Инженерное дело
Инжене́рное де́ло (от франц. ingénierie, англ. engineering, от лат. ingenium – ум, способности и ingenero – создавать, творить; инженерия, инженерная деятельность, инженерно-техническая деятельность), наука для оптимального использования природных ресурсов в интересах человечества. Целями инженерной деятельности являются изобретение, разработка, создание, внедрение, ремонт, обслуживание и/или улучшение техники, материалов или процессов.
Синонимом термина «инженерное дело» является слово «техника» (от греч. τέχνη – искусство, мастерство, умение). Аристотель вкладывал в термин «техника» значение искусства производить вещи, поясняя, что различие между техникой и наукой состоит в том, что техника направлена не на познание сущности вещей, а на их создание. В 1990-х гг. в русском языке термин «инженерия» заимствован от франц. ingénierie, в свою очередь восходящего к лат. ingenium – ум, способности, изобретательность.
Инженерное дело опирается на физику, химию, математику и их применение в таких областях, как материаловедение, механика твёрдых тел, термодинамика, системный анализ и др. Инженерное дело использует 2 вида природных ресурсов – материалы и источники энергии, к которым относятся ископаемое топливо (уголь, нефть, природный газ), ветер, солнечный свет, падающая вода и ядерные реакции. Поскольку большинство ресурсов ограничены, профессиональные инженеры заботятся об их эффективном использовании.
В инженерном деле приоритетное развитие получили машиностроение и приборостроение, металлургия, энергетика, горное дело, химическая промышленность и транспорт. Эти отрасли много лет определяли технический прогресс в целом, характер инженерной деятельности и состояние инженерного образования.
В 21 в. «постклассическая» инженерная культура становится универсальной, применимой во всех сферах человеческой деятельности. Развитие культуры инженерного дела ориентировано на целенаправленное использование науки для проектирования и создания инженерных социотехнических систем. Изобретательство стало одним из наиболее ярких проявлений инженерной мысли, а изобретатели превратились в настоящие двигатели технического прогресса – гениальность изобретений часто опережала доступные возможности их реализации.
История
Развитие инженерного дела является важной вехой в становлении человеческой цивилизации. Этот процесс условно делится на несколько этапов, соответствующих следующим основным историческим периодам развития техники: инструментализация, механизация, машинизация, автоматизация, кибернетизация, цифровизация.
Первым известным представителем инженерного дела считается Имхотеп, строитель ступенчатой пирамиды в Саккаре (Египет, около 2650 до н. э.). Архимед вошёл в историю как самый известный инженер Античности.
Амфитеатр Флавиев (Колизей), Рим. 75–80.Пирамиды в Египте, Акрополь и Парфенон в Греции, Александрийский маяк, Храм Соломона в Иерусалиме, Колизей в Риме, римские акведуки, Великая Китайская стена, Висячие сады Вавилона и прочие сооружения были яркими инженерными достижениями своего времени.
Один из важнейших источников по истории инженерного дела, 10-томный труд Витрувия «Об архитектуре», дающий представление об инженерном деле того времени, охватывает методы строительства храмов, общественных и частных зданий, гидравлику, градостроительство, астрономию, устройства часовых и измерительных приборов, а также двигателей. Он был написан в Риме в 1 в. до н. э. Витрувий вывел «три закона» архитектуры: прочность, польза, красота (лат. firmitas, utilitas, venustas).
В Азии инженерное дело развивалось отдельно, но очень схоже: всё более изощрённые методы строительства, гидравлики и металлургии помогали создавать развитые цивилизации.
Так, например, один из крупнейших средневековых персидских учёных 9 в., среднеазиатский астроном, математик и географ Ахмад аль-Фергани, работал над конструированием астролябии – прибора для определения местоположения небесных тел и расстояний между ними, а также научно обосновал, что форма земли – шар. В течение 700 лет труды Ахмада аль-Фергани использовались в качестве энциклопедий и научных пособий.
Водоподъёмный механизм. Миниатюра из «Книги знаний об остроумных механических устройствах» Аль-Джазари. 1206.Ярким примером исламского возрождения являются работы механика-изобретателя, математика и астронома Исмаила аль-Джазари (1136–1206), которого часто называют Леонардо да Винчи Востока, несмотря на то что он жил за несколько столетий до него. Именно Исмаил Аль-Джазари изобрёл столь важную механическую деталь, как коленчатый вал, сконструировал клапанные насосы, водоподъёмные машины, водяные часы, фонтаны, музыкальные автоматы и др. Определённую известность приобрели человекоподобные «роботы», играющие на барабанах и цимбалах. В этих устройствах использовались зажимы и кулачки, помещённые в деревянный ящик в определённых местах, которые последовательно задействовали рычаги, управляющие ударными инструментами.
Армиллярная сфера по системе Коперника. 19 в.Во времена династии Юань в Китае выдающийся математик, астроном и гидротехник Го Шоуцзин изобрёл 13 астрономических приборов, в числе которых были армиллярные сферы, эклиптические теодолиты, квадранты, небесные глобусы и др. В 1279 г. в Пекине была построена астрономическая обсерватория. Также Го Шоуцзинь внёс большой вклад в развитие гидротехники в Китае.
Тангтонг Гьялпо (1385–1464 или 1361–1485), всесторонний учёный, архитектор, инженер, кузнец и поэт. Спроектировал и построил 58 подвесных мостов в Тибете и Бутане, некоторыми из них пользуются в 21 в.
Великая Китайская стена.В 13 в. французский инженер Виллар де Оннекур продемонстрировал широкие познания в математике, геометрии, естественных науках и черчении в своём альбоме, где описал точные инструкции по осуществлению ряда объектов, технические процедуры и механические устройства. В альбоме даётся представление о работах мастеров-каменщиков в дополнение к объяснению распространения готической архитектуры в Европе.
Развитию инженерного дела способствовало изобретение печатного станка. В Европе ручной типографский станок первым применил Иоганн Гутенберг в середине 1440-х гг. Печатный станок создал условия для обмена знаниями и технологиями и поспособствовал развитию инженерного дела.
Величайший итальянский художник Леонардо да Винчи (1452–1519) помимо искусства, музыки, геологии, анатомии и др. внёс огромный вклад в развитие инженерного дела. Леонардо да Винчи, обладавший выдающимся инженерным умом, предвосхитил технический прогресс. В 1482 г. ему поручили спланировать систему каналов подачи воды озера Комо для водоснабжения Милана.
Но большинство его изобретений не могли быть воплощены в жизнь, оставаясь в рисунках, чертежах и подробных описаниях. Как и все мечтатели того времени, Леонардо грезил о том, чтобы поднять человека в воздух.
Воздушный винт Леонардо да Винчи.Да Винчи придумал прототип современного дельтаплана, изобрёл воздушный винт (практически вертолёт) и разработал первый в истории человечества парашют. Задолго до изобретения современного велосипеда Леонардо да Винчи придумал двухколёсный передвижной механизм из дерева. Самодвижущуюся тележку Леонардо можно считать первым в мире автомобилем.
По заказу миланского герцога Сфорца Леонардо создал механического рыцаря, который служил герцогу игрушкой.
Также Леонардо да Винчи изобрёл прожектор и водолазный костюм, прототипы пулемёта и танка. Однако единственное изобретение, получившее признание при его жизни, – колесцовый замок для пистолета.
С 12 в. инженерным делом занимались преимущественно военные инженеры, применительно к гражданской сфере термин ingenieur вошёл в оборот в 16 в. в Голландии: так называли строителей мостов и дорог.
Во Франции в 1716 г. под руководством инженера Ж.-Р. Перроне был образован Корпус мостов и шоссе, осуществлявший координацию всех строительных работ по сооружению мостов и дорог. В Англии, чтобы поддержать создание новых отраслей производства, в 1719 и 1750 гг. были введены запреты на эмиграцию, которые касались всех квалифицированных рабочих, занятых в наиболее технически развитых отраслях промышленности. Одновременно запрещался вывоз инструментов и станков. В 1771 г. в Англии возникла профессиональная инженерная ассоциация «Общество гражданских инженеров». Большое влияние на развитие инженерного дела в Англии оказало Лондонское королевское общество, а во Франции – Академия наук. В это время инженерное дело постепенно переходило на институциально оформленную стадию. Однако развитию инженерного дела мешали пережитки цехового строя. В Европе ремесленные организации (цехи) были упразднены к концу 18 в. Были введены патенты на изобретения, юридически закреплялись права пользования новыми разработками в сфере промышленности. Новые технические идеи превратились в товар, приносящий доход. Инженеры и изобретатели получили возможность пользоваться временной привилегией на 5, 10 или 15 лет, основывать собственные заведения, а также преследовать лиц, занимающихся подделкой. По истечении срока патента способы производства опубликовывались и изобретение переходило в общее пользование.
В 1771 г. Дж. Смитон основал «Общество инженеров-строителей» (ныне известное как «Смитонское общество инженеров-строителей»), которое объединяло опытных инженеров, предпринимателей и юристов для строительства крупных общественных сооружений. Дж. Смитон работал над созданием ветряных мельниц и водяных колёс. «Экспериментальное исследование силы ветра и воды для приведения в действие мельниц», опубликованное Смитоном, было удостоено медали Копли (1759). В 1818 г. в Великобритании был основан первый в мире профессиональный инженерный орган – Институт гражданских инженеров. Однако гражданское строительство ещё не стало официальной профессией, большинство инженеров служили в вооружённых силах.
Гражданское строительство отделилось от военной инженерии во время промышленной революции. Это привело к созданию новых образовательных институтов, например в Королевском колледже Лондона в 1838 г. были созданы классы гражданского строительства и горного дела, а в Университете Глазго в 1840 г. была создана первая в Великобритании инженерная кафедра.
Макет «Ракеты» Стефенсона, одного из первых паровозов, построенного в 1829.В 1847 г. Дж. Стефенсон, один из изобретателей паровоза, основал Институт инженеров-механиков. Впоследствии возникли ещё несколько институтов: в 1860 г. – Институт морских архитекторов, в 1871 г. – Институт инженеров-электриков.
В США общество инженеров-строителей было основано в 1852 г.
Рост знаний об электричестве, кульминацией чего стало создание в 1872 г. электрического генератора и электродвигателя, привёл к развитию электротехники и электроники благодаря работам таких учёных, как Дж. Максвелл и Г. Герц (конец 19 в). В 20 в. значительные успехи были достигнуты с разработкой вакуумной трубки и изобретением транзистора. В мире в конце 20 в. инженеров-электриков и электронщиков было больше, чем представителей иных профессий.
Вторая промышленная революция (технологическая революция) трансформировала мировую промышленность. Началом её считают внедрение бессемеровского способа выплавки стали в 1860-х гг., а кульминацией – распространение поточного производства и поточных линий. В отличие от первой промышленной революции, основанной на новаторствах в производстве чугуна, паровых двигателях и развитии текстильной промышленности, технологическая революция характеризуется распространением железных дорог, электричества и химикатов.
Химическая инженерия выросла благодаря распространению в 19 в. промышленных процессов, включающих химические реакции в металлургии, пищевой промышленности, текстиле и других областях.
В конце 20 и начале 21 вв. экологическая инженерия изучала проблемы глобального потепления и устойчивого развития. Разработка и внедрение возобновляемых источников энергии, таких как энергия солнца и ветра, создание новых технологий для улавливания углерода и борьбы с загрязнением, а также разработка зелёной архитектуры и экологически чистого городского планирования – всё это современные достижения.
Выдающиеся инженеры 19–20 вв.: Т. Эдисон, Н. Тесла, Ч. Дрейпер, Р. Миндлин, Дж. Хадзопулос, И. Гифтопулос, Дж. Литтлпейдж, А. Акривос, Г. Форд, Н. Отто, Братья Райт, А. Белл, Дж. Стефенсон, Б. Будянский, А. Резаль, Э. Бельгран, Г. Эйфель, И. Брюнель, Дж. Гаррисон, Дж. Уатт, Такаянаги Кэндзиро, Хирага Юдзуру, Ямадзаки Сюмпэй и др.
Развитие инженерного дела в России
Первыми инженерными задачами, которые ставились и решались в Древней Руси, следует считать строительство укреплений городов. В 8–10 вв. наиболее распространённым типом укреплений было мысовое. Укрепления строились на естественном возвышении, обычно на мысу при впадении одной реки в другую. Возвышенное местоположение было одним из важных факторов для выбора места под укрепление. Данные инженерные решения прослеживаются в расположении значительного количества крепостей, замков и городищ Древней Руси, среди которых Киев, Чернигов, Полоцк, Галич, Псков, Владимир-на-Клязьме и др. В отличие от большинства других древнерусских княжеств, укрепления в Псковской и Новгородской землях уже в тот период частично строились из камня.
Массовое строительство фортификационных сооружений из камня стартовало на Руси в 11 в. До настоящего времени частично или полностью сохранились построенные до 1240 г. ограды Киева, Новгородского и Псковского кремлей, Ладоги, а также Изборска.
Отечественное оборонное зодчество в рассматриваемый период имело высокий уровень развития, что позволяет констатировать наличие на Руси собственной фортификационной школы.
Монголо-татарское нашествие прервало развитие древнерусской фортификации. Большинство русских крепостей и укреплений не смогло противостоять тактике осады городов, применённой кочевниками.
Ситуация стала меняться во времена правления царя Ивана IV Васильевича Грозного. Инженерное дело в тот период включало в себя конструкторскую, экономическую (составление смет) и управленческую деятельность. Были введены самостоятельные разряды для военной и строительной деятельности. Так, в 1577 г. был учреждён Пушкарский приказ, ставший одним из первых учреждений в России, осуществлявших контроль и регулирование инженерной деятельности. Инженерные задачи Пушкарского приказа на ранних этапах включали в себя руководство постройкой оборонительных сооружений, составление инструкций воеводам, руководящим военным строительством и обороной, проверку отчётности и др.
Среди военных инженеров того времени следует отметить И. Г. Выродкова. Под его руководством зимой и весной 1551 г. была построена 7-башенная Свияжская крепость вблизи Казани (была срублена под Угличем и доставлена на место в разобранном виде на кораблях). В ходе решающего похода 1552 г. Свияжская крепость стала плацдармом для взятия Казани.
Дальнейший всплеск развития инженерного дела в России произошёл во время правления Петра I, когда был создан корпус профессиональных инженеров как особый инженерный род войск.
Также появились учебные заведения для подготовки инженерных кадров, выпускники получали инженерное и высшее техническое образование, созданы органы контроля деятельности инженеров, промышленное законодательство и др. В 1701 г. была основана Школа математических и навигацких наук. В 1712 г. открывается первая инженерная школа в Москве, а в 1719 г. вторая инженерная школа в Санкт-Петербурге.
В 1717 г. механик А. К. Нартов сконструировал первый в мире токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс.
М. В. Ломоносов одним из первых обратил внимание на возможность применения хрусталя и стекла в механизме часов для уменьшения трения. Одним из самых выдающихся изобретений Ломоносова была «ночезрительная труба» (по её принципу были созданы специальные ночные бинокли, широко использовавшиеся в годы Великой Отечественной войны 1941–1945). Также среди его оригинальных изобретений можно отметить горизонтоскоп – перископ, снабжённый устройством для горизонтального обзора местности. Учёный создал новые конструкции однозеркального телескопа, камеры-обскуры, микроскопов, звёздного фотометра, рефрактора, зеркального телескопа и др. В 1741 г. учёный изобрёл солнечную печь для сжигания опытных образцов различных веществ, разработал конструкцию анемометра, а также изобрёл десятки конструкций станков, создал первый прототип вертолёта.
В 1773 г. в Санкт-Петербурге организуется Горный институт, выпускавший горных инженеров и геологов. В 1809 г. император Александр I подписал манифест, учредивший Корпус и Институт инженеров путей сообщения.
Первая монорельсовая дорога (на деревянном брусе и с конной тягой – «дорога на столбах») была построена в 1820 г. в селе Мячково Коломенского уезда Московской губернии (ныне Коломенского городского округа Московской области) И. К. Эльмановым. Запряжённая лошадьми вагонетка двигалась по брусу, который был установлен на небольшие опоры. Спустя год, 22 ноября 1821 г., монорельсовый путь был запатентован в Великобритании Г. Палмером. Однако серьёзное развитие монорельс получил после 1898 г. одновременно в Великобритании, США, Франции и России.
Отец и сын Черепановы в 1833–1834 гг. создали первый в России паровоз.
По проектам инженера К. А. Шильдера были построены первые в мире цельнометаллическая подводная лодка, с которой под его командованием был выполнен первый в мире запуск ракет из подводного положения, и вооружённый артиллерией и ракетами пароход «Отважность» (1846), явившийся прообразом эсминца.
В 1866 г. Александром II было создано Русское техническое Общество.
Русский крестьянин Ф. Блинов, в разное время работавший бурлаком, кочегаром, машинистом на пароходе, в 1878 г. подал заявку на получение патента на изобретённый им «вагон с бесконечными рельсами» – прототип гусеничного трактора. Первый в мире гусеничный трактор (на паровом ходу) был создан им в конце 1880-х гг.
В 1894 г. в Санкт-Петербурге было создано Российское общество гражданских инженеров.
В декабре 1918 г. возникла Всероссийская ассоциация инженеров, объединившая все дореволюционные технические общества. На этапе становления инженерного дела специалисты и новейшие технологии активно привлекались из-за границы.
В 1913 г. И. И. Сикорский поднял в воздух двухмоторный самолёт, получивший название Le Grand, а затем и его четырёхмоторный вариант – «Русский витязь». 12 февраля 1914 г. в Риге, на полигоне Русско-Балтийского завода, в воздух поднялся четырёхмоторный самолёт «Илья Муромец». На его борту находились 17 пассажиров – абсолютный рекорд того времени. В самолёте был комфортабельный салон, отопление, ванна с туалетом и прогулочная палуба. Во время Первой мировой войны 1914–1918 гг. эти самолёты стали первыми в мире тяжёлыми бомбардировщиками.
В 1918 г. И. И. Сикорский эмигрировал во Францию, затем переехал в США, где создал первый серийный вертолёт R-4, или S-47, который начал выпускаться в 1942 г.
Русский исследователь Б. Л. Розинг изобрёл телевидение. Он создал более 120 схем и систем телевизионных устройств, изобрёл первый электронный метод записи и воспроизведения изображения, использовав систему электронной развёртки (построчной передачи) в передающем приборе и электронно-лучевую трубку в приёмном аппарате. В июле 1907 г. этот факт был официально зафиксирован как русская привилегия, а 25 июня (8 июля) 1907 г. учёный подал заявку на «Способ электрической передачи изображений на расстояние», по которой 30 октября (12 ноября) 1910 г. был выдан патент. В 1908–1909 гг. открытие нового способа приёма изображения в телевидении подтвердили патенты, выданные в Великобритании и Германии. В 1911 г. усовершенствованное Б. Л. Розингом телевизионное приспособление было запатентовано в России, Великобритании, Германии, США. 9(22) мая 1911 г. Б. Л. Розингу удалось добиться приёма сконструированным им кинескопом изображений простейших фигур. Передавалось изображение решётки, помещённой перед объективом передатчика и освещённой проходящим светом. Это была первая в мире телевизионная передача, ознаменовавшая начало эры телевидения.
Также среди российских инженеров 2-й половины 19 – начала 20 вв. следует отметить следующих выдающихся деятелей: О. С. Костович, В. И. Гриневецкий, П. Г. Соболевский, Д. И. Менделеев, В. Г. Шухов, С. П. Вологдин, В. В. Петров, П. Н. Яблочков, Б. С. Якоби, П. Л. Шиллинг, А. Н. Лодыгин, Н. Г. Славянов, Е. А. Яковлев, И. В. Романов, Н. Е. Жуковский и др.
В СССР была сформирована одна из лучших в мире инженерных школ. Были реализованы грандиозные проекты: индустриализация экономики; Единая энергетическая система; атомная энергетика; Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО); авиационно-космическая отрасль; нефтяная и газовая промышленность; проекты тяжёлого машиностроения и др. По всей стране открывались научно-исследовательские и промышленные центры, а также наукограды.
Особое место в науке и в истории России 20 в. занимает академик И. В. Курчатов. Ему принадлежит исключительная роль в разработке научных и научно-технических проблем овладения ядерной энергией в Советском Союзе. В 1935 г. И. В. Курчатов вместе с Б. В. Курчатовым, Л. В. Мысовским, Л. И. Русиновым в результате исследований облучения брома нейтронами открыл явление ядерной изомерии искусственно радиоактивных ядер. В 1946 г. пущен созданный И. В. Курчатовым и его сотрудниками первый в Евразии экспериментальный уран-графитовый реактор Ф-1. И. В. Курчатовым получен и лабораторный плутоний-239, первые опыты по получению которого были начаты в 1943–1944 гг. Пуск первого физического ядерного реактора является крупнейшим достижением отечественной науки и техники. Курчатов руководил разработкой и целой серией промышленных ядерных реакторов.
Модель первого космического корабля «Восток». Создавался под руководством генерального конструктора ОКБ-1 Сергея Королёва с 1958 по 1963.Созданный под руководством советского конструктора С. П. Королёва космический корабль «Восток» стал первым проектом в мировой истории, позволившим запустить человека в космическое пространство. В 1955 г. С. П. Королёв обратился в ЦК КПСС с инициативой вывести в космическое пространство искусственный спутник Земли. Спутник был выведен на околоземную орбиту 4 октября 1957 г. А 12 апреля 1961 г. русский космонавт Ю. А. Гагарин осуществил первый в мире полёт человека в космос на корабле «Восток» с помощью ракеты Р-7 (первый старт ракеты – 21 августа 1957).
Советский конструктор М. Т. Калашников создал всемирно известный 7,62-мм автомат Калашникова (АК). Список зарубежных копий АК-47 насчитывает не менее 28 позиций.
В развитие атомной отрасли решающий вклад внесли такие учёные и инженеры, как А. Д. Сахаров, О. А. Лаврентьев, Л. А. Арцимович, Г. Н. Флёров, Г. И. Будкер и др.
В авиационно-космической отрасли известны имена следующих крупных инженеров: Г. И. Северин, К. И. Щёлкин, С. П. Королёв, В. А. Хренов, А. Н. Туполев, Д. П. Григорович, Н. Н. Поликарпов, А. И. Микоян, М. И. Гуревич, С. В. Ильюшин, П. О. Сухой, М. А. Погосян, С. В. Михеев, В. И. Близнюк, М. К. Тихонравов, Б. В. Раушенбах и др.
В развитие энергетической отрасли внесли вклад: Г. М. Кржижановский, П. С. Непорожний, Н. А. Доллежаль, Г. С. Щёголев, И. И. Африкантов, Ф. В. Сапожников, В. И. Векслер, П. Д. Кузьминский, В. А. Матвеев, П. В. Скафа, Д. И. Филиппов и др.
В нефтяной и газовой промышленности известны: М. М. Бузинов, А. М. Григорян, Д. М. Губерман, В. Д. Бованенко, Н. Д. Зелинский и др.
В других отраслях промышленности большой вклад внесли А. П. Константинов, В. В. Петрович, Р. Е. Алексеев, В. И. Левков, В. П. Вологдин, И. И. Носенко, Н. А. Ковалёв, В. Н. Поляков, И. А. Лихачёв, П. Л. Капица и др.
К концу 1990-х гг. Россия потеряла половину объёмов промышленного производства. В большинстве случаев отечественные инженерные разработки были заменены импортными, что привело к тому, что бо́льшая часть инженеров выбыла из данной сферы деятельности. Доля экспорта высокотехнологичной продукции в ВВП значительно снизилась, составив к началу 2013 г. всего 5 %.
В 1993 г. было создано Российское общество инженеров строительства, объединившее более 50 регионов Российской Федерации. Вхождение России в ВТО способствовало началу восстановления и развития разработок конкурентоспособной продукции отечественных производителей.
В современное время инженерное дело в России находится на этапе поддержки российских инноваций, консолидации усилий по разработке новых промышленных технологий, проведения научно-исследовательских работ, внедрения результатов научных исследований, участия в разработке соответствующих профессиональных образовательных программ.
Так, в 2010 г. в России была предложена идея проекта по созданию современного научно-технологического инновационного комплекса по разработке и коммерциализации новых технологий «Сколково». В настоящее время в комплексе обеспечиваются особые экономические условия для компаний, работающих на территории России и занимающихся исследовательской деятельностью. Инновационный центр «Сколково» способствует созданию компаний, отвечающих стратегии научно-технологического развития страны и успешных на глобальном рынке. В состав фонда «Сколково» входят 4 кластера: биомедицинских технологий; энергоэффективных технологий; информационных и компьютерных технологий; ядерных, а также космических технологий и телекоммуникаций.
В 2015 г. по инициативе президента России В. В. Путина был создан образовательный центр «Сириус». Цель проекта – раннее выявление, развитие и дальнейшая профессиональная поддержка одарённых детей, проявивших выдающиеся способности в области искусств, спорта, естественно-научных дисциплин, а также добившихся успеха в техническом творчестве.
В 2018 г. в «Парке знаний» на ВДНХ был разработан уникальный проект «ТЕХНОГРАД» (территория инноваций; модель города, адаптированного для детей и молодёжи). В задачи проекта входят: повышение престижа инженерного образования; выстраивание системы поиска и продвижения талантливой молодёжи по техническим направлениям; демонстрация инновационных инженерно-технических возможностей современных разработок в военно-промышленном комплексе, медицине, космической отрасли, роботостроении, атомной энергетике, энергетическом хозяйстве, промышленной безопасности, сельском хозяйстве; развитие технического творчества путём решения изобретательских и рационализаторских задач и др.
Одним из ярких примеров инженерной мысли в современной России является строительство Крымского моста. Транспортный переход через Керченский пролив, соединяющий Керченский и Таманский полуострова через остров Тузла и Тузлинскую косу, состоит из двух параллельных мостов – автодорожного и железнодорожного – и имеет общую протяжённость 19 км. Крымский мост – самый протяжённый из когда-либо построенных в России. Открытие автодорожного моста состоялось в 2018 г.; железнодорожного – в 2019–2020 гг. Являясь единственным средством сухопутного сообщения Крыма с материковой частью территории РФ, Крымский мост относится к стратегическим объектам 1-й категории.
Области инженерного дела
Строительная инженерия
Строительная инженерия – это отрасль гражданского строительства, включающая в себя применение законов физики, математики и эмпирических знаний для безопасного проектирования конструкций и несущих элементов сооружений. Современная строительная инженерия позволяет точно прогнозировать характеристики различных форм и материалов, используемых в конструкциях для противостояния нагрузкам и напряжениям.
Архитектурная инженерия
Архитектурная инженерия объединяет научные принципы структурной, механической, электрической, светотехнической, акустической и строительной инженерии. Инженеры-архитекторы применяют практические и теоретические знания для инженерного проектирования зданий, строительных систем, разрабатывают концепции строительства, эксплуатации и обслуживания построенной среды, а также работают в тесном взаимодействии с архитекторами, отвечая за техническую сторону проекта и устраняя возникающие технические проблемы. Предметная область архитектурной инженерии охватывает системы отопления, вентиляции, кондиционирования, системы обеспечения пожарной безопасности и др.
Сейсмостойкая инженерия
Сейсмостойкая инженерия – это междисциплинарная отрасль строительной инженерии, включающая в себя проектирование, строительство и техническое обслуживание конструкций, способных выдерживать воздействие землетрясений при сохранении соответствия строительным нормам и правилам. Сейсмостойкая инженерия включает в себя: исследования сейсмической опасности и методы снижения риска; геологические и геотехнические условия на площадке при землетрясениях; циклическое поведение грунтов; анализ и проектирование земляных сооружений и фундаментов в сейсмических условиях; методологии зонирования и микрозонирования; сценарии землетрясений и оценки уязвимости и многое другое.
Экологическая инженерия (инженерная защита окружающей среды)
Экологическая инженерия разрабатывает процессы и инфраструктуру для водоснабжения, утилизации отходов и борьбы со всеми видами загрязнения. Экологическая инженерия опирается на такие дисциплины, как химия, экология, геология, гидравлика, гидрология, микробиология, экономика и математика. Инженеры-экологи работают в тесном взаимодействии с инженерами-химиками и инженерами-механиками. Функции экологической инженерии включают прикладные исследования и преподавание, планирование и управление проектами, а также обеспечение соблюдения экологических стандартов и правил.
Инженерно-техническая экспертиза
Инженерно-техническая экспертиза – вид судебной экспертизы в области инженерных конструкций, сооружений и механизмов. В рамках инженерно-технической экспертизы проводятся такие виды исследований, как оценка состава и состояния оборудования, экспертиза лифтов, промышленного оборудования, газопроводов, отопительных систем, экспертиза сельхозтехники и т. д. Инженерно-техническая экспертиза определяет соответствие объекта проекту, стандартам, техническим условиям, также выявляет, на каком этапе произошли нарушения в технологии изготовления и эксплуатации. Инженерно-техническая экспертиза исследует материальные и энергетические затраты на производство и соответствие документации установленным требованиям. Результатом инженерно-технической экспертизы является экспертное заключение, которое может рассматриваться судом в качестве доказательства.
Геотехническое проектирование
Геотехническое проектирование – это отрасль проектирования гражданского строительства, изучающая поведение грунтов под воздействием сил нагрузки и взаимодействие грунта с водой. Цели инженеров-геотехников варьируются от проектирования фундаментов и временной поддержки земляных работ, выбора маршрутов для железных и шоссейных дорог до захоронения отходов на свалках и предотвращения загрязнения подземных вод. Инженер-геотехник участвует в полевых и лабораторных исследованиях для определения инженерных свойств грунтов участка и других геоматериалов и последующего использования этих данных для анализа возможных проблем при строительстве и эксплуатации объекта. Достижения в области вычислительной техники расширили возможности по прогнозированию поведения почвы и почвенно-водных систем в самых разнообразных условиях. В последние годы деятельность инженеров-геотехников также связана с геоэкологической инженерией.
Проектирование гидротехнических сооружений
Электростанция Клайд Дам, Новая Зеландия.Проектирование гидротехнических сооружений – это отрасль гражданского строительства, включающая в себя управление городским водоснабжением, проектирование городских систем ливневой канализации и прогнозирование наводнений. Эта область тесно связана с проектированием мостов, плотин, каналов и дамб, а также с экологической инженерией. Проекты гидротехнических сооружений включают в себя: проектирование, автоматизацию проектирования и многомерное моделирование; выполнение работ, связанных с созданием геоинформационных систем (ГИС); инженерно-технические и консультационные услуги в области проектирования шельфовых сооружений; разработку сметной документации, ведомостей потребности в ресурсах и материалах и др.
Материаловедение
Материаловедение – это междисциплинарная инженерная область, занимающаяся проектированием и улучшением материалов, а также поиском вариантов применения материалов в других областях и отраслях. В области материаловедения исследуются физические, химические, механические, магнитные и оптические свойства материалов, а также инженерные и промышленные производственные процессы. Учёные-материаловеды работают с различными типами материалов, например с металлами, полимерами, керамикой, жидкими кристаллами, композитами. В современном материаловедении используются искусственный интеллект и компьютерное моделирование.
Структурная инженерия
«Фьера Милано» – выставочный центр в провинции Милан.Структурная инженерия – научная (инженерная) дисциплина гражданского строительства, занимающаяся анализом и предсказанием свойств крупных строительных конструкций и конструкций зданий на предмет их устойчивости как к гравитационным и ветровым нагрузкам, так и к стихийным бедствиям. Структурная инженерия исследует нагрузки, а также силы и напряжения, чтобы убедиться, что конструкция спроектирована таким образом, чтобы выдерживать их. Нагрузки могут быть движущимися или статическими и включают нагрузки, связанные с климатом и погодой, а также с весом самой конструкции и всего, что размещено на ней или внутри неё.
Авиационно-космическая инженерия
Авиационно-космическая инженерия – основное направление в инженерии, которое занимается вопросами создания и совершенствования летательных и космических аппаратов. Авиационно-космическая инженерия состоит из двух основных ветвей: авиационной техники и астронавтики. С авиационно-космической инженерией схожа авионика, но она связана с электротехнической частью авиационно-космической техники. Авиационно-космическая инженерия опирается на знания в области разработки и производства аэрокосмических систем. В обязанности инженеров в авиационно-космической области входит: разработка систем связи, навигации и систем вооружения; тестирование прототипов; сбор и анализ тестовых данных; планирование и контроль за состоянием воздушных судов и их компонентов, а также планирование и контроль технического обслуживания и др.
Транспортная инженерия
Строительство автомобильной дороги в Московской области.Транспортная инженерия – это отрасль гражданского строительства в области проектирования объектов транспортной и инженерной инфраструктуры. Транспортная инженерия использует технологии и научные принципы при планировании, функциональном проектировании эксплуатации и управления объектами всех видов транспорта с целью обеспечения безопасного, эффективного, быстрого, экономичного и экологически совместимого передвижения. Также транспортная инженерия включает в себя создание проектно-сметной документации для строящихся автомобильных дорог с сопутствующей инфраструктурой или уже имеющихся магистралей, проходящих модернизацию или реконструкцию.
Муниципальная, или городская, инженерия
Теплотехник проверяет систему в котельной.Муниципальная, или городская, инженерия охватывает проектирование, строительство и техническое обслуживание целого ряда различных городских сооружений, сетей и иных активов. К ним относятся улицы, тротуары, системы: водоснабжения, канализации и управления отходами, хранения сыпучих материалов, освещения; парки и велосипедная инфраструктура. Муниципальная инженерия пересекается со многими другими видами гражданского строительства, но в первую очередь связана с координацией этих структур и служб. Муниципальная, или городская инженерия объединяет элементы экологической инженерии, инженерии водных ресурсов и транспортной инженерии.
Горная инженерия
Экскаватор на открытом карьере. Шахта «Гарцвайлер» (Германия).Горная инженерия включает в себя проектирование открытых и подземных рудников, контроль за строительством шахтных стволов и туннелей при подземных операциях, разработку и способы доставки полезных ископаемых на обогатительные фабрики. Специалисты в области горной инженерии осуществляют свою деятельность на предприятиях горнодобывающего и топливно-энергетического комплексов, чёрной и цветной металлургии, производства неметаллического горнорудного сырья; в отраслевых научно-исследовательских и проектных институтах, в лабораториях учебных заведений.
Морская инженерия
Фрегаты, строящиеся на судостроительном заводе.Морская инженерия – отрасль транспортной инженерии применительно к процессу проектирования, построения, техническому обслуживанию и эксплуатации морских судов и конструкций. Специалисты в данной области разрабатывают конструктивные решения корпусов кораблей, навигационные системы, двигательные установки, а также работают над улучшением остойчивости и мореходных качеств судов для увеличения их грузоподъёмности, снижения расхода топлива и повышения безопасности.
Береговая инженерия
Кран устанавливает тетраподы и бетонные блоки для защиты морской дамбы вокруг гавани.Береговая инженерия связана с управлением прибрежными районами, включая защиту от наводнений и др. Береговая инженерия предоставляет собой полный комплекс услуг по проектированию и восстановлению пляжей, причалов, пристаней, пирсов, волнорезов, подъездных каналов и др. Береговая инженерия использует наземные и подводные съёмки, современные инструменты моделирования, аэрофотоснимки, информацию об исторических объектах, местах обитания и характеристиках социального использования.
Инженерия водных ресурсов
В то время как гидротехника связана с транспортировкой жидкостей, инженерия водных ресурсов охватывает сбор и управление водой как природным ресурсом как над землей, так и под землей. Инженерия водных ресурсов опирается на такие дисциплины, как гидрология, управление ресурсами, охрана природы и наука об окружающей среде.
Промышленная инженерия
Промышленная инженерия – дисциплина, включающая в себя проектирование, исследование и улучшение интегрированных систем, состоящих из людей, денежных средств, знаний, информации, оборудования, энергии, материалов и процессов. В промышленную инженерию входят: системотехника, машиностроение, строительная инженерия, инженерный менеджмент, эргономика.
Компьютерная инженерия (инженерия компьютерных систем)
Компьютерная инженерия – это дисциплина, объединяющая в себе информатику и электронную инженерию. Роль компьютерного инженера включает в себя широкий широкий спектр обязанностей от проектирования и обслуживания системы, анализа работы, установки и обновления программного обеспечения до всех модификаций сети. Компьютерная инженерия сосредоточена не только на работе компьютерных систем, но и на интеграции их аппаратно-программного обеспечения. Компьютерная инженерия включает в себя написание программного и микропрограммного обеспечения для встроенных микроконтроллеров, проектирование сверхбольших интегральных схем, аналоговых датчиков и плат смешанных сигналов и др. Также компьютерная инженерия включает в себя исследования робототехники. Компьютерные инженеры работают на предприятиях всех отраслей промышленности.
Электронная инженерия
Cервисный инженер паяет плату.Электронная инженерия – это раздел электротехники, возникший в начале 20 в. в результате развития технологий в телеграфной, радио- и телефонной промышленности. Электронная инженерия работает с такими компонентами, как полупроводниковые устройства для усиления и управления потоком электрического тока. Развитию дисциплины способствовало большое количество разработок электронных систем во время Второй мировой войны 1939–1945 гг., таких как радары, гидролокаторы и др. Современная электронная инженерная дисциплина ориентирована на проектирование и разработку продуктов и систем с использованием электронных технологий и высокотехнологичных цифровых компонентов.
Информационная инженерия
Информационная инженерия – дисциплина, занимающаяся созданием, распространением, анализом и использованием информации, данных и знаний в системах. Компоненты информационной инженерии относятся ко многим областям науки и технологий, таким как информатика, искусственный интеллект, теория управления, обработка сигналов, теория информации, робототехника, телекоммуникации, вычислительная техника и электротехника. Информационная инженерия рассматривает особенности сетевого пространства, способы работы в нём и организацию системы защиты.
Программная инженерия
Программная инженерия – это область компьютерной науки и технологии, которая занимается построением программных систем. Программная инженерия включает в себя проектирование, разработку новых программных продуктов, управление проектами, дизайн пользовательских интерфейсов, автоматизацию бизнес-процессов, программирование для сети Интернет, эксплуатацию и администрирование автоматизированных систем.
Ядерная инженерия
Синхрофазотрон в лаборатории института ядерных исследований.Отрасль инженерии, связанная с применением разрушения или объединения атомных ядер или с применением других субатомных процессов, основанных на принципах ядерной физики. Ядерная инженерия включает в себя проектирование, взаимодействие и обслуживание систем и компонентов, таких как ядерные реакторы, атомные электростанции или ядерное оружие. Эта область тесно взаимодействует с химической и электронной инженерией.
Биоинженерия
Биоинженерия – наука, которая решает задачи сферы биологии с помощью математических, физических и инженерных методов. Биоинженерия применяет достижения в быстро развивающейся сфере молекулярной биологии для изучения и использования живых организмов. Сфера деятельности биоинженерии охватывает как создание искусственных органов с помощью технических средств или поиск способов выращивания органов и тканей методами регенеративной медицины, так и разработки генетически модифицированных организмов (генетическая инженерия), а также молекулярное конструирование соединений с заданными свойствами (белковая инженерия, инженерная энзимология). В немедицинских аспектах биоинженерия тесно соприкасается с биотехнологией.
Генетическая инженерия
Сотрудник помещает заготовки для культивирования мяса в CO2-инкубатор в лаборатории генной инженерии Очаковского комбината пищевых ингредиентов (ОКПИ) в Москве.Генетическая инженерия – совокупность приёмов, методов и технологий выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Примерами применения генной инженерии являются: получение генетически модифицированных сортов культурных растений, обладающих новыми полезными свойствами; создание бактерий и грибов, продуцирующих гормоны, антибиотики, витамины, ферменты и другие вещества для нужд фармацевтической и пищевой промышленности; создание трансгенных животных в качестве живых фабрик для производства биомедицинских препаратов, а также новых пород экспериментальных мышей (нокауты) для научных исследований функционирования определённых генов.
Фармацевтическая инженерия
Фармацевтическая инженерия – отрасль инженерии, ориентированная на открытие, создание новых формул и производство лекарств, а также процессы анализа и контроля качества. Фармацевтическая инженерия использует области химической и биомедицинской инженерии, а также фармацевтических наук.
Тканевая инженерия
Тканевая инженерия.Тканевая инженерия занимается созданием новых тканей и органов для терапевтической реконструкции повреждённого органа посредством доставки в нужную область опорных структур, клеток, молекулярных и механических сигналов для регенерации. Тканеинженерные конструкции представляют собой биомедицинский клеточный продукт, который состоит из клеток, биосовместимого материала и вспомогательных веществ. Целью тканевой инженерии является восстановление биологических (метаболических) функций, т. е. регенерация ткани, а не простое замещение ее синтетическим материалом.
Инженерия знаний
Инженерия знаний – область наук об искусственном интеллекте, связанная с разработкой, построением, поддержкой и применением экспертных систем, использующих знания. Инженерия знаний изучает методы и средства извлечения, представления, структурирования и использования знаний до программной реализации компонентов системы, ориентированной на кодификацию знаний. Инженерия знаний используется во многих информационных исследованиях и связана с математической логикой, также используемой в разных научных дисциплинах, например в социологии, где цели исследований заключаются в понимании, как работает человеческая логика, на примере взаимоотношений в обществе.
Системная инженерия
Системная инженерия – научно-методологическая дисциплина, изучающая вопросы проектирования, создания и эксплуатации структурно сложных, крупномасштабных, человеко-машинных и социотехнических систем. Системная инженерия применяет такие методы анализа, как исследование операций, кибернетика и теория информации. В 2009 г. профессия системного инженера была признана лучшей в США.
Клеточная инженерия
Клеточная инженерия.Клеточная инженерия – метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. Технологии клеточной инженерии включают в себя обмен фрагментами ДНК, участками хромосом у прокариот и любыми хромосомами у эукариот независимо от удалённости организмов в эволюционном плане. Методы клеточной инженерии дополняют генно-инженерные.
Крупнейшие в мире инженерные и инженерно-производственные организации
ABB (Швейцария);
BAE Systems (Великобритания);
Lockheed Martin Corporation (США);
Bechtel (США);
Mitsubishi (Япония);
Siemens (Германия);
Boeing (США);
Philips (США);
Teva Pharmaceutical Industries Ltd. (Израиль);
Toyota Motor (Япония);
Huawei Technologies (Китай).