Maschinenbau - Engineering

Der InSight- Lander mit Sonnenkollektoren in einem Reinraum eingesetzt
Die Dampfmaschine , der Hauptantrieb der Industriellen Revolution , unterstreicht die Bedeutung der Ingenieurskunst in der modernen Geschichte. Diese Strahlmaschine ist in der Technischen Universität von Madrid ausgestellt .

Ingenieurwesen ist die Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien , um Maschinen, Bauwerke und andere Gegenstände zu entwerfen und zu bauen, einschließlich Brücken, Tunnel, Straßen, Fahrzeuge und Gebäude. Die Fachrichtung Ingenieurwissenschaften umfasst ein breites Spektrum spezialisierterer Ingenieurwissenschaften , die jeweils einen besonderen Schwerpunkt auf bestimmte Bereiche der angewandten Mathematik , der angewandten Wissenschaften und Anwendungsarten legen . Siehe Glossar der Ingenieurwissenschaften .

Der Begriff Technik leitet sich vom lateinischen ingenium ab , was „Klugheit“ bedeutet , und ingeniare , was „ erfinden , erfinden “ bedeutet.

Definition

Der American Engineers' Council for Professional Development (ECPD, der Vorgänger von ABET ) hat "Engineering" definiert als:

Die kreative Anwendung wissenschaftlicher Prinzipien, um Strukturen, Maschinen, Apparate oder Herstellungsverfahren oder Werke zu entwerfen oder zu entwickeln, die diese einzeln oder in Kombination verwenden; oder diese in voller Kenntnis ihres Designs zu bauen oder zu betreiben; oder ihr Verhalten unter bestimmten Betriebsbedingungen vorherzusagen; alles im Hinblick auf die beabsichtigte Funktion, die Wirtschaftlichkeit des Betriebs und die Sicherheit für Leben und Eigentum.

Geschichte

Reliefkarte der Zitadelle von Lille , entworfen 1668 von Vauban , dem bedeutendsten Militäringenieur seiner Zeit.

Ingenieurwesen gibt es seit der Antike, als Menschen Erfindungen wie den Keil, den Hebel, das Rad und die Riemenscheibe usw. erfanden.

Der Begriff Engineering ist abgeleitet von dem Wort Ingenieur , der sich bis ins 14. Jahrhundert zurückgeht, als ein engine'er (wörtlich ein, der ein oder betreibt baut Belagerungsmaschine ) bezeichnet „ein Konstruktor von Militärmaschinen.“ In diesem Zusammenhang, heute veraltet, bezeichnet ein "Motor" eine Militärmaschine, dh eine mechanische Vorrichtung, die im Krieg verwendet wird (zum Beispiel ein Katapult ). Bemerkenswerte Beispiele für den veralteten Gebrauch, die bis heute überlebt haben, sind militärische Ingenieurkorps, zB das US Army Corps of Engineers .

Das Wort "Motor" selbst ist noch älteren Ursprungs und leitet sich letztlich vom lateinischen ingenium (ca. 1250) ab, was "angeborene Eigenschaft, insbesondere geistige Kraft, daher eine kluge Erfindung" bedeutet.

Später, als der Entwurf ziviler Bauwerke wie Brücken und Gebäude zu einer technischen Disziplin gereift war, trat der Begriff Bauingenieurwesen in das Lexikon ein, um zwischen den Spezialisten für den Bau solcher nicht-militärischen Projekte und denjenigen zu unterscheiden, die sich mit dem Bau solcher nichtmilitärischen Projekte beschäftigten Disziplin der Militärtechnik .

Antike Ära

Die alten Römer bauten Aquädukte , um die Städte des Reiches mit sauberem und frischem Wasser zu versorgen.

Die Pyramiden im alten Ägypten , die Zikkurats von Mesopotamien , die Akropolis und der Parthenon in Griechenland, die römischen Aquädukte , die Via Appia und das Kolosseum, Teotihuacán und der Brihadeeswarar-Tempel von Thanjavur zeugen unter anderem vom Einfallsreichtum und Können der Antike Zivil- und Militäringenieure. Andere Denkmäler, die nicht mehr stehen, wie die Hängenden Gärten von Babylon und der Pharos von Alexandria , waren wichtige technische Errungenschaften ihrer Zeit und zählten zu den Sieben Weltwundern der Antike .

Die sechs klassischen einfachen Maschinen waren im alten Vorderen Orient bekannt . Der Keil und die schiefe Ebene (Rampe) waren seit prähistorischer Zeit bekannt. Das Rad wurde zusammen mit dem Rad- und Achsmechanismus im 5. Jahrtausend v. Chr. In Mesopotamien (dem heutigen Irak) erfunden . Das Hebelwerk tauchte erstmals vor rund 5.000 Jahren im Nahen Osten auf , wo es in einer einfachen Unruhwaage und zum Bewegen großer Objekte in altägyptischer Technik eingesetzt wurde . Der Hebel auch in der verwendet wurde , Schaduf Wasser-Hebevorrichtung, die erste Kran - Maschine, die in Mesopotamien erschien circa 3000 vor Christus, und dann in altägyptischer Technologie circa 2000 vor Christus. Die frühesten Beweise für Riemenscheiben stammen aus Mesopotamien im frühen 2. Jahrtausend v. Chr. und dem alten Ägypten während der 12. Dynastie (1991-1802 v. Chr.). Die Schraube , die letzte der einfachen Maschinen, die erfunden wurde, tauchte erstmals während der neuassyrischen Zeit (911-609) v. Chr. In Mesopotamien auf . Die ägyptischen Pyramiden wurden mit drei der sechs einfachen Maschinen gebaut, der schiefen Ebene, dem Keil und dem Hebel, um Strukturen wie die Große Pyramide von Gizeh zu schaffen .

Der früheste namentlich bekannte Bauingenieur ist Imhotep . Als einer der Beamten des Pharaos , Djosèr , entwarf und überwachte er wahrscheinlich um 2630–2611 v. Chr. den Bau der Pyramide von Djoser (der Stufenpyramide ) in Sakkara in Ägypten. Die frühesten praktischen wasserbetriebenen Maschinen, das Wasserrad und die Wassermühle , tauchten erstmals im Persischen Reich , im heutigen Irak und im Iran, im frühen 4. Jahrhundert v. Chr. Auf.

Kush entwickelte im 4. Jahrhundert v. Chr. die Sakia , die sich auf tierische Kraft anstatt auf menschliche Energie stützte. Hafirs wurden als eine Art Reservoir in Kush entwickelt, um Wasser zu speichern und zu speichern sowie die Bewässerung zu fördern. Pioniere wurden eingesetzt, um während der Militärkampagnen Damm zu bauen . Kushite Vorfahren bauten während der Bronzezeit zwischen 3700 und 3250 v. Chr. Speos . Im 7. Jahrhundert v. Chr. entstanden in Kusch auch Bloomeries und Hochöfen .

Das antike Griechenland entwickelte Maschinen sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich. Der Antikythera-Mechanismus , ein früher bekannter mechanischer Analogcomputer , und die mechanischen Erfindungen von Archimedes sind Beispiele des griechischen Maschinenbaus. Einige der Erfindungen von Archimedes sowie der Antikythera-Mechanismus erforderten hochentwickelte Kenntnisse über Differentialgetriebe oder Planetengetriebe , zwei Schlüsselprinzipien der Maschinentheorie, die bei der Entwicklung der Getriebezüge der industriellen Revolution halfen und heute noch in verschiedenen Bereichen wie der Robotik weit verbreitet sind und Fahrzeugtechnik .

Alte chinesische, griechische, römische und Hunnic Armeen militärische Maschinen und Erfindungen beschäftigt wie Artillerie , die von den Griechen um den 4. Jahrhundert vor Christus, der entwickelt wurde trireme , die Balliste und den Katapult . Im Mittelalter wurde das Trebuchet entwickelt.

Mittelalter

Die frühesten praktischen windbetriebenen Maschinen, die Windmühle und Windpumpe , tauchten erstmals während des islamischen Goldenen Zeitalters im heutigen Iran, Afghanistan und Pakistan im 9. Jahrhundert n. Chr. In der muslimischen Welt auf . Die früheste praktische dampfbetriebene Maschine war ein Dampf - Buchse durch eine angetriebenen Dampfturbine , im Jahr 1551 durch beschrieben Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf in osmanischem Ägypten .

Die Baumwollentkörnung wurde im 6. Jahrhundert n. Chr. In Indien erfunden, und das Spinnrad wurde im frühen 11. Jahrhundert in der islamischen Welt erfunden , die beide grundlegend für das Wachstum der Baumwollindustrie waren . Das Spinnrad war auch ein Vorläufer der Spinning Jenny , die während der frühen industriellen Revolution im 18. Jahrhundert eine wichtige Entwicklung darstellte . Die Kurbelwelle und die Nockenwelle wurden um 1206 von Al-Jazari in Nordmesopotamien erfunden und wurden später zu einem zentralen Bestandteil moderner Maschinen wie der Dampfmaschine , des Verbrennungsmotors und der automatischen Steuerungen .

Die frühesten programmierbaren Maschinen wurden in der muslimischen Welt entwickelt. Ein Musiksequenzer , ein programmierbares Musikinstrument , war der früheste Typ einer programmierbaren Maschine. Der erste Musiksequenzer war ein automatischer Flötenspieler , der von den Banu Musa- Brüdern erfunden und in ihrem Book of Ingenious Devices im 9. Jahrhundert beschrieben wurde. 1206 erfand Al-Jazari programmierbare Automaten / Roboter . Er beschrieb vier Automatenmusiker , darunter Schlagzeuger, die von einem programmierbaren Drumcomputer bedient werden , wo sie verschiedene Rhythmen und verschiedene Drum-Patterns spielen können. Die Schlossuhr , eine von Al-Jazari erfundene mechanische astronomische Uhr mit Wasserkraft , war der erste programmierbare Analogcomputer .

Ein wasserbetriebener Minenaufzug zur Förderung von Erz, ca. 1556

Vor der Entwicklung des modernen Ingenieurwesens wurde Mathematik von Handwerkern und Handwerkern wie Mühlenbauern , Uhrmachern , Instrumentenbauern und Landvermessern verwendet. Abgesehen von diesen Berufen wurde den Universitäten keine große praktische Bedeutung für die Technologie zugeschrieben.

Ein Standardwerk für den Stand der mechanischen Künste in der Renaissance ist die bergbautechnische Abhandlung De re metallica (1556), die auch Abschnitte über Geologie, Bergbau und Chemie enthält. De re metallica war für die nächsten 180 Jahre die Standard-Chemiereferenz.

Moderne Ära

Die Anwendung der Dampfmaschine ermöglichte es, Holzkohle bei der Eisenherstellung durch Koks zu ersetzen, was die Eisenkosten senkte, was den Ingenieuren ein neues Material für den Brückenbau bot. Diese Brücke wurde aus Gusseisen hergestellt , das bald durch weniger sprödes Schmiedeeisen als Konstruktionsmaterial verdrängt wurde

Die Wissenschaft der klassischen Mechanik , manchmal auch Newtonsche Mechanik genannt, bildete die wissenschaftliche Grundlage eines Großteils der modernen Ingenieurswissenschaften. Mit dem Aufstieg der Technik als Beruf im 18. Jahrhundert, wurde mehr der Begriff eng angelegt Bereiche , in denen Mathematik und Naturwissenschaften zu diesem Zweck angelegt wurden. In ähnlicher Weise wurden neben dem Militär- und Bauingenieurwesen die damals als mechanische Künste bekannten Gebiete in die Ingenieurswissenschaften integriert.

Der Kanalbau war in den frühen Phasen der industriellen Revolution eine wichtige Ingenieurarbeit.

John Smeaton war der erste selbsternannte Bauingenieur und wird oft als "Vater" des Bauingenieurwesens angesehen. Er war ein englischer Bauingenieur, der für den Entwurf von Brücken, Kanälen, Häfen und Leuchttürmen verantwortlich war. Er war auch ein fähiger Maschinenbauingenieur und ein hervorragender Physiker . Mit einem Modellwasserrad führte Smeaton sieben Jahre lang Experimente durch, um Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung zu ermitteln. Smeaton führte eiserne Achsen und Zahnräder an Wasserrädern ein. Smeaton führte auch mechanische Verbesserungen an der Newcomen-Dampfmaschine durch . Smeaton entwarf den dritten Eddystone Lighthouse (1755–59), wo er Pionierarbeit bei der Verwendung von „ Hydraulikkalk “ (einer Form von Mörtel, der unter Wasser gesetzt wird) leistete und eine Technik entwickelte, bei der der Leuchtturm mit Schwalbenschwanzblöcken aus Granit gebaut wurde. Er ist wichtig für die Geschichte, Wiederentdeckung und Entwicklung des modernen Zements , da er die Zusammensetzungsanforderungen identifizierte, die erforderlich sind, um die "Hydraulik" von Kalk zu erreichen; Arbeiten, die schließlich zur Erfindung des Portlandzements führten .

Angewandte Wissenschaft führte zur Entwicklung der Dampfmaschine. Die Abfolge der Ereignisse begann mit der Erfindung des Barometers und der Messung des Luftdrucks durch Evangelista Torricelli 1643, die Demonstration der Kraft des Luftdrucks durch Otto von Guericke mit den Magdeburger Halbkugeln 1656, Laborversuche von Denis Papin , der experimentelle modellierte Dampfmaschinen und demonstrierte die Verwendung eines Kolbens, die er 1707 veröffentlichte. Edward Somerset, 2. Marquess of Worcester, veröffentlichte ein Buch mit 100 Erfindungen, das eine Methode zum Anheben von Wasser ähnlich einer Kaffeeperkolation enthielt . Samuel Morland , ein Mathematiker und Erfinder, der an Pumpen arbeitete, hinterließ beim Vauxhall Ordinance Office Notizen zu einem Dampfpumpendesign, das Thomas Savery las. 1698 baute Savery eine Dampfpumpe namens "The Miner's Friend". Es verwendete sowohl Vakuum als auch Druck. Der Eisenhändler Thomas Newcomen , der 1712 die erste kommerzielle Kolbendampfmaschine baute, hatte keine wissenschaftliche Ausbildung.

Der Einsatz dampfbetriebener Blaszylinder aus Gusseisen zur Bereitstellung von Druckluft für Hochöfen führte Ende des 18. Jahrhunderts zu einem starken Anstieg der Eisenproduktion. Die höheren Ofentemperaturen, die mit dampfbetriebenem Wind möglich wurden, ermöglichten den Einsatz von mehr Kalk in Hochöfen , was den Übergang von Holzkohle zu Koks ermöglichte . Diese Innovationen senkten die Eisenkosten und machten Pferdeeisenbahnen und Eisenbrücken praktisch. Die Puddelverfahren , patentiert von Henry Cort im Jahre 1784 hergestellt Großmengen Schmiedeeisen. Heißer Wind , der 1828 von James Beaumont Neilson patentiert wurde , verringerte die Brennstoffmenge, die zum Schmelzen von Eisen benötigt wurde, erheblich. Mit der Entwicklung der Hochdruckdampfmaschine ermöglichte das Leistungsgewicht der Dampfmaschinen praktische Dampfschiffe und Lokomotiven. Neue Stahlherstellungsverfahren, wie das Bessemer-Verfahren und der offene Herdofen, begründeten Ende des 19. Jahrhunderts einen Bereich des Schwermaschinenbaus.

Einer der berühmtesten Ingenieure der Mitte des 19. Jahrhunderts war Isambard Kingdom Brunel , der Eisenbahnen, Werften und Dampfschiffe baute.

Offshore-Plattform, Golf von Mexiko

Die industrielle Revolution schuf eine Nachfrage nach Maschinen mit Metallteilen, die zur Entwicklung mehrerer Werkzeugmaschinen führte . Das präzise Bohren von Gusseisenzylindern war nicht möglich, bis John Wilkinson seine Bohrmaschine erfand , die als die erste Werkzeugmaschine gilt . Weitere Werkzeugmaschinen waren die Schraubendrehmaschine , die Fräsmaschine , die Revolverdrehmaschine und die Metallhobelmaschine . In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden Präzisionsbearbeitungstechniken entwickelt. Dazu gehörten die Verwendung von Gigs, um das Bearbeitungswerkzeug über das Werkstück zu führen, und Vorrichtungen, um das Werkstück in der richtigen Position zu halten. Werkzeugmaschinen und Bearbeitungstechniken, die austauschbare Teile herstellen können, führen Ende des 19. Jahrhunderts zu einer groß angelegten Fabrikproduktion .

Die Volkszählung der Vereinigten Staaten von 1850 verzeichnete zum ersten Mal den Beruf des "Ingenieurs" mit einer Zählung von 2.000. Vor 1865 gab es in den USA weniger als 50 Absolventen des Ingenieurwesens. Im Jahr 1870 gab es ein Dutzend Absolventen des US-amerikanischen Maschinenbaus, und diese Zahl stieg 1875 auf 43 pro Jahr. Im Jahr 1890 gab es 6.000 Ingenieure in den Bereichen Bauwesen, Bergbau , Maschinenbau und Elektrotechnik .

Bis 1875 gab es keinen Lehrstuhl für angewandte Mechanik und angewandte Mechanik in Cambridge und bis 1907 keinen Lehrstuhl für Ingenieurwissenschaften in Oxford. Deutschland hat früher technische Universitäten gegründet.

Zu den Grundlagen der Elektrotechnik im 19. Jahrhundert gehörten die Experimente von Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm und anderen sowie die Erfindung des elektrischen Telegraphen 1816 und des Elektromotors 1872. Die theoretischen Arbeiten von James Maxwell (siehe: Maxwells Gleichungen ) und Heinrich Hertz Ende des 19. Jahrhunderts entstand die Elektronik . Die späteren Erfindungen der Vakuumröhre und des Transistors haben die Entwicklung der Elektronik weiter beschleunigt, so dass die Elektro- und Elektronikingenieure heute ihren Kollegen aller anderen Ingenieursrichtungen zahlenmäßig überlegen sind. Chemieingenieurwesen im späten neunzehnten Jahrhundert entwickelt. Frühes Karriereentwicklungsprogrammː Britannica</ref> Die Herstellung im industriellen Maßstab erforderte neue Materialien und neue Verfahren, und um 1880 war der Bedarf an einer großtechnischen Produktion von Chemikalien so groß, dass eine neue Industrie geschaffen wurde, die sich der Entwicklung und großtechnische Herstellung von Chemikalien in neuen Industrieanlagen. Die Aufgabe des Chemieingenieurs war die Auslegung dieser chemischen Anlagen und Prozesse.

Der Sonnenofen von Odeillo in den Pyrénées-Orientales in Frankreich kann Temperaturen von bis zu 3.500 °C (6.330 °F) erreichen.

Luft- und Raumfahrttechnik befasst sich mit dem Designprozess von Flugzeugen, während Luft- und Raumfahrttechnik ein modernerer Begriff ist, der die Reichweite der Disziplin durch die Einbeziehung des Raumfahrzeugdesigns erweitert . Seine Ursprünge lassen sich auf die Luftfahrtpioniere um den Beginn des 20. Jahrhunderts zurückführen, obwohl das Werk von Sir George Cayley kürzlich auf das letzte Jahrzehnt des 18. Frühe Kenntnisse der Luftfahrttechnik waren weitgehend empirisch, wobei einige Konzepte und Fähigkeiten aus anderen Ingenieurszweigen importiert wurden.

Der erste in den Vereinigten Staaten verliehene Doktortitel in Ingenieurwissenschaften (technisch, angewandte Wissenschaft und Ingenieurwesen ) ging 1863 an Josiah Willard Gibbs an der Yale University ; es war auch der zweite in den USA verliehene Doktortitel in Wissenschaft

Nur ein Jahrzehnt nach den erfolgreichen Flügen der Gebrüder Wright gab es eine umfassende Entwicklung der Luftfahrttechnik durch die Entwicklung von Militärflugzeugen, die im Ersten Weltkrieg eingesetzt wurden . In der Zwischenzeit wurde die Forschung zur Bereitstellung grundlegender wissenschaftlicher Grundlagen durch die Kombination von theoretischer Physik mit Experimenten fortgesetzt .

Hauptzweige des Ingenieurwesens

Ingenieurwissenschaften sind eine breite Disziplin, die oft in mehrere Teildisziplinen unterteilt ist. Obwohl ein Ingenieur normalerweise in einer bestimmten Disziplin ausgebildet wird, kann er oder sie durch Erfahrung multidisziplinär werden. Das Ingenieurwesen wird oft mit vier Hauptzweigen charakterisiert: Chemieingenieurwesen, Bauingenieurwesen, Elektrotechnik und Maschinenbau.

Chemieingenieurwesen

Chemieingenieurwesen ist die Anwendung von Physik, Chemie, Biologie und technischen Prinzipien, um chemische Prozesse im kommerziellen Maßstab durchzuführen, wie die Herstellung von Grundchemikalien , Spezialchemikalien , Erdölraffination , Mikrofabrikation , Fermentation und Biomolekülproduktion .

Tiefbau

Bauingenieurwesen ist die Planung und der Bau von öffentlichen und privaten Bauten , wie Infrastruktur (Flughäfen, Straßen, Eisenbahnen, Wasserversorgung und -aufbereitung usw.), Brücken, Tunnel, Dämme und Gebäude. Bauingenieurwesen ist traditionell in eine Reihe von Teildisziplinen unterteilt, darunter Bauingenieurwesen , Umweltingenieurwesen und Vermessungswesen . Es wird traditionell als von der Militärtechnik getrennt betrachtet .

Elektrotechnik

Elektrotechnik ist der Entwurf, das Studium und die Herstellung verschiedener elektrischer und elektronischer Systeme wie Rundfunktechnik , elektrische Schaltungen , Generatoren , Motoren , elektromagnetische / elektromechanische Geräte, elektronische Geräte , elektronische Schaltungen , optische Fasern , optoelektronische Geräte , Computersysteme , Telekommunikation , Instrumentierung , Steuersysteme und Elektronik .

Maschinenbau

Maschinenbau ist die Konstruktion und Herstellung von physikalischen oder mechanischen Systemen, wie Energie- und Energiesystemen , Luft- und Raumfahrt / Flugzeugprodukten , Waffensystemen , Transportprodukten , Triebwerken , Kompressoren , Antriebssträngen , kinematischen Ketten , Vakuumtechnik, Schwingungsisolierungsanlagen , Fertigung , Robotik , Turbinen, Audiogeräte und Mechatronik .

Biotechnik

Bioengineering ist die Entwicklung biologischer Systeme für einen nützlichen Zweck. Beispiele für biotechnologische Forschung umfassen Bakterien, die zur Herstellung von Chemikalien entwickelt wurden, neue medizinische Bildgebungstechnologien, tragbare und schnelle Diagnosegeräte, Prothetik, Biopharmazeutika und gewebetechnisch hergestellte Organe.

Interdisziplinäres Engineering

Interdisziplinäres Engineering schöpft aus mehr als einem der Hauptzweige der Praxis. Historisch gesehen waren Schiffs- und Bergbautechnik wichtige Zweige. Andere technische Bereiche sind Fertigungstechnik , Akustiktechnik , Korrosionstechnik , Mess - und Regeltechnik , Luft - und Raumfahrt , Automobil , Computer , Elektronik , Informationstechnik , Erdöl , Umwelt , Systeme , Audio , Software , Architektur , Landwirtschaft , Biosysteme , Biomedizin , Geologie , Textil , Industrie- , Werkstoff- und Nukleartechnik . Diese und andere Ingenieurszweige sind in den 36 lizenzierten Mitgliedsinstitutionen des UK Engineering Council vertreten .

Neue Fachgebiete verbinden sich manchmal mit den traditionellen Fachgebieten und bilden neue Zweige – zum Beispiel umfasst Erdsystemtechnik und -management eine breite Palette von Fachgebieten, darunter Ingenieurwissenschaften , Umweltwissenschaften , Ingenieurethik und Ingenieurphilosophie .

Andere Bereiche des Ingenieurwesens

Raumfahrttechnik

Luft- und Raumfahrttechnik studiert Design, fertigt Flugzeuge, Satelliten, Raketen, Hubschrauber und so weiter. Es untersucht genau den Druckunterschied und die Aerodynamik eines Fahrzeugs, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Da sich die meisten Studien auf Flüssigkeiten beziehen, werden sie auf alle sich bewegenden Fahrzeuge wie Autos angewendet.

Schiffstechnik

Meerestechnik wird mit allem in Verbindung gebracht, das sich auf oder in der Nähe des Ozeans befindet. Beispiele sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Schiffe, U-Boote, Bohrinseln, Bauwerke, Wasserfahrzeugantrieb, Borddesign und -entwicklung, Anlagen, Häfen usw. Es erfordert ein kombiniertes Wissen in Maschinenbau, Elektrotechnik, Bauingenieurwesen und einige Programmierfähigkeiten.

Technische Informatik

Computer Engineering (CE) ist ein Zweig der Ingenieurwissenschaften, der mehrere Bereiche der Informatik und Elektrotechnik integriert, die für die Entwicklung von Computerhardware und -software erforderlich sind . Informatiker haben normalerweise eine Ausbildung in Elektrotechnik (oder Elektrotechnik ), Softwaredesign und Hardware-Software-Integration statt nur Softwaretechnik oder Elektrotechnik.

Üben

Jemand, der Ingenieurwesen praktiziert, wird Ingenieur genannt , und diejenigen, die dazu zugelassen sind, können formellere Bezeichnungen wie Professional Engineer , Chartered Engineer , Incorporated Engineer , Ingenieur , European Engineer oder Designated Engineering Representative haben .

Methodik

Das Design einer Turbine erfordert die Zusammenarbeit von Ingenieuren aus vielen Bereichen, da das System mechanische, elektromagnetische und chemische Prozesse umfasst. Die Schaufeln , Rotor und Stator sowie der Dampfkreislauf müssen alle sorgfältig konstruiert und optimiert werden.

Im Engineering - Design - Prozess gelten Ingenieure Mathematik und Naturwissenschaften wie Physik neuartige Lösungen für Probleme zu finden oder bestehende Lösungen zu verbessern. Ingenieure benötigen für ihre Konstruktionsprojekte fundierte Kenntnisse der einschlägigen Wissenschaften. Infolgedessen lernen viele Ingenieure im Laufe ihrer Karriere immer wieder neues Material.

Wenn mehrere Lösungen vorhanden sind, wägen Ingenieure jede Designentscheidung nach ihren Werten ab und wählen die Lösung, die den Anforderungen am besten entspricht. Die Aufgabe des Ingenieurs besteht darin, die Einschränkungen eines Entwurfs zu identifizieren, zu verstehen und zu interpretieren, um ein erfolgreiches Ergebnis zu erzielen. Sie reicht in der Regel nicht aus, um ein technisch erfolgreiches Produkt zu bauen, sondern muss auch weiteren Anforderungen genügen.

Einschränkungen können verfügbare Ressourcen, physische, phantasievolle oder technische Einschränkungen, Flexibilität für zukünftige Änderungen und Ergänzungen und andere Faktoren umfassen, wie z. B. Anforderungen an Kosten, Sicherheit , Marktfähigkeit, Produktivität und Wartungsfreundlichkeit . Durch das Verständnis der Randbedingungen leiten Ingenieure Spezifikationen für die Grenzen ab, innerhalb derer ein lebensfähiges Objekt oder System hergestellt und betrieben werden kann.

Probleme lösen

Eine Zeichnung für einen Booster-Motor für Dampflokomotiven . Die Ingenieurwissenschaften werden auf das Design angewendet , wobei der Schwerpunkt auf der Funktion und der Nutzung von Mathematik und Naturwissenschaften liegt.

Ingenieure nutzen ihr Wissen in Naturwissenschaften , Mathematik , Logik , Wirtschaftswissenschaften und entsprechende Erfahrung oder stillschweigendes Wissen , um geeignete Lösungen für ein bestimmtes Problem zu finden. Die Erstellung eines geeigneten mathematischen Modells eines Problems ermöglicht es ihnen oft, es (manchmal endgültig) zu analysieren und mögliche Lösungen zu testen.

Normalerweise gibt es mehrere vernünftige Lösungen, sodass Ingenieure die verschiedenen Designentscheidungen nach ihren Vorzügen bewerten und die Lösung auswählen müssen, die ihren Anforderungen am besten entspricht. Genrich Altshuller schlug nach dem Sammeln von Statistiken über eine große Anzahl von Patenten vor, dass Kompromisse das Herzstück von Konstruktionsdesigns auf „ niedriger Ebene “ sind, während auf einer höheren Ebene das beste Design dasjenige ist, das den Kernwiderspruch beseitigt, der das Problem verursacht.

Ingenieure versuchen in der Regel, vor der Serienproduktion vorherzusagen, wie gut ihre Konstruktionen ihren Spezifikationen entsprechen. Sie verwenden unter anderem: Prototypen , maßstabsgetreue Modelle , Simulationen , zerstörende Prüfungen , zerstörungsfreie Prüfungen und Belastungstests . Tests stellen sicher, dass die Produkte wie erwartet funktionieren.

Ingenieure übernehmen die Verantwortung für die Erstellung von Designs, die die erwartete Leistung erbringen und der Allgemeinheit keinen unbeabsichtigten Schaden zufügen. Ingenieure beziehen normalerweise einen Sicherheitsfaktor in ihre Konstruktionen ein, um das Risiko eines unerwarteten Ausfalls zu reduzieren.

Die Untersuchung fehlgeschlagener Produkte wird als Forensic Engineering bezeichnet und kann dem Produktdesigner helfen, sein Design unter realen Bedingungen zu bewerten. Die Disziplin ist nach Katastrophen wie Brückeneinstürzen von größtem Wert , wenn eine sorgfältige Analyse erforderlich ist, um die Ursache oder die Ursachen des Versagens festzustellen.

Computer verwenden

Eine Computersimulation der Hochgeschwindigkeits-Luftströmung um einen Space-Shuttle-Orbiter während des Wiedereintritts. Lösungen für die Strömung erfordern die Modellierung der kombinierten Effekte der Fluidströmung und der Wärmegleichungen .

Wie bei allen modernen wissenschaftlichen und technologischen Unternehmungen spielen Computer und Software eine immer wichtigere Rolle. Neben der typischen betriebswirtschaftlichen Anwendungssoftware gibt es eine Reihe von Computer Aided Applications ( Computer Aided Technologies ) speziell für den Maschinenbau. Mit Computern lassen sich Modelle grundlegender physikalischer Prozesse generieren, die mit numerischen Methoden gelöst werden können .

Grafische Darstellung eines winzigen Bruchteils des WWW, die Hyperlinks demonstriert

Eines der am weitesten verbreiteten Konstruktionswerkzeuge in der Branche ist Computer-Aided-Design- Software (CAD). Es ermöglicht Ingenieuren, 3D-Modelle, 2D-Zeichnungen und Schaltpläne ihrer Konstruktionen zu erstellen. CAD zusammen mit Digital Mockup (DMU) und CAE- Software wie der Finite-Elemente-Methode oder der analytischen Elementmethode ermöglicht es Ingenieuren, Modelle von Konstruktionen zu erstellen, die analysiert werden können, ohne teure und zeitaufwendige physische Prototypen herstellen zu müssen.

Diese ermöglichen die Überprüfung von Produkten und Komponenten auf Fehler; Passen und Zusammenbau beurteilen; Ergonomie studieren; und um statische und dynamische Eigenschaften von Systemen wie Belastungen, Temperaturen, elektromagnetische Emissionen, elektrische Ströme und Spannungen, digitale Logikebenen, Fluidströmungen und Kinematik zu analysieren. Der Zugriff und die Verteilung all dieser Informationen werden in der Regel mit Hilfe von Produktdatenmanagement- Software organisiert.

Es gibt auch viele Tools zur Unterstützung spezifischer Engineering-Aufgaben, wie z. B. Computer Aided Manufacturing (CAM)-Software zum Generieren von CNC- Bearbeitungsanweisungen; Fertigungsprozess - Management - Software für die Fertigungstechnik; EDA für Leiterplatten (PCB) und Schaltpläne für Elektroniker; MRO- Anwendungen für das Instandhaltungsmanagement; und Architektur-, Ingenieur- und Bausoftware (AEC) für das Bauwesen.

In den letzten Jahren wurde der Einsatz von Computersoftware zur Unterstützung der Warenentwicklung allgemein als Product Lifecycle Management (PLM) bezeichnet.

Sozialer Kontext

Robotic Kismet kann eine Reihe von Gesichtsausdrücken erzeugen.

Der Beruf des Ingenieurs ist breit gefächert, von großen Kooperationen auf gesellschaftlicher Ebene bis hin zu kleineren Einzelprojekten. Fast alle Engineering-Projekte sind einer Finanzierungsagentur verpflichtet: einem Unternehmen, einer Gruppe von Investoren oder einer Regierung. Die wenigen Arten von Engineering, die durch solche Probleme minimal eingeschränkt sind, sind Pro-Bono- Engineering und Open-Design- Engineering.

Ingenieurwissenschaften sind naturgemäß mit Gesellschaft, Kultur und menschlichem Verhalten verbunden. Jedes Produkt oder jede Konstruktion, die von der modernen Gesellschaft verwendet wird, wird von der Technik beeinflusst. Die Ergebnisse der Ingenieurtätigkeit beeinflussen Veränderungen in Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft, und ihre Anwendung bringt Verantwortung und öffentliche Sicherheit mit sich.

Engineering-Projekte können kontrovers sein. Beispiele aus verschiedenen Ingenieurdisziplinen sind die Entwicklung von Nuklearwaffen , der Drei-Schluchten-Staudamm , die Konstruktion und der Einsatz von Sport Utility Vehicles und die Ölförderung . Als Reaktion darauf haben einige westliche Maschinenbauunternehmen ernsthafte Richtlinien zur unternehmerischen und sozialen Verantwortung erlassen .

Engineering ist ein wichtiger Treiber für Innovation und menschliche Entwicklung. Insbesondere Subsahara-Afrika verfügt über eine sehr geringe technische Kapazität, was dazu führt, dass viele afrikanische Nationen ohne fremde Hilfe keine wichtige Infrastruktur entwickeln können. Das Erreichen vieler der Millenniums-Entwicklungsziele erfordert das Erreichen ausreichender technischer Kapazitäten, um die Infrastruktur und eine nachhaltige technologische Entwicklung zu entwickeln.

Radar, GPS , Lidar , ... werden alle kombiniert, um eine ordnungsgemäße Navigation und Hindernisvermeidung zu gewährleisten (Fahrzeug entwickelt für 2007 DARPA Urban Challenge )

Alle ausländischen Entwicklungs- und Hilfsorganisationen setzen in erheblichem Maße Ingenieure ein, um Lösungen in Katastrophen- und Entwicklungsszenarien anzuwenden. Eine Reihe gemeinnütziger Organisationen hat sich zum Ziel gesetzt, Ingenieurskunst direkt zum Wohle der Menschheit einzusetzen:

Ingenieurunternehmen in vielen etablierten Volkswirtschaften stehen vor großen Herausforderungen in Bezug auf die Zahl der ausgebildeten Ingenieure im Vergleich zur Zahl der in den Ruhestand gehenden. Dieses Problem ist im Vereinigten Königreich sehr ausgeprägt, wo die Ingenieurwissenschaften ein schlechtes Image und einen niedrigen Status haben. Es gibt viele negative wirtschaftliche und politische Probleme, die dies verursachen können, sowie ethische Probleme. Es herrscht weitgehend Einigkeit darüber, dass der Ingenieurberuf eher mit einer „Imagekrise“ konfrontiert ist, als dass es sich um einen grundsätzlich unattraktiven Beruf handelt. Es ist viel Arbeit erforderlich, um große Probleme in Großbritannien und anderen westlichen Volkswirtschaften zu vermeiden. Dennoch hält Großbritannien im Vergleich zu anderen europäischen Ländern zusammen mit den Vereinigten Staaten die meisten Engineering-Unternehmen .

Ethikkodex

Viele Ingenieurgesellschaften haben Verhaltenskodizes und Ethikkodizes aufgestellt , um ihre Mitglieder anzuleiten und die breite Öffentlichkeit zu informieren. Der Ethikkodex der National Society of Professional Engineers besagt:

Ingenieurwesen ist ein wichtiger und erlernter Beruf. Als Angehörige dieses Berufs wird von Ingenieuren erwartet, dass sie die höchsten Standards an Ehrlichkeit und Integrität aufweisen. Engineering hat einen direkten und entscheidenden Einfluss auf die Lebensqualität aller Menschen. Dementsprechend erfordern die von Ingenieuren erbrachten Dienstleistungen Ehrlichkeit, Unparteilichkeit, Fairness und Gerechtigkeit und müssen dem Schutz der öffentlichen Gesundheit, Sicherheit und des Wohlergehens gewidmet sein. Ingenieure müssen nach einem professionellen Verhaltensstandard arbeiten, der die Einhaltung der höchsten Grundsätze ethischen Verhaltens erfordert.

In Kanada tragen viele Ingenieure den Eisernen Ring als Symbol und Erinnerung an die Verpflichtungen und Ethik, die mit ihrem Beruf verbunden sind.

Beziehungen zu anderen Disziplinen

Wissenschaft

Wissenschaftler untersuchen die Welt, wie sie ist; Ingenieure erschaffen eine Welt, die es noch nie gegeben hat.

Ingenieure, Wissenschaftler und Techniker bei der Arbeit am Zielpositionierer in der Zielkammer der National Ignition Facility (NIF)

Es bestehen Überschneidungen zwischen Wissenschaft und Ingenieurpraxis; im Ingenieurwesen wendet man Wissenschaft an. Beide Bereiche sind auf die genaue Beobachtung von Materialien und Phänomenen angewiesen. Beide verwenden Mathematik und Klassifizierungskriterien, um Beobachtungen zu analysieren und zu kommunizieren.

Wissenschaftler müssen möglicherweise auch ingenieurtechnische Aufgaben erfüllen, wie z. B. das Entwerfen von Versuchsapparaten oder den Bau von Prototypen. Umgekehrt entdecken Ingenieure bei der Entwicklung von Technologien manchmal neue Phänomene und werden so zu Wissenschaftlern oder genauer gesagt zu "Ingenieurwissenschaftlern".

Die Internationale Raumstation wird verwendet, um wissenschaftliche Experimente im Weltraum durchzuführen

In dem Buch Was Ingenieure kennen und wie sie wissen es , Walter Vincenti behauptet , dass Engineering - Forschung einen Charakter unterscheidet sich von der wissenschaftlichen Forschung. Erstens handelt es sich oft um Bereiche, in denen die Grundlagen der Physik oder Chemie gut verstanden sind, die Probleme selbst jedoch zu komplex sind, um sie exakt zu lösen.

Es gibt einen "echten und wichtigen" Unterschied zwischen Ingenieurwissenschaften und Physik, wie alle Wissenschaftsbereiche mit Technologie zu tun haben. Physik ist eine explorative Wissenschaft, die nach Prinzipienwissen sucht, während die Ingenieurwissenschaften Wissen für die praktische Anwendung von Prinzipien verwenden. Ersteres setzt ein Verständnis in ein mathematisches Prinzip gleich, während letzteres beteiligte Variablen misst und Technologie schafft. Für die Technik ist die Physik ein Hilfsmittel, und Technik wird in gewisser Weise als angewandte Physik betrachtet. Obwohl Physik und Ingenieurwissenschaften miteinander verbunden sind, bedeutet dies nicht, dass ein Physiker für den Beruf eines Ingenieurs ausgebildet ist. Ein Physiker würde normalerweise eine zusätzliche und relevante Ausbildung benötigen. Physiker und Ingenieure sind in unterschiedlichen Arbeitsbereichen tätig. Aber promovierte Physiker, die sich auf Bereiche der technischen Physik und der angewandten Physik spezialisiert haben, werden als Technologiebeauftragter, F&E-Ingenieure und Systemingenieure bezeichnet.

Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung numerischer Näherungen der Navier-Stokes-Gleichungen zur Beschreibung der aerodynamischen Strömung über einem Flugzeug oder die Verwendung der Finite-Elemente-Methode zur Berechnung der Spannungen in komplexen Bauteilen. Zweitens verwendet die Ingenieurforschung viele semiempirische Methoden , die der reinen naturwissenschaftlichen Forschung fremd sind, ein Beispiel ist die Methode der Parametervariation.

Wie von Fung et al. in der Überarbeitung des klassischen Ingenieurtextes Grundlagen der Festkörpermechanik :

Ingenieurwissenschaften sind ganz anders als Naturwissenschaften. Wissenschaftler versuchen, die Natur zu verstehen. Ingenieure versuchen, Dinge zu schaffen, die in der Natur nicht existieren. Ingenieure legen Wert auf Innovation und Erfindung. Um eine Erfindung zu verwirklichen, muss der Ingenieur seine Idee konkretisieren und etwas gestalten, das die Menschen nutzen können. Dieses Etwas kann ein komplexes System, ein Gerät, ein Gadget, ein Material, eine Methode, ein Computerprogramm, ein innovatives Experiment, eine neue Lösung eines Problems oder eine Verbesserung des bereits Vorhandenen sein. Da ein Design realistisch und funktional sein muss, müssen seine Geometrie, Abmessungen und Kenndaten definiert sein. In der Vergangenheit stellten Ingenieure, die an neuen Konstruktionen arbeiteten, fest, dass sie nicht über alle erforderlichen Informationen verfügten, um Konstruktionsentscheidungen zu treffen. Meistens wurden sie durch unzureichende wissenschaftliche Kenntnisse eingeschränkt. So studierten sie Mathematik , Physik , Chemie , Biologie und Mechanik . Oft mussten sie die für ihren Beruf relevanten Wissenschaften ergänzen. So wurden die Ingenieurwissenschaften geboren.

Obwohl technische Lösungen auf wissenschaftlichen Grundsätzen beruhen, müssen Ingenieure auch Sicherheit, Effizienz, Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und Konstruierbarkeit bzw. Fertigungsfreundlichkeit sowie Umwelt, ethische und rechtliche Erwägungen wie Patentverletzung oder Haftung im Fehlerfall berücksichtigen der Lösung.

Medizin und Biologie

Ein klinischer MRT-Scanner mit 3 Tesla .

Die Erforschung des menschlichen Körpers, wenn auch aus verschiedenen Richtungen und zu unterschiedlichen Zwecken, ist ein wichtiges gemeinsames Bindeglied zwischen der Medizin und einigen Ingenieurwissenschaften. Die Medizin zielt darauf ab, Funktionen des menschlichen Körpers durch den Einsatz von Technologie zu erhalten, zu reparieren, zu verbessern und gegebenenfalls sogar zu ersetzen .

Gentechnisch veränderte Mäuse, die grün fluoreszierendes Protein exprimieren , das unter blauem Licht grün leuchtet. Die zentrale Maus ist ein Wildtyp .

Die moderne Medizin kann durch den Einsatz künstlicher Organe mehrere Körperfunktionen ersetzen und durch künstliche Geräte wie zum Beispiel Hirnimplantate und Herzschrittmacher die Funktion des menschlichen Körpers erheblich verändern . Die Bereiche Bionik und medizinische Bionik widmen sich der Erforschung synthetischer Implantate natürlicher Systeme.

Umgekehrt betrachten einige Ingenieurdisziplinen den menschlichen Körper als eine biologische Maschine, die es wert ist, untersucht zu werden, und widmen sich der Nachbildung vieler seiner Funktionen, indem sie Biologie durch Technologie ersetzen . Dies hat zu Bereichen wie künstliche Intelligenz , neuronale Netze , Fuzzy-Logik und Robotik geführt . Auch zwischen Ingenieurwissenschaften und Medizin bestehen erhebliche interdisziplinäre Wechselwirkungen.

Beide Felder bieten Lösungen für reale Probleme. Dies erfordert oft Fortschritte, bevor Phänomene in einem strengeren wissenschaftlichen Sinne vollständig verstanden werden, und daher sind Experimente und empirisches Wissen ein wesentlicher Bestandteil von beidem.

Die Medizin studiert zum Teil die Funktion des menschlichen Körpers. Der menschliche Körper als biologische Maschine hat viele Funktionen, die mit ingenieurwissenschaftlichen Methoden modelliert werden können.

Das Herz zum Beispiel funktioniert ähnlich wie eine Pumpe, das Skelett ist wie eine mit Hebeln verbundene Struktur, das Gehirn erzeugt elektrische Signale usw. Diese Ähnlichkeiten sowie die zunehmende Bedeutung und Anwendung technischer Prinzipien in der Medizin führten zur Entwicklung des Feldes der Biomedizintechnik , die Konzepte aus beiden Disziplinen nutzt.

Neu aufkommende Wissenschaftszweige, wie die Systembiologie , adaptieren traditionell für die Ingenieurwissenschaften verwendete analytische Werkzeuge wie Systemmodellierung und Computeranalyse an die Beschreibung biologischer Systeme.

Kunst

Leonardo da Vinci , hier in einem Selbstporträt zu sehen, wurde als Inbegriff des Künstlers/Ingenieurs bezeichnet. Er ist auch für seine Studien zur menschlichen Anatomie und Physiologie bekannt .

Es gibt Verbindungen zwischen Ingenieurwissenschaften und Kunst, zum Beispiel Architektur , Landschaftsarchitektur und Industriedesign (sofern diese Disziplinen manchmal in die Fakultät für Ingenieurwissenschaften einer Universität integriert sind ).

Das Art Institute of Chicago zum Beispiel veranstaltete eine Ausstellung über die Kunst des Raumfahrtdesigns der NASA . Das Brückendesign von Robert Maillart wird von manchen als bewusst künstlerisch wahrgenommen. An der University of South Florida hat ein Ingenieursprofessor durch ein Stipendium der National Science Foundation einen Studiengang entwickelt, der Kunst und Ingenieurwesen verbindet.

Unter den berühmten historischen Persönlichkeiten ist Leonardo da Vinci ein bekannter Künstler und Ingenieur der Renaissance und ein Paradebeispiel für die Verbindung zwischen Kunst und Ingenieurwesen.

Unternehmen

Business Engineering beschäftigt sich mit der Beziehung zwischen professionellem Engineering, IT-Systemen, Betriebswirtschaftslehre und Change Management . Wirtschaftsingenieurwesen oder "Management Engineering" ist ein spezialisierter Bereich des Managements, der sich auf die Ingenieurpraxis oder die Ingenieurbranche bezieht. Die Nachfrage nach managementorientierten Ingenieuren (oder umgekehrt nach Managern mit Ingenieursverständnis) hat zur Entwicklung spezialisierter Ingenieurmanagement-Abschlüsse geführt, die die für diese Rollen erforderlichen Kenntnisse und Fähigkeiten vermitteln. Während eines Engineering - Management - Kurses werden die Kursteilnehmer entwickeln Industrial Engineering Fähigkeiten, Wissen und Know - how, neben betriebswirtschaftlichen Kenntnissen, Managementtechniken und strategischen Denken. Ingenieure der Fachrichtung Change Management müssen über vertiefte Kenntnisse in der Anwendung arbeits- und organisationspsychologischer Prinzipien und Methoden verfügen . Berufsingenieure bilden sich häufig zu zertifizierten Unternehmensberatern im sehr spezialisierten Bereich der Unternehmensberatung für die Ingenieurpraxis oder den Ingenieurbereich aus. Diese Arbeit befasst sich häufig mit groß angelegten komplexen Geschäftstransformations- oder Geschäftsprozessmanagement- Initiativen in der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, Automobilindustrie, Öl und Gas, Maschinen, Pharma, Lebensmittel und Getränke, Elektrik und Elektronik, Energieverteilung und -erzeugung, Versorgungsunternehmen und Transportsystemen. Diese Kombination aus technischer Ingenieurpraxis, Managementberatungspraxis, Branchenkenntnis und Change Management-Expertise ermöglicht es professionellen Ingenieuren, die auch als Unternehmensberater qualifiziert sind, große Initiativen zur Unternehmenstransformation zu leiten. Diese Initiativen werden in der Regel von C-Level-Führungskräften gesponsert.

Andere Felder

In der Politikwissenschaft wurde der Begriff Engineering für das Studium der Fächer Social Engineering und Political Engineering entlehnt , die sich mit der Gestaltung politischer und gesellschaftlicher Strukturen mit ingenieurwissenschaftlichen Methoden gepaart mit politikwissenschaftlichen Prinzipien befassen . Marketing Engineering und Financial Engineering haben den Begriff in ähnlicher Weise übernommen.

Siehe auch

Listen
Glossare
Verwandte Themen

Verweise

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Externe Links