Engenharia
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Engenharia é a disciplina e profissão de aplicação científica conhecimento e utilizando as leis naturais e os recursos físicos, a fim de conceber e implementar materiais, estruturas, máquinas, dispositivos, sistemas e processos que realizam um objectivo desejado e satisfazem os critérios especificados. O Conselho dos engenheiros americanos para Desenvolvimento Profissional (ECPD, o antecessor de ABET) definiu engenharia como se segue:
"[T] ele aplicação criativa de princípios científicos para projetar ou desenvolver estruturas, máquinas, aparelhos, ou processos de fabrico, ou trabalhos utilizando-os isoladamente ou em combinação; ou para construir ou operar o mesmo com pleno conhecimento da sua concepção; ou para prever o seu comportamento sob condições operacionais específicas; todos os aspectos como uma função pretendida, a economia de operação e segurança à vida e à propriedade ".
Aquele que pratica a engenharia é chamado de engenheiro, e aqueles licenciados para fazê-lo pode ter denominações mais formais, como O coordenador profissional, Engenheiro Chartered, ou Engenheiro incorporado. A ampla disciplina de engenharia engloba uma gama de mais especializado subdisciplinas, cada um com uma ênfase mais específica sobre determinados domínios de aplicação e áreas específicas de tecnologia .
História
O conceito de engenharia existe desde os tempos antigos, como seres humanos concebidos invenções fundamentais, como o polia, alavanca, e roda . Cada uma dessas invenções é consistente com a definição moderna de engenharia, explorando princípios mecânicos básicos para desenvolver ferramentas e objetos úteis.
O próprio termo engenharia tem uma etimologia muito mais recente, derivando da palavra engenheiro, que se remonta a 1325, quando um engine'er (literalmente, aquele que opera um motor) referiu original "um construtor de motores militares". Em Neste contexto, agora obsoleto, um "motor" se refere a uma máquina militar, ou seja, uma engenhoca mecânica usados na guerra (por exemplo, um catapulta). A palavra "motor" em si é de origem ainda mais antiga, em última análise, decorrente da Latin engenho (c. 1250), que significa "qualidade inata, especialmente energia mental, portanto, uma invenção inteligente."
Mais tarde, como o projeto de estruturas civis, como pontes e edifícios amadureceu como disciplina técnica, o termo engenharia civil entrou no léxico como uma forma de distinguir entre aqueles especializados na construção de tais projetos não-militares e as pessoas envolvidas na disciplina mais velho de engenharia militar (o significado original da palavra "engenharia", agora em grande parte obsoleto, com exceções notáveis que sobreviveram até os dias atuais, como corpo de engenharia militar, por exemplo, o US Army Corps of Engineers).
O Acrópole eo Partenon na Grécia , a romanos aquedutos, Via Appia eo Coliseu , o Jardins Suspensos da Babilônia, o Farol de Alexandria , as pirâmides no Egito , Teotihuacán e as cidades e pirâmides da Maia , Inca e Asteca Empires, a Grande Muralha da China , entre muitos outros, permanecem como um testemunho da engenhosidade e habilidade dos antigos engenheiros civis e militares.
O mais antigo engenheiro civil conhecido pelo nome é Imhotep. Como um dos funcionários da Faraó, Djoser, ele provavelmente projetou e supervisionou a construção do Pirâmide de Djoser (o Passo Pyramid) a Saqqara em Egito em torno de 2630- 2611 aC. Ele também pode ter sido responsável pelo primeiro uso conhecido de colunas em arquitetura .
O primeiro engenheiro eléctrico é considerado William Gilbert, com a publicação de 1600 De Magnete, que foi o criador do termo " eletricidade ".
A primeira máquina a vapor foi construído em 1698 pelo engenheiro mecânico Thomas Savery. O desenvolvimento deste dispositivo deu origem à revolução industrial nas próximas décadas, permitindo o início de produção em massa.
Com a ascensão da engenharia como uma profissão no século XIX, o termo tornou-se mais estritamente aplicada a campos em que a matemática ea ciência foram aplicadas para esses fins. Da mesma forma, para além de engenharia militar e civil, os campos em seguida, conhecida como a artes mecânicas tornou-se incorporado engenharia.
Engenharia Elétrica pode traçar suas origens nas experiências de Alessandro Volta em 1800, os experimentos de Michael Faraday , Georg Ohm e outros e a invenção do motor elétrico em 1872. O trabalho de James Maxwell e Heinrich Hertz no final do século 19 deu origem ao campo da eletrônica . As invenções posteriores do e o tubo de vácuo transistor acelerou ainda mais o desenvolvimento da eletrônica, de tal forma que os engenheiros elétricos e eletrônicos atualmente superam seus colegas de qualquer outra especialidade de Engenharia.
As invenções de Thomas Savery eo engenheiro escocês James Watt deu origem à moderna engenharia mecânica . O desenvolvimento de máquinas especializadas e suas ferramentas de manutenção durante a revolução industrial levou ao rápido crescimento da Engenharia Mecânica, tanto em seu lugar de nascimento Grã-Bretanha e no exterior.
Mesmo que em sua forma moderna engenharia mecânica originado na Grã-Bretanha, as suas origens remontam à antiguidade cedo onde as máquinas ingênuas foram desenvolvidos tanto no domínio civil e militar. O Mecanismo de Antikythera, o modelo mais antigo conhecido de um computador mecânico na história, e os mecânicos invenções de Arquimedes , incluindo o seu raio da morte , são exemplos de engenharia mecânica precoce. Algumas das invenções de Arquimedes, assim como o mecanismo de Antikythera exigia conhecimento avançado de engrenagens diferencial ou engrenagem epicicloidal, dois princípios fundamentais na teoria máquina que ajudou a projetar o trens de engrenagens da revolução industrial e ainda hoje são amplamente utilizados em diversos campos, como robótica e engenharia automotiva.
Engenharia Química, como o seu homólogo Engenharia Mecânica, desenvolvido no século XIX durante a Revolução Industrial . Fabricação em escala industrial exigiram novos materiais e novos processos e em 1880 a necessidade de produção em grande escala de produtos químicos foi tal que uma nova indústria foi criada, dedicada ao desenvolvimento e fabricação em grande escala de produtos químicos em novas plantas industriais. O papel do engenheiro químico era a concepção destas plantas e processos químicos.
Engenharia Aeronáutica lida com aeronaves de design enquanto Engenharia Aeroespacial é um termo mais moderno que expande o alcance envelope da disciplina através da inclusão projeto da nave espacial. Suas origens remontam aos pioneiros da aviação em torno da virada do século do século 19 para o 20, embora o trabalho de Sir George Cayley foi recentemente datado como sendo da última década do século 18. Conhecimento precoce de engenharia aeronáutica foi em grande parte empírico com alguns conceitos e habilidades importadas de outros ramos da engenharia. Apenas uma década depois dos vôos bem sucedidos pelos irmãos Wright , a década de 1920 viu um extenso desenvolvimento de engenharia aeronáutica, através do desenvolvimento da Primeira Guerra Mundial aeronaves militares. Entretanto, a investigação científica para fornecer fundamentais fundo continuou combinando física teórica com experimentos.
O primeiro PhD em engenharia (tecnicamente, ciência aplicada e engenharia) concedido nos Estados Unidos foi para Willard Gibbs em Universidade de Yale em 1863; ele também foi o segundo concedido PhD em ciência em os EUA
Em 1990, com a ascensão do computador tecnologia, o primeiro motor de busca foi construída por engenheiro de computação Alan Emtage.
Principais ramos da engenharia
Engenharia, bem como ciência, é uma disciplina ampla que muitas vezes é dividido em várias sub-disciplinas. Estas disciplinas se preocupar com diferentes áreas de trabalho de engenharia. Embora, inicialmente, um engenheiro serão treinados em uma disciplina específica, ao longo da carreira de um engenheiro o engenheiro pode tornar-se multi-disciplinar, tendo trabalhado em várias das áreas descritas. Historicamente os principais ramos da engenharia são classificados da seguinte forma:
- Engenharia Aeroespacial - O design de aeronaves , nave espacial e assuntos relacionados.
- Engenharia Química - A conversão de matérias-primas em produtos utilizáveis.
- Engenharia Civil - A concepção e construção de obras públicas e privadas, tais como infra-estrutura , pontes e edifícios.
- Engenharia Elétrica - O projeto de sistemas elétricos, tais como transformadores, bem como produtos eletrônicos.
- Engenharia Mecânica - O projeto de sistemas físicos ou mecânicos, tais como motores, motorizações, cadeias cinemáticas e equipamento de isolamento de vibração.
Com o rápido avanço da Tecnologia muitos novos campos estão ganhando destaque e novos ramos estão desenvolvendo como Engenharia da Computação, Engenharia de Software, Nanotecnologia, Engenharia molecular, Mecatrônica etc. Estas novas especialidades muitas vezes, combinam com os campos tradicionais e formar novos ramos, tais como Engenharia Mecânica e Mecatrônica e Engenharia Elétrica e de Computação.
Para cada um destes campos existe sobreposição considerável, especialmente nas áreas da aplicação das ciências às suas disciplinas, como física, química e matemática.
Metodologia
Engenheiros aplicar as ciências da física e da matemática para encontrar soluções adequadas para os problemas ou para fazer melhorias no status quo. Se existirem várias opções, os engenheiros pesar diferentes opções de design em seus méritos e escolher a solução que melhor corresponda às exigências. A tarefa crucial e exclusivo do engenheiro é identificar, entender e interpretar as restrições sobre um projeto, a fim de produzir um resultado bem-sucedido. Ele geralmente não é suficiente para construir um produto tecnicamente bem-sucedida; ele também deve atender a outras exigências. As restrições podem incluir recursos disponíveis, limitações físicas, criativas ou técnicos, flexibilidade para modificações e acréscimos futuros, e outros fatores, tais como os objectivos de custo, segurança, negociabilidade, productibility, e facilidade de manutenção. Ao compreender os constrangimentos, os engenheiros derivar especificações para os limites dentro dos quais um objeto viável ou sistema pode ser produzidas e operadas.
Solução de problemas
Os engenheiros usam seus conhecimentos de ciência , matemática e experiência adequada para encontrar soluções adequadas para um problema. Engenharia é considerado um ramo da matemática aplicada e ciência. Criando um adequado modelo matemático de um problema que lhes permite analisar (por vezes definitivamente), e para testar soluções potenciais. Normalmente existem múltiplas soluções razoáveis, de modo que os engenheiros devem avaliar o diferente projetar escolhas em seus méritos e escolher a solução que melhor atenda às suas necessidades. Genrich Altshuller, depois de reunir estatísticas sobre um grande número de patentes, que sugeriu compromissos estão no centro de " de baixo nível "projetos de engenharia, enquanto em um nível superior o melhor projeto é aquele que elimina a contradição central causando o problema.
Os engenheiros normalmente tentam prever o quão bem os seus desenhos irão realizar as suas especificações antes da produção em grande escala. Eles utilizam, entre outras coisas: protótipos, maquetes, simulações, ensaios destrutivos, testes não destrutivos, e testes de stress. O teste assegura que os produtos terá o desempenho esperado. Engenheiros como profissionais de levar a sério a sua responsabilidade para produzir desenhos que irá executar como esperado e não irá causar danos não intencionais ao público em geral. Engenheiros tipicamente incluem um fator de segurança em seus projetos para reduzir o risco de falha inesperada. No entanto, quanto maior for o factor de segurança, o menos eficiente do desenho pode ser.
O uso do computador
Tal como acontece com todos os modernos científicos e tecnológicos esforços, computadores e software de jogo um papel cada vez mais importante. Bem como o negócio típico software de aplicação, há uma série de aplicações de concepção assistida por computador ( CAx) especificamente para a engenharia. Os computadores podem ser usadas para gerar modelos de processos físicos fundamentais, que podem ser resolvidos usando Métodos Numéricos.
Uma das ferramentas mais utilizadas na profissão é software assistida por computador (CAD), que permite que os engenheiros para criar modelos 3D, desenhos 2D e esquemas de seus projetos. Juntamente com CAD Mockup Digital (DMU) e CAE software tal como análise de elementos finitos permite que os engenheiros para criar modelos de projetos que podem ser analisados sem ter que fazer protótipos físicos caros e demorados. Estes permitem que os produtos e componentes a serem verificados em busca de falhas; avaliar o ajuste e montagem; ergonomia de estudo; e analisar características estáticas e dinâmicas de sistemas, tais como tensões, temperaturas, as emissões eletromagnéticas, correntes elétricas e voltagens, níveis de lógica digital, fluxos de fluidos, e cinemática. Acesso e distribuição de toda esta informação é geralmente organizada com o uso de Software de gerenciamento de dados do produto.
Há também muitas ferramentas para apoiar as tarefas de engenharia específicos, tais como Fabricação de software assistida por computador (CAM) para gerar Instruções de usinagem CNC; Fabricação de software Process Management para engenharia de produção; EDA para placa de circuito impresso (PCB) e circuito esquemas para engenheiros eletrônicos; Aplicações de MRO para gestão da manutenção; e Software de AEC para a engenharia civil.
Nos últimos anos, o uso de software de computador para auxiliar no desenvolvimento de produtos tem vindo a ser conhecido colectivamente como Product Lifecycle Management (PLM).
Engenharia em um contexto social
Engenharia é um assunto que varia de grandes colaborações para pequenos projetos individuais. Quase todos os projetos de engenharia estão em dívida com algum tipo de agência de financiamento: uma empresa, um conjunto de investidores, ou um governo. Os poucos tipos de engenharia que são minimamente restritas por tais questões são pro bono engenharia e engenharia aberto design.
Por sua própria natureza de engenharia está ligada com a sociedade eo comportamento humano. Cada produto ou construção utilizados pela sociedade moderna terá sido influenciado pelo projeto de engenharia. Projeto de engenharia é uma ferramenta muito poderosa para fazer alterações em meio ambiente, sociedade e economia, e sua aplicação traz consigo uma grande responsabilidade, como representado por muitos dos Códigos de Instituições de Engenharia de prática e ética . Considerando que a ética médica é um campo bem estabelecido com considerável consenso, a ética de engenharia está muito menos desenvolvida, e projetos de engenharia podem ser objecto de controvérsia considerável. Apenas alguns exemplos disto e de diferentes disciplinas de engenharia são o desenvolvimento de armas nucleares , a Barragem das Três Gargantas , a concepção e utilização de Veículos Utilitários Esportivos e a extração de óleo. Há uma tendência crescente entre empresas de engenharia ocidentais para decretar sério Empresas corporativas e políticas de responsabilidade social, mas muitos não têm estes.
Engenharia é um motor importante do desenvolvimento humano. A África Subsaariana, em especial, tem uma pequena capacidade de engenharia que resulta em muitas nações africanas, sendo incapazes de desenvolver infra-estruturas cruciais, sem ajuda externa. A realização de muitos dos Desenvolvimento do Milénio exige a realização de capacidade de engenharia suficientes para desenvolver infra-estruturas e do desenvolvimento tecnológico sustentável. Todas as ONGs de desenvolvimento e alívio no exterior fazem uso considerável de engenheiros para aplicar soluções em cenários de desastres e desenvolvimento. Uma série de organizações de caridade como objectivo usar a engenharia diretamente para o bem da humanidade:
- Engenheiros Sem Fronteiras
- Engenheiros Contra a Pobreza
- Engenheiros registados para Disaster Relief
- Engenheiros para um Mundo Sustentável
Presença Cultural
A engenharia é uma profissão bem respeitado. Por exemplo, no Canadá, que classifica como uma das profissões mais confiáveis do público.
Às vezes, a engenharia tem sido visto como um campo um tanto seco, sem interesse na cultura popular , e também foi pensado para ser o domínio de nerds. Por exemplo, o personagem de banda desenhada Dilbert é um engenheiro. Uma dificuldade em aumentar a consciência pública da profissão é que as pessoas comuns, no prazo típico da vida comum, não nunca ter quaisquer contactos pessoais com os engenheiros, embora eles se beneficiam de seu trabalho todos os dias. Por outro lado, é comum para visitar um médico pelo menos uma vez por ano, o revisor oficial de contas no tempo do imposto, e, ocasionalmente, até mesmo um advogado.
Isso nem sempre foi assim - a maioria dos alunos britânicos na década de 1950 foram criadas com agitação contos de 'dos Engenheiros vitorianos', chefe entre os quais estavam o Brunels , os Stephensons , Telford e seus contemporâneos.
Em engenheiros de ficção científica são retratados frequentemente como indivíduos altamente experientes e respeitáveis que compreendem a esmagadora futuras tecnologias muitas vezes retratados no gênero. As Star Trek personagens Montgomery Scott, Geordi La Forge, Miles O'Brien, B'Elanna Torres, e Charles Tucker são exemplos famosos.
Ocasionalmente, os engenheiros podem ser reconhecidas pelo " Anel de Ferro. "- Um anel de aço ou ferro inoxidável usado no dedo mindinho da mão dominante Esta tradição começou em 1925 no Canadá por o Ritual da chamada de um engenheiro como um símbolo de orgulho e obrigação para a profissão de engenharia. Alguns anos mais tarde, em 1972 essa prática foi adotada por várias faculdades nos Estados Unidos. Os membros de os EUA Ordem do Engenheiro aceitar este anel como um compromisso de defender a orgulhosa história da engenharia. A Nome do engenheiro profissional pode ser seguido pelo letras pós-nominais PE ou P.Eng na América do Norte. Em grande parte da Europa um engenheiro profissional é indicado pelas letras IR, enquanto no Reino Unido e grande parte da Commonwealth o termo Engenheiro Chartered se aplica e é indicado pelas letras CENG.
Relações com outras disciplinas
Ciência
Os cientistas estudam o mundo como ele é; engenheiros criar o mundo que nunca foi.- Theodore von Karman
Existe uma sobreposição entre as ciências e práticas de engenharia; em engenharia, aplica-se ciência. Ambas as áreas da atividade dependem de observação acurada de materiais e fenômenos. Ambos usam matemática e critérios de classificação para analisar e comunicar observações. Os cientistas são esperados para interpretar as suas observações e fazer recomendações de especialistas para a ação prática com base nessas interpretações. Os cientistas também pode ter para completar as tarefas de engenharia, como a concepção de aparelhos ou de construção de protótipos experimentais. Por outro lado, no processo de desenvolvimento de engenheiros de tecnologia, por vezes, encontram-se a explorar novos fenômenos, tornando-se assim, para o momento, os cientistas.
No livro O que engenheiros sabem e como eles sabem disso, Walter Vincenti afirma que pesquisa de engenharia tem um caráter diferente da de investigação científica. Em primeiro lugar, muitas vezes lida com áreas em que a base física e / ou química são bem compreendidos, mas os próprios problemas são muito complexos para resolver de forma exata. Exemplos são o uso de aproximações numéricas para as equações de Navier-Stokes para descrever o fluxo aerodinâmico sobre uma aeronave, ou o uso de Regra de Miner para calcular danos por fadiga. Segundo, a pesquisa de engenharia emprega muitos métodos semi-empíricos que são estranhos a pesquisa científica pura, sendo um exemplo a método da variação do parâmetro.
Como afirmado por Fung et al. na revisão do texto clássico de engenharia, Fundamentos da Mecânica dos Sólidos,
"A engenharia é bastante diferente da ciência. Os cientistas tentam entender a natureza. Os engenheiros tentam fazer as coisas que não existem na natureza. Engineers salientar invenção. Para encarnar uma invenção do engenheiro deve colocar sua idéia em termos concretos, e projetar algo que as pessoas podem usar. Isso é algo que pode ser um dispositivo, um aparelho, um material, um método, um programa de computação, uma experiência inovadora, uma nova solução para um problema, ou uma melhoria no que se existente. Uma vez que um desenho tem de ser concreto, deve ter sua geometria, dimensões e números característicos. Quase todos os engenheiros que trabalham em novos projetos achar que eles não têm todas as informações necessárias. Na maioria das vezes, eles são limitados pelo conhecimento científico insuficiente. Assim eles estudam matemática, física, química, biologia e mecânica. Muitas vezes eles têm a acrescentar às ciências relevantes para a sua profissão. Assim Ciências da Engenharia nascem. "
Medicina e Biologia
O estudo do corpo humano, embora a partir de diferentes direções e para diferentes fins, é um importante elo comum entre a medicina e algumas disciplinas de engenharia. Medicina procura manter, melhorar e até mesmo substituir as funções do corpo humano, se necessário, através da utilização de tecnologia . A medicina moderna pode substituir várias das funções do corpo, através da utilização de órgãos artificiais e pode alterar significativamente a função do corpo humano por meio de dispositivos artificiais tais como, por exemplo, e implantes cerebrais pacemakers. Os campos de Bionics e Bionics médicos são dedicados ao estudo de implantes sintéticos relativos aos sistemas naturais. Por outro lado, algumas disciplinas de engenharia visualizar o corpo humano como uma máquina biológica vale a pena estudar, e são dedicados a emular muitas das suas funções, substituindo biologia com tecnologia. Isto levou aos campos tais como inteligência artificial, redes neurais, lógica fuzzy, e robótica. Há também interações interdisciplinares substanciais entre engenharia e medicina.
Ambos os campos fornecer soluções para os problemas do mundo real. Isso muitas vezes requer a avançar antes fenômenos são completamente compreendidos num sentido científico mais rigoroso e, portanto, experimentação e conhecimento empírico é uma parte integrante de ambos. Medicina, em parte, estuda a função do corpo humano. O corpo humano, tal como uma máquina biológica, tem muitas funções que podem ser modeladas utilizando métodos de engenharia. O coração, por exemplo, funções muito como uma bomba, o esqueleto é como uma estrutura ligada com alavancas, o cérebro produz sinais eléctricos, etc. Estas semelhanças assim como o aumento da importância e aplicação de princípios de engenharia em Medicina, levou ao desenvolvimento do campo de engenharia biomédica que utiliza conceitos desenvolvidos em ambas as disciplinas.
Ramos emergentes da ciência, tais como Biologia de sistemas, estão se adaptando ferramentas analíticas usadas tradicionalmente para a engenharia, como a modelagem de sistemas e análise computacional, para a descrição de sistemas biológicos.
Arte
Há conexões entre a engenharia ea arte; eles são diretos em alguns campos, por exemplo, arquitetura , arquitetura da paisagem e design industrial (mesmo na medida em que essas disciplinas podem às vezes ser incluído em uma universidade de Faculdade de Engenharia); e indireta em outros. O Art Institute of Chicago, por exemplo, realizou uma exposição sobre a arte da NASA projeto aeroespacial 's. Projeto da ponte de Robert Maillart é percebido por alguns de ter sido deliberadamente artístico. No University of South Florida, professor de engenharia, através de uma subvenção com o National Science Foundation, desenvolveu um curso que liga arte e engenharia. Entre figuras históricas famosas Leonardo Da Vinci é um bem conhecido Renaissance artista e engenheiro, e um excelente exemplo da nexo entre arte e engenharia.
Outros campos
Em ciência política da engenharia termo foi emprestado para o estudo dos temas de A engenharia social e Engenharia política, que lidam com a formação política e estruturas sociais, utilizando a metodologia de engenharia juntamente com ciência política princípios.
