Ingeniería

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La ingeniería es el uso de principios científicos para diseñar y construir máquinas, estructuras y otros elementos, incluidos puentes, túneles, carreteras, vehículos y edificios. La disciplina de la ingeniería abarca una amplia gama de campos de ingeniería más especializados, cada uno con un énfasis más específico en áreas particulares de matemáticas aplicadas, ciencias aplicadas y tipos de aplicación. Ver glosario de ingeniería.

El término ingeniería se deriva del latín ingenium, que significa "inteligencia" e ingeniare, que significa "idear, idear".

Definición

El Consejo Estadounidense de Ingenieros para el Desarrollo Profesional (ECPD, el predecesor de ABET) ha definido "ingeniería" como:

La aplicación creativa de principios científicos para diseñar o desarrollar estructuras, máquinas, aparatos o procesos de fabricación, u obras utilizándolos individualmente o en combinación; o para construir u operar los mismos con pleno conocimiento de su diseño; o para pronosticar su comportamiento bajo condiciones específicas de operación; todo en lo que respecta a una función prevista, economía de operación y seguridad para la vida y la propiedad.

Historia

La ingeniería existe desde la antigüedad, cuando los humanos idearon inventos como la cuña, la palanca, la rueda y la polea, etc.

El término ingeniería se deriva de la palabra ingeniero, que se remonta al siglo XIV cuando un ingeniero (literalmente, alguien que construye u opera una máquina de asedio) se refiere a "un constructor de máquinas militares". En este contexto, ahora obsoleto, un "motor" se refiere a una máquina militar, es decir, un artilugio mecánico utilizado en la guerra (por ejemplo, una catapulta). Ejemplos notables del uso obsoleto que han sobrevivido hasta el día de hoy son los cuerpos de ingeniería militar, por ejemplo, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE.UU.

La palabra "motor" en sí misma tiene un origen aún más antiguo, derivando en última instancia del latín ingenium (c. 1250), que significa "cualidad innata, especialmente poder mental, por lo tanto, una invención inteligente".

Posteriormente, a medida que el diseño de estructuras civiles, como puentes y edificios, maduró como disciplina técnica, el término ingeniería civil entró en el léxico como una forma de distinguir entre quienes se especializan en la construcción de tales proyectos no militares y quienes participan en la disciplina de la ingeniería militar.

Era antigua

Las pirámides en el antiguo Egipto, los zigurats de Mesopotamia, la Acrópolis y el Partenón en Grecia, los acueductos romanos, la Vía Apia y el Coliseo, Teotihuacán y el Templo Brihadeeswarar de Thanjavur, entre muchos otros, son testimonio del ingenio y la habilidad de los antiguos ingenieros civiles y militares. Otros monumentos, que ya no están en pie, como los Jardines Colgantes de Babilonia y el Faro de Alejandría, fueron importantes logros de ingeniería de su época y fueron considerados entre las Siete Maravillas del Mundo Antiguo.

Las seis máquinas simples clásicas se conocían en el antiguo Cercano Oriente. La cuña y el plano inclinado (rampa) eran conocidos desde tiempos prehistóricos. La rueda, junto con el mecanismo de la rueda y el eje, se inventó en Mesopotamia (actual Irak) durante el quinto milenio antes de Cristo. El mecanismo de palanca apareció por primera vez hace unos 5000 años en el Cercano Oriente, donde se usaba en una balanza simple y para mover objetos grandes en la tecnología del antiguo Egipto. La palanca también se usó en el dispositivo de elevación de agua shadoof, la primera máquina grúa, que apareció en Mesopotamia alrededor del año 3000 a. C., y luego en la tecnología del antiguo Egipto alrededor del año 2000 a. La evidencia más temprana de poleas se remonta a Mesopotamia a principios del segundo milenio antes de Cristo.y el antiguo Egipto durante la Dinastía XII (1991-1802 a. C.). El tornillo, la última de las máquinas simples que se inventó, apareció por primera vez en Mesopotamia durante el período neoasirio (911-609) a. Las pirámides egipcias se construyeron usando tres de las seis máquinas simples, el plano inclinado, la cuña y la palanca, para crear estructuras como la Gran Pirámide de Giza.

El primer ingeniero civil conocido por su nombre es Imhotep. Como uno de los funcionarios del faraón Djosèr, probablemente diseñó y supervisó la construcción de la Pirámide de Djoser (la pirámide escalonada) en Saqqara en Egipto alrededor del 2630-2611 a. Las primeras máquinas prácticas impulsadas por agua, la rueda hidráulica y el molino de agua, aparecieron por primera vez en el Imperio Persa, en lo que ahora son Irak e Irán, a principios del siglo IV a.

Kush desarrolló el Sakia durante el siglo IV a. C., que dependía de la fuerza animal en lugar de la energía humana. Los hafirs se desarrollaron como un tipo de depósito en Kush para almacenar y contener agua, así como para impulsar el riego. Se emplearon zapadores para construir calzadas durante las campañas militares. Los antepasados ​​kushitas construyeron speos durante la Edad del Bronce entre 3700 y 3250 a. C. También se crearon hornos y altos hornos durante el siglo VII a. C. en Kush.

La antigua Grecia desarrolló máquinas tanto en dominios civiles como militares. El mecanismo de Anticitera, una de las primeras computadoras analógicas mecánicas conocidas, y las invenciones mecánicas de Arquímedes, son ejemplos de la ingeniería mecánica griega. Algunas de las invenciones de Arquímedes, así como el mecanismo de Antikythera, requerían conocimientos sofisticados sobre engranajes diferenciales o engranajes epicicloidales, dos principios clave en la teoría de máquinas que ayudaron a diseñar los trenes de engranajes de la Revolución Industrial, y que todavía se utilizan ampliamente en diversos campos, como la robótica. e ingeniería automotriz.

Los antiguos ejércitos chinos, griegos, romanos y hunos emplearon máquinas militares e inventos como la artillería que fue desarrollada por los griegos alrededor del siglo IV a. C., el trirreme, la balista y la catapulta. En la Edad Media, se desarrolló el fundíbulo.

Edad media

Las primeras máquinas eólicas prácticas, el molino de viento y la bomba de viento, aparecieron por primera vez en el mundo musulmán durante la Edad de Oro islámica, en lo que ahora son Irán, Afganistán y Pakistán, en el siglo IX d.C. La máquina de vapor práctica más antigua fue un gato de vapor impulsado por una turbina de vapor, descrito en 1551 por Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf en el Egipto otomano.

La desmotadora de algodón se inventó en la India en el siglo VI d.C. y la rueca se inventó en el mundo islámico a principios del siglo XI, siendo ambas fundamentales para el crecimiento de la industria del algodón. La rueca también fue un precursor de la jenny giratoria, que fue un desarrollo clave durante la Revolución Industrial temprana en el siglo XVIII.

Las primeras máquinas programables se desarrollaron en el mundo musulmán. Un secuenciador de música, un instrumento musical programable, fue el primer tipo de máquina programable. El primer secuenciador de música fue un flautista automático inventado por los hermanos Banu Musa, descrito en su Libro de dispositivos ingeniosos, en el siglo IX. En 1206, Al-Jazari inventó los autómatas/robots programables. Describió a cuatro músicos autómatas, incluidos bateristas operados por una caja de ritmos programable, donde se les podía hacer tocar diferentes ritmos y diferentes patrones de batería. El reloj del castillo, un reloj astronómico mecánico hidroenergizado inventado por Al-Jazari, fue la primera computadora analógica programable.

Antes del desarrollo de la ingeniería moderna, los artesanos y artesanos, como los constructores de molinos, relojeros, fabricantes de instrumentos y agrimensores, usaban las matemáticas. Aparte de estas profesiones, no se creía que las universidades tuvieran mucha importancia práctica para la tecnología.

Una referencia estándar para el estado de las artes mecánicas durante el Renacimiento se da en el tratado de ingeniería minera De re metallica (1556), que también contiene secciones sobre geología, minería y química. De re metallica fue la referencia química estándar durante los siguientes 180 años.

Era moderna

La ciencia de la mecánica clásica, a veces llamada mecánica newtoniana, formó la base científica de gran parte de la ingeniería moderna. Con el surgimiento de la ingeniería como profesión en el siglo XVIII, el término se aplicó de manera más restringida a los campos en los que las matemáticas y las ciencias se aplicaban con estos fines. De manera similar, además de la ingeniería militar y civil, los campos entonces conocidos como artes mecánicas se incorporaron a la ingeniería.

La construcción del canal fue una importante obra de ingeniería durante las primeras fases de la Revolución Industrial.

John Smeaton fue el primer ingeniero civil autoproclamado y, a menudo, se lo considera el "padre" de la ingeniería civil. Fue un ingeniero civil inglés responsable del diseño de puentes, canales, puertos y faros. También fue un ingeniero mecánico capaz y un físico eminente. Usando un modelo de rueda hidráulica, Smeaton realizó experimentos durante siete años, determinando formas de aumentar la eficiencia. Smeaton introdujo ejes y engranajes de hierro en las ruedas hidráulicas.Smeaton también realizó mejoras mecánicas en la máquina de vapor de Newcomen. Smeaton diseñó el tercer faro de Eddystone (1755-1759), donde fue pionero en el uso de "cal hidráulica" (una forma de mortero que fragua bajo el agua) y desarrolló una técnica que involucraba bloques de granito encajados en la construcción del faro. Es importante en la historia, redescubrimiento y desarrollo del cemento moderno, porque identificó los requisitos de composición necesarios para obtener la "hidraulicidad" en la cal; trabajo que condujo finalmente a la invención del cemento Portland.

La ciencia aplicada condujo al desarrollo de la máquina de vapor. La secuencia de eventos comenzó con la invención del barómetro y la medición de la presión atmosférica por parte de Evangelista Torricelli en 1643, la demostración de la fuerza de la presión atmosférica por parte de Otto von Guericke utilizando los hemisferios de Magdeburg en 1656, los experimentos de laboratorio de Denis Papin, quien construyó modeló motores de vapor y demostró el uso de un pistón, que publicó en 1707. Edward Somerset, segundo marqués de Worcester, publicó un libro de 100 inventos que contenía un método para elevar el agua similar a una cafetera. Samuel Morland, un matemático e inventor que trabajó en bombas, dejó notas en la Oficina de Ordenanzas de Vauxhall sobre el diseño de una bomba de vapor que leyó Thomas Savery. En 1698, Savery construyó una bomba de vapor llamada "El amigo del minero".No se sabía que el comerciante de hierro Thomas Newcomen, que construyó la primera máquina de vapor de pistón comercial en 1712, tuviera ninguna formación científica.

La aplicación de cilindros de soplado de hierro fundido accionados por vapor para proporcionar aire presurizado a los altos hornos condujo a un gran aumento en la producción de hierro a fines del siglo XVIII. Las temperaturas de horno más altas que se hicieron posibles con la explosión impulsada por vapor permitieron el uso de más cal en los altos hornos, lo que permitió la transición de carbón vegetal a coque. Estas innovaciones redujeron el costo del hierro, haciendo prácticos los ferrocarriles para caballos y los puentes de hierro. El proceso de charcos, patentado por Henry Cort en 1784, produjo grandes cantidades de hierro forjado. El chorro caliente, patentado por James Beaumont Neilson en 1828, redujo considerablemente la cantidad de combustible necesaria para fundir el hierro. Con el desarrollo de la máquina de vapor de alta presión, la relación potencia-peso de las máquinas de vapor hizo posibles los barcos de vapor y las locomotoras prácticos.Los nuevos procesos de fabricación de acero, como el proceso Bessemer y el horno de hogar abierto, marcaron el comienzo de un área de ingeniería pesada a fines del siglo XIX.

Uno de los ingenieros más famosos de mediados del siglo XIX fue Isambard Kingdom Brunel, que construyó ferrocarriles, astilleros y barcos de vapor.

La Revolución Industrial creó una demanda de maquinaria con partes metálicas, lo que condujo al desarrollo de varias máquinas herramienta. No era posible perforar cilindros de hierro fundido con precisión hasta que John Wilkinson inventó su máquina perforadora, que se considera la primera máquina herramienta. Otras máquinas herramienta incluyeron el torno de corte de tornillo, la fresadora, el torno de torreta y la cepilladora de metal. Las técnicas de mecanizado de precisión se desarrollaron en la primera mitad del siglo XIX. Estos incluyeron el uso de calesas para guiar la herramienta de mecanizado sobre el trabajo y accesorios para mantener el trabajo en la posición adecuada. Las máquinas herramienta y las técnicas de mecanizado capaces de producir piezas intercambiables llevaron a la producción industrial a gran escala a finales del siglo XIX.

El censo de Estados Unidos de 1850 enumeró la ocupación de "ingeniero" por primera vez con un recuento de 2.000. Había menos de 50 graduados en ingeniería en los EE. UU. antes de 1865. En 1870 había una docena de graduados en ingeniería mecánica en los EE. UU., y ese número aumentó a 43 por año en 1875. En 1890, había 6000 ingenieros en ingeniería civil, minera, mecánica y eléctrica..

No hubo cátedra de mecanismo aplicado y mecánica aplicada en Cambridge hasta 1875, y ninguna cátedra de ingeniería en Oxford hasta 1907. Alemania estableció universidades técnicas antes.

Los cimientos de la ingeniería eléctrica en el siglo XIX incluyeron los experimentos de Alessandro Volta, Michael Faraday, Georg Ohm y otros y la invención del telégrafo eléctrico en 1816 y el motor eléctrico en 1872. El trabajo teórico de James Maxwell (ver: ecuaciones de Maxwell) y Heinrich Hertz a finales del siglo XIX dio origen al campo de la electrónica. Las invenciones posteriores del tubo de vacío y el transistor aceleraron aún más el desarrollo de la electrónica hasta tal punto que los ingenieros eléctricos y electrónicos actualmente superan en número a sus colegas de cualquier otra especialidad de ingeniería. La ingeniería química se desarrolló a finales del siglo XIX.La fabricación a escala industrial demandaba nuevos materiales y nuevos procesos y hacia 1880 la necesidad de producción de productos químicos a gran escala era tal que se creó una nueva industria, dedicada al desarrollo y fabricación a gran escala de productos químicos en nuevas plantas industriales. El papel del ingeniero químico era el diseño de estas plantas y procesos químicos.

La ingeniería aeronáutica se ocupa del diseño del proceso de diseño de aeronaves, mientras que la ingeniería aeroespacial es un término más moderno que amplía el alcance de la disciplina al incluir el diseño de naves espaciales. Sus orígenes se remontan a los pioneros de la aviación a principios del siglo XX, aunque recientemente se ha fechado la obra de Sir George Cayley en la última década del siglo XVIII. El conocimiento temprano de la ingeniería aeronáutica fue en gran parte empírico con algunos conceptos y habilidades importados de otras ramas de la ingeniería.

El primer doctorado en ingeniería (técnicamente, ciencias aplicadas e ingeniería) otorgado en los Estados Unidos fue para Josiah Willard Gibbs en la Universidad de Yale en 1863; también fue el segundo doctorado otorgado en ciencia en los EE. UU.

Solo una década después de los exitosos vuelos de los hermanos Wright, hubo un amplio desarrollo de la ingeniería aeronáutica a través del desarrollo de aviones militares que se utilizaron en la Primera Guerra Mundial. Mientras tanto, la investigación para proporcionar fundamentos científicos continuó combinando la física teórica con los experimentos.

Principales ramas de la ingeniería.

La ingeniería es una disciplina amplia que a menudo se divide en varias subdisciplinas. Si bien un ingeniero generalmente se capacitará en una disciplina específica, él o ella pueden volverse multidisciplinarios a través de la experiencia. La ingeniería a menudo se caracteriza por tener cuatro ramas principales: ingeniería química, ingeniería civil, ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica.

Ingeniería Química

La ingeniería química es la aplicación de los principios de la física, la química, la biología y la ingeniería para llevar a cabo procesos químicos a escala comercial, como la fabricación de productos químicos básicos, productos químicos especiales, refinación de petróleo, microfabricación, fermentación y producción de biomoléculas.

Ingeniería civil

La ingeniería civil es el diseño y la construcción de obras públicas y privadas, como infraestructura (aeropuertos, carreteras, vías férreas, suministro y tratamiento de agua, etc.), puentes, túneles, presas y edificios. La ingeniería civil se divide tradicionalmente en una serie de subdisciplinas, que incluyen ingeniería estructural, ingeniería ambiental y topografía. Se considera tradicionalmente que está separado de la ingeniería militar.

Ingenieria Eléctrica

La ingeniería eléctrica es el diseño, estudio y fabricación de diversos sistemas eléctricos y electrónicos, como ingeniería de transmisión, circuitos eléctricos, generadores, motores, dispositivos electromagnéticos/electromecánicos, dispositivos electrónicos, circuitos electrónicos, fibras ópticas, dispositivos optoelectrónicos, sistemas informáticos, telecomunicaciones, instrumentación, sistemas de control y electrónica.

Ingeniería Mecánica

La ingeniería mecánica es el diseño y la fabricación de sistemas físicos o mecánicos, como sistemas de potencia y energía, productos aeroespaciales/aeronaves, sistemas de armas, productos de transporte, motores, compresores, trenes motrices, cadenas cinemáticas, tecnología de vacío, equipos de aislamiento de vibraciones, fabricación, robótica, turbinas, equipos de audio y mecatrónica.

Bioingeniería

La bioingeniería es la ingeniería de sistemas biológicos para un propósito útil. Los ejemplos de investigación en bioingeniería incluyen bacterias modificadas para producir productos químicos, nueva tecnología de imágenes médicas, dispositivos portátiles y rápidos para el diagnóstico de enfermedades, prótesis, productos biofarmacéuticos y órganos creados mediante ingeniería tisular.

Ingeniería interdisciplinaria

La ingeniería interdisciplinaria se basa en más de una de las principales ramas de la práctica. Históricamente, la ingeniería naval y la ingeniería de minas fueron ramas importantes. Otros campos de ingeniería son ingeniería de fabricación, ingeniería acústica, ingeniería de corrosión, instrumentación y control, aeroespacial, automotriz, informática, electrónica, ingeniería de la información, petróleo, medio ambiente, sistemas, audio, software, arquitectura, agricultura, biosistemas, biomédica, geología, textil, ingeniería industrial, de materiales y nuclear. Estas y otras ramas de la ingeniería están representadas en las 36 instituciones miembros autorizadas del Consejo de Ingeniería del Reino Unido.

Las nuevas especialidades a veces se combinan con los campos tradicionales y forman nuevas ramas; por ejemplo, la ingeniería y gestión de sistemas terrestres involucra una amplia gama de áreas temáticas que incluyen estudios de ingeniería, ciencias ambientales, ética de la ingeniería y filosofía de la ingeniería.

Otras ramas de la ingeniería.

Ingeniería Aeroespacial

Los estudios de ingeniería aeroespacial diseñan, fabrican aeronaves, satélites, cohetes, helicópteros, etc. Estudia de cerca la diferencia de presión y la aerodinámica de un vehículo para garantizar la seguridad y la eficiencia. Dado que la mayoría de los estudios están relacionados con los fluidos, se aplica a cualquier vehículo en movimiento, como los automóviles.

Ingeniería Marina

La ingeniería marina está asociada con cualquier cosa en o cerca del océano. Los ejemplos son, entre otros, barcos, submarinos, plataformas petrolíferas, estructuras, propulsión de embarcaciones, diseño y desarrollo a bordo, plantas, puertos, etc. Requiere un conocimiento combinado en ingeniería mecánica, ingeniería eléctrica, ingeniería civil y algunas habilidades de programación.

Ingeniería Informática

La ingeniería informática (EC) es una rama de la ingeniería que integra varios campos de la informática y la ingeniería electrónica necesarios para desarrollar hardware y software informático. Los ingenieros informáticos generalmente tienen capacitación en ingeniería electrónica (o ingeniería eléctrica), diseño de software e integración de hardware y software en lugar de solo ingeniería de software o ingeniería electrónica.

Ingeniería geológica

La ingeniería geológica está asociada con cualquier cosa construida sobre o dentro de la Tierra. Esta disciplina aplica los principios de las ciencias geológicas y la ingeniería para dirigir o apoyar el trabajo de otras disciplinas, como la ingeniería civil, la ingeniería ambiental y la ingeniería de minas. Los ingenieros geólogos participan en estudios de impacto para instalaciones y operaciones que afectan los entornos superficiales y subterráneos, como excavaciones en roca (por ejemplo, túneles), consolidación de cimientos de edificios, estabilización de taludes y rellenos, evaluación de riesgos de deslizamientos de tierra, monitoreo de aguas subterráneas, remediación de aguas subterráneas, excavaciones mineras y exploración de recursos naturales.

Práctica

Alguien que practica la ingeniería se llama ingeniero, y aquellos con licencia para hacerlo pueden tener designaciones más formales, como Ingeniero profesional, Ingeniero colegiado, Ingeniero incorporado, Ingenieur, Ingeniero europeo o Representante de ingeniería designado.

Metodología

En el proceso de diseño de ingeniería, los ingenieros aplican las matemáticas y las ciencias, como la física, para encontrar soluciones novedosas a los problemas o para mejorar las soluciones existentes. Los ingenieros necesitan un conocimiento competente de las ciencias relevantes para sus proyectos de diseño. Como resultado, muchos ingenieros continúan aprendiendo material nuevo a lo largo de sus carreras.

Si existen varias soluciones, los ingenieros sopesan cada opción de diseño en función de sus méritos y eligen la solución que mejor se adapta a los requisitos. La tarea del ingeniero es identificar, comprender e interpretar las restricciones de un diseño para producir un resultado exitoso. Por lo general, es insuficiente para construir un producto técnicamente exitoso, sino que también debe cumplir con otros requisitos.

Las restricciones pueden incluir recursos disponibles, limitaciones físicas, imaginativas o técnicas, flexibilidad para futuras modificaciones y adiciones, y otros factores, como requisitos de costo, seguridad, comerciabilidad, productividad y capacidad de servicio. Al comprender las restricciones, los ingenieros derivan especificaciones para los límites dentro de los cuales se puede producir y operar un objeto o sistema viable.

Resolución de problemas

Los ingenieros utilizan su conocimiento de la ciencia, las matemáticas, la lógica, la economía y la experiencia adecuada o el conocimiento tácito para encontrar soluciones adecuadas a un problema en particular. La creación de un modelo matemático apropiado de un problema a menudo les permite analizarlo (a veces de manera definitiva) y probar posibles soluciones.

Por lo general, existen múltiples soluciones razonables, por lo que los ingenieros deben evaluar las diferentes opciones de diseño según sus méritos y elegir la solución que mejor se adapte a sus requisitos. Genrich Altshuller, después de recopilar estadísticas sobre una gran cantidad de patentes, sugirió que los compromisos están en el corazón de los diseños de ingeniería de "bajo nivel", mientras que en un nivel superior, el mejor diseño es el que elimina la contradicción central que causa el problema.

Los ingenieros generalmente intentan predecir qué tan bien funcionarán sus diseños según sus especificaciones antes de la producción a gran escala. Utilizan, entre otras cosas: prototipos, modelos a escala, simulaciones, pruebas destructivas, pruebas no destructivas y pruebas de estrés. Las pruebas aseguran que los productos funcionarán como se espera.

Los ingenieros asumen la responsabilidad de producir diseños que funcionen tan bien como se espera y que no causen daños no deseados al público en general. Los ingenieros suelen incluir un factor de seguridad en sus diseños para reducir el riesgo de fallas inesperadas.

El estudio de productos fallidos se conoce como ingeniería forense y puede ayudar al diseñador del producto a evaluar su diseño a la luz de las condiciones reales. La disciplina es de gran valor después de los desastres, como el colapso de un puente, cuando se necesita un análisis cuidadoso para establecer la causa o causas de la falla.

Uso de la computadora

Al igual que con todos los esfuerzos científicos y tecnológicos modernos, las computadoras y el software juegan un papel cada vez más importante. Además del típico software de aplicación comercial, existe una serie de aplicaciones asistidas por computadora (tecnologías asistidas por computadora) específicamente para ingeniería. Las computadoras se pueden utilizar para generar modelos de procesos físicos fundamentales, que se pueden resolver mediante métodos numéricos.

Una de las herramientas de diseño más utilizadas en la profesión es el software de diseño asistido por computadora (CAD). Permite a los ingenieros crear modelos 3D, dibujos 2D y esquemas de sus diseños. El CAD, junto con la maqueta digital (DMU) y el software CAE, como el análisis del método de elementos finitos o el método de elementos analíticos, permite a los ingenieros crear modelos de diseños que se pueden analizar sin tener que hacer prototipos físicos costosos y que consumen mucho tiempo.

Estos permiten que los productos y componentes sean revisados ​​en busca de fallas; evaluar el ajuste y el montaje; estudiar ergonomía; y para analizar características estáticas y dinámicas de sistemas tales como tensiones, temperaturas, emisiones electromagnéticas, corrientes y voltajes eléctricos, niveles lógicos digitales, flujos de fluidos y cinemática. El acceso y la distribución de toda esta información generalmente se organiza con el uso de software de gestión de datos de productos.

También hay muchas herramientas para respaldar tareas de ingeniería específicas, como software de fabricación asistida por computadora (CAM) para generar instrucciones de mecanizado CNC; software de gestión de procesos de fabricación para ingeniería de producción; EDA para placa de circuito impreso (PCB) y esquemas de circuito para ingenieros electrónicos; aplicaciones MRO para la gestión del mantenimiento; y Software de arquitectura, ingeniería y construcción (AEC) para ingeniería civil.

En los últimos años, el uso de software de computadora para ayudar al desarrollo de bienes se conoce colectivamente como gestión del ciclo de vida del producto (PLM).

Contexto social

La profesión de ingeniería se involucra en una amplia gama de actividades, desde una gran colaboración a nivel social hasta proyectos individuales más pequeños. Casi todos los proyectos de ingeniería están obligados a algún tipo de agencia financiera: una empresa, un conjunto de inversores o un gobierno. Los pocos tipos de ingeniería que están mínimamente limitados por estos problemas son la ingeniería pro bono y la ingeniería de diseño abierto.

Por su propia naturaleza, la ingeniería tiene interconexiones con la sociedad, la cultura y el comportamiento humano. Cada producto o construcción utilizada por la sociedad moderna está influenciada por la ingeniería. Los resultados de la actividad de la ingeniería influyen en cambios en el medio ambiente, la sociedad y las economías, y su aplicación trae consigo una responsabilidad y seguridad ciudadana.

Los proyectos de ingeniería pueden ser objeto de controversia. Los ejemplos de diferentes disciplinas de ingeniería incluyen el desarrollo de armas nucleares, la Presa de las Tres Gargantas, el diseño y uso de vehículos utilitarios deportivos y la extracción de petróleo. En respuesta, algunas empresas de ingeniería occidentales han promulgado serias políticas corporativas y de responsabilidad social.

La ingeniería es un motor clave de la innovación y el desarrollo humano. África subsahariana, en particular, tiene una capacidad de ingeniería muy pequeña, lo que hace que muchas naciones africanas no puedan desarrollar infraestructura crucial sin ayuda externa. El logro de muchos de los Objetivos de Desarrollo del Milenio requiere el logro de la capacidad de ingeniería suficiente para desarrollar la infraestructura y el desarrollo tecnológico sostenible.

Todas las ONG de desarrollo y socorro en el extranjero hacen un uso considerable de ingenieros para aplicar soluciones en escenarios de desastre y desarrollo. Varias organizaciones benéficas tienen como objetivo utilizar la ingeniería directamente para el bien de la humanidad:

Las empresas de ingeniería en muchas economías establecidas se enfrentan a desafíos importantes con respecto a la cantidad de ingenieros profesionales que se capacitan, en comparación con la cantidad que se jubila. Este problema es muy importante en el Reino Unido, donde la ingeniería tiene una mala imagen y un estatus bajo. Hay muchos problemas económicos y políticos negativos que esto puede causar, así como problemas éticos. Existe un acuerdo generalizado de que la profesión de ingeniería se enfrenta a una "crisis de imagen", en lugar de ser fundamentalmente una carrera poco atractiva. Se necesita mucho trabajo para evitar grandes problemas en el Reino Unido y otras economías occidentales. Aún así, el Reino Unido posee la mayoría de las empresas de ingeniería en comparación con otros países europeos, junto con los Estados Unidos.

Código ético

Muchas sociedades de ingeniería han establecido códigos de práctica y códigos de ética para guiar a los miembros e informar al público en general. El código de ética de la Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales establece:

La ingeniería es una profesión importante y aprendida. Como miembros de esta profesión, se espera que los ingenieros exhiban los más altos estándares de honestidad e integridad. La ingeniería tiene un impacto directo y vital en la calidad de vida de todas las personas. En consecuencia, los servicios prestados por los ingenieros requieren honestidad, imparcialidad, justicia y equidad, y deben estar dedicados a la protección de la salud, la seguridad y el bienestar públicos. Los ingenieros deben desempeñarse bajo un estándar de conducta profesional que requiere la adhesión a los más altos principios de conducta ética.

En Canadá, muchos ingenieros usan el Anillo de Hierro como símbolo y recordatorio de las obligaciones y la ética asociadas con su profesión.

Relaciones con otras disciplinas.

Ciencia

Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha existido.—  Theodore von Karmán

Existe una superposición entre las ciencias y la práctica de la ingeniería; en la ingeniería se aplica la ciencia. Ambas áreas de esfuerzo se basan en la observación precisa de materiales y fenómenos. Ambos usan matemáticas y criterios de clasificación para analizar y comunicar las observaciones.

Los científicos también pueden tener que completar tareas de ingeniería, como diseñar aparatos experimentales o construir prototipos. Por el contrario, en el proceso de desarrollo de tecnología, los ingenieros a veces se encuentran explorando nuevos fenómenos, convirtiéndose así, por el momento, en científicos o, más precisamente, en "científicos de la ingeniería".

En el libro Qué saben los ingenieros y cómo lo saben, Walter Vincenti afirma que la investigación en ingeniería tiene un carácter diferente al de la investigación científica. En primer lugar, a menudo trata áreas en las que la física o la química básicas se comprenden bien, pero los problemas en sí son demasiado complejos para resolverlos de manera exacta.

Existe una diferencia "real e importante" entre la ingeniería y la física, ya que cualquier campo de la ciencia tiene que ver con la tecnología. La física es una ciencia exploratoria que busca el conocimiento de los principios, mientras que la ingeniería utiliza el conocimiento para aplicaciones prácticas de los principios. El primero equipara una comprensión con un principio matemático, mientras que el segundo mide las variables involucradas y crea tecnología. Para la tecnología, la física es un auxiliar y en cierto modo se considera a la tecnología como física aplicada. Aunque la física y la ingeniería están interrelacionadas, no significa que un físico esté capacitado para hacer el trabajo de un ingeniero. Un físico generalmente requeriría capacitación adicional y relevante. Los físicos y los ingenieros se dedican a diferentes líneas de trabajo.Pero los físicos de doctorado que se especializan en los sectores de la física de la ingeniería y la física aplicada se titulan como Oficial de tecnología, Ingenieros de I + D e Ingenieros de sistemas.

Un ejemplo de esto es el uso de aproximaciones numéricas a las ecuaciones de Navier-Stokes para describir el flujo aerodinámico sobre una aeronave, o el uso del método de elementos finitos para calcular las tensiones en componentes complejos. En segundo lugar, la investigación en ingeniería emplea muchos métodos semiempíricos que son ajenos a la investigación científica pura, siendo un ejemplo el método de variación de parámetros.

Como afirman Fung et al. en la revisión del texto clásico de ingeniería Fundamentos de Mecánica de Sólidos:

La ingeniería es bastante diferente de la ciencia. Los científicos tratan de comprender la naturaleza. Los ingenieros tratan de hacer cosas que no existen en la naturaleza. Los ingenieros enfatizan la innovación y la invención. Para incorporar una invención, el ingeniero debe poner su idea en términos concretos y diseñar algo que la gente pueda usar. Ese algo puede ser un sistema complejo, un dispositivo, un artilugio, un material, un método, un programa informático, un experimento innovador, una nueva solución a un problema o una mejora de lo que ya existe. Dado que un diseño tiene que ser realista y funcional, debe tener definidos sus datos de geometría, dimensiones y características. En el pasado, los ingenieros que trabajaban en nuevos diseños se dieron cuenta de que no tenían toda la información necesaria para tomar decisiones de diseño. La mayoría de las veces, estaban limitados por un conocimiento científico insuficiente. Así estudiaron matemáticas, física, química, biología y mecánica. A menudo tenían que añadir a las ciencias pertinentes a su profesión. Así nacieron las ciencias de la ingeniería.

Si bien las soluciones de ingeniería hacen uso de principios científicos, los ingenieros también deben tener en cuenta la seguridad, la eficiencia, la economía, la confiabilidad y la capacidad de construcción o la facilidad de fabricación, así como el medio ambiente, las consideraciones éticas y legales, como la infracción de patentes o la responsabilidad en caso de falla. de la solución

Medicina y biologia

El estudio del cuerpo humano, aunque desde diferentes direcciones y para diferentes propósitos, es un importante vínculo común entre la medicina y algunas disciplinas de la ingeniería. La medicina tiene como objetivo mantener, reparar, mejorar e incluso reemplazar las funciones del cuerpo humano, si es necesario, mediante el uso de la tecnología.

La medicina moderna puede reemplazar varias de las funciones del cuerpo mediante el uso de órganos artificiales y puede alterar significativamente la función del cuerpo humano a través de dispositivos artificiales como, por ejemplo, implantes cerebrales y marcapasos. Los campos de la biónica y la biónica médica se dedican al estudio de implantes sintéticos pertenecientes a sistemas naturales.

Por el contrario, algunas disciplinas de la ingeniería ven el cuerpo humano como una máquina biológica que vale la pena estudiar y se dedican a emular muchas de sus funciones al reemplazar la biología con la tecnología. Esto ha llevado a campos como la inteligencia artificial, las redes neuronales, la lógica difusa y la robótica. También hay interacciones interdisciplinarias sustanciales entre la ingeniería y la medicina.

Ambos campos brindan soluciones a problemas del mundo real. Esto a menudo requiere avanzar antes de que los fenómenos se comprendan completamente en un sentido científico más riguroso y, por lo tanto, la experimentación y el conocimiento empírico son una parte integral de ambos.

La medicina, en parte, estudia la función del cuerpo humano. El cuerpo humano, como máquina biológica, tiene muchas funciones que pueden modelarse utilizando métodos de ingeniería.

El corazón, por ejemplo, funciona como una bomba, el esqueleto es como una estructura unida con palancas, el cerebro produce señales eléctricas, etc. Estas similitudes, así como la creciente importancia y aplicación de los principios de ingeniería en la medicina, llevaron al desarrollo del campo. de ingeniería biomédica que utiliza conceptos desarrollados en ambas disciplinas.

Las nuevas ramas emergentes de la ciencia, como la biología de sistemas, están adaptando las herramientas analíticas utilizadas tradicionalmente para la ingeniería, como el modelado de sistemas y el análisis computacional, a la descripción de sistemas biológicos.

Arte

Hay conexiones entre la ingeniería y el arte, por ejemplo, la arquitectura, la arquitectura del paisaje y el diseño industrial (incluso en la medida en que estas disciplinas a veces pueden incluirse en la Facultad de Ingeniería de una universidad).

El Instituto de Arte de Chicago, por ejemplo, realizó una exposición sobre el arte del diseño aeroespacial de la NASA. Algunos perciben que el diseño del puente de Robert Maillart fue deliberadamente artístico. En la Universidad del Sur de Florida, un profesor de ingeniería, a través de una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias, ha desarrollado un curso que conecta el arte y la ingeniería.

Entre las figuras históricas famosas, Leonardo da Vinci es un conocido artista e ingeniero del Renacimiento y un excelente ejemplo del nexo entre el arte y la ingeniería.

Negocio

Business Engineering se ocupa de la relación entre la ingeniería profesional, los sistemas de TI, la administración empresarial y la gestión del cambio. La gestión de ingeniería o "ingeniería de gestión" es un campo especializado de gestión relacionado con la práctica de la ingeniería o el sector de la industria de la ingeniería. La demanda de ingenieros enfocados en la gestión (o, desde la perspectiva opuesta, gerentes con conocimientos de ingeniería), ha resultado en el desarrollo de títulos especializados en gestión de ingeniería que desarrollan el conocimiento y las habilidades necesarias para estos roles. Durante un curso de gestión de ingeniería, los estudiantes desarrollarán habilidades, conocimientos y experiencia en ingeniería industrial, junto con conocimientos de administración de empresas, técnicas de gestión y pensamiento estratégico. Los ingenieros especialistas en gestión del cambio deben tener un conocimiento profundo de la aplicación de los principios y métodos de la psicología industrial y organizacional. Los ingenieros profesionales a menudo se forman como consultores de gestión certificados en el campo muy especializado de la consultoría de gestión aplicada a la práctica de la ingeniería o al sector de la ingeniería. Este trabajo a menudo se ocupa de la transformación empresarial compleja a gran escala o de iniciativas de gestión de procesos empresariales en la industria aeroespacial y de defensa, automotriz, petróleo y gas, maquinaria, productos farmacéuticos, alimentos y bebidas, electricidad y electrónica, distribución y generación de energía, servicios públicos y sistemas de transporte. Esta combinación de práctica de ingeniería técnica, práctica de consultoría de gestión, conocimiento del sector industrial, y la experiencia en gestión del cambio permite a los ingenieros profesionales que también están calificados como consultores de gestión liderar importantes iniciativas de transformación empresarial. Estas iniciativas suelen estar patrocinadas por ejecutivos de nivel C.

Otros campos

En ciencias políticas, el término ingeniería se ha tomado prestado para el estudio de las materias de ingeniería social e ingeniería política, que se ocupan de la formación de estructuras políticas y sociales utilizando la metodología de la ingeniería junto con los principios de las ciencias políticas. La ingeniería de marketing y la ingeniería financiera también han tomado prestado el término.