La ingeniería es la práctica de utilizar las ciencias naturales , las matemáticas y el proceso de diseño de ingeniería [1] para resolver problemas técnicos, aumentar la eficiencia y la productividad y mejorar los sistemas. La ingeniería moderna comprende muchos subcampos que incluyen el diseño y mejora de infraestructura , maquinaria , vehículos , electrónica , materiales y sistemas energéticos . [2]
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 "astucia" e ingeniare , que significa "idear, idear". [3]
El Consejo Americano de Ingenieros para el Desarrollo Profesional (ECPD, predecesor de ABET ) [4] ha definido "ingeniería" como:
La aplicación creativa de principios científicos para diseñar o desarrollar estructuras, máquinas, aparatos o procesos de fabricación, o trabajos utilizándolos solos o en combinación; o construir u operar los mismos con pleno conocimiento de su diseño; o para pronosticar su comportamiento bajo condiciones operativas específicas; todo lo que respecta a la función prevista, la economía de operación y la seguridad para la vida y la propiedad. [5] [6]
La ingeniería existe desde la antigüedad, cuando el ser humano ideó inventos como la cuña, la palanca, la rueda y la polea, etc.
El término ingeniería se deriva de la palabra ingeniero , que a su vez se remonta al siglo XIV, cuando un ingeniero (literalmente, alguien que construye u opera una máquina de asedio ) se refería a "un constructor de máquinas militares". [7] En este contexto, hoy obsoleto, un "motor" designaba 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 es de origen aún más antiguo y deriva en última instancia del latín ingenium ( c. 1250 ), que significa "cualidad innata, especialmente poder mental, de ahí una invención inteligente". [8]
Posteriormente, a medida que el diseño de estructuras civiles, como puentes y edificios, maduró como disciplina técnica, el término ingeniería civil [6] entró en el léxico como una forma de distinguir entre aquellos que se especializan en la construcción de tales proyectos no militares y aquellos involucrado en la disciplina de la ingeniería militar .
Las pirámides del antiguo Egipto , los zigurats de Mesopotamia , la Acrópolis y el Partenón de Grecia, los acueductos romanos , la Vía Apia y el Coliseo, Teotihuacán y el templo Brihadeeswarar de Thanjavur , entre muchos otros, son un 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 eran conocidas en el antiguo Cercano Oriente . La cuña y el plano inclinado (rampa) eran conocidos desde tiempos prehistóricos . [9] La rueda , junto con el mecanismo de rueda y eje , fue inventada en Mesopotamia (el actual Irak) durante el quinto milenio antes de Cristo. [10] El mecanismo de palanca apareció por primera vez hace unos 5.000 años en el Cercano Oriente , donde se usaba en una balanza simple , [11] y para mover objetos grandes en la tecnología del antiguo Egipto . [12] La palanca también se utilizó en el dispositivo de elevación de agua shadoof , la primera máquina grúa , que apareció en Mesopotamia c. 3000 a. C. , [11] y luego en la tecnología del antiguo Egipto c. 2000 a.C. [13] La evidencia más antigua de poleas se remonta a Mesopotamia a principios del segundo milenio a. C., [14] y al antiguo Egipto durante la Duodécima Dinastía (1991-1802 a. C.). [15] El tornillo , la última de las máquinas simples que se inventó, [16] apareció por primera vez en Mesopotamia durante el período neoasirio (911-609) a.C. [14] Las pirámides de Egipto se construyeron utilizando tres de las seis máquinas simples, el plano inclinado, la cuña y la palanca, para crear estructuras como la Gran Pirámide de Giza . [17]
El primer ingeniero civil conocido por su nombre es Imhotep . [6] Como uno de los funcionarios del faraón Djosèr , probablemente diseñó y supervisó la construcción de la pirámide de Zoser (la pirámide escalonada ) en Saqqara en Egipto alrededor de 2630-2611 a.C. [18] 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 hoy son Irak e Irán, a principios del siglo IV a.C. [19]
Kush desarrolló el Sakia durante el siglo IV a.C., que dependía de la fuerza animal en lugar de la energía humana. [20] Los hafirs se desarrollaron como un tipo de depósito en Kush para almacenar y contener agua, así como para impulsar el riego. [21] Se emplearon zapadores para construir calzadas durante las campañas militares. [22] Los antepasados kushitas construyeron speos durante la Edad del Bronce entre 3700 y 3250 a.C. [23] También se crearon florecimientos y altos hornos durante el siglo VII a.C. en Kush. [24] [25] [26] [27]
La antigua Grecia desarrolló máquinas tanto en el ámbito civil como militar. El mecanismo de Antikythera , una de las primeras computadoras analógicas mecánicas conocidas , [28] [29] y los inventos mecánicos de Arquímedes , son ejemplos de la ingeniería mecánica griega. Algunos de los inventos de Arquímedes, así como el mecanismo de Antikythera, requirieron conocimientos sofisticados de engranajes diferenciales o engranajes epicíclicos , dos principios clave en la teoría de máquinas que ayudaron a diseñar los trenes de engranajes de la Revolución Industrial y que se utilizan ampliamente en campos como la robótica y Ingeniería automotriz . [30]
Los antiguos ejércitos chinos, griegos, romanos y hunos emplearon máquinas e inventos militares como la artillería que fue desarrollada por los griegos alrededor del siglo IV a. C., [31] el trirreme , la balista y la catapulta . En la Edad Media se desarrolló la catapulta .
Las primeras máquinas prácticas impulsadas por el viento , 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 hoy son Irán, Afganistán y Pakistán, en el siglo IX d.C. [32] [33] [34] [35] La primera máquina práctica impulsada por vapor 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 . [36] [37]
La desmotadora de algodón se inventó en la India en el siglo VI d. C., [38] y la rueca se inventó en el mundo islámico a principios del siglo XI, [39] los cuales fueron fundamentales para el crecimiento de la industria del algodón . La rueca también fue precursora de la hiladora jenny , que fue un desarrollo clave durante la Revolución Industrial temprana en el siglo XVIII. [40]
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 musical fue un flautista automatizado inventado por los hermanos Banu Musa , descrito en su Libro de los ingeniosos dispositivos , en el siglo IX. [41] [42] En 1206, Al-Jazari inventó 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. [43]
Antes del desarrollo de la ingeniería moderna, las matemáticas eran utilizadas por artesanos y artesanos, como constructores de molinos , relojeros , fabricantes de instrumentos y agrimensores. Aparte de estas profesiones, no se creía que las universidades hubieran tenido mucha importancia práctica para la tecnología. [44] : 32
Una referencia estándar para el estado de las artes mecánicas durante el Renacimiento se encuentra 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. [44]
La ciencia de la mecánica clásica , a veces llamada mecánica newtoniana, formó la base científica de gran parte de la ingeniería moderna. [44] Con el surgimiento de la ingeniería como profesión en el siglo XVIII, el término se aplicó más estrictamente a 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. [45]
John Smeaton fue el primer ingeniero civil autoproclamado y a menudo se le considera el "padre" de la ingeniería civil. Fue un ingeniero civil inglés responsable del diseño de puentes, canales, puertos y faros. También era un hábil ingeniero mecánico y un físico eminente . Utilizando un modelo de rueda hidráulica, Smeaton realizó experimentos durante siete años, determinando formas de aumentar la eficiencia. [46] : 127 Smeaton introdujo ejes y engranajes de hierro en las ruedas hidráulicas. [44] : 69 Smeaton también realizó mejoras mecánicas en la máquina de vapor 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 implicaba 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 "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 acontecimientos comenzó con la invención del barómetro y la medición de la presión atmosférica por Evangelista Torricelli en 1643, la demostración de la fuerza de la presión atmosférica por Otto von Guericke utilizando los hemisferios de Magdeburgo en 1656, los experimentos de laboratorio de Denis Papin , quien construyó experimental modeló máquinas 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 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". Empleaba tanto vacío como presión. [47] El comerciante de hierro Thomas Newcomen , que construyó la primera máquina de vapor de pistón comercial en 1712, no tenía ninguna formación científica. [46] : 32
La aplicación de cilindros de soplado de hierro fundido accionados por vapor para proporcionar aire presurizado a los altos hornos provocó un gran aumento en la producción de hierro a finales del siglo XVIII. Las temperaturas más altas de los hornos, posibles con el alto horno impulsado por vapor, permitieron el uso de más cal en los altos hornos , lo que permitió la transición del carbón vegetal al coque . [48] Estas innovaciones redujeron el costo del hierro, haciendo prácticos los ferrocarriles para caballos y los puentes de hierro. El proceso de charcado , patentado por Henry Cort en 1784, produjo grandes cantidades de hierro forjado. La explosión de calor , patentada 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 barcos de vapor y locomotoras prácticos. [49] Los nuevos procesos de fabricación de acero, como el proceso Bessemer y el horno de solera abierta, marcaron el comienzo de un área de ingeniería pesada a finales 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 piezas metálicas, lo que llevó al desarrollo de varias máquinas herramienta . Perforar cilindros de hierro fundido con precisión no era posible hasta que John Wilkinson inventó su máquina perforadora , considerada la primera máquina herramienta . [50] Otras máquinas herramienta incluían el torno cortador de tornillos , 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 carruajes 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. [51]
El censo de Estados Unidos de 1850 enumeró la ocupación de "ingeniero" por primera vez con un recuento de 2.000. [52] Había menos de 50 graduados en ingeniería en los Estados Unidos antes de 1865. En 1870 había una docena de graduados en ingeniería mecánica en los Estados Unidos, y ese número aumentó a 43 por año en 1875. En 1890, había 6.000 ingenieros en civil, minería , mecánica y Eléctrica. [49]
No hubo cátedra de mecanismo aplicado y mecánica aplicada en Cambridge hasta 1875, ni cátedra de ingeniería en Oxford hasta 1907. Alemania estableció universidades técnicas antes. [53]
Los fundamentos 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 del motor eléctrico en 1872. El trabajo teórico de James Maxwell (ver: Ecuaciones de Maxwell ) y Heinrich Hertz a finales del siglo XIX dieron origen al campo de la electrónica . Los inventos 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. [6] La ingeniería química se desarrolló a finales del siglo XIX. [6] La fabricación a escala industrial exigía nuevos materiales y nuevos procesos y en 1880 la necesidad de producción de productos químicos a gran escala era tal que se creó una nueva industria, dedicada al desarrollo y la fabricación a gran escala de productos químicos en nuevas plantas industriales. [6] El papel del ingeniero químico era el diseño de estas plantas y procesos químicos. [6]
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 el trabajo de Sir George Cayley como de la última década del siglo XVIII. Los primeros conocimientos de la ingeniería aeronáutica eran en gran medida empíricos y algunos conceptos y habilidades se importaban de otras ramas de la ingeniería. [54]
El primer doctorado en ingeniería (técnicamente, ciencias aplicadas e ingeniería ) otorgado en Estados Unidos fue para Josiah Willard Gibbs en la Universidad de Yale en 1863; también fue el segundo doctorado otorgado en ciencias en los EE. UU. [55]
Sólo una década después de los exitosos vuelos de los hermanos Wright , hubo un amplio desarrollo de la ingeniería aeronáutica mediante el desarrollo de aviones militares que se utilizaron en la Primera Guerra Mundial . Mientras tanto, la investigación para proporcionar una base científica fundamental continuó combinando la física teórica con experimentos.
La ingeniería es una disciplina amplia que a menudo se divide en varias subdisciplinas. Si bien un ingeniero generalmente recibirá capacitación en una disciplina específica, puede volverse multidisciplinario a través de la experiencia. La ingeniería a menudo se caracteriza por tener cuatro ramas principales: [56] [57] [58] ingeniería química, ingeniería civil, ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica.
La ingeniería química es la aplicación de principios de física, química, biología e ingeniería para llevar a cabo procesos químicos a escala comercial, como la fabricación de productos químicos básicos , productos químicos especializados , refinación de petróleo , microfabricación , fermentación y producción de biomoléculas .
La ingeniería civil es el diseño y construcción de obras públicas y privadas, como infraestructuras (aeropuertos, carreteras, ferrocarriles, abastecimiento y tratamiento de agua, etc.), puentes, túneles, presas y edificios. [59] [60] La ingeniería civil se divide tradicionalmente en varias subdisciplinas, incluida la ingeniería estructural , la ingeniería ambiental y la topografía . Tradicionalmente se considera separada de la ingeniería militar . [61]
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La ingeniería eléctrica es el diseño, estudio y fabricación de diversos sistemas eléctricos y electrónicos, como ingeniería de radiodifusión , circuitos eléctricos , generadores , motores , dispositivos electromagnéticos / electromecánicos , dispositivos electrónicos , circuitos electrónicos , fibras ópticas , dispositivos optoelectrónicos , sistemas informáticos , telecomunicaciones. , instrumentación , sistemas de control y electrónica .
La ingeniería mecánica es el diseño y fabricación de sistemas físicos o mecánicos, como sistemas de potencia y energía , productos aeroespaciales / aeronáuticos , sistemas de armas , productos de transporte , motores , compresores , sistemas de propulsión , cadenas cinemáticas , tecnología de vacío, equipos de aislamiento de vibraciones , fabricación , robótica. , turbinas, equipos de audio y mecatrónica .
La bioingeniería es la ingeniería de sistemas biológicos con un propósito útil. Ejemplos de investigación en bioingeniería incluyen bacterias diseñadas para producir sustancias químicas, nuevas tecnologías de imágenes médicas, dispositivos portátiles y rápidos de diagnóstico de enfermedades, prótesis, productos biofarmacéuticos y órganos fabricados con ingeniería tisular.
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 la 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 , [62] geológica . , textil , industrial , de materiales , [63] e ingeniería nuclear . [64] Estas y otras ramas de la ingeniería están representadas en las 36 instituciones miembros autorizadas del Consejo de Ingeniería del Reino Unido .
A veces, las nuevas especialidades 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 .
La ingeniería aeroespacial abarca el diseño, desarrollo, fabricación y comportamiento operativo de aeronaves , satélites y cohetes .
La ingeniería marina cubre el diseño, desarrollo, fabricación y comportamiento operativo de embarcaciones y estructuras estacionarias como plataformas petroleras y puertos .
La ingeniería informática (CE) 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 suelen tener formación 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.
La ingeniería geológica está asociada con cualquier cosa construida sobre o dentro de la Tierra. Esta disciplina aplica ciencias geológicas y principios de ingeniería para dirigir o apoyar el trabajo de otras disciplinas como la ingeniería civil , la ingeniería ambiental y la ingeniería minera . Los ingenieros geológicos participan en estudios de impacto para instalaciones y operaciones que afectan los entornos superficiales y subterráneos, como excavaciones de rocas (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 .
Quien practica la ingeniería se llama ingeniero , y aquellos con licencia para hacerlo pueden tener designaciones más formales como ingeniero profesional , ingeniero colegiado , ingeniero incorporado , ingeniero , ingeniero europeo o representante de ingeniería designado .
En el proceso de diseño de ingeniería , los ingenieros aplican las matemáticas y ciencias como la física para encontrar soluciones novedosas a problemas o mejorar las soluciones existentes. Los ingenieros necesitan conocimientos competentes 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 múltiples 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 lograr un resultado exitoso. Por lo general, no es suficiente para construir un producto técnicamente exitoso, sino que también debe cumplir con requisitos adicionales.
Las limitaciones pueden incluir recursos disponibles, limitaciones físicas, imaginativas o técnicas, flexibilidad para modificaciones y adiciones futuras y otros factores, como requisitos de costo, seguridad , comerciabilidad, productividad y capacidad de servicio . Al comprender las restricciones, los ingenieros derivan especificaciones sobre los límites dentro de los cuales se puede producir y operar un objeto o sistema viable.
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 particular. Crear un modelo matemático apropiado de un problema a menudo les permite analizarlo (a veces de manera definitiva) y probar posibles soluciones. [sesenta y cinco]
Generalmente existe más de una solución a un problema de diseño, por lo que las diferentes opciones de diseño deben evaluarse según sus méritos antes de elegir la que se considere más adecuada. Genrich Altshuller , después de recopilar estadísticas sobre un gran número de patentes , sugirió que los compromisos son el núcleo de los diseños de ingeniería de " bajo nivel ", mientras que en un nivel superior el mejor diseño es aquel que elimina la contradicción central que causa el problema. [66]
Los ingenieros normalmente 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 , ensayos destructivos , ensayos no destructivos y ensayos de estrés . Las pruebas garantizan que los productos funcionarán como se espera, pero sólo en la medida en que las pruebas hayan sido representativas del uso en servicio. Para productos, como aviones, que son utilizados de manera diferente por diferentes usuarios, se pueden esperar fallas y deficiencias inesperadas (y cambios de diseño necesarios) a lo largo de la vida operativa del producto. [67]
Los ingenieros asumen la responsabilidad de producir diseños que funcionen tan bien como se espera y, excepto aquellos empleados en áreas específicas de la industria armamentista , no dañen a las personas. 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 . Intenta identificar la causa del fallo para permitir un rediseño del producto y así evitar que vuelva a ocurrir. Es necesario un análisis cuidadoso para establecer la causa del fallo de un producto. Las consecuencias de una falla pueden variar en gravedad, desde el costo menor de una avería de una máquina hasta una gran pérdida de vidas en el caso de accidentes que involucran aeronaves y grandes estructuras estacionarias como edificios y presas. [68]
Como ocurre con todos los esfuerzos científicos y tecnológicos modernos, las computadoras y el software desempeñan un papel cada vez más importante. Además del típico software de aplicaciones empresariales , existen una serie de aplicaciones asistidas por ordenador ( tecnologías asistidas por ordenador ) específicas para ingeniería. Las computadoras se pueden utilizar para generar modelos de procesos físicos fundamentales, que pueden resolverse 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 crear prototipos físicos costosos y que requieren mucho tiempo.
Estos permiten comprobar si hay defectos en productos y componentes; evaluar el ajuste y el montaje; estudiar ergonomía; y analizar características estáticas y dinámicas de sistemas 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 mediante el uso de software de gestión de datos de productos . [69]
También existen muchas herramientas para respaldar tareas de ingeniería específicas, como el 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 placas de circuito impreso (PCB) y esquemas de circuitos 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 para ayudar al desarrollo de bienes se conoce colectivamente como gestión del ciclo de vida del producto (PLM). [70]
La profesión de ingeniería participa en una variedad de actividades, desde la colaboración a nivel social hasta proyectos individuales más pequeños. Casi todos los proyectos de ingeniería están obligados a una fuente de financiación: una empresa, un conjunto de inversores o un gobierno. Los tipos de ingeniería que están menos limitados por dicha fuente de financiación son la ingeniería pro bono y la de diseño abierto .
La ingeniería tiene interconexiones con la sociedad, la cultura y el comportamiento humano. La mayoría de los productos y construcciones utilizados por la sociedad moderna están influenciados por la ingeniería. Las actividades de ingeniería tienen un impacto en el medio ambiente, la sociedad y las economías, y conllevan una responsabilidad con la seguridad pública.
Los proyectos de ingeniería pueden ser controvertidos. Ejemplos de diferentes disciplinas de la ingeniería incluyen: el desarrollo de armas nucleares , la presa de las Tres Gargantas , el diseño y uso de vehículos deportivos utilitarios y la extracción de petróleo . En respuesta, algunas empresas de ingeniería han promulgado políticas serias de responsabilidad social y corporativa .
La ingeniería es un motor clave de la innovación y el desarrollo humano. El África subsahariana, en particular, tiene una pequeña capacidad de ingeniería, lo que hace que muchas naciones africanas no puedan desarrollar infraestructura crucial sin ayuda externa. [ cita necesaria ] El logro de muchos de los Objetivos de Desarrollo del Milenio requiere el logro de suficiente capacidad de ingeniería para desarrollar infraestructura y desarrollo tecnológico sostenible. [71]
Las ONG extranjeras de desarrollo y ayuda hacen un uso considerable de ingenieros para aplicar soluciones en escenarios de desastre y desarrollo. Algunas organizaciones benéficas utilizan la ingeniería directamente para el desarrollo:
Las empresas de ingeniería en las economías más desarrolladas enfrentan desafíos con respecto al número de ingenieros que se capacitan, en comparación con los que se jubilan. Este problema es prominente en el Reino Unido, donde la ingeniería tiene una mala imagen y un estatus bajo. [73] Esto puede causar cuestiones económicas y políticas negativas, así como cuestiones éticas. [74] Hay consenso en que la profesión de ingeniero se enfrenta a una "crisis de imagen". [75] El Reino Unido posee el mayor número de empresas de ingeniería en comparación con otros países europeos, junto con los Estados Unidos. [ cita necesaria ]
Muchas sociedades de ingeniería han establecido códigos de práctica y códigos de ética para guiar a sus 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 comportamiento profesional que requiere el cumplimiento de los más altos principios de conducta ética. [76]
En Canadá, los ingenieros usan el Anillo de Hierro como símbolo y recordatorio de las obligaciones y la ética asociadas con su profesión. [77]
Los científicos estudian el mundo tal como es; Los ingenieros crean el mundo que nunca ha existido.
— Theodore von Kármán [78] [79] [80]
Existe una superposición entre las ciencias y la práctica de la ingeniería; En ingeniería, se aplica la ciencia. Ambas áreas de esfuerzo se basan en la observación precisa de materiales y fenómenos. Ambos utilizan criterios matemáticos y de clasificación para analizar y comunicar observaciones. [ cita necesaria ]
Es posible que los científicos también tengan que completar tareas de ingeniería, como diseñar aparatos experimentales o construir prototipos. Por el contrario, en el proceso de desarrollo de la 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". [81]
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En el libro Lo que los ingenieros saben y cómo lo saben , [82] Walter Vincenti afirma que la investigación en ingeniería tiene un carácter diferente al de la investigación científica. En primer lugar, a menudo se ocupa de áreas en las que se comprenden bien la física o la química básicas , 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, al igual que cualquier campo científico, tiene que ver con la tecnología. [83] [84] 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 la comprensión con un principio matemático, mientras que el segundo mide las variables involucradas y crea tecnología. [85] [86] [87] Para la tecnología, la física es un auxiliar y en cierto modo la tecnología se considera física aplicada. [88] Aunque la física y la ingeniería están interrelacionadas, eso no significa que un físico esté capacitado para hacer el trabajo de un ingeniero. Un físico normalmente requeriría una formación adicional y relevante. [89] Los físicos y los ingenieros se dedican a diferentes líneas de trabajo. [90] Pero los físicos con doctorado que se especializan en sectores de la ingeniería física y la física aplicada reciben títulos como oficiales de tecnología, ingenieros de investigación y desarrollo e ingenieros de sistemas. [91]
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. [92]
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 intentan comprender la naturaleza. Los ingenieros intentan hacer cosas que no existen en la naturaleza. Los ingenieros enfatizan la innovación y la invención. Para materializar un invento, el ingeniero debe plasmar su idea en términos concretos y diseñar algo que la gente pueda utilizar. 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 descubrían que no tenían toda la información necesaria para tomar decisiones de diseño. En la mayoría de los casos, estaban limitados por conocimientos científicos insuficientes. Así estudiaron matemáticas , física , química , biología y mecánica . A menudo tuvieron que ampliar las ciencias relevantes para su profesión. Así nacieron las ciencias de la ingeniería. [93]
Aunque 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 constructibilidad o facilidad de fabricación, así como el medio ambiente, consideraciones éticas y legales como la infracción de patentes o la responsabilidad en caso de falla. de la solución. [94]
El estudio del cuerpo humano, aunque desde diferentes direcciones y con diferentes propósitos, es un importante vínculo común entre la medicina y algunas disciplinas de la ingeniería. La medicina tiene como objetivo sostener, reparar, potenciar e incluso reemplazar 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 . [95] [96] 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 ingeniería ven el cuerpo humano como una máquina biológica que vale la pena estudiar y se dedican a emular muchas de sus funciones reemplazando la biología con la tecnología. Esto ha llevado a campos como la inteligencia artificial , las redes neuronales , la lógica difusa y la robótica . También existen importantes interacciones interdisciplinarias entre la ingeniería y la medicina. [97] [98]
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 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 mediante métodos de ingeniería. [99]
El corazón, por ejemplo, funciona de forma muy parecida a una bomba, [100] el esqueleto es como una estructura unida con palancas, [101] el cerebro produce señales eléctricas , etc. [102] Estas similitudes, así como la creciente importancia y aplicación de los principios de ingeniería en medicina, condujo al desarrollo del campo de la ingeniería biomédica que utiliza conceptos desarrollados en ambas disciplinas.
Las nuevas ramas de la ciencia emergentes, como la biología de sistemas , están adaptando herramientas analíticas utilizadas tradicionalmente para la ingeniería, como el modelado de sistemas y el análisis computacional, a la descripción de sistemas biológicos. [99]
Existen conexiones entre la ingeniería y el arte, por ejemplo, la arquitectura , la arquitectura paisajística y el diseño industrial (incluso hasta el punto de que estas disciplinas a veces pueden incluirse en la Facultad de Ingeniería de una universidad). [104] [105] [106]
El Instituto de Arte de Chicago , por ejemplo, organizó una exposición sobre el arte del diseño aeroespacial de la NASA . [107] Algunos perciben que el diseño del puente de Robert Maillart fue deliberadamente artístico. [108] En la Universidad del Sur de Florida , un profesor de ingeniería, a través de una beca de la Fundación Nacional de Ciencias , ha desarrollado un curso que conecta el arte y la ingeniería. [104] [109]
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. [103] [110]
La Ingeniería Empresarial se ocupa de la relación entre la ingeniería profesional, los sistemas informáticos, la administración de empresas 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 centrados en la gestión (o, desde la perspectiva opuesta, gerentes con conocimientos de ingeniería), ha dado lugar al desarrollo de títulos especializados en gestión de ingeniería que desarrollan los conocimientos y habilidades necesarios para estas funciones. 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 especializados 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 suelen formarse 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 trata sobre iniciativas de transformación empresarial complejas a gran escala o de gestión de procesos empresariales en los sectores aeroespacial y de defensa, automoción, 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 experiencia en gestión de cambios 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.
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 metodología de ingeniería junto con principios de ciencias políticas . La ingeniería de marketing y la ingeniería financiera también han tomado prestado el término.
El método utilizado por los ingenieros para crear artefactos y sistemas (desde telefonía celular, computadoras y teléfonos inteligentes y GPS hasta controles remotos, aviones y materiales y dispositivos biomiméticos) no es el mismo método que los científicos usan en su trabajo. El método científico tiene un proceso prescrito: formular una pregunta, observar, formular una hipótesis, probar, analizar e interpretar. No sabe qué se descubrirá, qué verdad se revelará. Por el contrario, el método de ingeniería apunta a un objetivo específico y no puede reducirse a un conjunto de pasos fijos que deben seguirse.
La spinning jenny fue básicamente una adaptación de su precursora la rueca.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )Ramas: Tradicionalmente existen cuatro disciplinas principales de ingeniería: civil, mecánica, eléctrica y química.
El gran ingeniero Theodore von Karman dijo una vez: "Los científicos estudian el mundo tal como es, los ingenieros crean el mundo que nunca ha existido".
Hoy, más que nunca, el ingeniero debe crear un mundo que nunca ha existido...
La definición del diccionario de ingeniería en Wikcionario.
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