Inżynieria – działalność polegająca na projektowaniu, konstrukcji, modyfikacji i utrzymaniu efektywnych kosztowo rozwiązań dla praktycznych problemów, z wykorzystaniem wiedzy naukowej oraz technicznej. Działalność ta wymaga rozwiązywania problemów różnej natury oraz skali. Bardziej ogólnie, inżynieria zajmuje się też rozwojemtechniki itechnologii.
W ściślejszym (systemowym) sensie, inżynieria to używanie właściwościmaterii,energii oraz obiektówabstrakcyjnych dla tworzeniakonstrukcji,maszyn i produktów, przeznaczonych do wykonywania określonych funkcji lub rozwiązania określonego problemu.
Inżynier wykorzystuje wyobraźnię i doświadczenie, umiejętność oceny i rozumowanie, stosując świadomie własną wiedzę do projektowania, tworzenia, eksploatacji i usprawnienia użytecznych maszyn oraz procesów (np. inżynieria procesów produkcji, inżynieria środowiska, bioinżynieria).
Słowa „inżynieria” i „inżynier” pochodzą od francuskich słówingénieur orazingénierie. Określenia te pochodzą z kolei od starofrancuskiego terminuengigneor, które oznaczało konstruktora machin wojennych.
Fr.ingénieur 'człowiek twórczego umysłu, wynalazca, konstruktor' jest wyrazem ogólnoromańskim (z łacińskiegoingeniosus (wł.ingegnoso) oznaczającego osobę wyszkoloną), co pochodzi z łac.ingenium 'wynalazek'). Z języków romańskich przeszedł do innych j. indoeuropejskich. Bezpośrednią kontynuacją łac.ingenium jest fr.engin 'narzędzie, broń, maszyna' i ang.engine (notabene, wyraz angielski z francuskiego)[1].
Historia pojęcia „inżynieria” sięga starożytności, kiedy ludzkość dokonała takich wynalazków jakkoło,dźwignia czybloczek. W tym kontekście „inżynier” oznacza osobę dokonującą praktycznych i użytecznych odkryć.
Najstarszym znanym z imienia inżynierem jestImhotep, jeden z urzędnikówfaraonaDżesera, który był projektantem i budowniczymPiramidy schodkowej w latach ok. 2630 – 2611 p.n.e. Przypuszcza się również, że był on pierwszym, który użyłkolumn warchitekturze.
Za pierwszego inżyniera elektryka uważa sięWilliama Gilberta, który w roku1600 w publikacjiDe Magnete użył jako pierwszy terminuelektryczność.
Wraz z ukonstytuowaniem się inżynierii jako zawodu wXIX wieku, termin ten zaczął być stosowany w sposób bardziej wąski, do dziedzin, w których używanonauk przyrodniczych imatematyki.
Wynalazki Thomasa Savery'ego iJamesa Watta doprowadziły do powstania wWielkiej Brytanii współczesnejinżynierii mechanicznej. Rozwój wyspecjalizowanych maszyn i narzędzi w czasie rewolucji przemysłowej doprowadził do gwałtownego rozwoju tej dziedziny wiedzy. Tym niemniej, choć współczesna inżynieria mechaniczna powstała w XIX wieku, jej początki sięgają starożytności, kiedy to konstruowano wiele maszyn do użytku cywilnego i wojskowego. Jednym z najbardziej znanych przykładów jestMechanizm z Antykithiry, maszyna o stopniu złożoności niespotykanym aż doXIV w. Wiele wynalazków z tamtych czasów, głównie skonstruowanych lub ulepszonych przezArchimedesa (śruba Archimedesa,przenośnik śrubowy) wymagało umiejętności i wiedzy, która pozostaje w użyciu do dziś w rozmaitych zastosowaniach.
Powstanieinżynierii procesowej ma również źródło w czasach rewolucji przemysłowej. Została ona wymuszona przez zapotrzebowanie na nowe materiały i nowe procesy wytwarzania konieczne do produkcji na skalę przemysłową. Zapotrzebowanie to było tak silne, że powstała nowa gałąźprzemysłu zajmująca się opracowywaniem i masową produkcjąchemikaliów. Rolą inżynierii chemicznej było zaprojektowanie i eksploatacja fabryk zajmujących się tą produkcją.
Metodologie są coraz ważniejszym elementem inżynierii, różne jej dziedziny jak również większe firmy rozwijają swoje własne metodologie, niemniej poszukuje się ciągle uniwersalnej metodologii inżynieryjnej, niezależnej od specyfiki dziedzin inżynierii i używanych instrumentów. W ten sposób narodziły się nowe dziedziny badań i zastosowań, jakinżynieria systemów,inżynieria wiedzy oraz inżynieriametawiedzy.Najbardziej ogólnie, pierwszym zadaniem każdego inżyniera jest zrozumienie celu zadania, wymagań i ograniczeń dotyczących oczekiwanego rozwiązania lub produktu. Zwykle nie jest wystarczającym jego zaprojektowanie i wykonanie w dowolny sposób, należy wziąć pod uwagę dodatkowe cechy rozwiązania. Może to być związane z wymaganiami co dojakości, dostępnością surowców, energochłonnością rozwiązania, ograniczeniami technicznymi lub fizycznymi oraz z możliwościami wprowadzania zmian w istniejącym już rozwiązaniu, łatwością produkcji, wdrożenia i serwisowania.Tylko mając na uwadze wszystkie wymagania potencjalnego użytkownika, ograniczenia technologiczne i ekonomiczne, inżynier może przystąpić do zaprojektowania i wykonania otrzymanego zadania.
Inżynierowie rozwiązują problemy konieczne do rozwiązania, ale zwykle nieokreślone na początku zbyt jednoznacznie, dlatego też zwykle możliwych jest kilka rozwiązań. Inżynierowie muszą zatem oceniać wiele możliwości pod kątem ich przydatności, bezpieczeństwa iekonomii, i na tej podstawie wybierać rozwiązania najlepiej spełniające założone wymagania wyjściowe. Stworzenie odpowiedniego modelu matematycznego jest zwykle niezbędnym narzędziem inżyniera, pozwalającym analizować i testować potencjalne rozwiązania.
Po przeanalizowaniu wielu istniejących patentówGenrich Altshuller postawił, tezę, iż na „niskim poziomie” rozwiązania inżynierskie są oparte na kompromisach, podczas gdy na „wyższym poziomie” praca inżyniera prowadzi do wybrania jako najlepszego takiego rozwiązania, które eliminuje główną trudność problemu.
Mimo stosowania różnych matematycznych algorytmów optymalizacji, inżynieria zadowala się zwykle rozwiązaniami wystarczającymi.
W inżynierii szeroko używane są testy i analizy przed wdrożeniem rozwiązań, w celu oceny ich zachowania. Używane są, między innymi: prototypy, zmniejszone lub uproszczone modele, symulacje, testy niszczące i nieniszczące oraz próby zmęczeniowe. Zadaniem testów jest zagwarantowanie działania rozwiązania zgodnie z założeniami.
Wprowadzanie rozwiązania inżynierskiego jest często obarczone poważną odpowiedzialnością. Inżynierowie muszą projektować i wdrażać rozwiązania, które nie wyrządzą żadnych nieprzewidzianych i niezamierzonych szkód. Z tego powodu gotowe rozwiązanie zawiera często „czynnik bezpieczeństwa” (inaczej: jest „przewymiarowane”) aby zmniejszyć ryzyko wadliwego funkcjonowania. Jednakże im większy jest „czynnik bezpieczeństwa”, tym mniej efektywne jest samo rozwiązanie.
Komputery są nieodłącznym narzędziem współczesnej inżynierii. Wspomagają one inżynierów na każdym etapie pracy, od projektowania poprzez produkcję i serwisowanie urządzeń.
Użycie komputerów do projektowania pozwala na przyspieszenie i ułatwienie tego procesu. W wielu przypadkach modelowanie komputerowe pozwala uniknąć konstruowania i testowania kosztownych prototypów. Specjalistyczne oprogramowanie oferuje ponadto inżynierowi bazy danych gotowych rozwiązań do wykorzystania w bieżącej pracy, a także jest w stanie wygenerować zestaw instrukcji dla sterowanych cyfrowo maszyn, co wydatnie upraszcza proces produkcji.
Komputery są także wszechobecne na etapie produkcji, zapewniając szybkość i dokładność tego procesu niedostępne człowiekowi.
Związki inżynierii inauki są od zawsze bardzo silne, jednak nie należy uważać inżynierii za naukę, mimo podobieństwa stosowanych metod.Naukowiec, gdy pojawia się problem, stawia pytaniedlaczego i stara się znaleźć jego najbardziej ogólne rozwiązanie. Tymczasem inżynier chce wiedziećjak praktycznie rozwiązać problem ijak wdrożyć rozwiązanie. Inaczej rzecz ujmując, naukowcy starają się wyjaśnić istniejące zjawiska, podczas gdy inżynierowie używają dostępnych środków, nie tylko naukowych, by zbudować rozwiązania nowych problemów.
Problem z uznaniem inżynierii za naukę jest również związany z faktem, iż trudno jest ustalić definicję nauki. W Polsce można uznać tożsamość określenianauki techniczne oraz inżynierii.
Bardzo często inżynieria i nauki podstawowe oraz stosowane działają na wspólnym polu. Naukowcy często włączają się w proces praktycznego wykorzystania swoich odkryć, stając się tym samym inżynierami. Stają się nimi również przy okazji konstrukcji prototypów lub układów pomiarowych służących im w badaniach.
Odpowiednio, w procesie postępu technologicznego, inżynierowie odkrywają nowe zjawiska, stając się naukowcami.
Tym niemniej, charakter badań naukowych w inżynierii jest inny niż w przypadku nauki.
Po pierwsze, inżynier ma często do czynienia ze zjawiskami, które są dobrze poznane, lecz problemy z nimi związane są zbyt złożone, by można je było rozwiązać w sposób dokładny. Badania naukowe w inżynierii skupiają się więc na znalezieniu metod rozwiązywania tych zagadnień w sposób przybliżony a jednocześnie jak najbardziej dokładny. Przykładem może być opracowaniemetody elementów skończonych i jej implementacja w programach komputerowych, jako rozwiązania umożliwiającego obliczanie wynikówrównań różniczkowych, które w nauce znane są od dawna.Po drugie, inżynierowie używają wielu „quasi-empirycznych” metod, które obce są „czystej” nauce.Można również stwierdzić, iż naukowcy budują, by się uczyć, podczas gdy inżynierowie uczą się, aby budować.
Pomiędzy inżynierią i nauką istnieje sprzężenie zwrotne, przejawiające się we wzajemnej stymulacji rozwoju przez te dyscypliny. Nauka odkrywając nowe zjawiska umożliwia konstruowanie coraz doskonalszych aparatów badawczych, które z kolei umożliwiają odkrywanie kolejnych zjawisk.
Istnieją znaczące analogie pomiędzy inżynierią imedycyną. Obydwie dyscypliny polegają na rozwiązywaniu problemów przy użyciu wiedzy, doświadczenia i intuicji. Ponadto cechuje je ten sam pragmatyzm, spowodowany koniecznością proponowania rozwiązań zanim pewne zjawiska zostaną do końca wyjaśnione w sposób naukowy.
Praca inżyniera, rzemieślnika i artysty jest w pewnym stopniu podobna. Sztuka i rzemiosło, podobnie jak inżynieria, opierają się na tworzeniu z tą różnicą, że w inżynierii pierwszoplanową rolę gra wiedza techniczno-naukowa, podczas gdy w rzemiośle najważniejsze jest doświadczenie, a w sztuce kreatywność.
Inżynieria była zwykle postrzegana jako temat w pewnym sensie mało interesujący i zbyt trudny dlakultury masowej. Uważano ją za domenę ludzi mało ciekawych i oderwanych od powszechnych problemów życiowych (z wyjątkiem pewnego romantyzmu jaki pojawia się w subkulturzehakerów).
W XIX wieku, zwanym wiekiem „pary i elektryczności”, w krajach zachodnich istniało pewne zainteresowanie profesją inżyniera, takie osobistości jakIsambard Kingdom Brunel,George iRobert Stephensonowie,Thomas Telford czyGustave Eiffel stały się w pewien sposób symbolami nowej epoki, a problemy inżynierskie bywały często tematem codziennych rozmów.
W literaturze popularnej nieliczne są postacie inżynierów. Jednymi z najsłynniejszych są te stworzone przez francuskiego pisarzaJuliusza Verne w jego powieściach, na czele z najbardziej znanymKapitanem Nemo.
Obecnie inżynierowie najczęściej pojawiają się w powieściach i filmachscience fiction, zwykle przedstawiani jako osobnicy pragmatyczni, o olbrzymiej wiedzy technicznej i godni szacunku. Typowym przykładem są postacie z serialuStar Trek –Montgomery Scott iGeordi La Forge. W polskiej literaturze postać inżyniera pojawia się często w powieściachStanisława Lema, grając drugoplanowe lub nawet pierwszoplanowe role.
WAmeryce Północnej można niekiedy rozpoznać inżynierów po „Żelaznym pierścieniu” (ang.Iron Ring) noszonym napalcu małym pracującej ręki aby podczas pisania inżynier pamiętał o składanej przysiędze. Jest to obrączka wykonana z żelaza lub stali nierdzewnej, mająca symbolizować dumę i oddanie profesji inżyniera. Tradycja ta narodziła się wKanadzie, później rozprzestrzeniła się również doStanów Zjednoczonych.
Tradycyjnie gałęzie inżynierii wydzielane były biorąc za punkt odniesienia dziedzinę nauki, obecnie także zależą od aktywności ludzkiej i dziedziny w której są stosowane, w ten sposób istnieje coraz to więcej rodzajów inżynierii interdyscyplinarnych, np.:
