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工程学:一个关于“未来”的学科 | 星野教育日报

时间:2022-06-25 00:02 点击次数:
  本文摘要:编者语:美索不达米亚的金字型神塔,古埃及的亚历山大灯塔,古希腊的帕台农神庙,罗马帝国的斗兽场.....工程的观点在远古时代就已存在,这些雄伟巨作也无一不证明晰古代土木和军事工程师们的才气与智慧。随着时代生长,工程这个大类逐渐细化,拆分出了差别的偏向。如迈克尔·法拉第,乔治·西蒙·欧姆致力于电机工程(Electrical engineering),重要发现为电念头,电报系统等。

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编者语:美索不达米亚的金字型神塔,古埃及的亚历山大灯塔,古希腊的帕台农神庙,罗马帝国的斗兽场.....工程的观点在远古时代就已存在,这些雄伟巨作也无一不证明晰古代土木和军事工程师们的才气与智慧。随着时代生长,工程这个大类逐渐细化,拆分出了差别的偏向。如迈克尔·法拉第,乔治·西蒙·欧姆致力于电机工程(Electrical engineering),重要发现为电念头,电报系统等。

而詹姆斯·麦克斯韦,海因里希·赫兹对于真空管和晶体管的研究进一步加速了电机工程的生长,导致现在电机工程师的人数远超其他工程专业人员。莱特兄弟致力于航空航天工程,詹姆斯·瓦特致力于机械工程...除此之外工程大类还包罗化学工程,生物工程,土木匠程,核工程等等。

同时,我们从人类历史上频频差别的工业革命主题中也可以发现,工程自古以来就与我们生活息息相关,它永远都是一个“未来”学科。第一次工业革命:18世纪60年月——19世纪中期(人类开始进入蒸汽时代)第二次工业革命:19世纪下半叶——20世纪初(人类开始进入电气时代,并在信息革命、资讯革掷中到达巅峰)第三次工业革命:20世纪后半期,约在第二次世界大战之后。(人类进入科技时代,生物克隆技术的泛起,航天科技的泛起,西欧有称为21世纪系统与合成生物学将引发第三次工业革命,也即生物科技与工业革命)本文节选大英百科官网中《工程》一文,从概述,历史和功效三方面为大家先容工程是什么。

01 概述工程是指将自然资源最优转化给人类使用的科学应用。美国工程师专业生长委员会(Engineers Council for Professional Development)将该领域界说为缔造性地运用“科学原理举行设计、开发结构、机械、装置或机械制造,或单独或组合使用它们的作品;或在充实认识其设计的情况下制作或操作该装置;或预测其在特定运行条件下的行为;所有这一切都是为了到达预期的功效、运作的经济性以及生命产业的宁静。”工程这个词有时有更宽泛的界说,尤其是在英国,指发念头、机床和机械部件的制造或组装。词语engine(引擎、发念头)和ingenious(独创性的、精制的)来自同一个拉丁语词根ingenerare(缔造)。

早期英语动词engine的意思是“设计”。因此,战争的引擎是弹射器、浮桥和攻击塔等装置;他们的设计者是engineer(工程师),或军事工程师。与军事工程师相对应的是土木匠程师,他们将基底细同的知识和技术应用于修建、街道、供水、排污系统和其他项目的设计。注:工程师一词最早可以追溯到1325年与工程相关的是大量的特殊知识、专业实践的准备,包罗广泛的应用知识方面的培训。

工程实践的尺度是通过专业协会的努力来维持的,协会通常是在国家或地域的基础上组织发生,协会的所有成员都认可:他们对民众的责任比对雇主或社会其他成员的责任更重要。科学家的职能是认识、相识,工程师的职能是制作、实施。

科学家增加了对物质世界已证实的系统化的知识储蓄,由工程师将这些知识运用到实际问题中。工程主要基于物理、化学、数学以及在质料学、固体和流体力学、热力学、传输和速率历程和系统分析领域的延伸。

与科学家差别,工程师不能自由选择他们感兴趣的问题。他们必须解决已经泛起的问题,解决方案必须满足相互冲突的要求,好比:提高效率需要花钱,保障宁静增加了庞大性,革新性能增加了重量。

工程解决方案是最优的解决方案,因为其思量了许多因素,最终效果是最理想的。在给定的重量限制要求下,工程解决方案可能是最可靠的,最简朴地满足指定的宁静要求,或者在给定的成本要求下,是最有效的。在许多工程问题中,社会成本是庞大的。

工程师使用两种自然资源——质料和能源。质料之所以有用,是因为它们的性能:强度、制造轻便、轻便性或耐用性、绝缘或传导能力、化学、电学或声学特性。重要的能源泉源包罗化石燃料(煤、石油、天然气)、风、太阳光、流水和核裂变。

由于大多数资源都是有限的,工程师必须注重新资源的不停开发及现有资源的有效使用。02 历史第一位以名字和成就闻名的工程师是Imhotep,约莫公元前2550年在埃及塞加拉制作了门路金字塔。

Imhotep的继续者——埃及人、波斯人、希腊人和罗马人,以履历方法为基础,辅以算法、几何和少量的物理科学,使土木匠程生长到了惊人的高度。亚历山大的灯塔、耶路撒冷的所罗门神庙、罗马的斗牛场、波斯和罗马的门路系统、法国的加德桥渡槽(沟渠)以及许多大型修建,其中一些被保留延续到今天,证明晰他们的技巧、想象力和胆识。

在他们写的许多论文中,有一本幸存下来,描绘了古典时期的工程教育和实践:Vitruvius的《De architectura》,出书于公元1世纪的罗马,这本10卷的著作涵盖了修建质料、修建方法、水力学、丈量和城镇建设。注:维特鲁威 (Vitruvius)的《De architectura》中文译作 《修建十书》。

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详情可见第一期《星野教育日报》。在修建方面,中世纪的欧洲工程师以哥特式拱门和飞扶壁将技术生长到罗马人意想不到的高度。13世纪,法国工程师Villard de Honnecourt的素描本展示了广泛的数学、几何、自然和物理科学,以及绘图术。

注:飞扶壁(英语:Flying buttresses)是一种起支撑作用的修建结构部件。由于飞扶壁通常以半个拱券的形式泛起,所以又称飞券(德语:Strebebogen)。

在亚洲,工程有独立但很是相似的生长,越来越庞大的修建技术,水力学和冶金技术资助缔造了先进的文明,如蒙古帝国,在13世纪,其大而漂亮的都会给马可·波罗留下了深刻的印象。18世纪,当第一批专业协会和工程学院建立时,土木匠程成为一门独立的学科。

19世纪的土木匠程师制作种种修建、设计供水和卫生系统、铺设铁路和公路网、计划都会。英格兰和苏格兰是机械工程的降生地,是苏格兰工程师James Watt和工业革掷中的纺织机械师的种种发现的起源地。英国机床工业的生长极大地推动了英国和英国以外的机械工程研究。

注:瓦特蒸汽机,推动了英国以致世界的工业革命电学知识的增长,从1800年Alessandro Volta的原始电池到Michael Faraday和其他人的实验,最终在1872年发生了Gramme发电机和电念头(以比利时的Z.T. Gramme命名),推动了电气和电子工程的生长。19世纪末,由于英国的James Clerk Maxwell和德国的Heinrich Hertz等科学家的努力,电子学领域成就变得着名。20世纪初,美国的Lee De Forest发现的真空管,以及20世纪中期晶体管的发现,都为电子学研究带来了重大希望。

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在20世纪末,电气和电子工程师的数量凌驾了世界上所有其他工程师。化学工程发生于19世纪冶金、食品、纺织和许多其他领域中涉及化学反映的大量工业历程。到1880年,化学制品在制造业中的使用缔造了一种工业,其作用就是大量生产化学制品。

这个工业工厂的设计和操作成为了化学工程师的职责。解决问题常见于所有工程事情。问题可能涉及数量或质量因素;它可能是物理上的问题,也可能是经济上的问题;它可能需要抽象的数学或知识。很是重要的是缔造性的合成或设计的历程,汇聚想法,以缔造一个新的和最优的解决方案。

只管工程问题的规模和庞大性各不相同,但通常的方法是适用的。首先是对形势的分析和对攻克计划的开端决议。根据攻克计划,问题被简化得更明确,可以被清楚地表述出来。接着,使用已知原理的演绎推理或缔造性的综合解答,将陈述的问题转换为新设计,这些谜底或设计总是需要检查其准确性和充实性。

最后,将简化问题的效果以原问题的形式举行解释,并以适当的形式举行陈诉。以对科学的重视水平为依据,按递减顺序,所有工程部门的主要功效如下:研究。使用数学和科学观点、实验技术和归纳推理,研究工程师寻求新的原理和历程。

开发。开发工程师将研究效果应用于有用的目的。缔造性地应用新知识发生新的电路、化学历程或工业机械的事情模型。

设计。在设计结构或产物时,工程师要选择方法、指定质料和确定形状,以满足技术要求和性能规范。制作。

修建工程师卖力准备园地,确定法式可以在经济和宁静方面到达预期质量,指导质料的放置,组织人员和设备。生产。工厂结构和设备选择是生产工程师的职责,他们选择流程和工具,整合质料和部件的流动,并为测试和检查做准备。操作。

操作工程师控制提供电力、运输和通讯的机械、工厂和组织;确定法式;并监视人员使庞大设备可靠且经济地运行。治理和其他职能。在一些国家和行业,工程师分析客户的需求,推荐机组以满足经济性需求,并解决相关问题。

引用信息:文章标题:Engineering作者:Ralph J. Smith 加州斯坦福大学电气工程名誉教授网站名称:britannica公布日期:2020年02月28日编辑:啊包、麻椒翻译:舒怡责任:星野学院第二期 | 我们下期再见。


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