هندسة تطبيقية

تاريخ الهندسة

مفهوم الهندسة وُجد قديما خلال محاولات البشر لتطوير الابتكارات الأساسية مثل البكرات والروافع والعجلات. وهذه الابتكارات تطورت بالتوافق مع مفهوم الهندسة الحديث، ومحاولات تطبيق المبادئ الميكانيكية الأساسية لتطوير أدوات وأشياء مفيدة.
أما مصطلح الهندسة العربي فتاريخه مجهول نظرا لأن مصطلح الهندسة غير عربي والمهندسين العرب كانوا يستخدمون الأدوات لاستعمالها في عدة مجالات في البناء والفن والفلك وطرق التنقل وإيجاد الحلول الناجحة لمشاكل عديدة كنقل المياه مثلا فقد أخترعت النواعير وأبتكرت أساليب عديدة لترشيد استخدام المياه في الزراعة وتم ابتكار أسلوب الري بالتنقيط والآلات التي تستخرج الماء الصافي من مياه البحر وتم توظيف الهندسة عند العرب في البناء والتصميم فقد شهد العالم العربي قديما تطورا عمرانياً هائلاً فصممت القصور والأبنية والشوارع على درجة عالية من الدقة والروعة والشواهد على ذلك لا تعد ولا تحصى وقد استخدمت الهندسة لأغراض العسكرية فبنيت الحصون والقلاع العتيدة والآلات الحربية كثيرة.

الأساليب الهندسية

المهندس خلال عمله يطبق الفيزياء والرياضيات لإيجاد أيسر الحلول وأثرها اقتصاديا. في مجال التصميم يحتاج المهندس إلى علوم أخرى تتعدى الفيزياء والرياضيات.
مثلا بعد التصميم والإنتاج يسأل المهندس نفسه عن تكاليف المنتج وعن عامل الأمان وعن اقتصادية المنتج فليس معنى أن التيتانيوم أصلب وأجود أن نستعمله في كل شيء فهذه علوم ضرورية.

تحديد المشكلة وحلها

عندما يقابل المهندس مشكلة ما لابد من التفكير الهادئ ثم استعمال الرياضيات والفيزياء ثم تجربة حياته في هذه المشكلة. فلا بد للمهندس أن تكون عقليته رياضية في التفكير والتنفيذ.
في حالة حل المشاكل الهندسية لا بد من اختيار أبسط الحلول وأيسرها وذلك عند توافر الحلول. قد يقابل المهندس في حالة تصميم شيء ما مشاكل أو نتائج لا يمكن الوصول إليها رياضيا أو نظريا وأن يقوم ببناء نموذج ما ويدخله في اختبارات العمل فإذا نجح النموذج يكون بإمكان المهندس أن يقوم بتكبير الأبعاد على الشيء الحقيقي، يمكن معرفة ذلك في دراسة ديناميكا الهواء.

استخدام الحاسب

قبل القرن العشرين كانت الأعمال الهندسية تحتاج من المهندسين وقتا للدراسة والاستنتاج والتجربة، حتى تمكن من ابتكار الحاسب الآلي.
الآن توافرت أساليب وابتكارات عدة يعتمد عليها المهندس، إلا أن الحاسب الآلي هو الأداة الرئيسية التي لا يمكن الاستغناء عنها، حيث توافرت البرمجيات التي تساعد كافة التخصصات والمجالات الهندسية.
باستخدام الحاسب يمكن بناء نماذج مصغرة ووضع الحسابات والاختبارات ونقل ذلك على الطبيعة بنجاح، فمثلا في مجال العمارة والهندسة المدنية يمكن استخدام الأوتوكاد لرسم نموذج مصغر للعمل المطلوب إنجازه، وفي مجال التصميم والآلات يمكن استخدام برنامج السولدوركس أو "solid works" لبناء النموذج ورسمه ووضع الأبعاد اللازمة ودراسة حركته، وغير ذلك مما يمكن استخدامه في مجال صب المعادن والاتصالات والشبكات والتحكم عن بعد، وغير ذلك من البرمجيات التي يمكن القراءة عنها في مواضعها.
يمكن استخدام البرمجيات مثل سي إن سي في المصانع والورش الإنتاجية، لإنتاج منتجات دقيقة جدا، وغير معيبة إلا أنها يسوؤها غلو سعرها.
لا يمكن الجزم بأن البرمجيات أدت إلى تطور كبير لأن البرمجيات تؤدي إلى إلغاء المهارات التي لابد للمهندس منها والتي أصبحت بالبرمجيات مهارات حاسوبية.

الدور الاجتماعي

الهندسة هي حرفة تمتد من مجال العمل في المشاريع والأعمال الضخمة إلى العمل في المجالات الصغيرة الفردية.
الأماكن التي يمكن العمل فيها بالهندسة قد تكون مكتب للمعمار، أو شركة، أو وكالة للاتصالات، أو مصنع، أو قد يكون مجموعة من المستثمرين، وقد يكون هيئة حكومية معتمدة.
للهندسة دور حيوي في المجتمع حيث تعبر هيئة العمائر والشركات والمنتجات علي طبيعة وذوق وطريقة المهندسين بتلك البلد، فأحيانا يري الإنسان السيارة قبل أن يعرف طرازها أن يعرف إذا كانت ألمانية أو يابانية أو أمريكية، وهكذا. وكذلك للطرز المعمارية أشكال تختلف من دولة لأخرى وإن تشابهت معظم الناطحات الحديثة، لكن قديما يمكن تمييز المعمار الإسلامي عن المسيحي عن الهندي عن اليوناني، وهكذا.
طبيعة التصميم الهندسي يؤثر علي البيئة بشكل كبير فقد كانت المصانع قديما تخرج نفايات وغازات تؤثر علي البيئة والصحة، بل كانت الثلاجات القديمة التي كانت منتشرة بكل العالم وتستعمل الفريون قد عدت حديثا ضارة للبيئة، وأيضا فما يحدث في الأرض من تغيرات مناخية هي في ذاتها ناتجة من الهندسة والمهندسين.

المهندس ووظيفته

في جميع أنحاء العالم المتحضر؛ فإن الأعمال الحيوية الهامة كتصميم المباني والكباري ومحطات توليد الطاقة والمصانع لابد أن يقوم بها مهندس محترف مختص مرخص له ذلك وقد يكون بالاشتراك بين مجموعة من المهندسين.
يدرس المهندس في الجامعات أو المعاهد الحكومية أو الخاصة لمدة لاتقل عن خمس سنوات في كثير من دول العالم وبعد تخرجه يعمل لفترة من الزمن تحت إشراف مهندسين خبراء يقوم بتنفيذ أعمالهم في المواقع حتى يكتسب الخبرة، ولابد له أن يكون واعيا للظروف الطبيعية ونوعيات الموارد والمواد المستخدمة التي تختلف بين الدول كما يجب عليه أن يتبع المواصفات القياسية المعتمدة في دولته كالمواصفات القياسية للمعادن أو للتربة وغيرها.

العلوم والهندسة

"العلماء يدرسون العالم كما هو، بينما المهندسون يخلقون عالما لم يكن موجود" من أقوال تيودور فن كامان.
هناك صلة وثيقة بين العلوم النظرية والهندسة، حيث أن الهندسة اشتقت أساسا من العلم والمهندس لا يطبق إلى العلم بل إن كثيرا من المهندسين والعلماء يطلقون أحيانا على الهندسة أنها العلم التطبيقي. كلا المجالين يدرسان المادة وأنواعها والظواهر الطبيعية وأنواعها وطرق الاستفادة والدراسة وغير ذلك. كلا المجالين يستخدم ويطبق الرياضيات ومبادئها.
العلماء النظريون يطبقون فروضا من وضعهم يحتاجها الخبراء المهندسون أحيانا، وقد يقومون ببناء نموذج لمبني أو لمنشأ ما وذلك إذا دعت الحاجة وهذا من أعمال المهندسين. من جهة أخرى، فإن المهندسين في خلال أعمالهم قد يجدون أنفسهم يقومون باكتشاف ظواهر جديدة أي أنهم يقومون بأعمال العلماء.
إن المهندسين قد يحتاجون في بادئ الأمر إلى قوانين أو نماذج هي من وضع علماء نظريين لكن عند التطبيق الحيوي فإن المسائل تكون أصعب وبالتالي تكون النتائج وطرق الحل تحتاج إلى فرضيات غير معملية يعرفها المهندسون. مثلا عند تطبيق فيزياء الاحتراق النظرية في الطبيعة يكون الأمر مستحيلا وبلا فائدة نظرا لسلوك المادة المستعملة التي تختلف باختلاف نوعها وبالتالي طرق استخدامها، أيضا معروف أن المحرك الكهربائي مبني أساسا على قانون فارادي وهو في حد ذاته نظري بينما عند التطبيق تكون هناك فرضيات جديدة يعرفها المهندسون لخبرتهم في ذلك.
عندما يتشارك كلا المجالين في عمل حيوي ما لا يمكن الاستغناء عن أحدهما دون الآخر في هذا العمل كبناء جسر ما أو سد مائي فإنه يشترك المهندس مع الجيولوجي مع عالم البحار في منظومة واحدة.

الهندسة والطب وعلم الأحياء

دراسة جسم الإنسان -من بعض النواحي- تمثل قاسما مشتركا بين الهندسة والطب. الطب في غايته هدفه حفظ وتعزيز جسم الإنسان حتى بإبدال وظيفة أو عضو من جسم الإنسان وذلك باستخدام التكنولوجيا، من هنا يظهر صلة الطب بالهندسة.
الطب الآن يستطيع إبدال عضو من جسم الإنسان بعضو صناعي وذلك عند فساد العضو الطبيعي. يستطيع الأطباء الآن استخدام الابتكارات التكنولوجية الحديثة في العمليات الدقيقة حيث هناك الآن أجهزة تقوم بوظائف بعض أعضاء الإنسان تسمى القلب الصناعي أوالرئة الصناعية أو الكبد الصناعي بل أن هناك جهاز شائع الاستخدام خلال العمليات هو جهاز التنفس الصناعي وهو يقوم مقام الأنف والرئة. بل إن الابتكارات الهندسية هي معدات الطبيب فالسماعة وهي الأداة الأساسية هي من اختراع مهندس، والليزر المستخدم في العمليات الدقيقة وتفتيت حصى الكلي هو من اختراع مجموعة من المهندسين، وما إلى ذلك.
علي النقيض؛ فإن المهندسين من خلال تخصص ما يسمى الهندسة الطبية ينظر للإنسان على أنه آلة أو آداة أو ماكينة من نوع ما. ويحاولون بكافة الطرق استبدال وظائف الإنسان أو عضو من أعضائه أو محاولة محاكاته، وهذا فتح مجالات أخرى كمجال الذكاء الصناعي، أو الأجهزة الآلية والإنسان الآلي وغير ذلك مما يمكن قراءته في التخصصات.
كلا المجالين يمدان الباحثين بحلول المشكلات الحيوية وكلاهما أيضا يعطيان حلولا لمشكلات قبل أن تقع أصلا.
يدرس الأطباء الآن جسم الإنسان ويقومون بحل مشكلاته بطرق تكون في حد ذاتها طرق هندسية وقد يتنبهون لذلك أو لا.
مثلا القلب عند الأطباء يضخ الدم فيتصوره المهندسون أنه كالمضخة يضخ الدم في العروق بقوة معينة، والمخ يعتبره الأطباء العضو الرئيسي المتحكم في كل أعضاء الجسم فيتصوره المهندسون علي أنه منشأ به كمية من الروافع والبكرات وكل بكرة متصلة بعضو من الأعضاء وبالمخ أداة أو جهاز يقوم بإرسال نبضات كهربية تتأثر به البكرة والرافعة فيتأثر العضو فيرتفع أو ينخفض أو هكذا. عندما يتصور الأطباء والمهندسون جسم الإنسان بهذه الصورة تكون مشكلات الجسم في طريقها إلى إيجاد حل لها. أيضا يحاول المهندسون إيجاد حل أو بديل للأعضاء الثابتة كالعظام المنكسرة أو الجلد المتهتك.

الفن والهندسة

هناك صلات بين الفن والهندسة، حيث يمكن للفنان المتمرس أن يقوم بأعمال العمارة، والتزيين بل وهندسة التصميم الصناعي فهو يحتاج إلى فن هندسي أكثر من الهندسة -فكثيرا ما يضطر المهندس المحترف إلى استعمال فنه وإحساسه قبل استعمال الهندسة- رغم أن تلك التخصصات هي أقسام حقيقة داخل كليات الهندسة تماما كالهندسة الميكانيكية والهندسة الزراعية  وهندسة العمارة وهندسة الري وغيرها.
فمثلا معهد الفن بشيكاغو عقد مؤتمرا لبحث فنيات هندسة تصميمات ناسا للطيران، كما أن هناك كثيرا من الأعمال الهندسية عدت عملا هندسيا أكثره من فنيا، كبرج إيفل مثلا. وأمثلة أخرى كثيرة كجسر البوابة الذهبية، وأكثر تصميمات السيارات التي تحوذ على إعجاب المشترين بانسيابها إذ يعد التصميم فيها هو هندسة للتصميم الصناعي المعني بمعمارية تلك المنتجات من مركبات و محركات.
أيضا فبعض مشاهير المهندسين كانوا فنانين وأقرب الأمثلة هو ليوناردو دافنشي.

مجالات أخرى

في مجال العلوم السياسية استعير لفظ (الهندسة) للإشارة إلى دراسات جديدة تحت مسمى الهندسة الاجتماعية والهندسة السياسية، اللتان تهدفان إلى دراسة تشكيل إنشاءات اجتماعية وسياسية عن طريق استخدام الطرق الهندسية بالإضافة إلى مبادئ العلوم السياسية.

تعليم

يقضي الطلاب 4 أو 5 سنوات في الجامعة قبل التخرج. يوجد العديد من مجالات الهندسة ولكن جميع طلاب الهندسة يدرسون الرياضيات والفيزياء و بعض لغات البرمجة. خلال الأربع أو خمس سنوات يقوم الطلاب بتطبيق ما تعلموه في مخابر خاصة. قبل التخرج، على الطلاب أن يقوموا بتقديم مشروع تخرج، درجة هذا المشروع تؤثر كثيراً على الدرجة العامة التي ينالها الطلاب في نهاية السنين الأربع أو الخمس.