниях, как "Генная инженерия", "инженерия программного обеспечения" (software engineering), "Инженерия знаний" (knowledge engineering) и другие.2. Этапы развития классической инженерии
Антикитерський механизм, основной
фрагмент
Чертежный стол - главный инструмент
инженера-конструктора 20-го века
Первый (праинженерний) этап был этапом становления инженерной деятельности в Древнем мире, связанным главным образом со строительством и архитектурой. Он ознаменовал собой резкий скачок в развитии общественных форм технической деятельности, первый узловой момент ее истории.
Древнейшее известное имя инженера - Имхотеп, один из чиновников фараона Джосера и который был проектантом и строителем ступенчатой пирамиды в Саккаре в годы около 2630-2611 до н.э. Полагают также, что он был первым, кто использовал колонны в архитектуре. Выдающимися инженерами этой эпохи были выходцы знаменитой Александрийской школы: Герон Александрийский, Ктесибий, Архимед, а также римский архитектор Марк Витрувий Поллион, который написал труд "Десять книг об архитектуре".
Примеры достижений древней инженерии является сооружения, такие как Акрополь и Парфенон в Греции, Колизей в Древнем Риме, Висячие сады Семирамиды и пирамиды Египет.
Второй (перединженерний) этап инженерии начался в эпоху Возрождения и развивался в условиях феодальных отношений и зарождения машинного производства. Основной сферой инженерной деятельности продолжает оставаться строительство, а также создание военной техники (метательных, стенобитных и других машин). И потому в "Энциклопедии" Дидро и Д'Аламбера инженер определяется как строитель военных укреплений и машин. Выдающимся инженером эпохи Возрождения был Леонардо да Винчи, художник, архитектор, механик, экспериментатор и изобретатель, гениальность которого была подтверждена глубокими техническими знаниями.
Третий этап становления инженерии имел место в эпоху промышленного переворота и распространения рабочих машин на базе парового двигателя. Первый паровой двигатель построил в 1698 году инженер-механик Томас Севери. Изобретения Томаса Севери и Джеймса Ватта привели к созданию в Великобритании современного машиностроения. Разработка специализированных машин и инструментов в ходе промышленного переворота позволила ввести массовое производство, что привело к быстрому развитию этой отрасли.
Четвертый этап представлял развитие инженерии на основе системы машин и технических наук в условиях развития промышленности в XIX в. В середине ХIХ в. развитие науки, вызванный потребностями материально-технического производства, привел к возникновению социальных институтов технических наук и научно обоснованной технической деятельности, которая с этого времени стала считаться инженерной. С этих пор техническая подготовка производства становится главным инженерной и, прежде всего, конструкторской и технологической, а инженер - это уже преимущественно машиностроитель.
В настоящее время появилась также такая отрасль инженерии как химическая технология в связи с возникновением потребности в новых материалах и новых технологических процессах, необходимых для производства в промышленных масштабах. Спрос был настолько сильным, что возникла новая отрасль промышленности, которая занимается разработкой и серийным производством химических соединений. Роль химической технологии заключается в разработке и эксплуатации заводов, производящих химикаты.
Инженерия электрическая берет свое начало в экспериментах XIX века, которые провели Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Георг Ом, Андре-Мари Ампер и другие. Основным результатом проведенных экспериментов было изобретение электрического двигателя.
Работы Джеймса Максвелла и Генриха Герца в конце XIX века положила начало электроники. Следующие изобретения вакуумной лампы и транзистора привели к развитию электроники и электротехники.
Пятый этап - формирование современной инженерии в эпоху бурного развития информационных технологий. Во второй половине ХХ в. происходит качественный скачок в развитии социальной функции науки как непосредственной производительной силы. Носителями этой функции становятся инженеры, деятельность которых и является основным каналом превращения достижений науки в технические системы и технологии. Инженерию не следует отождествлять с наукой, даже технической. Если ученый преследует познавательные цели, то перед инженером всегда стоит конкретная практическая задача - создать технический или технологический объект, причем в течение ограниченного промежутка времени и с минимальными затратами. Инженерия имеет смысл лишь тогда, когда ее результаты имеют практическую реализацию. Инженерия в современных условиях - это техническое применение науки, направленное производство техники и удовлетворение технических потребностей общества.
3. Основные черты инженерии
Первое, на что обращается внимание при характеристике инженерии, это то, что она направлена на деятельность в сфере материального производства или деятельность, которая направлена на решение задач материального производства. Отсюда - техническая направленность инженерии. Цель инженерной деятельности состоит в создании техники, технологии и эффективного их использования в системе общественного производства. Помимо этого инженер лишен предмета своей деятельности.Следующая характерная особенность инженерии состоит в том, что она направлена на разрешение противоречий между объектом (природой) и субъектом (обществом), на процесс превращения природного в социальное, естественного в искусственное. Для инженерии техника выступает как "естественно-искусственная" система, которая решает технические противоречия естественного и искусственного в сфере ее деятельности. Отсюда - двойственная ориентация инженерии: на науку, занимающуюся изучением природы, и производство, содержащий определенный практический опыт.
Большую часть интеллектуального потенциала инженера составляют научные знания, в рамках которых обобщаются данные опыта. Конечно, совсем не обязательно обладать развитой научной теорией для конструирования и изготовления простых технических средств. Добротные часы на зубчатых шестернях создали без теории машин и механизмов, которая появилась значительно позже. Но сложную современную технику без применения научных знаний создать невозможно. Так, без использования достижений физики полупроводников невозможно создать электронные часы, а без знания электроники, информатики и еще целого комплекса наук невозможно создать вычислительную машину. Эти обстоятельства определяют место инженерии и сам характер этой деятельности. Сфера существования инженерии занимает промежуточное положение между теорией и практикой, работа инженера является умственным трудом в сфере материального производства.
В процессе применения открытых естественными науками законов для проектирования, конструирования, изготовления и совершенствования техники и технологии эти законы нужно не только модифицировать в форму удобную для их применения, но и воплотить их в новой технике и технологии. Этот процесс является сложным, ответственным и интересным в инженерии. Именно он придает этой деятельности творческий характер. Творчество - одна из важнейших черт инженерной деятельности.
Структурными элементами инженерного творчества являются:
- отражение и осмысление технической потребности как проблемы технического прогресса;
- вынашивания новой технической идеи;
- разработка идеальной модели технического устройства;
- конструирование - переход от идеальной модели к созданию нового технического устройства на основе математических и технических расчетов, создание нового промышленного образца.
Однако строгую грань между изобретением и открытием провести трудно из-за того, что и первое, и второе является результатом мыслительной деятельности. И поэтому бывает трудно установить, сделано в каком-то конкретном случае изобретение или открытие. Часто то и другое имеют одни и те же психологические механизмы и могут происходить при проведении одного исследования, или одно из них создает предпосылки для другого. При этом в одних случаях открытие создает объективную базу для технических изобретений. Так открытие свойств электричества привело к изобретению электродвигателя. В других, наоборот, в изобретенном объекте впоследствии открывают нечто новое, до того было неизвестно. Э. Торричелли сначала изобрел барометр, а уже позже открыл атмосферное давление.
Лишь на первых этапах становления инженерной деятельности изобретательство опиралось на эмпирический уровень знания. В условиях же развитой технической науки всякое изобретение основывается на тщательных инженерных исследованиях и сопровождается ими. С развитием массового производства возникает необходимость его специальной проектно-конструкторской подготовки. Конструирование представляет собой разработку конструкции технической системы, которая затем материализуется в процессе его изготовления на производстве. Стадия изготовления связана с монтажом уже готовых элементов конструкции и с параллельным изготовлением новых элементов. Функции инженера в данном случае заключаются в организации производства конкретного класса изделий и разработке технологии изготовления определенной конструкции технической системы.
Технические проблемы, возникающие на определенном отдельном производстве, в той или иной технической области или в обществе в целом ставят перед инженерами определенные технические задачи. Так, например, "энергетический голод" ставит перед инженерией задача нахождения и практического использования новых источников энергии. Противоречия между поставленными техническими заданиями и возможностью их решения на основе существующих технических средств порождает техническую проблему создания соответствующих технических решений. При этом инженер должен так сформулировать конкретную техническую задачу, чтобы в ней в неявной форме, как бы в виде предчувствия содержалась конкретная техническая идея решения этой задачи. Через сложный и противоречивый процесс проектирования, а затем конструирование и изготовление техническая проблема получает свое решение.
Разделение труда в области инженерии неизбежно ведет к специализации инженеров, работающих преимущественно в сфере либо инженерного исследования, либо конструирования, либо организации производства и технологии изготовления технических систем. С появлением и развитием технических наук изменилась и сама инженерная деятельность. В ней постепенно выделились новые направления, тесно связанные с научной деятельностью (но не сводятся к ней), с обработкой общей идеи, замысла создаваемой системы, изделия, сооружения или устройства и прежде всего - проектирование.
4. Методология инженерии
Компьютерное моделирование запуска
космического аппарата
В общем, задача каждого инженера есть понимание цели задания, требований и ограничений относительно ожидаемого результата или продукта. Обычно не является достаточным произвольное проектирования и выполнения, необходимо учитывать дополнительные условия. Это может быть связано с требованиями качества, наличия сырья, энергоемкости решений, технических или физических ограничений и возможности вносить изменения в существующие решения, простота изготовления, реализации и обслуживания. Только учитывая все потенциальные потребности пользователей, технологические и экономические ограничения, инженер может приступить к разработке и выполнению полученного задания.
4.1. Решение проблем
При решении поставленных задач инженер, как правило, находит несколько возможных решений. Поэтому нужно оценивать решения проблем с точки зрения их пригодности, безопасности и экономики, и на этой основе выбирать решения, которые наилучшим образом соответствуют начальным требованиям. Создание соответствующей математической модели, которая позволяет проанализировать и протестировать возможные решения, как правило, является незаменимым инструментом для инженеров.После анализа многих существующих патентов Генрих Альтшуллер сформулировал тезисы, что "нижний уровень" инженерных решений основывается на компромиссах, в то время как "верхний уровень" деятельности инженера позволяет выбрать решение, которое решает основную проблему задачи.
4.2. Проверка решений
В инженерии широко используются технические испытания и анализ перед введением технических решений, с тем чтобы оценить их работоспособность. Используются для этого: прототипы, масштабируемые или упрощенные модели, вычислительное моделирование, разрушительные и неразрушающие испытания и испытания на усталость. Задачей испытаний является обеспечение гарантий работоспособности технического решения по предварительным предположениям.Внедрение инженерных решений часто сопровождается серьезной ответственностью. Инженеры должны разрабатывать и внедрять решения, не приводящие к неожиданным или непреднамеренных убытков. Поэтому в готовое решение часто закладывают запас прочности, чтобы уменьшить риск сбоя. Однако, чем больше запас прочности, ты менее эффективным само решение.
4.3. Применение вычислительной техники
Компьютеры являются важным инструментом современной инженерии. Они поддерживают деятельность инженеров на каждом этапе работы, от проектирования до производства и управления оборудованием.Использование компьютеров для проектирования позволяет ускорить и облегчить этот процесс. Во многих случаях, компьютерное моделирование позволяет избежать дорогих в разработке и испытании прототипов. Специализированное программное обеспечение предлагает инженеру базы данных готовых решений для использования в текущей работе, и способно генерировать управляющее программное обеспечение для станков с ЧПУ, что значительно упрощает подготовку к процессу производства.
Компьютеры широко используются на стадии производства, как основа автоматизации, обеспечивая контроль скорости и точность этого процесса на уровне, который не доступен человеку.
5. Основные области инженерии
Инженерия, как и другие отрасли, охватывающих широкое поле человеческой деятельности, обычно разбивается на несколько подотраслей. Эти подотрасли охватывают различные виды инженерных работ. Хотя, как правило, инженер получает образование по конкретной специальности, во время профессиональной деятельности инженер может стать многопрофильным, поработав в нескольких выбранных областях. Инженерия можно разделить на четыре основные подотрасли: [1]- Химические технологии - применение физики, химии, биологии и инженерных принципов в целях осуществления химических процессов в промышленных масштабах.
- Строительное дело - проектирование и строительство промышленных и гражданских сооружений, сооружений инфраструктуры ( аэропорты, автомобильные дороги, железных дорог, систем водоснабжения и очистных сооружений, мостов и т.д.), гидротехнических сооружений ( плотины, дамбы, каналы).
- Электротехника - разработка и исследование различных электрических и электронных систем, таких как: электрические цепи, генераторы, двигатели, электромагнитные / электромеханические устройства, электронные устройства и схемы, оптические технологии и оптоэлектроника, компьютерные системы, телекоммуникации, средства измерительной техники, элементы автоматизированных систем управления и электроники.
- Машиностроение - разработка и изготовление технических систем, таких, как силовое и энергетическое оборудование, продукция аэрокосмической отрасли и самолетостроения, вооружение, средства транспорта, компрессоры, механические передачи, кинематические цепи, оборудование вакуумных технологий и др..
Новые специализации формируются обычно в сочетании с традиционными направлениями и завершаются формирование новых ветвей. Новые направления или новые сферы применения как правило определяются как временные путем перестановки множества существующих дисциплин, однако, когда данное направление становится признанным он попадает в классификацию как новая отрасль. Одним из ключевых показателей этого признания является появление в ведущих университетах новых департаментов и программ в этой новой области.
Для каждой из упомянутых отраслей инженерии существует одна общая черта - применение в своих дисциплинах таких наук, как физика, химия и математика.
6. Современные тенденции трансформации инженерии
Выделение стадии проектирования в области инженерии и ее формирование в самостоятельную отрасль деятельности во второй половине ХХ века привело к кризису традиционного инженерного мышления, ориентированного на применение знаний лишь естественных и технических наук и создания относительно простых технических систем. Результатом этого кризиса было формирование системотехнической деятельности, ориентированной на создание сложных технических систем.6.1. Системотехника
Прогрессирующая дифференциация и развитие специализации инженерной деятельности по отдельным видам, обусловливает необходимость согласования работы инженерных работников на различных этапах создания новой техники, то есть - ее интеграции. А для осуществления такой интеграции требуются особые специалисты - инженеры-системотехники.Системотехническая деятельность неоднородна и включает в себя различные виды инженерных разработок и научных исследований. Системотехническая деятельность осуществляется различными группами специалистов, занимающихся разработкой отдельных подсистем. Расчленение сложной технической системы на подсистемы идет по разным признакам: в соответствии со специализацией, существующей в технических науках; по методам и технологиям изготовления, за структурным построением проектных учреждений. Кроме того, для реализации системотехнической деятельности требуется группа особых специалистов-универсалов - координаторов (главный конструктор, руководитель темы, главный специалист проекта или службы научной координации, руководитель научно-тематического отдела). Эти специалисты осуществляют координацию и научно-тематическое руководство в первую очередь в плане объединения различных подсистем, и в плане объединения отдельных операций системотехнической деятельности в единое целое.
Обычно системотехнических деятельность состоит из шести фаз:
- подготовка технического задания (анализ потребности, изучение проектной проблемы, синтез вариантов возможных решений, определение физической возможности реализации решения проблемы, выбор экономически рентабельных решений, формирование множества пригодных решений);
- предпроектная стадия для выбора наилучшей проектной идеи (выбор перспективного решения, формулировки математических моделей, определение критических проектных параметров, анализ совместимости составляющих проектируемой системы и ее стабильности, анализ резерва развития конструкции, прогнозирование поведения системы в будущем, экспериментальная проверка идеи, устранение сложностей и упрощения проекта )
- разработка эскизного проекта (обоснование бюджета и организации проектирования, предварительное проектирование подсистем, проектирование компонентов, изготовление технической документации на все составляющие и систему в целом, изготовление прототипа системы, проверка, анализ и совершенствование системы);
- изготовление и внедрение (планирование производства, распределения и потребления);
- эксплуатация;
- оценка.
Комментариев нет:
Отправить комментарий