Інжынэрная справа

Інжынэ́рная спра́ва, інжынэ́рыя (па-француску: Ingénierie, таксама інжынірынг ад анг. Engineering, зыходна ад лац. Ingenium — вынаходлівасьць; выдумка; веды, майстэрскі) — вобласьць чалавечай інтэлектуальнай дзейнасьці, дысцыпліна, прафэсія, задачай якой уважаецца прыкладаньне дасягненьняў навукі, тэхнікі, выкарыстаньне законаў і прыродных рэсурсаў длеля разьвязаньня канкрэтных праблемаў, мэтаў і задачаў чалавецтва.

Паравы рухавік Вата, які стаўся сымбалем прамысловай рэвалюцыі

Інакш кажучы, інжынэрыя ёсьць сукупнасьць прац прыкладнога характару, якая ўключае перадпраектныя тэхніка-эканамічныя дасьледаваньні й абгрунтаваньні плянаваных капіталаўкладаньняў, неабходную лябараторную й экспэрымэнтальную дапрацоўку тэхналёгіяў і прататыпаў, іхную прамысловую прапрацоўку, а таксама наступныя паслугі й кансультацыі. Спэцыялістамі, які займаюцца інжынэрай справай называюць інжынэрам. Шырокая інжынэрная дысцыпліна ўключае ў сябе шэраг больш спэцыялізаваныя паддысцыпліны, кожная зь якіх мае больш канкрэтны акцэнт на пэўныя вобласьці навукі й тэхналёгіі.

Этымалёгія

Інжынэрыя існуе са старажытных часоў, калі людзі зрабілі фундамэнтальныя вынаходзтвы, як то вынаходзства шківа, рычага й кола. Кожнае з гэтых вынаходзтваў, у адпаведнасьці з сучасным вызначэньнем тэхнікі, выкарыстоўвае асноўныя мэханічных прынцыпы для распрацоўкі карысных інструмэнтаў і аб’ектаў.

Тэрмін «інжынэрыя» сам па сабе мае значна больш позьнюю этымалёгію, якая вынікае са слова «інжынэр», якое ў сваю чаргу ўзыходзіць да 1325 году, калі слова engine’er (у літаральным сэнсе — «той, хто прыводзе ў дзеяньне рухавік»), першапачаткова азначала «канструктара ваенных машынаў». Такім чынам панятак «рухавік» ставіўся да ваеннай машыны, гэта значыць да мэханічнага збудаваньня, якое выкарыстоўвалася ў вайне, як то катапульта. На сёньняшні дзень гэтае вызначэньне слова «інжынэрыя» састарэла, аднак прыкметным выключэньнем састарэлага выкарыстаньня й па сёньняшні дзень ёсьць ваенна-інжынэрныя корпусы, як то інжынэрны корпус арміі ЗША.

Слова «рухавік» у сваю чаргу ёсьць яшчэ больш старажытным, і ў канчатковым рахунку, яно выніке з лацінскага слова ingenium (каля 1250 году), што азначае «прыроджаная якасьць, асабліва разумовыя здольнасьці»^[1].

Пазьней, для канструяваньня грамадзянскіх структур, як то мастоў і будынкаў, сфармаваўся новы панятак «цывільная інжынэрыя»^[2], які ўвайшоў у лексыкон як спосаб правесьці адрозненьне паміж той дысцыплінай, якая спэцыялізуецца на будаўніцтве неваенных праектаў і той, якая ставіцца да ваеннай тэхнікі.

Гісторыя

Антычнасьць

Мадэль рымскага вадзянога збожжавага млына, апісаная Вітрувіюсам.

Фарос Александрыйскі, піраміды ў Эгіпце, Вісячыя сады Сэміраміды, Акропаль і Парфэнон у Грэцыі, рымскія аквэдукі, Вія Апія й Калізэй, Тэатыўакан, гарады й піраміды імпэрыяў мая, інкаў і ацтэкаў, Вялікая Кітайская сьцяна, храм Брыхадэшварар й грабніцы Індыі, сярод шматлікіх іншых, ёсьць сьведчаньнем вынаходлівасьці й майстэрства старажытных цывільных і вайсковых інжынэраў.

Самым раньнім вядомым інжынэрам-будаўніком быў Імхатэп^[2]. У якасьці аднаго са службовых асобаў фараона Джасэра, ён, верагодна, распрацаваў і кіраваў будаўніцтвам пірамідаў Джасэра ў Сакары ў Эгіпце каля 2630—2611 гадоў да н. э.^[3]. Ён таксама быў адказным за першае вядомае выкарыстаньне калёнаў у архітэктуры.

Старажытныя рымляне будавалі аквэдукі, каб забясьпечыць месты й мястэчкі імпэрыі крыніцай чыстай і сьвежай вады.

У Старажытнай Грэцыі былі створаны машыны, як у грамадзянскай, гэтак і ў ваеннай галінах інжынэрыі. Мэханізм Антыкітэра ёсьць першым вядомым мэханічным кампутарам^[4][5], а мэханічных вынаходзтвы Архімэда зьяўляюцца прыкладамі раньняга машынабудаваньня. Некаторыя з вынаходзтваў Архімэда, а таксама мэханізм Антыкітэра патрабуюць глыбокія ведаў дыфэрэнцыяльнай перадачы або плянэтарнай перадачы, два ключавых прынцыпы ў машыннай тэорыі, з дапамогаў якіх былі распрацаваны зубчастых перадачы ў прамысловай рэвалюцыі, і да гэтага часу шырока выкарыстоўваецца сёньня ў самых розных галінах, як то робататэхніка й аўтамабільная тэхніка^[6].

Кітайскія, грэцкія й рымскія войскі выкарыстоўвалі складаную ваенную тэхніку й вынаходзтвы, як то артылерыю, якая была распрацавана грэкамі каля IV стагодзьдзя да н. э.^[7], трырэмы, балісты й катапульты.

Сярэднявечча й Эпоха Рэнэсанса

У Сярэднявеччы вайсковымі інжынэрамі быў распрацаваны трэбушэт.

Вадзяны пад’ёмнік для шахтаў, які выкарыстоўваўся дзеля падняцьця руды.

Першымі практычнымі прыладамі, якія працавалі на энэргіі ветру, былі ветракі ці ветраныя помпы, якія ўпершыню зьявіліся ў мусульманскім сьвеце ў IX стагодзьдзі за часам Залатога веку ісламу на тэрыторыях сучасных Ірану, Аўганістану й Пакістану^{[8][9][10][11]}. Самай раньняй практычнай паравой машынай уважаецца паравы круцяк, які працаваў на паравой турбіне. Ён быў апісаны ў 1551 годзе Такі ад-Дынам у Асманскім Эгіпце. Прылада для апрацоўкі бавоўны была вынайдзена ў Індыі ўжо ў VI стагодзьдзі^[12], а калаўрот зьявіўся ў мусульманскім сьвеце ў пачатку XI стагодзьдзя^[13]. Абедзьве гэтыя прылады сталі асновай дзеля разьвіцьця бавоўнаперапрацоўчай прамысловасьці. Калаўрот таксама стаўся папярэднікам прасьніцы «Джэні», якая стала ключавой інавацыяй у час раньняй прамысловай рэвалюцыі ў XVIII стагодзьдзі.

Першым інжынэрам-электрыкам лічыцца Ўільям Гілбэрт, які ў 1600 годзе выдаў публікацыю «De Magnete», у якім упершыню выкарыстоўваецца тэрмін «электрычнасьць»^[14]. З пашырэньнем інжынэрыі як прафэсіі ў XVIII стагодзьдзі тэрмін інжынэрная справа стаў прымяняцца да больш вузкай практычнай сфэры навукі, у цеснай сувязі з матэматыкай і натуральнымі навукамі. Акрамя таго, у дадатак да вайскова-цывільнай сфэры да панятку было далучана мэханістычнае мастацтва.

Сучаснасьць

Будаўніцтва каналаў было важнай інжынэрнай задачай на раньніх этапах прамысловай рэвалюцыі^[15]. Джон Сьмітан быў першым, хто назваў сябе цывільным інжынэрам. Ён часта ўважаецца бацькам гэтага кірунку інжынэрнай справы. Сьмітан быў ангельскім інжынэрам, які праектаваў масты, каналы, гавані й маякі. Акрамя таго, ён быў здольным машынабудаўніком і выдатным фізыкам. Сьмітан цягам сямі гадоў ладзіў экспэрымэнты з мадэльлю воднага кола, вызначаючы спосабы павышэньня ягонай эфэктыўнасьці^[16]. Інжынэр усталяваў жалезныя восі й шасьцярні для водных колаў. Сьмітан таксама зрабіў мэханічныя паляпшэньні Ньюкамэнавай паравой машыны. Ён распрацаваў трэці маяк Эдыстоўна, дзе ўпершыню выкарыстоўваў «гідраўлічную вапну» (разнавіднасьць рошчыну, які цьвярдзее пад вадой) і распрацаваў мэтад з выкарыстаньнем шчыльна стасаваных гранітных блёкаў дзеля будаўніцтва маяка. Сьмітан сыграў важную ролю ў гісторыі й разьвіцьці сучаснага цэмэнту, бо менавіта ён вызначыў патрабаваньні да складу, неабходныя дзеля атрыманьня «гідраўлічнасьці» вапны. Ягоная праца ў канчатковым выніку прывяла да вынаходзтва портлэндцэмэнту.

Першы ў сьвеце жалезны мост.

Дзякуючы прыкладальнай навукі была распрацаваная паравая машына. Усё запачаткавалася з вынаходзтва баромэтру й вымярэньня атмасфэрнага ціску Эванджэлістам Тарычэльлі ў 1643 годзе, дэманстрацыі сілы атмасфэрнага ціску Ота фон Герыке з выкарыстаньнем магдэбурскіх паўшар’яў у 1656 годзе, а таксама лябараторных экспэрыментаў Дэні Папэна. Папэн стварыў экспэрымэнтальныя мадэлі паравых машынаў і прадэманстраваў выкарыстаньне поршня, які ён прадэмантраваў грамадзкасьці ў 1707 годзе. Эдўард Сомэрсэт, 2-гі маркіз Ўустэру, апублікаваў кнігу з 100 вынаходзтвамі, у якой утрымліваўся мэтад узьняцьця вады, падобны да пэркалятара. Сэм’юэл Морлэнд, матэматык і вынаходнік, які займаўся распрацоўкай помпаў, пакінуў нататкі ў арсэнале Ваксхолу адносна праекту паравой помпы, які прачытаў Томас Сэйвэры. У 1698 годзе Сэйвэры пабудаваў паравую помпу пад назвай «сябар шахтара». У сваім прыстасаваньні ён выкарыстоўваў як вакуўм, гэтак і ціск^[17]. Разьвіцьцё гэтай прылады прывяло да прамысловай рэвалюцыі ў бліжэйшыя дзесяцігодзьдзі пасьля таго, улічваючы пачатак масавай вытворчасьці. Томас Ньюкамэн, гандляр жалезам, які ў 1712 годзе стварыў першую камэрцыйную поршневую паравую машыну, ня меў навуковай падрыхтоўкі^[18].

Вынаходзтва самалёту патрабавала разьвязаньня складаных праблемаў аэрадынамікі, пытаньняў з канструкцыяй, матэрыяламі і рухавікамі, а таксама глыбокага разуменьня законаў руху і кіраваньня палётам.

Выкарыстаньне паравых чугунных цыліндраў дзеля нагнятаньня сьціснутага паветра ў гісэрневыя печы прывяло да значнага павелічэньня вытворчасьці жалеза ў канцы XVIII стагодзьдзя. Больш высокія тэмпэратуры ў печах, дасягнутыя дзякуючы паравым нагнятальнікам, дазволілі выкарыстоўваць больш вапны ў працэсе плаўленьня, што зрабіла магчымым пераход ад драўнянага вугалю да вугалю каменны^[19]. Гэтыя інавацыі зьнізілі кошт вытворчасьці жалеза, што зрабіла эканамічна прыбытковым будаўніцтва конных чыгунак і жалезных мастоў. Працэс пудлінгаваньня, запатэнтаваны Гэнры Кортам у 1784 годзе, дазволіў масава вырабляць каванае жалеза. Гарачае выдзіманьне, запатэнтаванае Джэймзам Бамонам Нілсанам у 1828 годзе, значна зьнізіла колькасьць паліва, неабходнага дзеля выплаўленьня жалеза. Разьвіцьцё высокацісковых паравых машынаў забясьпечыла дастатковую магутнасьць у адносінах да вагі, што зрабіла магчымым стварэньне паравых чоўнаў і лякаматываў^[20]. Новыя працэсы вытворчасьці сталі, як то бэсэмэраўскі працэс і выкарыстаньне мартэнаўскай печы, распачалі эпоху цяжкага машынабудаваньня ў канцы XIX стагодзьдзя. Адзін з самых вядомых інжынэраў сярэдзіны XIX стагодзьдзя, Ізамбард Кінгдам Брунэл, будаваў чыгункі, докі й параходы.

Сьвідравальная плятформа ёсьць высокатэхналягічным аб’ектам, які аб’ядноўвае складаныя інжынэрныя сыстэмы.

Прамысловая рэвалюцыя стварыла попыт на машыны з мэталічнымі дэталямі, што прывяло да распрацоўкі шэрагу варштатаў. Высьвідраваньне чыгунных цыліндраў з высокай дакладнасьцю стала магчымым дзякуючы вынаходніцтву сьвідравальнай машыны Джонам Ўілкінсанам, якая лічыцца першым у сьвеце варштатам. Іншыя варштаты ўлучалі такарна-шрубарэзны варштат, фрэзэрны варштат, рэвальвэрна-такарны варштат і габлявальны варштат. Дакладныя тэхналёгіі мэханічнай апрацоўкі былі распрацаваныя ў першай палове XIX стагодзьдзя. Да іх стасаваліся выкарыстаньне фіксатараў-накіроўвальнікаў дзеля кіраваньня рухам інструмэнту па нарыхтоўцы й фіксацыі нарыхтоўкі ў слушным становішчы. Варштаты й тэхналёгіі апрацоўкі, якія забясьпечвалі вытворчасьць узаемазаменных дэталяў, дазволілі наладзіць буйнамаштабную фабрычную вытворчасьць да канца XIX стагодзьдзя^[21].

Да 1875 году ў Кембрыдзкім унівэрсытэце бракавала катэдры прыкладальнай мэханікі, а ў Оксфардзкім унівэрсытэце катэдра інжынэрыі была створаная толькі ў 1907 годзе. У той жа час у Нямеччыне тэхнічныя ўнівэрсытэты зьявіліся раней. Асновы электратэхнікі ў XIX стагодзьдзі былі закладзеныя экспэрымэнтамі Алесандра Вольтам, Майклам Фарадэям, Георга Ома й іншымі. У 1816 годзе быў вынайдзены электрычны тэлеграф, а ў 1872 годзе зьявіўся электрарухавік. Тэарэтычныя дасьледаваньні Джэймза Максўэла й Гайнрыха Гэрца ў канцы XIX стагодзьдзя прывялі да зьяўленьня электронікі. Пазьнейшыя вынаходзтвы, як то вакуўмная лямпа й транзыстар, яшчэ больш паскорылі разьвіцьцё электронікі, дасягнуўшы такой ступені, што на сёньня колькасьць інжынэраў-электрыкаў і электроньнікаў перавышае колькасць спэцыялістаў у іншых інжынэрных галінах.

Хімічная інжынэрыя разьвілася ў канцы XIX стагодзьдзя. Прамысловая вытворчасьць у вялікіх аб’ёмах патрабавала новых матэрыялаў і працэсаў, і да 1880 году попыт на масавую вытворчасьць хімікатаў быў настолькі вялікім, што былая створана новая галіна, прысьвечаная распрацоўцы й масаваму выпуску хімікатаў на новых прамысловых прадпрыемствах. Роля інжынэраў-хімікаў палягала на праектаваньні хімічных заводаў і распрацоўцы тэхналягічных працэсаў. Авіяцыйная інжынэрыя займаецца працэсам праектаваньня самалётаў, у той час як касьмічная інжынэрыя пашырае межы дысцыпліны, улучаючы праектаваньне касьмічных апаратаў. Ейныя вытокі можна прасачыць да авіяцыйных піянэраў пачатку ХХ стагодзьдзя, але ж дасьледаваньні сэра Джорджа Кейлі адносяцца да апошняга дзесяцігодзьдзя XVIII стагодзьдзя. Раньнія веды ў галіне авіяцыйнай інжынэрыі былі перадусім эмпірычнымі, прычым некаторыя паняткі й навыкі былі запазычаныя зь іншых галінаў інжынэрыі.

Глядзіца таксама

• Тэхналёгія
• Тэхнічныя навукі