Инженерное дело не стоит на месте. Учёные каждый день неустанно работают над тем, чтобы сделать жизнь простых обывателей и профессионалов на производстве проще, ускорить рабочие процессы и обеспечить качественную и сверхбыструю коммуникацию между жителями разных полушарий.

Беспилотные летательные аппараты

Беспилотные летательные аппараты или БПЛА - лакомая сфера деятельности для инженеров. Небольшие дроны и целые космические корабли дистанционного управления с каждым днём становятся всё больше похожими на плод воображения писателя-фантаста.

Так, в сентябре 2014 года мы рассказали о долгожданной инициативе по раздаче беспроводного Интернета летающими дронами. Задумка принадлежит португальской компании Quarkson, которые, в отличие от проекта Google Project Loon, планируют не просто разместить воздушные шары-роутеры над землёй, но запустить в небеса целую флотилию дронов.

Летательные аппараты Quarkson будут летать на высоте 3500 метров над уровнем моря и будут преодолевать расстояния в 42 тысячи километров. Каждый дрон будет работать без подзарядки до двух недель и выполнять самые разные задачи: раздавать Wi-Fi, контролировать состояние окружающей среды, производить аэрофотосъёмку и даже служить в разведывательных целях во время войны.

Напомним, что о похожей инициативе в 2013 году объявила компания Amazon: сетевой гигант планирует организовать доставку небольших товаров, купленных в интернет-магазине, не курьерами и не почтой, а именно беспилотниками.

Эффективная работа флотилии дронов не может быть обеспечена, если управление всеми членами "стаи" не налажено при помощи специальных алгоритмов. К счастью, в марте 2014 года инженеры из университета Этвоша Лорана в Будапеште продемонстрировали слаженное маневрирование квадрокоптеров, которые летали стаей без центрального управления.

Коммуникация летающих роботов обеспечивается посредством приёма-передачи радиосигналов, а ориентация в пространстве осуществляется благодаря системе GPS-навигации. В каждой роботизированной стае есть "вожак", за которым следуют остальные беспилотники.

В отличие от инциативы Quarkson, такие стаи венгерские инженеры планируют адаптировать исключительно под мирные цели - те же доставки покупок или в отдалённом будущем пассажирские рейсы.

Команда из Исследовательского центра Эймса и Стэнфордского университета в 2014 году задумалась об одной важной, но неочевидной проблеме - утилизации разрушенных при столкновениях беспилотников. Инженеры сконструировали первый в мире биоразлагаемый БПЛА и даже испытали его в ноябре.

Прототип изготовлен из особого вещества - мицелия - который уже широко применяется для изготовления биоразлагаемых упаковок. Однако некоторые детали учёные всё же планируют по-прежнему изготавливать из обычных материалов, чтобы обеспечить беспилотнику высокую производительность. Впрочем, пару лопастей и аккумулятор убрать с места крушения - не то же самое, что разобрать целый корпус летающего робота.

Авиакосмическая техника

В некоторых сферах деятельности человека заменить живой мозг с его интуицией и огромным спектром чувств беспилотником пока что не представляется возможным. Но модернизировать пилотируемые летательные аппараты всегда можно.

В ноябре 2014 года американское космическое агентство NASA испытало первый самолёт с крыльями-трансформерами. Тестированию подверглась новая система FlexFoil, которая призвана заменить стандартные алюминиевые закрылки, снизить расход топлива у самолётов и повысить аэродинамику корпуса.

Пока ещё не ясно, заменит ли новая технология уже используемые в авиационной промышленности, но первые тесты дали превосходные результаты. Возможно, FlexFoil найдёт своё применение даже в космосе.

Говоря о величественных просторах нашей Вселенной, невозможно не вспомнить об ещё одном громком достижении инженеров - лёгком и гибком скафандре будущего. Новая разработка инженеров из Массачусетского технологического института - это пластичный костюм, оснащённый тысячами катушек, которые позволят ткани сжаться прямо на теле космонавта и заключить его в безопасный кокон.

Катушки сокращаются, реагируя на тепло тела, а также обладают памятью формы. То есть последующие облачения в скафандр для каждого космонавта будут проще, чем самый первый раз. Пока что инженеры сконструировали только небольшой кусочек ткани-прототипа, но в будущем, они уверены, именно в таких костюмах будут прогуливаться по Луне и Марсу колонизаторы инопланетных миров.

Роботы и экзоскелеты

Каждый год робототехники выпускают с десяток машин, имитирующих анатомию и повадки различных животных. Они становятся более "умными" и ловкими, а программное обеспечение даёт им сверхчеловеческие возможности. Инженеры дарят возможность и каждому человеку почувствовать себя немного киборгом, примерив экзоскелет - особый костюм, который повышает мышечную силу или даже возвращает радость движения парализованным пациентам.

Впрочем, пока человек, даже имея феноменально сложно устроенный мозг, не способен справиться с абсолютно любым заданием, а именно этого инженеры хотят добиться от роботов. Подобно человеку, машина будущего будет черпать недостающие знания и инструкции из Интернета, но только не через поисковики, а при помощи вычислительной системы RoboBrain, разработанной в Корнельском университете.

Учёные придумали эту систему интеграции знаний, накопленных человечеством, в мозг-компьютер робота, чтобы позволить машинам ловко справляться с любыми бытовыми задачами. Так, робот сможет определить, например, каков объём кружки, какова температура кофе и как правильно из предметов, находящихся на кухне, приготовить вкусный капучино.

Исследователи в первую очередь стремятся придать роботам самостоятельности, то есть сконструировать такую машину и написать такое программное обеспечение, чтобы робот мог действовать без помощи со стороны человека. Ещё одним впечатляющим примером достижения в этой сфере является робот-оригами, который самостоятельно собирается при нагреве и передвигается по различным поверхностям.

Эта разработка принадлежит команде из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета. Как поясняют инженеры, им удалось создать устройство со встроенной способностью к вычислению. Более того, роботы-оригами созданы из бюджетных материалов и универсальны в применении: небольшие боты могут стать основой самособирающейся мебели будущего или временных убежищ для пострадавших от природных катастроф людей.

Одно из самых ярких достижений робототехники в 2014 году - это исторический первый удар по мячу на чемпионате мира по футболу в Бразилии. И сделал этот удар Джулиано Пинто (Juliano Pinto), пациент с параличом нижних конечностей. Совершить невозможное Пинто позволил новый экзоскелет, спроектированный командой Мигеля Николелиса (Miguel Nicolelis), который потратил на разработку многие годы.

Экзоскелет не просто придаёт Пинто мышечную силу, но полностью контролируется сигналами мозга в режиме реального времени. Чтоы создать уникальный робокостюм Николелису и его коллегам пришлось провести массу экспериментов, завершившихся громкими открытиями. Так, учёные смогли объединить мозг двух крыс, находящихся на разных континентах, научили грызунов реагировать на невидимый инфракрасный свет и создали интерфейс для одновременного управления двумя виртуальными конечностями, который испытали на обезьянах.

Всё это привело к тому, что парализованный пациент смог вновь почувствовать свои нижние конечности.

Медицинская техника

Инженеры могут помочь не только паралитикам, но и практически любым пациентам. Без новейших достижений в сфере робототехники не существовала бы современная медицина. И в этом году было представлено ещё несколько впечатляющих прототипов.

Особое внимание стоит обратить на камеру, созданную учёными из университета Дьюка. Это устройство для съёмки в режиме реального времени позволяет получить снимки в очень высоком разрешении и таким образом диагностировать рак даже на самых ранних стадиях.

Новая гигапиксельная камера позволяет исследовать крупные участки кожи в мельчайших подробностях на предмет наличия меланомы - рака кожи. Такое обследование позволит вовремя заметить любые изменения в цвете и структуре кожи, быстро диагностировать заболевание и вылечить его. Напомним, что этот вид рака хоть и является самым смертоносным, но прекрасно поддаётся лечению на ранних стадиях.

За диагностикой всегда следует лечение, и лучше всего если это лечение - таргетное, то есть прицельное. Доставить лекарства прямо к поражённым клеткам позволит ещё одно изобретение, созданное в 2014 году. Крошечные наномоторы будут обеспечивать движения армии нанороботов, которые смогут отправлять агрессивные медицинские препараты прямо к раковым опухолям, не затрагивая при этом здоровые клетки. Таким образом, лечение от рака будет проходить незаметно, безболезненно и без побочных эффектов.

Высокотехнологичные материалы

Материалы, которые нас окружают, такие как стекло, пластик, бумага или дерево, вряд ли способны удивить нас своими свойствами. Но учёные научились создавать материалы с уникальными свойствами, используя самое обычное бюджетное сырьё. Они позволят проектировать настоящие футуристические конструкции.

К примеру, в феврале 2014 года инженеры из Техасского университета в Далласе представили мощнейшие в мире искусственные мышцы, созданные из обычной рыболовной лески и швейных ниток. Такие волокна способны поднять в 100 раз больше веса, чем природные человеческие мышцы, и генерировать в сотню раз больше механической энергии. А ведь сплести искусственную мышцу довольно просто - нужно всего лишь ювелирно точно наматывать лески из высокопрочного полимера на слои из швейных ниток.

Новая разработка может широко употребляться в быту в будущем. Из полимерных мышц можно будет создавать адаптирующуюся к погоде одежду, самозакрывающиеся теплицы и, разумеется, сверхсильных человекоподобных роботов.

К слову, роботы-гуманоиды, возможно, будут обладать не только сверхпрочными мышцами, но и гибкой бронёй. Инженеры из университета МакГилла в 2014 году вдохновились броненосцами и крокодилами и сконструировали броню из гексагональных стеклянных пластин на полимерной подложке. По сравнению с жёстким щитом гибкая броня оказалась на 70% прочнее.

Правда, в будущем, скорее всего, жёсткие пластины будут делать не из стекла, а из более высокотехнологичных материалов, таких как сверхпрочная керамика.

В июле 2014 года команда из Массачусетского технологического института создала материал, который позволит роботам менять своё агрегатное состояние с твёрдого на жидкое, прямо как в кино. Для этого инженеры использовали обычный воск и строительную пену - два бюджетных и вполне очевидных вещества, которые являются идеальным примером меняющих состояние субстанций.

При воздействии высоких температур воск плавится, и робот становится жидким. Так он протискивается в любые щели. Как только тепло уходит, воск застывает, заполняет поры пены, и робот вновь становится твёрдым. Учёные считают, что их изобретение найдёт себе применение и в медицине, и в спасательных операциях.

Домашняя техника

Создавать бытовых роботов и простые в применении устройства - одна из сложнейших задач инженерии. Обыватели не станут проходить обучение, чтобы воспользоваться особой техникой, и потому разработки должны быть простыми, полезными, а главное - стоить недорого.

Ещё в самом начале 2014 года британский изобретатель и владелец компании Dyson Джеймс Дайсон (James Dyson) объявил, что его инженеры займутся созданием бытового робота, который будет помогать хозяйкам по дому. Предприниматель выделил 5 миллионов фунтов стерлингов на выполнение этой задачи, которым займутся прежде всего инженеры из Имперского колледжа Лондона.

Работа уже идёт полным ходом, и когда она завершится, то многие сможгут приобрести себе роботизированного помощника, который будет не только стирать, гладить и убирать, но и сидеть с пожилыми и больными людьми, заниматься маленькими детьми и животными. Обязательное условие проекта - сколь возможно низкая себестоимость машин.

Работая на кухне, робот Dyson, возможно, будет частенько пользоваться недавним изобретением китайской компании Baidu - "умными" палочками, которые будут проверять качество пищи. Приборы оснащены индикатором и множеством датчиков, которые позволят определить, свежо ли блюдо или существует риск отравления.

Впрочем, пока не ясно, станут ли "умные" палочки коммерческим проектом. В ходе испытаний некоторые пользователи жаловались, что критерии у встроенной системы настолько строги, что найти подходящую пищу практически невозможно.

С кухни отправимся в кабинет. Обычная принтерная печать также пережила революцию в 2014 году. Сразу две впечатляющих разработки учёных позволят сэкономить на картриджах и бумаге, спасти сотни деревьев от вырубки и сделать печать проще и экологичнее.

Группа исследователей из Цзилиньского университета в Китае объявили в январе 2014 года, что печатать на бумаге можно не чернилами, а водой. Чтобы сделать это возможным команда химиков разработала особое покрытие для обычной бумаги, которое активирует молекулы красителя при воздействии воды. Через сутки жидкость испаряется и бумагу можно снова вставлять в принтер, а суток точно хватит, чтобы ознакомиться с большинством документов.

Позднее, в декабре 2014 года, учёные из университета Калифорнии в Риверсайде предложили заменить бумагу особыми пластинами, а чернила - окислительно-восстановительными красителями. Их технология подразумевает печать посредством воздействия ультрафиолетового излучения, которое оставляет на пластине лишь цветные буквы, а остальная площадь "бумаги" остаётся прозрачной.

Что касается повторного использования утилизированных предметов обихода, невозможно не вспомнить о проекте исследователей из института IBM Research. Эксперты подсчитали, что утилизированные ноутбуки почти всегда содержат рабочие аккумуляторы, способные питать достаточное количество лампочек, чтобы осветить целый дом.

Эксперимент показал, что после нехитрой переработки выброшенные на помойку компьютеры могут получить новую жизнь и осветить дома жителей развивающихся стран.

Итого

За 2014 год инженерия и техника, возможно, совершили самый большой скачок в будущее по сравнению с другими областями науки. Не стоит забывать, что без достижений в этой сфере не обойдётся ни одна фундаментальная область исследований.

Генная инженерия содержит методы генетики и молекулярной биологии, связанные с направленным созданием новых, отсутствующих в природе комбинаций генов. Главная операция генной технологии сводится к извлечению из клетки организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и совмещение их с молекулой ДНК, которая способна проникать в клетки других организмов и там размножиться.

На начальных этапах развития генной инженерии получены биологически активные соединения - инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии включают химию нуклеиновых кислот и белков, генетику, микробиологию, биохимию и открывают новые возможности разрешения многих проблем медицины, биотехнологии и сельского хозяйства.

Основной целью генных технологий является видоизменение ДНК, закодировав ее на производство белка с определенными свойствами. Достижения современной техники и технологии позволяют анализировать и идентифицировать молекулы ДНК и генетически видоизмененной клетки, в которую внедрена необходимая ДНК. С их помощью направленно реализовывают химические операции над биологическими объектами, что является основой генных технологий. Генные технологии позволяют разрабатывать мощные методы анализа генов, синтезировать, т.е. к конструировать новые, генетически модифицированные микроорганизмы. По мнению промышленных микробиологов знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволяет их «программировать» с целью увеличения дохода.

Одним из самых современных и перспективных методов генной инженерии для получения новых микробных штаммов является генетическое копирование (клонирование).

Уже в начале 70-х годов 20 века ученые в лабораторных условиях получили и клонировали рекомбинантные молекулы ДНК, культивировали в пробирке клетки и ткани растений и животных. Особенно в последние годы много достижений в клонировании полноценных животных (даже способных приносить потомство) из соматических (т.е. неполовых) клеток. Например, работы шотландских ученых из Рослинского Университета, которые из клетки молочной железы беременной овцы получили генетически точную ее копию. Клонированная овца по кличке Долли нормально формировалась и произвела на свет потомство: 4 нормальных ягненка. Вслед за этим появился ряд новых сообщений о воспроизведении генетических близнецов мышей, коров, коз, свиней, обезьяны из соматических клеток этих животных.

В 2000 году появились сведения о клональном размножении потомства приматов путем деления зародыша. Американские ученые смоги получить генетически идентичные эмбрионы обезьяны посредством разделения бластомеров зародыша на стадии деления. Из эмбриона родилась вполне нормальная обезьянка Тетра - генетический близнец первоначально зачатой особи. Такой тип клонирования предполагает генетически идентичное потомство и в последствии можно получить двойню, тройню и сколько угодно генетических близнецов. Другими словами, появилась возможность воспроизводить сложные научные эксперименты на абсолютно генетически идентичных особях, имплантируя последовательно зародыш одной и той же суррогатной матери можно исследовать влияние ее организма и внешних факторов на развитие плода.

В ходе экспериментирования в клонировании отмечается высокая смертность и высокая доля уродств новорожденных.

Еще не в полной мере изучены многие механизмы клонирования и развития животных из соматической клетки. Однако, успех, достигнутый на данный момент, показал теоретическую возможность создания генетических копий даже человека из отдельной клетки, взятой из какого-либо органа. Многие ученые с энтузиазмом восприняли идею клонирования человека.

Однако, многие ученые и общественные деятели озабочены потенциальной опасностью (в том числе моральной) и, высказываются против клонирования человеческих особей. Имеется и биологическая проблема. Установлено, что в процессе культивирования клеток в пробирках и получения соматоклонов способны возникать различного рода мутации в геноме, вредоносные для организма. К тому же, как установлено, клональные особи обладают особенностью быстрого старения и угнетения многих жизненных функций за недолгий промежуток времени. Таким образом, клонирование человека способно привести к росту в человеческой популяции генетически неполноценных, в т.ч. психически больных людей. Так же, возникает целый ряд этических, моральных и даже юридических проблем, связанных с манипуляциями над эмбрионом человека.

Учитывая достижения генетической инженерии и реальную возможность создания генетически измененных не только животных, но и человека, 29-я сессия Генеральной Конференции ЮНЕСКО в 1997 году приняла «Всеобщую декларацию о геноме человека и правах человека». В 11-ой статье данного документа говорится, что не следует допускать практику, противоречащую достоинству человека, в т.ч. практику клонирования в целях воспроизводства человеческой особи, «цель прикладного использования результатов научных исследований по геному человека, в т.ч. в области биологии, генетики и медицины, должна заключаться в уменьшении страданий людей и в улучшении состояния здоровья отдельного человека и всех людей».

Совет Европы так же внес дополнения в Европейскую конвенцию о правах человека и биомедицине, которая гласит: «Запретить всякое вмешательство, преследующее цель создать человеческую особь, идентичную другой - живой или мертвой». Таким образом, современные генно-инженерные исследования все больше затрагивают интересы общества, а этические проблемы науки становятся важным компонентом научной деятельности не только биомедиков, но и этиков, философов, политиков и т.д.

“Гений нашего двадцатого века выражается в инженерии”, - говорил Альберт Эйнштейн. Действительно, в жизни современного общества ин­женерная деятельность играет все возрастающую роль. Современное об­щество с развитой рыночной экономикой требует от инженера большей ориентации на вопросы маркетинга и сбыта, учета социально-эконо­мических факторов и психологии потребителя. Необходимость глубоких преобразований во всех сферах экономики и общественной жизни России, техническом оснащении производства, внедрении новых прогрессивных технологий, достижении высшего уровня производительности труда, увеличении выпуска высоко эффективного оборудования обуславливает и необходимость подготовки специалистов, способных эффективно решать эти задачи.

В свете этих задач нельзя признать нормальным снижение уровня престижа инженерного труда. Снижение престижа этой некогда славной профессии в России является симптомом неблагополучия в обществе, свидетельством негативных процессов, затронувших самую много­чис­ленную и быстрорастущую социально-профессиональную группу.

Что же это такое - инженер? Это должность, профессия, звание или квалификация? Всякая ли работа, направленная на техническое твор­чест­во, может считаться инженерной? Что значит быть хорошим или не очень хорошим инженером? Каково место инженера в современном производстве и обществе? Все это проблемы, на которые необходимо найти ответ.

Задачами данного спецкурса и является:

Ознакомиться с основными этапами развития инженерной дея­тель­ности;

Проследить, как менялось положение людей, занимающихся инже­нерным творчеством в различных обществах и установить некоторые детерминанты этого положения;

Выделить этапы становления профессии инженер как института;

Взглянуть на современное состояние дел развития инженерной профессии, учитывая исторически закономерные тенденции ее развития;

Побудить устойчивые стремления к получению прочных фунда­мен­тальных знаний для решения задач поиска (изобретения) новых, более эффективных конструкторско-технологических решений, задач, связанных с экономией трудовых ресурсов, сырья, материалов и энергии;

Нацелить студентов на необходимость подготовки к овладению ин­тенсивной технологией инженерного творчества.

В результате изучения спецкурса должна быть сформирована целост­ная система исторических знаний, интерпретирующая профессиональную миссию инженеров как новаторов, создающих и совершенствующих технику, технологии, эффективность которых тесно коррелируется с инно­вационной активностью общества в целом.

1. Зарождение инженерной профессии

1.1. Сущность инженерной деятельности

Природа долгое время выступает как стихия, неизмеримо пре­восходящая человека сила, от которой зависит все существование и благополучие человеческого рода. Человек длительное время находился во власти природы, природных процессов, и переход от присвоения готовых предметов природы к труду сыграл решающую роль в процессе фор­мирования человека. Непосредственно вторгаясь в процессы природы своей практически-преобразовательной деятельностью в материальной сфере, человек в процессе труда воздействует предметом на предмет, соз­давая, таким образом, что-то новое, так необходимое ему в данный исторический период.

История развития человечества - это прежде всего история изобре­тения, создания и совершенствования различных изделий и технологий. Вероятно, первыми “инженерами” можно назвать тех безвестных изо­бретателей, которые стали приспосабливать камни и палки для охоты и защиты от хищников, а первая инженерная задача заключалась в обработке этих орудий. И, несомненно, гениальным изобретателем следует признать того первобытного “инженера”, который прикрепил камень к палке, чтобы эффективнее защищаться и результативнее нападать. Систематическое использование и обработка нашими далекими предками камня и палки, начавшееся около миллиона лет назад, технология добывания и исполь­зования огня, возникшая примерно 100 тысяч лет тому назад, луки и стрелы с кремниевыми наконечниками, появившееся около 10 тысяч лет тому назад, повозка с колесами, появившаяся 3500 лет до н. э., выплавка бронзы, водяное колесо, токарный станок, скрипка, паровая машина, пластмассы, телевизор, вычислительная машина, космический аппарат, искусственное сердце, почка, искусственный хрусталик глаза, лазер и плазма и не­обозримо многое другое - все это результат удивительного, мучительного и величественного процесса, называемого творчеством человека.

Еще за 8 веков до н.э. по бокам трона императора Теофила были установлены золотые львы. Когда император садился на трон, львы вставали, рычали и снова ложились на место. Это ли не блистательный образец инженерного творчества?

В развалинах одного дворца в Перу был найден “телефон”, возраст которого определяется в 1000 лет. Он состоял из двух тыквенных фляг, соединенных туго натянутой бечевкой. Возможно, это один из первых образцов-прототипов нынешних проводных средств связи?

Приведенные примеры довольно убедительно иллюстрируют стрем­ление человека к поиску оригинальных решений технических задач задолго до нашего времени.

Тысячи известных и безымянных изобретателей и рационализаторов породили необъятный мир техники и технологии. Этот мир действительно велик. Только в России номенклатура выпускаемых изделий превышает 20 миллионов наименований.

Однако безвестные изобретатели первых в мире орудий не называли себя инженерами и не могли передавать информацию на большие рас­стояния.

Говоря в целом об истории творчества человека, то прежде всего вы­зывают удивление темпы его роста, которые иллюстрируются таблицей 1, где под классом изделий подразумеваются технические объекты, име­ющие одинаковые или очень близкие функции (например, класс молотков, болтов, стульев, стиральных машин, холо­диль­ни­ков, токарных станков, швейных машин и т.д.).

Таблица 1

Возрастание числа изделий и их сложности

При взгляде на таблицу 1 невольно возникает вопрос, какие же по­казатели по числу классов изделий и их сложности будут через почти 100 лет?

Анализируя исторический процесс зарождения, становления и раз­вития инженерного дела в ретроспективном аспекте можно выделить нес­колько этапов, характерных для инженерной деятельности на всем пути истори­ческого развития:

Интуитивное создание технических структур без опоры на ес­тество­­знание (от зарождения до XIV века);

Опосредованное использование естествознания в создании тех­нических структур и технологических процессов (XV-XVII вв.);

Зарождение технического знания (технических наук) и его ис­поль­зование в инженерной деятельности (прединдустриальная эпоха, VI-XVIII вв.);

Инженерная деятельность на базе фундаментальных научных теорий (индустриальная эпоха, XIX-середина XX вв.);

Инженерная деятельность на базе комплексного и системного под­хода к решению стоящих задач (постиндустриальная эпоха, вторая поло­вина XX века до настоящего времени).

Переходя к описанию этапов становления профессии “инженер”, рас­смотрим, что же составляет сущность инженерной деятельности, каковы ее функции в системе общественного производства.

Инженерная деятельность заключается, прежде всего, в техническом творчестве, цель которого - создание новых и совершенствование име­ющихся средств для удовлетворения материальных и духовных пот­ребностей человека. Пищевые продукты и радиоаппаратура, одежда, обувь и аудиотехника, телефонные станции и телецентры, мосты и тепло­электроцентрали - все это объекты инженерной деятельности. И, конечно же, их созданию предшествует изготовление орудий труда - инструментов и приборов, станков и двигателей - всех тех разнообразных машин и про­изводственных приспособлений, с которых начинаются инженерные вла­дения.

Иными словами можно сказать, что характерной чертой жизнедеятельности человека является преобразование природной среды с целью создания благоприятных условий для своего существования. Постоянное воздействие на природу с целью создания благоприятных условий своей жизнедеятельности и составляет основу жизни человека, а вместе с этим является инженерной деятельностью.

Слово “инженер” (ingeniator) впервые начало использоваться в антич­ном мире, примерно в третьем веке до нашей эры и первоначально так назывались лица, изобретавшие военные машины и управлявшие ими в ходе военных кампаний.

В разных государствах в понятие инженер вкладывался различный смысл. Так, у англичан инженера называли капитаном, у французов - мет­ром, у немцев - мейстером. Но во всех странах понятие инженер означало: господин, хозяин, владелец, учитель, мастер своего дела.

В русских источниках слово инженер впервые встречается в середине XVII века в “Актах Московского государства”.

Слово “инженер” происходит от латинского ingenium, которое можно перевести как изобретательность, способность, острая выдумка, талант, гений, знание.

Современный инженер определяется совсем по иному: как “человек, способный изобретать”, “ученый строитель”, но не жилых домов (это архи­тектор, зодчий), а других сооружений различного рода, “специалист с высшим техническим образованием”.

Несмотря на некоторые различия этих определений, в них прослеживается и некоторый смысл, общий для обоих толкований. Общность этих толкований связана, во-первых, с техникой, во-вторых, с получением определенного образования. Решая технические задачи, первые инженеры и изобретатели обращались за помощью к математике и ме­ханике, из которых они заимствовали знания и методы для проведения инженерных расчетов. Первые инженеры - это одновременно художники-архитекторы, консультанты-инженеры по фортификационным сооруже­ниям, артиллерии и гражданскому строительству, естествоиспытатели и изобретатели. Таковы, например, Леон Батиста Альберти, Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Джон Непер и др.

Менялось время, развивались производительные силы общества, расширялся объем понятий “инженер” и “ инженерное дело”, но неиз­менным оставалось одно - инженерами называли образованных техников.

К числу парадоксов истории можно отнести тот факт, что первоначально инженерами называли только специалистов по созданию военных машин. Подтверждением этому может служить тот факт, что многие историки считают первым инженером изобретателя рычага Архимеда, который занимался конструированием военных машин для защиты Сиракуз (о. Сицилия) от римских легионеров.

Но не войнами едиными издревле жил человек. Такое творение, как водяная мельница, известно было уже до нашего летописания. Тот же Архимед прославился не только своими военными машинами, но и винтовыми водоподъемниками для орошения полей.

В древнем мире возводились не только военные укрепления, но и мирные инженерные сооружения, например, Александрийский маяк. На облицовке этого маяка честолюбивый правитель повелел высечь надпись: “Цезарь Птоломей - богам-спасителям на благо мореплавателям”. Но создатель маяка знал секреты облицовочных материалов. В определенный им срок ненужная часть облицовки осыпалась и обнаружилась мраморная плита. Но на ней люди прочитали другую надпись, которая прославила имя истинного творца: “Состратус, из города Книда, сын Дексиплиана - богам-спасителям на благо мореплавателям”.

Перечень достижений инженерной мысли можно было бы многократно продолжить от первобытных ручных орудий до автомати­зированных станочных линий современного роботизированного произ­водства.

Характерной особенностью развития инженерного дела является его непрерывное совершенствование и усложнение. Развитие и усложнение технических средств обуславливается ростом материальных и духовных потребностей человека по мере развития человеческого общества.

Эволюция инженерного дела, отражающая этапы становления и раз­вития ремесел, кустарного производства, все больше и больше увязывается с практической деятельностью, опирающейся на достижения своих пред­шественников, использовавших математические расчеты, технические экс­перименты, результаты которых были изложены в первых рукописных книгах (трактатах). Таким образом, инженерное дело начинает опираться на технические и технологические структуры, а на более позднем этапе развития и на научные познания.

Рассматривая инженерную деятельность как некоторую систему, не­обходимо определить основные составляющие этой системы. Такими составляющими являются: техника, технология, наука, инженерная дея­тельность (рис.1).

Слово техника происходит от греческого tecuu, которое переводится как “искусство”, “мастерство”, “сноровка”. В русском языке понятие тех­ника включает совокупность устройств, средств, создаваемых для осу­ществления производственных потребностей общества, т.е. это инстру­менты, машины, приборы, агрегаты и т. п.

Не случайно в «Кратком толковом словаре русского языка» понятие «техника» имеет многозначную интерпретацию: «Техника:

Совокупность средств труда, орудий, с помощью которых создают что нибудь.

Машины, механические орудия.

Совокупность знаний, средств, способов, используемых в каком либо деле».

Понятие «техника» в философском смысле представляет собой совокупность технических структур (на начальном периоде развития человечества достаточно примитивных) с помощью которых человек преобразует окружающий его мир, творит «искусственную природу».

В научной литературе современности технику относят к сфере материальной культуры: она – обстановка нашей жизни, средства общения и обмена информацией, средства обеспечения комфорта и уюта в быту, средства передвижения, нападения и защиты, все орудия действия на самых различных поприщах. Определяя технику на рубеже XIX-XX столетий отечественный исследователь П. К. Энгельмейер отмечал: «Своими приспособлениями она усилила наш слух, зрение, силу и ловкость, она сокращает расстояние и время и вообще увеличивает производительность труда. Наконец, облегчая удовлетворение потребностей, она тем самым способствует нарождению новых… Техника покорила нам пространство и время, материю и силу и сама служит той силой, которая неудержимо гонит вперёд колесо прогресса».

С понятием техники неразрывно связано понятие технологии.

«Большая Советская Энциклопедия» понятие «технология» трактует следующим образом: «Технология (от греч. texve – искусство, мастерство, умение иlocos– слово, знание), совокупность приемов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов в различных отраслях промышленности, в строительстве и т.д.; научная дисциплина, разрабатывающая и совершенствующая такие способы и приемы.

Термин “технология” включает процессуальную сторону произ­вод­ства, т. е. последовательность операций, осуществляемых в процессе произ­водства, указывает на вид процессов - механическая, химическая, лазерная технологии. Предметом технологии при ее зарождении был вопрос организации производства на основе наличных, трудовых, фи­нансовых, энергетических, природных ресурсов, на базе имеющихся техни­ческих средств и способов воздействия на предмет труда.

Создание технических структур (инструментов, машин, приборов) и применение способов и приемов использования их для обработки природных и других материалов по мере развития производства (ре­мес­ленного, мануфактурного, фабрично-заводского и т. д.) все больше и боль­ше основывалось на знании, опыте предшественников, установлении прин­ципов и закономерностей, присущих новым техническим структурам и связанным с ними технологиями. Таким образом, инженерная деятельность начинает основываться на научной базе.

Что же такое наука?

Наука - система знания, занимающаяся выявлением и утверждением закономерностей и принципов, протекающих в различных процессах, и формулированием законов.

С помощью этого знания мы познаем и объясняем существующий независимо от нас окружающий мир.

Наука – это определенный вид человеческой деятельности, которая выделена в процессе разделения труда и направлена на получение знаний.

Техника Технология

Рис.1 Система ”техника - технология - наука - инженерная деятельность”

В современных условиях техника, с одной стороны, технология, с другой, выступают как объекты инженерной деятельности, базирующиеся на знании законов, закономерностей и принципов, выработанных наукой. Причем, системообразующая роль в квартете ”техника - технология - наука - инженерная деятельность” принадлежит инженерная деятельности, ко­торая формировалась в ходе сложного процесса изменения характера жизнедеятельности человеческого общества и являет собой познавательно-созидательную форму трудовой деятельности.

Весь процесс создания технических структур можно разделить на ряд этапов и таким образом проследить последовательность инженерной де­ятельности человека.

Первым, и наиболее важным из них является этап - рождение идеи.

Вторым - воплощение идеи в чертеже или модели.

Третьим - материализация идеи в готовом изделии.

Возникает естественный вопрос, все ли этапы являются прерогативой инженера, или он обеспечивает лишь часть процесса создания техники? Несомненно последнее. Инженерная деятельность возникла и начала свой путь к признанию и утверждению только тогда, когда в сфере матери­ального производства наметилось отделение умственного труда от физи­ческого. Иначе говоря, сущностью деятельности инженера с древнейших времен и до наших дней следует считать интеллектуальное обеспечение процесса решения технических и технологических задач. Ибо инженер, как правило, не создает техническую структуру, а использует умения и навыки ремесленников и рабочих для реализации своего замысла, т.е. материализует его, разрабатывая способы, приемы и технологические процессы создания реального объекта, используя свои знания, и именно в этом заключается главное отличие профессиональной группы инженеров от ремесленников и рабочих.

Именно такая двойственная ориентация инженерной деятельности с одной стороны, на научные исследования естественных, природных яв­лений, а, с другой, - на производство, или воспроизведение своего замысла целенаправленной деятельностью человека-творца заставляет его взглянуть на свое изделие иначе, чем это делает ремесленник и естествоиспытатель. Если, при этом, техническая деятельность предусматривает организацию изготовления технической структуры (инструмента, машины, агрегата), инженерная деятельность сначала определяет материальные условия и искусственные средства, влияющие на природу в нужном направлении, заставляющем ее функционировать так, как это нужно для человека и лишь потом на основе полученных знаний, задает требования к этим условиям и средствам, а также указывает способы и последовательность их обеспечения и изготовления. Таким образом, процесс создания техники представляет со­бой бесконечный круговорот усилий человека по претворению своих идей в материальный объект, где однажды найденное решение может быть пов­торено необходимое число раз. Однако всегда источником технического цикла является что-то принципиально новое, оригинальное, приводящее к достижению поставленной цели. Иными словами можно сказать, что характер инженерной деятельности человека состоит в технической ин­но­вации, постоянном поиске все новых и новых решений в техническом творчестве.

τεχνικός ← τέχνη - «искусство», «мастерство», «умение»), обозначающее активную творческую деятельность, направленную на преобразование природы с целью удовлетворения разнообразных жизненных человеческих потребностей. Не следует путать с термином «Техника (технические устройства) »

Творческое приложение научных принципов (а) к проектированию или разработке сооружений, машин, аппаратуры или процессов их изготовления, или к объектам, в которых эти устройства или процессы используются разрозненно или комплексно, или (б) к конструированию и эксплуатации вышеуказанных инженерных устройств в полном соответствии с проектом, или (в) к прогнозированию поведения инженерных устройств в определенных условиях эксплуатации - руководствуясь соображениями обеспечения их функциональности, экономичности в использовании и безопасности для жизни и имущества.

Настоящее время

Современное понимание инженерного дела подразумевает целенаправленное использование научных знаний в создании и эксплуатации инженерных технических устройств, являющихся результатом преобразовательной деятельности инженера, и охватывает три вида инженерно-технической деятельности :

• исследовательская (научно-техническая) деятельность - прикладные научные исследования , технико-экономическое обоснование планируемых капиталовложений, планирование;
• конструкторская (проектная) деятельность - конструирование (проектирование), создание и испытание прототипов (макетов, опытных образцов) технических устройств ; разработка технологий их изготовления (сооружения), упаковки, перевозки, хранения и проч. ; подготовка конструкторской/проектной документации;
• технологическая (производственная) деятельность - организационная, консультационная и иная деятельность, направленная на внедрение инженерных разработок в практическую деятельность экономических субъектов с их последующим сопровождением (технической поддержкой) и/или эксплуатацией по поручению заказчика.

История инженерного дела

Истоки инженерного дела восходят к доисторической мифологической эпохе. Создание лука , колеса , плуга требовало умственной работы, умения обращаться с орудиями труда, использования творческих способностей. В качестве инженеров можно рассматривать легендарных Дедала и Ноя . Первым известным по имени инженером был египтянин Имхотеп , который руководил строительством пирамиды Джосера (III тыс. до н.э.) . Самым известным инженером Античности считается Архимед .

Первой попыткой рассмотреть инженерное дело как особый род деятельности можно считать труд Витрувия «Десять книг об архитектуре » (лат. De architectura libri decem ). В нём делаются первые известные попытки описать процесс деятельности инженера. Витрувий обращает внимание на такие важные для инженера методы как «размышление» и «изобретение», отмечает необходимость создания чертежа будущего сооружения. Однако большей частью Витрувий основывается в своих описаниях на практическом опыте. В античные времена теория сооружений находилась ещё в самом начале своего развития.

Важнейшим этапом в инженерном деле стало применение масштабных чертежей. Этот способ развился в XVII веке и оказал сильнейшее влияние на дальнейшую историю инженерии. Благодаря ему появилась возможность разделить инженерный труд на собственно разработку идеи и её техническое воплощение. Имея перед собой на бумаге проект какого угодно большого сооружения, инженер избавлялся от узости взгляда ремесленника, зачастую ограниченного только той деталью, над которой он трудится в данный момент.

Первым инженерно-техническим учебным заведением России начавшим давать систематическое образование становится основанная в 1701 году Петром I Школа математических и навигационных наук . Образование военных инженеров началось ещё во времена правления Василия Шуйского . На русский язык был переведён «Устав дел ратных», где среди прочего рассказывалось и о правилах обороны крепостей, строительстве оборонительных сооружений. Обучение вели приглашённые иностранные специалисты. Но именно Петру I принадлежит выдающаяся роль в развитии инженерного дела в России. В 1712 году в Москве открывается первая инженерная школа, а в 1719 году вторая инженерная школа в Петербурге. В 1715 году создается Морская академия , в 1725 году открывается Петербургская академия наук с университетом и гимназией.

Первым учебником по инженерному делу можно считать выпущенный в 1729 году учебник для военных инженеров «Наука инженерного дела» француза Бернара Фореста де Белидора .

В течение XIX века продолжалось создание различных специализаций и направлений высшего инженерного образования происходившее в процессе перехода наиболее передовых инженерно-технических учебных заведений Российской империи к системе высшего образования, что привело к качественному развитию, так как каждое учебное заведение создавало не существовавшую до этого свою собственную программу нового направления или специализации высшего инженерного образования, заимствуя передовой опыт других, сотрудничая и обмениваясь инновациями. Одним из выдающихся организаторов этого процесса был Дмитрий Иванович Менделеев .

В Англии специалистов-инженеров готовили следующие учреждения: Институт гражданских инженеров (Англия) (англ. ) (основан в 1818 году), Институт инженеров-механиков (англ. ) (1847 год), Институт морских архитекторов (англ. ) (1860 год), Институт инженеров-электриков (англ. ) (1871 год).

Инженерное дело как профессия

Специалист, занимающийся инженерным делом, называется инженером . В современной экономической системе, деятельность инженера - это совокупность услуг в области инженерно-технической деятельности. Деятельность инженера в отличие от деятельности других представителей творческой интеллигенции (педагогов, врачей, актеров, композиторов и др.) по своей роли в общественном производстве является производительным трудом, непосредственно участвующим в создании национального дохода . Посредством инженерной деятельности, инженер реализует свои научные знания и практический опыт для решения какой-либо технической задачи на различных этапах жизненного цикла продукции .

С расширением и углублением научных знаний произошла профессиональная специализация инженерной профессии по дисциплинам. В настоящее время продуктивная инженерная деятельность возможна исключительно в рамках коллектива инженеров, каждый из которых специализируется в определенной области инженерии. На рынке инженерных услуг действуют

Несмотря на то, что инженерные задачи вставали перед человечеством ещё на самых ранних этапах его развития, инженерная специальность как обособленная профессия начала формироваться лишь в Новое время. Техническая деятельность существовала всегда, но чтобы инженерному делу выделиться среди прочих, человечеству пришлось пройти долгий путь развития. Лишь разделение труда положило начало этому процессу, и только появление специального инженерного образования зафиксировало становление инженерной деятельности.

Тем не менее возможно рассматривать многие достижения прошлого как талантливо решённые инженерные задачи. Создание лука, колеса, плуга требовало умственной работы, умения обращаться с орудиями труда, использования творческих способностей.

Множество технических решений и изобретений создавали как материальную базу для последующего развития, так и формировали передаваемые из поколения в поколение навыки и умения, которые, накапливаясь, становились основой для последующего теоретического осмысления.

Особенную роль играло развитие строительства. Возведение городов, защитных сооружений, религиозных построек всегда требовало самых передовых технических методов. Скорее всего именно в строительстве впервые появляется понятие проекта, когда для осуществления замысла требовалось отделить идею от непосредственного производства, чтобы иметь возможность управлять процессом. Сложнейшие сооружения древности - Египетские пирамиды, Галикарнасский мавзолей, Александрийский маяк - требовали не только рабочей силы, но и умелой организации технического процесса.

К первым инженерам можно причислить древнеегипетского зодчего Имхотепа, древнекитайского гидростроителя Великого Юя, древнегреческого скульптора и архитектора Фидия. Они выполняли как технические, так и организационные функции, присущие инженерам. Однако вместе с тем их деятельность опиралась большей частью не на теоретические знания, а на опыт, а их инженерный талант был неразделен среди прочих талантов: каждый инженер древности, это, в первую очередь, мудрец, который совмещал в себе философа, учёного, политика, писателя.

Первой попыткой рассмотреть инженерное дело как особый род деятельности можно считать труд Витрувия «Десять книг об архитектуре» (лат. De architectura libri decem ). В нём делаются первые известные попытки описать процесс деятельности инженера. Витрувий обращает внимания на такие важные для инженера методы как «размышление» и «изобретение», отмечает необходимость создания чертежа будущего сооружения. Однако большей частью Витрувий основывается в своих описаниях на практическом опыте. В античные времена теория сооружений находилась ещё в самом начале своего развития.

Важнейшим этапом в инженерном деле стало применение масштабных чертежей. Этот способ развился в XVII веке и оказал сильнейшее влияние на дальнейшую историю инженерии. Благодаря ему появилась возможность разделить инженерный труд на собственно разработку идеи и её техническое воплощение. Имея перед собой на бумаге проект какого угодно большого сооружения, инженер избавлялся от узости взгляда ремесленника, зачастую ограниченного только той деталью, над которой он трудится в данный момент.

В Эпоху Просвещения начинаются попытки подвести под назначение размеров конструкций различные теории. Возникает как наука «сопротивление материалов», закладываются теоретические основы прочности материалов.

XVII век можно считать веком, в который инженерное дело, наконец, начало формироваться в отдельную профессию. В 1601 году французский король Генрих IV назначает Максимильена де Бетюна главным начальником артиллерии и инспектором всех крепостей. В 1602 году де Бетюн создаёт специальную группу армейских офицеров и официально закрепляет за ними обязанность возведения и ремонта фортификационных сооружений.

В гражданском секторе цеховая организация труда могла обеспечить мастеру инженерного дела регулярный доход. Применение технических знаний и умений становится единственный средством дохода для многих лиц, и всё это может говорить об институционализации профессии. Однако не доставало ещё двух важнейших факторов, без которых не существуют полного признания любой профессии: отсутствовала система образования, готовящая специалистов (инженеров), и не существовало системы проверки и контроля профессиональной компетенции.

Следующим этапом развития инженерного дела можно считать появление мануфактурных производств. Множество специализированных производств: текстильное, металлургическое, металлообрабатывающее, судостроительное, производство бумаги и стекла, кожевенное и прочие - требовали разнообразных инструментов и механизмов, станков и зданий. Разделение труда на каждой мануфактуре приводило к ещё большим потребностям.

Развитие фабричной промышленности и введение патентной системы приводит к всплеску инженерного творчества. Растущим производствам требовались всё новые и новые изобретения, и стоящая техническая идея была способна принести изобретателю немалый доход. Дальнейшее развитие приводит к соединению инженерного дела с научным прогрессом, без идей которого современное инженерное дело невозможно.