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 la mejora de la infraestructura , la maquinaria , los vehículos , la electrónica , los materiales y los sistemas de energía . [2]
La disciplina de la ingeniería abarca una amplia gama de campos más especializados de la ingeniería , cada uno con un énfasis más específico en áreas particulares de matemáticas aplicadas , ciencias aplicadas y tipos de aplicación. Véase glosario de ingeniería .
El término ingeniería se deriva del latín ingenium , que significa "inteligencia". [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, u obras que los utilicen individualmente o en combinación; o para construirlos u operarlos con pleno conocimiento de su diseño; o para pronosticar su comportamiento bajo condiciones operativas específicas; todo ello en lo que respecta a una función prevista, la economía de operación y la seguridad de la vida y la propiedad. [5] [6]
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 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, ahora obsoleto, una "máquina" se refería 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 nuestros días son los cuerpos de ingeniería militar, por ejemplo , el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU .
La palabra "máquina" tiene un origen aún más antiguo, pues deriva del latín ingenium ( c. 1250 ), que significa "cualidad innata, especialmente poder mental, y por lo tanto una invención inteligente". [8]
Más tarde, 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 especializaban en la construcción de tales proyectos no militares y aquellos involucrados 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 de Teotihuacán y el Templo Brihadeeswarar de Thanjavur , entre muchos otros, son un testimonio del ingenio y la habilidad de los ingenieros civiles y militares de la antigüedad. Otros monumentos, ya no en pie, como los Jardines Colgantes de Babilonia y el Faro de Alejandría , fueron importantes logros de ingeniería de su tiempo 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) se conocían desde tiempos prehistóricos . [9] La rueda , junto con el mecanismo de rueda y eje , se inventó en Mesopotamia (actual Irak) durante el quinto milenio a. C. [10] El mecanismo de palanca apareció por primera vez hace unos 5000 años en el Cercano Oriente , donde se utilizó 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 de 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 temprana 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 egipcias 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 Djoser , probablemente diseñó y supervisó la construcción de la pirámide de Djoser (la pirámide escalonada ) en Saqqara , 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 ahora son Irak e Irán, a principios del siglo IV a. C. [19]
En Kush se 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 hornos de convección y altos hornos durante los siglos 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 mecánicas analógicas conocidas , [28] [29] y las invenciones mecánicas de Arquímedes , son ejemplos de ingeniería mecánica griega. Algunas de las invenciones de Arquímedes, así como el mecanismo de Antikythera, requerían conocimientos sofisticados de 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 son ampliamente utilizados en campos como la robótica y la ingeniería automotriz . [30]
Los antiguos ejércitos chinos, griegos, romanos y hunos empleaban máquinas militares e inventos como la artillería , desarrollada por los griegos alrededor del siglo IV a. C., [31] el trirreme , la balista y la catapulta . En la Edad Media se desarrolló el trabuquete .
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 ahora 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] ambas fueron fundamentales para el crecimiento de la industria del algodón . La rueca también fue precursora de la máquina de hilar 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 musical , 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 ingeniosos dispositivos , en el siglo IX. [41] [42] En 1206, Al-Jazari inventó autómatas / robots programables . Describió 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 trabajadores manuales, como mecánicos de molinos , relojeros , fabricantes de instrumentos y topógrafos. Aparte de estas profesiones, no se creía que las universidades tuvieran mucha importancia práctica para la tecnología. [44] : 32
Una referencia estándar sobre 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 estándar sobre química 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 auge 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 la ciencia se aplicaban a 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 de canales 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 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 . 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 (1755-59), 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 ensamblados en cola de milano en la construcción del faro. Es importante en la historia, el redescubrimiento y el 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 eventos 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 modelos experimentales de 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 las aguas similar a una cafetera de percolador . Samuel Morland , un matemático e inventor que trabajaba en bombas, dejó notas en la Oficina de Ordenanzas de Vauxhall sobre un diseño de bomba de vapor que leyó Thomas Savery . En 1698, Savery construyó una bomba de vapor llamada "The Miner's Friend". Empleaba tanto vacío como presión. [47] No se sabe que el comerciante de hierro Thomas Newcomen , que construyó la primera máquina de vapor de pistón comercial en 1712, tuviera formación científica. [46] : 32
La aplicación de cilindros de soplado de hierro fundido alimentados con vapor para proporcionar aire presurizado para altos hornos condujo a un gran aumento en la producción de hierro a fines del siglo XVIII. Las temperaturas más altas del horno que se hicieron posibles con el soplado a 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, lo que hizo que los ferrocarriles tirados por caballos y los puentes de hierro fueran prácticos. El proceso de pudling , patentado por Henry Cort en 1784, produjo cantidades a gran escala de hierro forjado. El soplado en caliente , patentado por James Beaumont Neilson en 1828, redujo en gran medida la cantidad de combustible necesario 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 posible los barcos de vapor y las locomotoras prácticas. [49] 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 , quien construyó ferrocarriles, astilleros y barcos de vapor.
La Revolución Industrial creó una demanda de maquinaria con piezas de metal, lo que llevó al desarrollo de varias máquinas herramienta . Perforar cilindros de hierro fundido con precisión no fue posible hasta que John Wilkinson inventó su máquina perforadora , que se considera la primera máquina herramienta . [50] Otras máquinas herramienta incluían el torno de corte de tornillos , la fresadora , el torno de torreta y la cepilladora de metales . Las técnicas de mecanizado de precisión se desarrollaron en la primera mitad del siglo XIX. Estas incluían el uso de gigas para guiar la herramienta de mecanizado sobre la pieza de trabajo y accesorios para mantener la pieza de trabajo en la posición adecuada. Las máquinas herramienta y las técnicas de mecanizado capaces de producir piezas intercambiables condujeron a la producción industrial a gran escala a fines del siglo XIX. [51]
El censo de los Estados Unidos de 1850 incluyó por primera vez la ocupación de "ingeniero" con un recuento de 2000. [52] Había menos de 50 graduados de 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 civil, minería , mecánica y electricidad. [49]
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. [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 el motor eléctrico en 1872. El trabajo teórico de James Maxwell (ver: ecuaciones de Maxwell ) y Heinrich Hertz a finales del siglo XIX dio lugar 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. [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 a gran escala de productos químicos era tal que se creó una nueva industria, dedicada al desarrollo y 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 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 datado el trabajo de Sir George Cayley en la última década del siglo XVIII. Los primeros conocimientos de la ingeniería aeronáutica eran en gran medida empíricos, con algunos conceptos y habilidades importados de otras ramas de la ingeniería. [54]
El primer doctorado en ingeniería (técnicamente, ciencia aplicada 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 ciencias en los EE. UU. [55]
Sólo una década después de los exitosos vuelos de los hermanos Wright , se produjo un gran desarrollo de la ingeniería aeronáutica a través del desarrollo de los aviones militares que se emplearon en la Primera Guerra Mundial . Mientras tanto, la investigación para proporcionar una base científica fundamental continuó combinando la física teórica con la experimentación.
La ingeniería es una disciplina amplia que suele dividirse en varias subdisciplinas. Aunque un ingeniero suele formarse en una disciplina específica, puede llegar a ser multidisciplinario a través de la experiencia. La ingeniería suele caracterizarse 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 especiales , 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, suministro y tratamiento de agua, etc.), puentes, túneles, presas y edificios. [59] [60] La ingeniería civil se divide tradicionalmente en varias subdisciplinas, entre las que se incluyen la ingeniería estructural , la ingeniería ambiental y la topografía . Tradicionalmente se considera que está 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 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 .
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 para un fin útil. Entre los ejemplos de investigación en bioingeniería se incluyen las bacterias diseñadas para producir sustancias químicas, la nueva tecnología de imágenes médicas, los dispositivos portátiles y rápidos de diagnóstico de enfermedades, las prótesis, los productos biofarmacéuticos y los órganos diseñados mediante ingeniería tisular.
La ingeniería interdisciplinaria se nutre de más de una de las ramas principales de la práctica. Históricamente, la ingeniería naval y la ingeniería minera eran ramas importantes. Otros campos de ingeniería son la ingeniería de fabricación , la ingeniería acústica , la ingeniería de corrosión , la instrumentación y el control , la aeroespacial , la automotriz , la informática , la electrónica , la ingeniería de la información , la petrolera , la medioambiental , la de sistemas , la de audio , la de software , la arquitectónica , la agrícola , la de biosistemas , la biomédica , [62] la geológica , la textil , la industrial , la de materiales , [63] y la nuclear . [64] Estas y otras ramas de la ingeniería están representadas en las 36 instituciones miembro autorizadas del Consejo de Ingeniería del Reino Unido .
A veces, nuevas especialidades se combinan con los campos tradicionales y forman nuevas ramas; por ejemplo, la ingeniería y la gestión de sistemas terrestres involucran 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 (IE) es una rama de la ingeniería que integra varios campos de la informática y la ingeniería electrónica necesarios para desarrollar hardware y software informáticos . 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 se asocia con todo lo construido sobre o dentro de la Tierra. Esta disciplina aplica las ciencias geológicas y los 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 geólogos participan en estudios de impacto para instalaciones y operaciones que afectan los entornos de superficie y subsuelo, 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 .
A quien practica la ingeniería se le llama ingeniero , y aquellos autorizados para hacerlo pueden tener designaciones más formales como ingeniero profesional , ingeniero colegiado , ingeniero incorporado , ingenieur , ingeniero europeo o representante de ingeniería designado .
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 mejorar las soluciones existentes. Los ingenieros necesitan un conocimiento competente de las ciencias pertinentes 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 limitaciones de un diseño para obtener un resultado satisfactorio. Por lo general, no basta con construir un producto técnicamente exitoso, sino que también debe cumplir con otros requisitos.
Las limitaciones pueden incluir recursos disponibles, limitaciones físicas, imaginativas o técnicas, flexibilidad para futuras modificaciones y adiciones, y otros factores, como requisitos de costo, seguridad , comercialización, productividad y facilidad de servicio . Al comprender las limitaciones, los ingenieros derivan especificaciones para los límites dentro de los cuales se puede producir y operar un objeto o sistema viable.
Los ingenieros utilizan sus conocimientos de ciencia , matemáticas , lógica , economía y experiencia apropiada o conocimiento tácito para encontrar soluciones adecuadas a un problema 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. [65]
Normalmente existe más de una solución a un problema de diseño, por lo que las diferentes opciones de diseño deben evaluarse en función de sus méritos antes de elegir la que se considere más adecuada. Genrich Altshuller , después de recopilar estadísticas sobre una gran cantidad de patentes , sugirió que los compromisos son el núcleo de los diseños de ingeniería de " bajo nivel ", mientras que a un nivel superior el mejor diseño es aquel que elimina la contradicción central que causa el problema. [66]
Los ingenieros suelen intentar predecir el rendimiento de sus diseños según sus especificaciones antes de la producción a gran escala. Para ello, utilizan, entre otras cosas: prototipos , modelos a escala , simulaciones , pruebas destructivas , pruebas no destructivas y pruebas de estrés . Las pruebas garantizan que los productos funcionarán como se espera, pero solo en la medida en que las pruebas hayan sido representativas del uso en servicio. En el caso de productos, como los aviones, que se utilizan de forma diferente por distintos usuarios, se pueden esperar fallos y deficiencias inesperadas (y cambios de diseño necesarios) a lo largo de la vida útil 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 armamentística , no causen daño a las personas. Los ingenieros suelen incluir un factor de seguridad en sus diseños para reducir el riesgo de fallas inesperadas.
El estudio de los productos defectuosos se conoce como ingeniería forense . Intenta identificar la causa de la falla para permitir un rediseño del producto y así evitar que vuelva a ocurrir. Se necesita un análisis cuidadoso para establecer la causa de la falla de un producto. Las consecuencias de una falla pueden variar en gravedad desde el costo menor de una avería de la máquina hasta una gran pérdida de vidas en el caso de accidentes que involucran aeronaves y grandes estructuras estacionarias como edificios y represas. [68]
Al igual que en todos los proyectos científicos y tecnológicos modernos, las computadoras y el software desempeñan un papel cada vez más importante. Además del software de aplicación empresarial típico , existen varias aplicaciones asistidas por computadora ( tecnologías asistidas por computadora ) específicas para la 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 ordenador (CAD). Permite a los ingenieros crear modelos 3D, dibujos 2D y esquemas de sus diseños. El CAD, junto con el software de maquetación digital (DMU) y CAE , como el análisis por el 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 comprobar si los productos y componentes tienen defectos, evaluar el ajuste y el montaje, estudiar la ergonomía y analizar las características estáticas y dinámicas de los 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 se organizan generalmente mediante el uso de software de gestión de datos de productos . [69]
También existen 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 placas de circuitos impresos (PCB) y esquemas de circuitos para ingenieros electrónicos; aplicaciones MRO para gestión de mantenimiento; y software de arquitectura, ingeniería y construcción (AEC) para ingeniería civil.
En los últimos años, el uso de software informático para ayudar al desarrollo de bienes ha llegado a conocerse colectivamente como gestión del ciclo de vida del producto (PLM). [70]
La profesión de ingeniería se involucra en una variedad de actividades, desde la colaboración a nivel social hasta proyectos individuales más pequeños. Casi todos los proyectos de ingeniería están sujetos a una fuente de financiación: una empresa, un grupo 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 ingeniería de diseño abierto .
La ingeniería tiene interconexiones con la sociedad, la cultura y el comportamiento humano. La mayoría de los productos y construcciones que utiliza la sociedad moderna están influenciados por la ingeniería. Las actividades de ingeniería tienen un impacto en el medio ambiente, la sociedad, las economías y la seguridad pública.
Los proyectos de ingeniería pueden ser controvertidos. Algunos ejemplos de distintas disciplinas de ingeniería son: 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 han promulgado políticas serias de responsabilidad social y corporativa .
La consecución de muchos de los Objetivos de Desarrollo del Milenio requiere la consecución de una capacidad de ingeniería suficiente para desarrollar la infraestructura y el desarrollo tecnológico sostenible. [71]
Las ONG extranjeras de desarrollo y ayuda recurren considerablemente a los ingenieros para aplicar soluciones en situaciones 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 en relación con el número de ingenieros que se forman, en comparación con los que se jubilan. Este problema es evidente en el Reino Unido, donde la ingeniería tiene una mala imagen y un bajo estatus. [73] Esto puede causar problemas económicos y políticos negativos, así como cuestiones éticas. [74] Se reconoce que la profesión de ingeniería enfrenta una "crisis de imagen". [75] El Reino Unido tiene la mayor cantidad de empresas de ingeniería en comparación con otros países europeos, junto con los Estados Unidos. [ cita requerida ]
Muchas sociedades de ingeniería han establecido códigos de práctica y códigos de ética para orientar a sus miembros e informar al público en general. El código de ética de la Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales establece lo siguiente:
La ingeniería es una profesión importante y erudita. Como miembros de esta profesión, se espera que los ingenieros muestren 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 que prestan 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 según un estándar de comportamiento profesional que requiere la adhesión a los más altos principios de conducta ética. [76]
En Canadá, los ingenieros llevan 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 la ingeniería, se aplica la ciencia. Ambas áreas de trabajo se basan en la observación precisa de materiales y fenómenos. Ambas utilizan las matemáticas y criterios de clasificación para analizar y comunicar las observaciones. [ cita requerida ]
Los científicos también pueden tener que realizar 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 ingeniería". [81]
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En el libro What Engineers Know and How They Know It [Lo que saben los ingenieros 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 entienden bien los principios básicos de la física o la química , 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, de manera similar a cualquier campo científico, tiene que ver con la tecnología. [83] [84] La física es una ciencia exploratoria que busca el conocimiento de principios, mientras que la ingeniería utiliza el conocimiento para aplicaciones prácticas de principios. La primera equipara la comprensión con un principio matemático, mientras que la segunda 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 física de ingeniería y la física aplicada se titulan como Oficial de tecnología, Ingenieros de I+D 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, un ejemplo es 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 muy 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 encarnar 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 su geometría, dimensiones y datos de características definidos. 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. Por lo tanto, estudiaban matemáticas , física , química , biología y mecánica . A menudo tenían que agregar a las ciencias relevantes para su profesión. Así nacieron las ciencias de la ingeniería. [93]
Aunque las soluciones de ingeniería utilizan principios científicos, los ingenieros también deben tener en cuenta la seguridad, la eficiencia, la economía, la confiabilidad y la construibilidad 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 vínculo común importante entre la medicina y algunas disciplinas de ingeniería. La medicina tiene como objetivo mantener, reparar, mejorar 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 consideran al cuerpo humano como una máquina biológica que vale la pena estudiar y se dedican a emular muchas de sus funciones reemplazando la biología por la tecnología. Esto ha dado lugar a campos como la inteligencia artificial , las redes neuronales , la lógica difusa y la robótica . También existen interacciones interdisciplinarias sustanciales entre la ingeniería y la medicina. [97] [98]
Ambos campos aportan soluciones a problemas del mundo real, lo que a menudo exige avanzar antes de que los fenómenos se comprendan por completo en un sentido científico más riguroso y, por lo tanto, la experimentación y el conocimiento empírico son parte integral de ambos.
La medicina estudia, en parte, el funcionamiento 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 como una bomba, [100] el esqueleto es como una estructura conectada 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 la medicina, llevaron al desarrollo del campo de la ingeniería biomédica que utiliza conceptos desarrollados en ambas disciplinas.
Las nuevas ramas de la ciencia que están surgiendo, como la biología de sistemas , están adaptando herramientas analíticas tradicionalmente utilizadas 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, realizó una exposición sobre el arte del diseño aeroespacial de la NASA . [107] Algunos consideran 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 renacentista 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 de TI, la administración de empresas y la gestión del cambio . La gestión de ingeniería o "ingeniería de gestión" es un campo especializado de la gestión que se ocupa de la práctica de la ingeniería o del 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 las habilidades necesarias para estos puestos. 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 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 iniciativas de gestión de procesos empresariales o transformación empresarial complejas a gran escala en los sectores aeroespacial y de defensa, automoción, petróleo y gas, maquinaria, farmacéutica, 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 alto nivel.
En ciencias políticas , el término ingeniería se ha tomado prestado para el estudio de las disciplinas de ingeniería social e ingeniería política , que tratan de la formación de estructuras políticas y sociales utilizando la metodología de ingeniería combinada con principios de ciencias políticas . La ingeniería de marketing y la ingeniería financiera también han tomado prestado el término.
El método que utilizan 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 utilizan los científicos en su trabajo. El método científico tiene un proceso prescrito: plantear una pregunta, observar, plantear 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 se puede reducir a un conjunto de pasos fijos que se deben seguir.
La máquina de hilar Jenny era básicamente una adaptación de su precursora, la rueca.
Ramas: Tradicionalmente hay cuatro disciplinas de ingeniería principales: 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 sido". Hoy, más que nunca, el ingeniero debe crear un mundo que nunca ha sido...
La definición del diccionario de ingeniería en Wikcionario
Materiales de aprendizaje relacionados con la ingeniería en Wikiversidad
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