産業革命の大きな原動力となった蒸気機関は、近代史における工学の重要性を浮き彫りにしています。このビームエンジンはマドリード工科大学に展示されています。

工学は、自然科学、数学、工学設計プロセス[1]を用いて、技術分野における問題を解決し、効率と生産性を高め、システムを改善する実践です。伝統的な工学の分野は、土木、機械、電気、化学です。工学という学問分野は、より専門的な幅広いサブフィールドを包含しており、それぞれが数学と科学の応用に、より具体的な重点を置くことができます。同様に、現代の工学の実践は、インフラストラクチャ、機械、車両、電子機器、材料、エネルギーシステムの設計と改善を含む、複数の工学分野に及びます。[2]関連用語については、工学用語集を参照してください。

人類の努力としての工学は、6 つの古典的な単純機械から始まり、古代から存在しています。古代からの大規模な工学プロジェクトの例としては、ピラミッドなどの印象的な建造物、パルテノン神殿などの優美な寺院、船体のある水上船舶、運河、ローマ水道橋などの水輸送があります。初期の機械は人や動物の力で動いていましたが、後に風力になりました。戦争の機械は攻城兵器として発明されました。ヨーロッパでは、科学革命と産業革命によって工学が科学的専門職へと発展し、継続的な技術改良が行われました。蒸気機関は動物よりもはるかに大きな動力を提供し、船や鉄道の機械推進につながりました。さらなる科学の進歩により、電気、化学、航空宇宙の要件への工学の応用と、効率性向上のための新素材の使用がもたらされました。

エンジニアリングという言葉はラテン語の ingeniumに由来する。[3]エンジニアは通常、正直さと誠実さを重視する倫理規定に従い、公共の安全と福祉に尽力する。エンジニアリングのタスクには、制約に基づいて最適なソリューションを見つけることが含まれ、生産前にテストとシミュレーションが使用される。展開された製品に障害が発生した場合、フォレンジックエンジニアリングを使用して、何が問題であったかを判断し、修正方法を見つける。この製品ライフサイクル管理の多くは、現在、設計からテスト、製造までコンピュータソフトウェアによって支援されている。より大規模な場合、このプロセスは通常、企業、複数の投資家、または政府によって資金提供されるため、経済学とビジネス慣行に関する知識が必要である。

意味

アメリカ技術者専門能力開発評議会（工学技術認定委員会（ABET）の前身） [4]は、「エンジニアリング」を次のように定義しています。

科学的原理を創造的に応用して、構造物、機械、装置、製造工程、またはそれらを単独または組み合わせて使用​​する作品を設計または開発すること。あるいは、それらの設計を十分に認識した上でそれらを構築または運用すること。あるいは、特定の動作条件下でのそれらの動作を予測すること。これらはすべて、意図された機能、運用の経済性、生命と財産の安全性に関するものである。[5] [6]

歴史

リールの城塞の立体地図。 1668年に当時の最も優れた軍事技術者であったヴォーバンによって設計された。

工学は古代から存在しており、人類はくさび、てこ、車輪、滑車などの発明を考案しました。[7]

「エンジニアリング」という用語は「エンジニア」という言葉に由来しており、この言葉自体は14世紀に遡ります。当時、エンジニア（文字通り、攻城兵器を製造または操作する人）は「軍用兵器の製作者」を指していました。[8]この文脈（現在では使われていません）では、「エンジン」は軍用機械、つまり戦争で使用される機械装置（例えば、カタパルト）を指していました。[9]現在まで残っているこの廃れた用法の顕著な例としては、軍事工学部隊、例えばアメリカ陸軍工兵隊が挙げられます。

「エンジン」という言葉自体はさらに古い起源を持ち、最終的にはラテン語のingenium（ 1250年頃）に由来し、「生来の資質、特に精神力、したがって巧妙な発明」を意味します。[10]

その後、橋や建物などの民間構造物の設計が技術分野として成熟するにつれて、そのような非軍事プロジェクトの建設を専門とする人々と軍事工学の分野に携わる人々を区別する方法として、土木工学[6]という用語が語彙に加わりました。

古代

古代ローマ人は帝国内の都市や町に清潔で新鮮な水を安定的に供給するために水道橋を建設した。 [11]

古代エジプトのピラミッド、メソポタミアのジッグラト、ギリシャのアクロポリスとパルテノン神殿、ローマ水道橋[11]、アッピア街道とコロッセオ、テオティワカン、タンジャーヴールのブリハディースワラ神殿など、古代の土木・軍事技術者の創意工夫と技術の証として、数多くの建造物が現存しています。バビロンの空中庭園やアレクサンドリアのファロス神殿など、現在は現存していない建造物も、当時の重要な工学技術の成果であり、古代世界の七不思議の一つに数えられていました。[12]

古代近東では、 6つの古典的な単純機械が知られていました。くさびと斜面（ランプ）は先史時代から知られていました。[13]車輪は、車輪と車軸の機構とともに、紀元前5千年紀にメソポタミア（現在のイラク）で発明されました。[14] てこの機構は、約5000年前に近東で初めて登場し、単純な天秤に使用されました。[15]また、古代エジプトの技術では、大きな物体を移動するために使用されました。[16]てこは、メソポタミアで紀元前 3000年頃に登場した最初のクレーン機械であるシャドウフ揚水装置にも使用され、[15]その後、古代エジプトの技術では 紀元前2000年頃に使用されました。[17]滑車の最も古い証拠は、紀元前2千年紀初頭のメソポタミアにまで遡り、[18]古代エジプトの第12王朝（紀元前1991-1802年）にまで遡ります。[19]最後に発明された単純な機械であるねじは、[ 20 ]新アッシリア時代（紀元前911-609年）のメソポタミアで初めて登場しました。[18]エジプトのピラミッドは、6つの単純な機械のうちの3つ、傾斜面、くさび、てこを使用して建設され、ギザの大ピラミッドのような構造物が作られました。[21]

名前が知られている最古の土木技術者はイムホテプである。[6]ファラオ、ジョセル王の役人の一人として、彼はおそらく紀元前2630年から2611年頃、エジプトのサッカラにあるジョセル王のピラミッド（階段ピラミッド）の建設を設計し、監督した。 [22]最も古い実用的な水力機械である水車と水車小屋は、紀元前4世紀初頭までにペルシャ帝国（現在のイラクとイラン）で初めて登場した。[23]

クシュでは紀元前4世紀にサキアが発達し、人力ではなく動物の力に頼っていました。[24] ハフィールはクシュで水を貯蔵・貯留し、灌漑を促進するための貯水池の一種として発達しました。 [25]クシュ人の祖先は紀元前3700年から3250年の青銅器時代にスペオを建設しました。 [26] クシュでは紀元前7世紀にブルーム工場と高炉も作られました。 [27] [28] [29] [30]木板で作られた航海船は青銅器時代に設計・建造されていました。これは紀元前1300年頃のウルブルンの難破船によって証明されています。 [31]

古代ギリシャは、ビザンツのフィロンなどの著作からも明らかなように、民生・軍事両面で機械を開発しました。 [32]初期の機械式アナログ計算機として知られるアンティキティラ島の機械[ 33] [34]やアルキメデスの機械的発明は、ギリシャ機械工学の例です。アルキメデスの発明の中には、アンティキティラ島の機械と同様に、差動歯車機構や遊星歯車機構に関する高度な知識を必要とするものもありました。これらは機械理論における2つの重要な原理であり、産業革命の歯車列の設計に役立ち、ロボット工学や自動車工学などの分野で広く使用されています。[35]

古代中国、ギリシャ、ローマ、フン族の軍隊は、紀元前4世紀頃にギリシャ人が開発した大砲[36] 、紀元前6～5世紀頃に中国人が開発した三段櫂船、バリスタ、カタパルト、トレビュシェットなどの軍事機械や発明を採用しました。[37]

中世

最も古い実用的な風力機械である風車と風力ポンプは、イスラム黄金時代のイスラム世界、現在のイラン、アフガニスタン、パキスタンで、西暦9世紀までに初めて登場しました。[38] [39] [40] [41]最も古い実用的な蒸気機械は、蒸気タービンで駆動する蒸気ジャッキで、1551年にオスマン帝国時代のエジプトでタキー・アル＝ディーン・ムハンマド・イブン・マルフによって記述されています。[42] [43]

綿繰り機は6世紀までにインドで発明され[44]、糸紡ぎ車は11世紀初頭までにイスラム世界で発明されました[45]。これらはいずれも綿花産業の発展に不可欠なものでした。糸紡ぎ車はまた、 18世紀初期の産業革命において重要な発展を遂げたジェニー紡績機の前身でもありました[46] 。

最も初期のプログラム可能な機械はイスラム世界で開発されました。音楽シーケンサー、つまりプログラム可能な楽器は、最も初期のプログラム可能な機械でした。最初の音楽シーケンサーは、9世紀にバヌ・ムーサ兄弟によって発明された自動フルート奏者であり、彼らの著書『巧妙な装置集』に記述されています。[47] [48] 1206年、アル＝ジャザリーはプログラム可能なオートマタ／ロボットを発明しました。彼は4体のオートマタ演奏者について記述しており、その中にはプログラム可能なドラムマシンによって操作されるドラマーも含まれていました。ドラマーは異なるリズムやドラムパターンを演奏することができました。[49]

鉱石を持ち上げるために使われた水力式の鉱山用ホイスト、ドイツ、 1556年頃

近代工学が発展する以前は、数学は製粉工、時計職人、計器製作者、測量士といった職人や職人たちによって利用されていました。これらの職業を除けば、大学は技術にとってそれほど実用的な意味を持っていなかったと考えられていました。[50] : 32 

ルネサンス期の機械工学の現状に関する標準的な参考文献として、鉱山工学に関する論文『金属論』（1556年）が挙げられます。この論文には、地質学、鉱業、化学に関するセクションも含まれています。『金属論』はその後180年間、化学の標準的な参考文献となりました。[50]

産業革命

蒸気機関の導入により、製鉄において木炭の代わりにコークスを使用できるようになり、鉄のコストが下がり、技術者たちは橋梁建設のための新たな材料を手に入れました。この橋は鋳鉄で作られていましたが、すぐに脆くない錬鉄が構造材料として使用されるようになりました。

古典力学（ニュートン力学とも呼ばれる）は、近代工学の多くの科学的基盤を形成した。[50] 18世紀に専門職としての工学が台頭するにつれ、この用語は数学と科学を応用した分野に、より狭義に適用されるようになった。同様に、軍事工学や土木工学に加えて、当時機械工学と呼ばれていた分野も工学に組み込まれるようになった。

運河建設は産業革命の初期段階において重要な工学工事であった。[51]

ジョン・スミートンは、自称土木技師として最初の人物であり、しばしば土木工学の「父」と称されています。彼はイギリスの土木技師で、橋梁、運河、港湾、灯台などの設計を担当しました。また、有能な機械技術者であり、著名な物理学者でもありました。模型水車を用いて7年間にわたり実験を行い、効率を高める方法を探りました。[52] : 127  スミートンは水車に鉄製の車軸と歯車を導入しました。[50] : 69 スミートンはニューコメン蒸気機関の機械的な改良にも貢献しました。スミートンは3代目のエディストン灯台（1755～1759年）を設計し、「水硬性石灰」（水中で固まるモルタルの一種）の使用を開拓し、灯台の建設に花崗岩の蟻継ぎブロックを使用する技術を開発しました。彼は、石灰に「水硬性」を持たせるために必要な組成要件を特定したため、現代のセメントの歴史、再発見、発展において重要な人物であり、この研究が最終的にポートランドセメントの発明につながりました。

応用科学が蒸気機関の発展を導いた。一連の出来事は、 1643年にエヴァンジェリスタ・トリチェリが気圧計を発明し大気圧を測定することに始まり、1656年にはオットー・フォン・ゲーリケがマクデブルク半球を用いて大気圧の力を実証し、デニス・パパンが実験室で実験を行った。パパンは実験用蒸気機関の模型を製作し、ピストンの使用を実証して1707年に出版した。第2代ウスター侯爵エドワード・サマセットは、コーヒーパーコレーターに似た方法で水を汲み上げる方法を含む100の発明をまとめた本を出版した。ポンプの研究をしていた数学者で発明家のサミュエル・モーランドは、ヴォクソール法令事務所に蒸気ポンプの設計に関するメモを残し、トーマス・セイヴァリーがそれを読んだ。1698年、セイヴァリーは「鉱夫の友」と呼ばれる蒸気ポンプを製作した。このポンプは真空と圧力の両方を利用したものだった。[53] 1712年に世界初の商用ピストン蒸気機関を開発した鉄商人トーマス・ニューコメンは、科学的な訓練を受けていなかったことが知られています。[52] : 32 

ジャンボジェット

18世紀後半、高炉に加圧空気を供給するための蒸気動力の鋳鉄製吹き込みシリンダーの採用により、鉄の生産量が大幅に増加した。蒸気動力による送風で可能になった炉内の高温により、高炉でより多くの石灰を使用できるようになり、木炭からコークスへの移行が可能になった。[54]これらの技術革新により鉄のコストが下がり、馬で運ぶ鉄道や鉄橋が実用的になった。ヘンリー・コートが1784年に特許を取得したパドリング法では、錬鉄が大量に生産された。ジェームズ・ボーモント・ニールソンが1828年に特許を取得した熱風法では、鉄の製錬に必要な燃料の量が大幅に削減された。高圧蒸気機関の開発により、蒸気機関の出力重量比が向上し、実用的な蒸気船や機関車が可能になった。[55]ベッセマー法や平炉 などの新しい製鋼法は、 19世紀後半に重工業の分野を切り開きました。

19世紀半ばの最も有名な技術者の一人は、鉄道、造船所、蒸気船を建設したイザムバード・キングダム・ブルネルです。 [56]この時代を代表する他の技術者としては、電気機器の発明で多作なニコラ・テスラ、[57] 最初の実用的な電話を発明したアレクサンダー・グラハム・ベル、[58]鉄道輸送の先駆者であるジョージ・スチーブンソン、[59]そして最初の近代的な内燃機関を設計したニコラウス・オットーがいます。[60]

メキシコ湾沖合プラットフォーム

産業革命により金属部品を使った機械の需要が高まり、いくつかの工作機械が開発されました。鋳鉄製のシリンダーに精密に穴を開けることは、ジョン・ウィルキンソンが最初の工作機械と考えられているボーリングマシンを発明するまで不可能でした。[61]その他の工作機械には、ねじ切り旋盤、フライス盤、タレット旋盤、金属プレーナーなどがあります。精密機械加工技術は19世紀前半に開発されました。これには、工作機械をワーク上でガイドするためのギグや、ワークを適切な位置に保持するための固定具の使用が含まれていました。交換可能な部品を製造できる工作機械と機械加工技術は、19世紀後半までに大規模な工場生産につながりました。 [62]

新分野の開発

1850年のアメリカ合衆国国勢調査では、「エンジニア」という職業が初めて2,000人という数字で記載されました。[63] 1865年以前、アメリカ合衆国には工学部の卒業生が50人未満でした。アメリカ合衆国で最初に工学（専門的には応用科学と工学）の博士号を授与されたのは、1863年にイェール大学のジョサイア・ウィラード・ギブスでした。これはアメリカ合衆国で2番目に授与された理学の博士号でもありました。[64] 1870年には、アメリカ合衆国の機械工学部の卒業生は12人でしたが、1875年にはその数は年間43人に増加しました。1890年には、土木、鉱山、機械、電気工学の分野で6,000人のエンジニアがいました。[55]ケンブリッジ大学には1875年まで応用機構と応用力学の教授職はなく、オックスフォード大学にも1907年まで工学部の教授職はありませんでした。ドイツはそれより早く工科大学を設立しました。[65]

1800年代の電気工学の基礎には、アレッサンドロ・ボルタ、マイケル・ファラデー、ゲオルク・オームらによる実験、そして1816年の電信と1872年の電動機の発明が含まれていました。19世紀後半のジェームズ・マクスウェル（マクスウェル方程式参照）とハインリヒ・ヘルツによる理論的研究は、電子工学の分野を生み出しました。その後の真空管とトランジスタの発明は、電子工学の発展をさらに加速させ、現在では電気・電子工学の技術者の数は他のどの工学専門分野よりも多くなっています。[6]

化学工学は19世紀後半に発展しました。[6]工業規模の製造には新しい材料と新しいプロセスが求められ、1880年までに化学物質の大規模生産の必要性が高まり、新しい工業プラントにおける化学物質の開発と大規模製造に特化した新しい産業が生まれました。[6]化学技術者の役割は、これらの化学プラントとプロセスの設計でした。[6]

材料科学は、もともとセラミックの製造とその派生である冶金学に由来し、最も古い工学形態の一つである。[66]現代の材料科学は冶金学から直接発展したものであり、冶金学自体も火の使用から発展した。現代の材料科学の重要な要素は宇宙開発競争の産物であり、宇宙探査を可能にする宇宙船の建造に使用される金属合金、シリカ、炭素材料の理解と工学技術である。材料科学は、ゴム、プラスチック、半導体、生体材料などの革新的な技術の発展を牽引し、また牽引されてきた。

フランスのピレネー＝オリアンタル地方オデイヨの太陽炉は、最高 3,500 °C (6,330 °F) まで温度が達します。

航空工学は航空機の設計プロセス設計を扱うのに対し、航空宇宙工学はより現代的な用語であり、宇宙船の設計を含めて学問の範囲を広げています。その起源は20世紀初頭の航空のパイオニアにまで遡ることができますが、ジョージ・ケイリー卿の研究は近年、18世紀最後の10年間に遡るとされています。航空工学の初期の知識は主に経験に基づいており、一部の概念と技術は他の工学分野から導入されました。[67]ライト兄弟による飛行成功からわずか10年後には、第一次世界大戦で使用された軍用機の開発を通じて航空工学が大きく発展しました。一方、理論物理学と実験を組み合わせることで、基礎的な背景科学を提供する研究が続けられました。

工学の分野

フーバーダムは土木工学における大きな成果とみなされている[68]

工学は広範な分野であり、多くの場合、複数のサブ分野に細分化されます。ほとんどのエンジニアは通常、特定の分野で訓練を受けますが、経験を積むことで複数の分野に精通するエンジニアもいます。工学の伝統的な分野は、土木、機械、電気、化学です。[69] [ 70 ] [71] [72] [73] [74] [75]（構造[69]、工業[70] 、または鉱業・材料[70]が加わることもあります。）

以下は工学の認められた分野のリストです。[76] [75]追加のサブ分野があることに注意してください。

学際工学

学際工学は、複数の主要分野から派生する学際的な分野です。歴史的には、造船工学と鉱山工学が主要な分野でした。その他の工学分野としては、製造工学、音響工学、腐食工学、計装制御、自動車工学、情報工学、石油工学、システム工学、音響工学、ソフトウェア工学、建築工学、バイオシステム工学、繊維工学などがあります。[77]これらの分野を含む工学分野は、2025年現在、英国工学評議会（ UK Engineering Council ）の40の認可加盟機関に代表されています。[78]

新しい専門分野は、伝統的な分野と融合して新しい部門を形成することがあります。たとえば、地球システム工学と管理には、工学研究、環境科学、工学倫理、工学哲学など、幅広い分野が含まれます。[要出典]

練習する

エンジニアリングに従事する者はエンジニアと呼ばれ、資格を有する者は、プロフェッショナル・エンジニア、チャータード・エンジニア、インコーポレーテッド・エンジニア、インジェニエール、ヨーロピアン・エンジニアといったより正式な称号を持つ場合があります。また、 FAA（連邦航空局）が指定エンジニアリング・レプレゼンタティブと呼ぶ称号を持つ場合もあります。[79]

方法論

タービンの設計には、機械、電磁気、化学プロセスが複雑に絡み合うため、多くの分野のエンジニアの協力が必要です。ブレード、ローター、ステーター、そして蒸気サイクルはすべて、慎重に設計・最適化する必要があります。

エンジニアリング設計プロセスにおいて、エンジニアは数学と物理科学を応用して、問題に対する新たな解決策を見出したり、既存の解決策を改善したりします。エンジニアは設計プロジェクトのために関連科学に関する深い知識を必要とします。そのため、多くのエンジニアはキャリアを通じて新しい分野を学び続けます。[80]

複数の解決策が存在する場合、エンジニアはそれぞれの設計選択肢をそのメリットに基づいて比較検討し、要件に最も適した解決策を選択します。エンジニアの役割は、設計上の制約を特定し、理解し、解釈して、成功する結果を生み出すことです。一般的に、技術的に成功する製品を作るだけでは十分ではなく、むしろ、さらなる要件を満たす必要があります。[80]

制約条件には、利用可能な資源、物理的、想像的、技術的な制限、将来の変更や追加に対する柔軟性、そしてコスト、安​​全性、市場性、生産性、保守性といった要件などの要因が含まれます。エンジニアは、これらの制約条件を理解することで、実現可能な物体やシステムを製造・運用できる限界に関する仕様を導き出します。 [81]

問題解決

蒸気機関車の図面。設計には工学が応用されており、機能と数学・科学の活用に重点が置かれています。

エンジニアは、科学、数学、論理、経済学の知識、そして適切な経験や暗黙知を駆使して、特定の問題に対する適切な解決策を見つけます。問題の適切な数学モデルを作成することで、多くの場合、問題を（時には決定的に）分析し、潜在的な解決策を検証することが可能になります。[82]

設計上の問題には通常複数の解決策が存在するため、最も適切であると判断される解決策を選択する前に、様々な設計上の選択肢をそれぞれのメリットに基づいて評価する必要があります。[83 ] ゲンリヒ・アルトシューラーは、多数の特許に関する統計を収集した後、妥協は「低レベル」のエンジニアリング設計の中心にある一方、高レベルにおいては、問題を引き起こしている根本的な矛盾を排除する設計が最善であると示唆しました。[84]

エンジニアは通常、本格的な生産に先立ち、設計が仕様通りにどの程度機能するかを予測しようとします。彼らは、プロトタイプ、スケールモデル、シミュレーション、破壊試験、非破壊試験、ストレス試験などを用いて検証を行います。試験は、製品が期待通りに機能することを保証しますが、それはあくまでも運用状況を反映した試験に限ります。航空機のように、ユーザーによって使用方法が異なる製品の場合、製品の運用期間中、故障や予期せぬ欠陥（そして必要な設計変更）が発生することが予想されます。[85]

エンジニアは、期待通りの性能を発揮し、軍需産業の特定の分野に従事する者を除き、人体に害を及ぼさない設計を行う責任を負います。エンジニアは通常、予期せぬ故障のリスクを軽減するために、設計に安全係数を組み込みます。この哲学は、現在ではエンジニアの倫理規定の原型と考えられているキケロの信条に体現されています。彼のスローガン「salus populi suprema lex esto（人民の健康（または安全、または福祉）は最高の法である）」は、「人民の健康（または安全、または福祉）は最高の法である」と訳されます。[86]

失敗した製品の研究は法医学工学として知られています。これは、製品の再設計を可能にし、再発を防ぐために、失敗の原因を特定しようとするものです。製品の失敗の原因を確立するには、慎重な分析が必要です。失敗の結果の深刻さは、機械の故障によるわずかなコストから、航空機や建物やダムのような大型の静止構造物の事故の場合の大きな人命損失までさまざまです。[87]これらの大規模な工学災害は、計算ミスやコミュニケーションミスなど、設計プロセスにおける近道やエラーから発生する可能性があります。[88]これらはまた、応力、温度、または腐食による疲労破壊の結果として発生することもあります。[89]欠陥のあるコンピュータソフトウェアも役割を果たす可能性があります。[90]

コンピュータの使用

スペースシャトルオービタの再突入時の周囲の高速気流のコンピュータシミュレーション。流れを解くには、流体の流れと熱方程式の複合効果をモデル化する必要があります。

現代のあらゆる科学技術の取り組みと同様に、コンピュータとソフトウェアはますます重要な役割を果たしています。典型的なビジネスアプリケーションソフトウェアに加えて、エンジニアリングに特化したコンピュータ支援アプリケーション（コンピュータ支援技術）も数多く存在します。[91]コンピュータは基本的な物理プロセスのモデルを作成するために使用でき、数値解析を用いて解くことができます。[92]

設計業界で最も広く使用されている設計ツールの一つは、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアです。これにより、エンジニアは設計の3Dモデル、2D図面、回路図を作成できます。CADをデジタルモックアップ（DMU）、そして有限要素法解析や解析要素法などのCAEソフトウェアと組み合わせることで、エンジニアは高価で時間のかかる物理的なプロトタイプを作成することなく、解析可能な設計モデルを作成できます。[93]

これらにより、製品や部品の欠陥検査、適合性や組み立ての評価、人間工学の研究、そして応力、温度、電磁放射、電流・電圧、デジタルロジックレベル、流体の流れ、運動学といったシステムの静的・動的特性の分析が可能になります。これらの情報へのアクセスと配布は、通常、製品データ管理ソフトウェアを用いて行われます。[94]

また、CNC加工指示書を生成するコンピュータ支援製造（CAM）ソフトウェア、 [95]、生産技術のための製造プロセス管理ソフトウェア、[96] 、プリント回路基板（PCB）[97]および電子技術者のための回路図のためのEDA 、保守管理のためのMROアプリケーション、土木工学のための建築・エンジニアリング・建設（AEC）ソフトウェアなど、特定のエンジニアリングタスクをサポートするツールも数多くあります。[ 98 ]

近年、商品開発を支援するためのコンピュータソフトウェアの使用は、総称して製品ライフサイクル管理（PLM）として知られるようになりました。[99]

社会的文脈

Robotic Kismet はさまざまな表情を作り出すことができます。

エンジニアリングの専門職は、社会レベルでのコラボレーションから、より小規模な個別プロジェクトまで、幅広い活動に携わっています。ほぼすべてのエンジニアリングプロジェクトは、企業、投資家、政府といった資金源への依存を強いられています。こうした資金源による制約が少ないエンジニアリングには、プロボノやオープンデザインエンジニアリングがあります。

工学は社会、文化、そして人間の行動と相互に関連しています。現代社会で使用されるほとんどの製品や構造物は、工学の影響を受けています。工学活動は環境、[100]、社会、[101] 、経済、[102]、そして公共の安全[103]に影響を与えます。

エンジニアリングプロジェクトは議論を呼ぶことがあります。様々なエンジニアリング分野の例としては、核兵器の開発、三峡ダム[104]、SUVの設計と利用[ 105] 、石油採掘などが挙げられます。こうした状況を受けて、一部のエンジニアリング企業は、企業責任と社会責任に関する真摯な方針を制定しています。[106]

ミレニアム開発目標の多くを達成するには、インフラ整備と持続可能な技術開発のための十分なエンジニアリング能力の達成が必要である。[107]

レーダー、GPS、LiDARなどを組み合わせて、適切なナビゲーションと障害物回避を実現します (2007 DARPA Urban Challenge向けに開発された車両)。

海外の開発・救援活動を行うNGOは、災害や開発のシナリオにおけるソリューションの適用にあたり、エンジニアを積極的に活用しています。慈善団体の中には、エンジニアリングを直接開発に活用している団体もあります。

先進国のエンジニアリング企業は、退職するエンジニアの数に比べて、育成中のエンジニアの数が少ないという課題に直面しています。この問題は、エンジニアリングのイメージが悪く、地位が低い英国で顕著です。[109]これは、倫理的な問題だけでなく、経済的・政治的な問題を引き起こす可能性があります。[110]エンジニアリング業界は「イメージ危機」に直面していることは周知の事実です。[111]英国は、他のヨーロッパ諸国と比較して、米国と並んでエンジニアリング企業の数が最も多い国です。 [112]

倫理規定

多くの工学協会は、会員の指針となり、広く社会に情報を提供するために、行動規範や倫理規定を制定しています。全米プロフェッショナルエンジニア協会の倫理規定には、 次のように記されています。

エンジニアリングは重要かつ学識のある専門職です。この専門職の一員として、エンジニアは最高水準の誠実さと高潔さを示すことが求められます。エンジニアリングは、すべての人々の生活の質に直接的かつ重要な影響を与えます。したがって、エンジニアが提供するサービスは、誠実さ、公平性、公正さ、公平性を求め、公衆衛生、安全、福祉の保護に尽力しなければなりません。エンジニアは、最高水準の倫理的行動原則を遵守することを要求する専門職としての行動基準に従って業務を遂行しなければなりません。[113]

カナダでは、エンジニアは職業上の義務と倫理の象徴として鉄の指輪を身に着けています。 [114]

他の分野との関係

科学

科学者は世界をありのままに研究し、エンジニアはこれまでにない世界を創造します。

— セオドア・フォン・カルマン[115] [116] [117]

国立点火施設（NIF）のターゲットチャンバー内でターゲットポジショナーの作業に取り組むエンジニア、科学者、技術者

科学と工学の実践には重なり合う部分があり、工学においては科学を応用します。どちらの研究分野も、物質や現象の正確な観察に依存しています。どちらも、観察結果の分析と伝達に数学と分類基準を用いています。[要出典]

科学者は、実験装置の設計や試作品の製作といった工学的な課題も遂行しなければならない場合があります。一方、技術開発の過程では、エンジニアが新たな現象の探求に携わることもあり、その場合、一時的に科学者、より正確には「工学科学者」となることもあります。[118]

国際宇宙ステーションは宇宙で科学実験を行うために使用されます。

ウォルター・ヴィンチェンティは著書『エンジニアは何を知っているか、そしてどのように知っているか』 [ 119] の中で、工学研究は科学研究とは異なる性質を持つと主張している。第一に、工学研究は、基礎物理学や化学は十分に理解されているものの、問題自体があまりにも複雑で、正確に解決できない分野を扱うことが多い。

工学と物理学の間には、他の科学分野が技術と関係しているのと同様に、「現実的かつ重要な」違いがあります。[120] [121]物理学は原理に関する知識を探求する探究的な科学であるのに対し、工学は原理の実用化のために知識を活用します。前者は理解を数学的原理に結びつけ、後者は関連する変数を測定して技術を創造します。[122] [123] [124]技術にとって、物理学は補助的なものであり、ある意味では応用物理学と見なされます。[125]物理学と工学は相互に関連していますが、物理学者がエンジニアの仕事をするために訓練されているという意味ではありません。物理学者は通常、追加的で関連する訓練を必要とします。[126]物理学者とエンジニアは異なる職種に従事しています。[127]しかし、工学物理学と応用物理学の分野を専門とする博士号取得物理学者は、技術担当官、研究開発エンジニア、システムエンジニアなどの肩書きを持ちます。[128]

一例として、航空機上空の空気力学的流れを記述するためにナビエ・ストークス方程式の数値近似を用いることや、複雑な部品の応力を計算するために有限要素法を用いることが挙げられます。第二に、工学研究では、純粋科学研究とは無関係な多くの半経験的手法が用いられており、その一例がパラメータ変動法です。[129]

古典的な工学テキスト「固体力学の基礎」の改訂版でFungらは次のように述べています。

工学は科学とは全く異なります。科学者は自然を理解しようとします。エンジニアは自然界に存在しないものを作ろうとします。エンジニアは革新と発明を重視します。発明を具体化するには、エンジニアは自分のアイデアを具体的な言葉で表現し、人々が使えるものを設計しなければなりません。その何かとは、複雑なシステム、デバイス、ガジェット、材料、方法、コンピューティングプログラム、革新的な実験、問題に対する新しい解決策、あるいは既存のものの改良などです。設計は現実的かつ機能的でなければならないため、形状、寸法、特性データが明確に定義されていなければなりません。かつて、新しい設計に取り組むエンジニアは、設計上の決定を下すために必要な情報をすべて持っていないことに気づきました。多くの場合、彼らの科学的知識の不足が制約となっていました。そのため、彼らは数学、物理学、化学、生物学、力学を学びました。そしてしばしば、自分の専門分野に関連する科学の知識を追加する必要がありました。こうして工学科学が誕生したのです。[130]

工学的解決策は科学的原理を活用しますが、エンジニアは安全性、効率性、経済性、信頼性、施工性、製造の容易さ、さらには環境、特許侵害や解決策が失敗した場合の責任などの倫理的・法的考慮事項も考慮する必要があります。[131]

医学と生物学

3テスラの臨床用MRIスキャナー

人体の研究は、その方向性や目的は異なるものの、医学と一部の工学分野をつなぐ重要な共通点です。医学は、技術を用いて人体の機能を維持、修復、強化し、必要に応じて代替することを目指しています。

青色光の下で緑色に光る緑色蛍光タンパク質を発現する遺伝子組み換えマウス。中央のマウスは野生型。

現代医学は、人工臓器の使用を通じて身体の機能のいくつかを置き換えることができ、例えば脳インプラントやペースメーカーなどの人工装置を通じて人体の機能を大幅に変えることができます。[132] [133]バイオニクスと医療バイオニクスの分野は、自然システムに関連する合成インプラントの研究に専念しています。

逆に、一部の工学分野では、人体を研究する価値のある生物学的機械と捉え、生物学をテクノロジーに置き換えることで、その機能の多くを模倣することに専念しています。こうした研究は、人工知能、ニューラルネットワーク、ファジー理論、ロボット工学といった分野を生み出しました。また、工学と医学の間にも、学際的な交流が盛んに行われています。[134] [135]

どちらの分野も現実世界の問題に対する解決策を提供します。現象がより厳密な科学的意味で完全に理解されるまでには、しばしば前進が必要であり、そのため実験と経験的知識はどちらの分野においても不可欠な要素となります。

医学は、人体の機能を研究する側面もあります。生物学的機械としての人体は、工学的手法を用いてモデル化できる多くの機能を有しています。[136]

例えば、心臓はポンプのような機能を果たし、[137]骨格はレバーで連結された構造のようなものであり、[138]脳は電気信号を生成するなどです。[139]これらの類似点と、医学における工学原理の重要性と応用の高まりにより、両分野で開発された概念を活用する生物医学工学の分野が発展しました。

システム生物学などの新興科学分野では、システムモデリングや計算分析など、従来は工学に使用されていた分析ツールを生物システムの記述に応用しています。[136]

美術

ここで自画像として描かれているレオナルド・ダ・ヴィンチは、芸術家であり技術者でもあると評されています。 [140]彼は人体解剖学と生理学の研究でも知られています。

工学と芸術の間にはつながりがあり、例えば建築学、景観設計、工業デザインなどがある（これらの分野は大学の工学部に含まれることもある）。[141] [142] [143]

例えば、シカゴ美術館では、 NASAの航空宇宙設計の芸術に関する展覧会が開催されました。[144] ロバート・マイラールの橋の設計は、意図的に芸術的であったと認識されている人もいます。[145]サウスフロリダ大学では、工学教授が国立科学財団からの助成金を受けて、芸術と工学を結びつけるコースを開発しました。[141] [146]

歴史上の有名人の中でも、レオナルド・ダ・ヴィンチはよく知られたルネサンス時代の芸術家であり技術者であり、芸術と工学の結びつきの好例です。[140] [147]

仕事

ビジネスエンジニアリングは、専門エンジニアリング、ITシステム、経営管理、変更管理の関係を扱います。 [ 148] エンジニアリングマネジメントまたは「マネジメントエンジニアリング」は、エンジニアリングの実践またはエンジニアリング産業部門に関係する専門管理分野です。 [149]

経営志向のエンジニア（あるいは逆の視点から言えば、エンジニアリングの知識を持つマネージャー）の需要の高まりを受け、これらの役割に必要な知識とスキルを養うための専門的なエンジニアリングマネジメントの学位が開発されました。エンジニアリングマネジメントのコースでは、学生は経営管理、マネジメント手法、戦略的思考といった知識に加え、産業工学のスキル、知識、専門知識を習得します。変革管理を専門とするエンジニアは、産業心理学および組織心理学の原則と手法の応用に関する深い知識を身につける必要があります。

プロフェッショナルエンジニアは、エンジニアリング実務やエンジニアリング部門に適用される経営コンサルティングという非常に専門的な分野で、認定経営コンサルタントとして研修を受けることがよくあります。この業務では、航空宇宙・防衛、自動車、石油・ガス、機械、製薬、食品・飲料、電気・電子、配電・発電、公共事業、輸送システムなど、大規模で複雑な事業変革やビジネスプロセス管理の取り組みに取り組むことがよくあります。こうした技術エンジニアリング実務、経営コンサルティング実務、業界セクターの知識、そして変革管理の専門知識を組み合わせることで、経営コンサルタントとしての資格も持つプロフェッショナルエンジニアは、大規模な事業変革の取り組みを主導することができます。これらの取り組みは通常、経営幹部レベルの幹部によって後援されます。

その他の分野

政治学では、「エンジニアリング」という用語は、政治学の原理と組み合わせた工学的方法論を用いて政治的・社会的構造を形成することを取り扱う社会工学や政治工学の研究に借用されている。[150]マーケティング工学や金融工学でも同様にこの用語が借用されている。[151] [152]

参照

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用語集
関連テーマ

エンジニアリングのためのウィキブック

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  • ソフトウェアエンジニアリング

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さらに読む

  • ウィクショナリーの「エンジニアリング」の辞書定義
  • Wikiversityのエンジニアリング関連学習教材
  • Wikiquoteのエンジニアリング関連の引用
  • Wikisourceにおけるエンジニアリング関連の作品