stringtranslate.com

История инженерии

Паровая машина Уатта , главный двигатель промышленной революции , подчеркивает важность инженерии в современной истории. Эта модель выставлена ​​в главном здании ETSII в Мадриде, Испания

Концепция инженерии существовала с древних времен, когда люди изобрели такие фундаментальные изобретения, как блок , рычаг и колесо . Каждое из этих изобретений соответствует современному определению инженерии, используя основные механические принципы для разработки полезных инструментов и объектов.

Сам термин «инженерия» имеет гораздо более позднюю этимологию, происходящую от слова «инженер» , которое само восходит к 1325 году, когда инженер (буквально, тот, кто управляет двигателем ) изначально относился к «конструктору военных двигателей». [1] В этом контексте, теперь устаревшем, «двигатель» относился к военной машине, т. е. механическому приспособлению, используемому на войне (например, катапульта ). Само слово «двигатель» имеет еще более древнее происхождение, в конечном счете, происходящее от латинского ingenium (ок. 1250 г.), что означает «врожденное качество, особенно умственная сила, следовательно, умное изобретение». [2]

Позднее, когда проектирование гражданских сооружений, таких как мосты и здания, оформилось как техническая дисциплина, термин « гражданское строительство» [3] вошел в лексикон как способ отличить тех, кто специализируется на строительстве таких невоенных проектов, от тех, кто занимается более старой дисциплиной военной инженерии (первоначальное значение слова «инженерия» в настоящее время в значительной степени устарело, за исключением известных случаев, которые сохранились до наших дней, таких как военные инженерные корпуса, например , Инженерный корпус армии США ).

Древняя эпоха

Зиккураты Месопотамии , пирамиды и маяки Александрии в Древнем Египте , города цивилизации долины Инда , Акрополь и Парфенон в Древней Греции , акведуки , Аппиева дорога и Колизей в Римской империи , Теотиуакан , города и пирамиды империй майя , инков и ацтеков , а также Великая Китайская стена и многие другие являются свидетельством изобретательности и мастерства древних гражданских и военных инженеров.

Шесть классических простых машин были известны на древнем Ближнем Востоке . Клин и наклонная плоскость ( пандус) были известны с доисторических времен. [4] Колесо , наряду с колесно-осевым механизмом, было изобретено в Месопотамии (современный Ирак) в 5-м тысячелетии до н. э. [5] Рычажный механизм впервые появился около 5000 лет назад на Ближнем Востоке , где он использовался в простых весах , [6] и для перемещения крупных объектов в древнеегипетской технологии . [7] Рычаг также использовался в водоподъемном устройстве шадуф , первой крановой машине, которая появилась в Месопотамии около 3000 г. до н. э., [6] а затем в древнеегипетской технологии около 2000 г. до н. э. [8] Самые ранние свидетельства использования блоков относятся к Месопотамии в начале 2-го тысячелетия до н. э., [9] и Древнему Египту во времена Двенадцатой династии (1991-1802 гг. до н. э.). [10] Винт , последний из простых изобретенных механизмов, [11] впервые появился в Месопотамии в неоассирийский период (911-609) до н. э. [9] Египетские пирамиды были построены с использованием трех из шести простых механизмов: наклонной плоскости, клина и рычага, для создания таких сооружений, как Великая пирамида в Гизе . [12]

Самый ранний архитектор, известный по имени, — Имхотеп . [3] Будучи одним из чиновников фараона Джосера , он , вероятно, спроектировал и руководил строительством пирамиды Джосера ( ступенчатой ​​пирамиды ) в Саккаре в Египте около 2630–2611 гг . до н. э. [13] Он также, возможно, был ответственным за первое известное использование колонн в архитектуре . [14]

Куш развил сакию в 4 веке до н. э., которая опиралась на силу животных вместо человеческой энергии. [15] Водохранилища в форме хафиров были разработаны в Куше для улучшения орошения. [16] Саперы были наняты для строительства дамб во время военных кампаний. [17] Предки кушитов построили спеос между 3700 и 3250 годами до н. э. [18] В мероитский период также были созданы криницы и доменные печи . [19] [20] [21] [22]

Самые ранние практические машины, работающие на воде , водяное колесо и водяная мельница , впервые появились в Персидской империи , на территории современных Ирака и Ирана, в начале IV века до нашей эры. [23]

Древняя Греция разрабатывала машины как в гражданской, так и в военной сфере. Механизм Антикифера , ранняя известная модель механического аналогового компьютера , и механические изобретения Архимеда являются примерами греческого машиностроения. Некоторые из изобретений Архимеда, а также механизм Антикифера, требовали сложных знаний дифференциальной передачи или планетарной передачи , двух ключевых принципов в теории машин, которые помогли спроектировать зубчатые передачи промышленной революции и до сих пор широко используются в различных областях, таких как робототехника и автомобилестроение . [24]

Китайские и римские армии использовали сложные военные машины, включая баллисту и катапульту . В средние века был разработан требушет . В 132 году эрудит Чжан Хэн изобрел сейсмоскоп для обнаружения землетрясений, который не был изобретен нигде в мире до тех пор, пока 1100 лет спустя. [25]

«Синьлунь» Хуань Таня является самым ранним текстом, описывающим устройство с отбойным молотком, работающее на гидравлике (т. е. водяном колесе), которое использовалось для измельчения и шелушения зерна. [26]

Средний возраст

Византийская империя

Византийцы перевели и сохранили бесчисленное множество греческих рукописей, а также внесли вклад в инженерное дело в раннем средневековом мире. Антемий из Тралл и Исидор из Милетского были ответственны за архитектуру церкви Святой Софии в 532-537 годах н. э. [27]

Греческий огонь , изобретенный Каллиником из Гелиополя, был оружием, которое использовали византийцы. Он состоял из горючих веществ, таких как нефть, нафта, негашеная известь, сера, смола и нитрат калия. [28]

Золотой век ислама

Золотой век ислама ознаменовался развитием инженерных знаний после перевода трудов греческих, персидских, римских и индийских ученых.

Самые ранние практические машины, работающие на ветре , ветряная мельница и ветряной насос , впервые появились в мусульманском мире во время исламского Золотого века , на территории современных Ирана, Афганистана и Пакистана, в IX веке нашей эры. [29] [30] [31] [32] Самой ранней практической паровой машиной была паровая турбина , описанная в 1551 году Таки ад-Дином Мухаммадом ибн Маруфом в Османском Египте . [33] [34]

Хлопкоочистительная машина была изобретена в Индии в 6 веке нашей эры, [35] а прялка была изобретена в исламском мире в начале 11 века, [36] оба они были основополагающими для роста хлопковой промышленности . Прялка также была предшественником прялки «Дженни» , которая была ключевым событием во время ранней промышленной революции в 18 веке. [37]

После перевода произведений Герона Александрийского Кустой ибн Лукой в ​​мусульманском мире были разработаны самые ранние программируемые машины . Музыкальный секвенсор , программируемый музыкальный инструмент , был самым ранним типом программируемой машины. Первым музыкальным секвенсором был автоматизированный флейтист , изобретенный братьями Бану Муса , описанный в их «Книге гениальных устройств » в IX веке. [38] [39] В 1206 году Аль-Джазари изобрел программируемые автоматы / роботов . Он описал четырех автоматических музыкантов, включая барабанщиков, управляемых программируемой барабанной машиной , где их можно было заставить играть разные ритмы и разные барабанные паттерны. [40] Замковые часы , гидроприводные механические астрономические часы, изобретенные Аль-Джазари, были первым программируемым аналоговым компьютером . [41] [42] [43]

Аль-Джазари построил пять машин для перекачивания воды для царей турецкой династии Артукидов и их дворцов . Помимо более 50 гениальных механических устройств, Аль-Джазари также разработал и внедрил инновации в сегментные шестерни, механические элементы управления, спусковые механизмы, часы, робототехнику и протоколы для проектирования и методов производства.

Европейский Ренессанс

Первая полностью функционирующая паровая машина была построена в 1716 году кузнецом Томасом Ньюкоменом . [44] Разработка этого устройства привела к промышленной революции в последующие десятилетия, что позволило начать массовое производство .

С возникновением инженерии как профессии в XVIII веке этот термин стал применяться более узко, к областям, в которых математика и наука применялись для этих целей. Аналогичным образом, в дополнение к военной и гражданской инженерии, области, тогда известные как механические искусства, стали включаться в инженерию.

Следующие изображения представляют собой образцы из колоды карт, иллюстрирующей инженерные приборы в Англии в 1702 году. Они иллюстрируют ряд инженерных специализаций, которые в конечном итоге стали известны как гражданское строительство , машиностроение , геодезия и геоматика и т. д.

Каждая карточка содержит подпись, поясняющую назначение инструмента:

Современная эпоха

Изобретения Томаса Савери и шотландского инженера Джеймса Уатта дали начало современному машиностроению . Развитие специализированных машин и инструментов для их обслуживания во время промышленной революции привело к быстрому росту машиностроения как на его родине в Великобритании , так и за рубежом. [3]

Дисциплина электротехники была сформирована экспериментами Алессандро Вольта в 19 веке, экспериментами Майкла Фарадея , Георга Ома и других, а также изобретением электродвигателя в 1872 году. Электротехника стала профессией в конце 19 века. Практикующие специалисты создали глобальную сеть электрического телеграфа , и первые электротехнические институты для поддержки новой дисциплины были основаны в Великобритании и США. Хотя невозможно точно указать первого инженера-электрика, Фрэнсис Рональдс стоит впереди этой области, создав первую работающую систему электрического телеграфа в 1816 году и задокументировав свое видение того, как мир может быть преобразован электричеством. [45] [46]

Работа Джеймса Максвелла и Генриха Герца в конце 19 века дала начало области электроники . Более поздние изобретения электронной лампы и транзистора еще больше ускорили развитие электроники до такой степени, что инженеры-электрики и электронщики в настоящее время превосходят по численности своих коллег любой другой инженерной специальности. [3]

Химическая инженерия , как и ее аналог — машиностроение, развивалась в 19 веке во время промышленной революции . [3] Промышленное производство требовало новых материалов и новых процессов, и к 1880 году потребность в крупномасштабном производстве химикатов была такова, что была создана новая отрасль, посвященная разработке и крупномасштабному производству химикатов на новых промышленных предприятиях. [3] Роль инженера-химика заключалась в проектировании этих химических предприятий и процессов. [3]

Авиационная инженерия занимается проектированием самолетов , в то время как аэрокосмическая инженерия является более современным термином, который расширяет сферу охвата дисциплины, включая проектирование космических аппаратов . [47] Его истоки можно проследить до пионеров авиации на рубеже 20-го века, хотя работа сэра Джорджа Кейли недавно была датирована последним десятилетием 18-го века. Ранние знания об авиационной инженерии были в значительной степени эмпирическими с некоторыми концепциями и навыками, импортированными из других отраслей техники. [48] Всего через десятилетие после успешных полетов братьев Райт , в 1920-х годах произошло широкое развитие авиационной инженерии за счет разработки военных самолетов Первой мировой войны . Между тем, исследования по обеспечению фундаментальной базовой науки продолжались путем объединения теоретической физики с экспериментами.

Первая докторская степень в области инженерии (технической, прикладной науки и инженерии ), присужденная в Соединенных Штатах, была присуждена Уилларду Гиббсу в Йельском университете в 1863 году; это была также вторая докторская степень, присужденная в области естественных наук в США [49]

В 1990 году, с развитием компьютерных технологий, инженером-компьютерщиком Аланом Эмтеджем была создана первая поисковая система .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Оксфордский словарь английского языка
  2. ↑ Происхождение: 1250–1300; ME engin < AF, в особенности умственная сила, отсюда умное изобретение, эквивалентно in- + -genium, эквивалентно gen- зачатие; Источник: Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2006.
  3. ^ abcdefg Определение Совета инженеров по профессиональному развитию в Encyclopaedia Britannica (Включает статью Britannica по инженерному делу)
  4. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999). Древние месопотамские материалы и отрасли промышленности: археологические свидетельства . Eisenbrauns . ISBN 9781575060422.
  5. ^ DT Potts (2012). Спутник по археологии Древнего Ближнего Востока . стр. 285.
  6. ^ ab Paipetis, SA; Ceccarelli, Marco (2010). Гений Архимеда — 23 века влияния на математику, науку и технику: Труды международной конференции, состоявшейся в Сиракузах, Италия, 8–10 июня 2010 г. Springer Science & Business Media . стр. 416. ISBN 9789048190911.
  7. ^ Кларк, Сомерс; Энгельбах, Реджинальд (1990). Древнеегипетское строительство и архитектура . Courier Corporation . стр. 86–90. ISBN 9780486264851.
  8. ^ Файелла, Грэм (2006). Технология Месопотамии. Издательская группа Rosen . стр. 27. ISBN 9781404205604.
  9. ^ ab Moorey, Peter Roger Stuart (1999). Древние месопотамские материалы и отрасли промышленности: археологические свидетельства . Eisenbrauns . стр. 4. ISBN 9781575060422.
  10. ^ Арнольд, Дитер (1991). Строительство в Египте: кладка камня фараонов . Oxford University Press. стр. 71. ISBN 9780195113747.
  11. ^ Вудс, Майкл; Мэри Б. Вудс (2000). Древние машины: от клиньев до водяных колес. США: Twenty-First Century Books. стр. 58. ISBN 0-8225-2994-7.
  12. ^ Вуд, Майкл (2000). Древние машины: от ворчаний до граффити. Миннеаполис, Миннесота: Runestone Press. стр. 35, 36. ISBN 0-8225-2996-3.
  13. ^ Кемп, Барри Дж. (7 мая 2007 г.). Древний Египет: Анатомия цивилизации. Routledge . стр. 159. ISBN 9781134563883.
  14. ^ Бейкер, Розали; Бейкер, Чарльз (2001). Древние египтяне: люди пирамид. Oxford University Press. стр. 23. ISBN 978-0195122213.
  15. ^ G. Mokhtar (1981-01-01). Древние цивилизации Африки. ЮНЕСКО. Международный научный комитет по составлению всеобщей истории Африки. стр. 309. ISBN 9780435948054. Получено 19 июня 2012 г. – через Books.google.com.
  16. ^ Фриц Хинтце, Куш XI; стр.222-224.
  17. ^ "Осадная война в Древнем Египте". Тур по Египту . Получено 23 мая 2020 г.
  18. ^ Бьянки, Роберт Стивен (2004). Повседневная жизнь нубийцев . Greenwood Publishing Group. стр. 227. ISBN 978-0-313-32501-4.
  19. ^ Хамфрис, Джейн; Чарльтон, Майкл Ф.; Кин, Джейк; Саудер, Ли; Альшишани, Фарид (2018). «Выплавка железа в Судане: экспериментальная археология в королевском городе Мероэ». Журнал полевой археологии . 43 (5): 399. doi : 10.1080/00934690.2018.1479085 . ISSN  0093-4690.
  20. ^ Коллинз, Роберт О.; Бернс, Джеймс М. (8 февраля 2007 г.). История стран Африки к югу от Сахары. Cambridge University Press. ISBN 9780521867467– через Google Книги.
  21. ^ Эдвардс, Дэвид Н. (29 июля 2004 г.). Прошлое Нубии: археология Судана. Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780203482766– через Google Книги.
  22. ^ Humphris J, Charlton MF, Keen J, Sauder L, Alshishani F (июнь 2018 г.). «Выплавка железа в Судане: экспериментальная археология в королевском городе Мероэ». Журнал полевой археологии . 43 (5): 399–416. doi : 10.1080/00934690.2018.1479085 .
  23. ^ Селин, Хелайн (2013). Энциклопедия истории науки, технологий и медицины в не-западных культурах . Springer Science & Business Media . стр. 282. ISBN 9789401714167.
  24. ^ Райт, М. Т. (2005). «Эпициклическая передача и антикитерский механизм, часть 2». Antiquarian Horology . 29 (1 (сентябрь 2005 г.)): 54–60.
  25. ↑ People's Daily Online (13 июня 2005 г.). Китай возрождает самый ранний в мире сейсмограф. Получено 13 июня 2005 г.
  26. ^ Нидхэм, Джозеф (1986), Наука и цивилизация в Китае, т. 4: Физика и физическая технология, ч. II: Машиностроение , Кембридж: Cambridge University Press, стр. 392
  27. ^ «10 изобретений, которые, как вам следует знать, пришли из Византийской империи». 7 декабря 2021 г.
  28. ^ «Греческий огонь».
  29. ^ Ахмад И Хассан , Дональд Рутледж Хилл (1986). Исламская технология: иллюстрированная история , стр. 54. Cambridge University Press . ISBN 0-521-42239-6 . 
  30. ^ Лукас, Адам (2006), Ветер, Вода, Работа: Древняя и средневековая технология фрезерования , Brill Publishers, стр. 65, ISBN 90-04-14649-0
  31. ^ Элдридж, Фрэнк (1980). Ветряные машины (2-е изд.). Нью-Йорк: Litton Educational Publishing, Inc. стр. 15. ISBN 0-442-26134-9.
  32. ^ Шеперд, Уильям (2011). Генерация электроэнергии с использованием энергии ветра (1-е изд.). Сингапур: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. стр. 4. ISBN 978-981-4304-13-9.
  33. ^ Таки ад-Дин и первая паровая турбина, 1551 г. н. э. Архивировано 18 февраля 2008 г. на веб-странице Wayback Machine , доступ онлайн 23 октября 2009 г.; эта веб-страница ссылается на Ahmad Y Hassan (1976), Taqi al-Din and Arabic Mechanical Engineering , стр. 34–35, Институт истории арабской науки, Университет Алеппо .
  34. ^ Ахмад Й. Хассан (1976), Таки ад-Дин и арабское машиностроение , стр. 34-35, Институт истории арабской науки, Университет Алеппо
  35. ^ Лаквете, Анджела (2003). Изобретение хлопкоочистительной машины: машина и миф в довоенной Америке. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 1–6. ISBN 9780801873942.
  36. ^ Пейси, Арнольд (1991) [1990]. Технологии в мировой цивилизации: тысячелетняя история (первое издание MIT Press в мягкой обложке). Кембридж, Массачусетс: MIT Press. С. 23–24.
  37. ^ Žmolek, Michael Andrew (2013). Переосмысление промышленной революции: пять веков перехода от аграрного к промышленному капитализму в Англии. BRILL. стр. 328. ISBN 9789004251793Прялка «Дженни» была по сути адаптацией своего предшественника — прялки .
  38. ^ Koetsier, Teun (2001), «О предыстории программируемых машин: музыкальные автоматы, ткацкие станки, калькуляторы», Mechanism and Machine Theory , 36 (5), Elsevier: 589–603, doi :10.1016/S0094-114X(01)00005-2.
  39. ^ Капур, Аджай; Карнеги, Дейл; Мерфи, Джим; Лонг, Джейсон (2017). «Громкоговорители по желанию: история электроакустической музыки без громкоговорителей». Organised Sound . 22 (2). Cambridge University Press : 195–205. doi : 10.1017/S1355771817000103 . ISSN  1355-7718.
  40. ↑ Профессор Ноэль Шарки, Программируемый робот XIII века (Архив), Университет Шеффилда .
  41. ^ "Эпизод 11: Древние роботы", Ancient Discoveries , History Channel , заархивировано из оригинала 2014-03-01 , извлечено 2008-09-06
  42. ^ Говард Р. Тернер (1997), Наука в средневековом исламе: иллюстрированное введение , стр. 184, University of Texas Press , ISBN 0-292-78149-0 
  43. ↑ Дональд Рутледж Хилл , «Машиностроение на средневековом Ближнем Востоке», Scientific American , май 1991 г., стр. 64–69 ( см. Дональд Рутледж Хилл , «Машиностроение», архив 25 декабря 2007 г. на Wayback Machine )
  44. ^ "Изобретение и влияние парового двигателя". study.com . Получено 2023-03-22 .
  45. ^ Рональдс, Б. Ф. (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: Отец электрического телеграфа . Лондон: Imperial College Press. ISBN 978-1-78326-917-4.
  46. ^ Рональдс, Б. Ф. (июль 2016 г.). «Фрэнсис Рональдс (1788-1873): Первый инженер-электрик?». Труды IEEE . doi :10.1109/JPROC.2016.2571358. S2CID  20662894.
  47. ^ Imperial College London England: Изучение инженерии в Imperial: Курсы инженерии предлагаются в пяти основных областях инженерии: авиационной, химической, гражданской, электрической и механической. Также есть курсы по вычислительной технике, программной инженерии, инженерии информационных систем, материаловедению и инженерии, горному делу и нефтяному делу.
  48. ^ Ван Эвери, Кермит Э. (1986). «Авиационная техника». Encyclopedia Americana . Т. 1. Grolier Incorporated. С. 226.
  49. ^ Уилер, Линд, Фелпс (1951). Джозайя Уиллард Гиббс - История великого ума . Ox Bow Press. ISBN 1-881987-11-6.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки