วิศวกรรมศาสตร์

ประวัติศาสตร์

แนวคิดทางวิศวกรรมศาสตร์นั้นมีปรากฏมาแต่ยุคโบราณกาลแล้ว นับแต่มนุษย์สามารถประดิษฐ์เครื่องมือพื้นฐาน เช่น ล้อ, รอก และคาน เครื่องมือประดิษฐ์เหล่านั้นถูกนิยามถึงในวิศวกรรมศาตร์ยุคปัจจุบันและถูกใช้ประโยชน์ในงานกลศาสตร์พื้นฐานเพื่อการพัฒนาเครื่องมือและวัตถุ
คำว่า engineering ในภาษาอังกฤษ อันหมายถึงวิศวกรรมศาสตร์นั้น ถูกสร้างมาจากคำว่า engineer ซึ่งคำๆนี้สามารถสืบย้อนกลับไปได้ถึง ค.ศ. 1325 เมื่อคำว่า engine’er (อันมีความหมายว่า ผู้ใช้งานเครื่องจักร) นั้น เดิมทีหมายถึง "ผู้สร้างเครื่องจักรสำหรับใช้งานเพื่อการทหาร" ความหมายดังที่กล่าวมานั้น (ซึ่งความหมายนี้ได้ถูกยกเลิกไปแล้ว) คำว่า engine นั้นหมายถึงเครื่องจักรทางการทหาร หรืออาวุธนั่นเอง ตัวอย่างเช่นเครื่องยิงหินแคเทอพอลต์ หรือกล่าวโดยสรุปแล้ว แต่เดิมที วิศวกรคือผู้ที่ทำงานเกี่ยวกับอาวุธยุทโธปกรณ์ในกองทัพนั่นเอง สำหรับคำว่า engine นั้นเอง มีความหมายที่เก่าแก่กว่านั้นอีกคือมาจากคำว่า ingenium ในภาษาละติน ซึ่งแปลว่า "ความสามารถที่มีมาโดยกำเนิด" โดยเฉพาะหมายถึงความสามารถทางปัญญา เช่นความฉลาดในการประดิษฐ์
ต่อมา เนื่องจากความรู้ในวิทยาการการออกแบบสิ่งก่อสร้างสำหรับพลเรือนเช่น สะพาน อาคารบ้านเรือนมีพัฒนาสูงขึ้น คำว่า Civil Engineer (วิศวกรรมโยธาในภาษาไทย) ( Civil แปลว่า พลเรือน) จึงได้ถูกบัญญัติใช้เพื่อการแยกแยะระหว่างวิศวกรผู้เชี่ยวชาญในงานก่อสร้างที่ไม่เกี่ยวกับการทหาร กับ วิศวกรที่ทำงานในสายงานวิศวกรรมการทหาร (ความหมายของคำว่าวิศวกรรมศาสตร์ หรือ engineering ที่ถูกใช้ในยุคนั้น ส่วนใหญ่ไม่ตรงกับความหมายที่ถูกใช้ในปัจจุบัน ยกเว้นแต่เพียงบางส่วนที่ยังคงความหมายเดิมมาจนปัจจุบัน เช่นหน่วยทหารช่าง

ยุคโบราณ

ไม่ว่าจะ อาโครโปลิสแห่งเอเธนส์, วิหารพาร์เธนอนในกรีซ, ระบบท่อปะปาแห่งโรมัน, เส้นทางแอปพีเอิน, โคลอสเซียม หรือสวนลอยบาบิโลน หรือ ประภาคารฟาโรสแห่งอเล็กซานเดรีย, พีระมิด ในอียิปต์ หรือ Teotihuacan แลเมืองและพิระมิดแห่งจักรวรรดิมายา, อินคาและแอสแทก หรือ กำแพงเมืองจีน และสิ่งก่อสร้างอื่นๆนอกเหนือจากนี้นั้น แสดงให้เห็นถึงความปราชเปรื่องของวิศวกรโยธาและเครื่องกลยุคโบราณ
วิศวกรโยธาคนแรกสุดในประวัติศาสตร์คืออิมโฮเตป  ข้าราชบริพารในฟาโรห์โดจเซอร์ เขาคือผู้ออกแบบและควบคุมการก่อสร้างพีระมิดโดจเซอร์  (เป็นพีระมิดแบบขั้นบันได) ในซาคคารา ในประเทศอียิปต์ ในช่วง 2630-2611 ก่อนคริสตกาล และเขาอาจจะเป็นคนๆแรกที่ใช้สถาปัตยกรรมแบบเสาด้วย
ในกรีกโบราณ กลไกอันติคือเธราเป็นเครื่องคำนวณเครื่องแรกในประวัติศาสตร์ หรือสิ่งประดิษฐ์ของอาร์คิมิดีสซึ่งเรียกได้ว่าเป็นตัวอย่างของงานทางวิศวกรรมเครื่องกลยุคโบราณ งานบางชิ้นของอาร์คิมิดิส และ กลไกแอนทิกิธีรา ต้องใช้ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในหลักการของเฟืองทดหรือเฟืองแพลนเน็ททอรี ซึ่งเป็นสองกุญแจสำคัญในทฤษฎีจักรกลเพื่อใช้ในการออกแบบระบบเฟืองในยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมและยังคงใช้อย่างกว้างขวางในหลายๆสาขางานทางวิศวกรรมเครื่องกลเช่นหุ่นยนต์และวิศวกรรมยานยนต์
ในกองทัพจีนและโรมันโบราณต่างก็นำเครื่องจักรทางทหารที่ซับซ้อนเข้ามาใช้งานในราชการกองทัพเช่น เครื่องยิงหินแคเทอพอลต์, เครื่องยิงธนูบะลิสตา ในกองทัพโรมัน หรือการนำจรวดเข้ามาใช้ในงานสงครามของกองทัพจีน สำหรับเครื่องยิงหินเทรบิวเชตซึ่งถูกสร้างเพื่อการทำลายกำแพงเมืองของข้าศึกนั้น ถูกสร้างขึ้นในยุคกลาง

ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา

วิลเลียม กิลเบิร์ตจัดได้ว่าเป็นวิศวกรไฟฟ้าคนแรกจากผลงานการตีพิมพ์ De Magnete ใน ค.ศ. 1600ซึ่งเป็นผลงานที่มีการบัญญัติคำว่า"ไฟฟ้า"ขึ้นใช้เป็นครั้งแรก
เครื่องจักรไอน้ำเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นโดยวิศวกรเครื่องกลชาวอังกฤษนาม โทมัส ซาวารี ใน ค.ศ. 1698 ซึ่งการพัฒนาเครื่องจักรไอน้ำนี้ นำไปสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรมในทศวรรตต่อมา และทำให้การผลิตแบบ Mass Production นั้นเป็นไปได้
วิชาชีพวิศวกรก้าวขึ้นมาสู่ความเป็นผู้เชี่ยวชาญในศตวรรตที่สิบแปด และความหมายของวิศวกรรมศาสตร์ก็แคบลง หมายถึงเฉพาะสาขาวิชาที่มีการนำวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์เข้ามาใช้ เช่นเดียวกับ สาขาmechanic arts ที่เคยอยู่ในสายวิศวกรรมการทหารและโยธา ก็ถูกยกขึ้นมาเป็นวิศวกรรมศาสตร์

ยุคปัจจุบัน

วิศวกรรมไฟฟ้าสามารถกล่าวได้ว่ามีจุดเริ่มต้นมาจากการทดลองของอาเลสซันโดร วอลตาในช่วง 1800s การทดลองของ เกออร์ก ซีโมน โอห์ม และ ไมเคิล ฟาราเดย์ และการประดิษฐ์มอร์เตอร์ไฟฟ้าใน ค.ศ. 1872 สำหรับงานของเจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์และเฮนริค เฮิรต์ในช่วงปลายศตวรรตที่ 19 ทำให้วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ได้ถือกำเนิดขึ้นมา มากไปกว่านั้น การค้นพบหลอดสุญญากาศและทรานซิสเตอร์ในช่วงเวลาต่อมาทำให้ความรู้ในสาขาไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดเด่นล้ำเหนือวิศวกรรมสาขาอื่นๆ
สิ่งประดิษฐ์ของโทมัส ซาวารีและเจมส์ วัตต์ทำให้วิศวกรรมเครื่องกลในปัจจุบันก้าวขึ้นมาสู่ความเป็นมืออาชีพ ไม่ว่าจะการพัฒนาเครื่องจักรเฉพาะ หรือเครื่องมือในการซ่อมบำรุงในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมต่างก็ทำให้ความรู้ในแขนงนี้กว้างมากขึ้นทั้งในสหราชอาณาจักร ถิ่นกำเนิดและต่างแดน
วิศวกรรมเคมีเองก็มีความคล้ายคลึงกับวิศวกรรมเครื่องกล ถูกพัฒนาในศัตวรรตที่ 19 ในช่วงปฏิวัติอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมในเวลานั้นมีความต้องการวัสดุและกระบวนการใหม่ๆ และในช่วงปี 1880 ความต้องการการผลิตทางเคมีจำนวนมากทำให้อุตสาหกรรมเคมีถือกำเนิดขึ้น และทำให้เกิดการพัฒนากระบวนการผลิตสารเคมีขนาดหนักจนทำให้มีโรงงานผลิตสารเคมีเกิดขึ้น บทบาทของวิศวกรเคมีคือการออกแบบโรงานและกระบวนการผลิตสารเคมี

วิศวกรรมการบิน แต่เดิมทีมุ่งหมายเพียงการออกแบบอากาศยาน ทว่าต่อมามีความมุ่งหมายรวมไปถึงการออกแบบอวกาศยานด้วย จุดกำเนิดของวิศวกรรมการบินอาจจะย้อนไปได้ถึงความพยายามค้นคว้าด้านการบินในศัตวรรตที่ 18-19 รวมทั้งเครื่องร่อนผลงานของ เซอร์ จอร์จ เคยเลย์ในช่วงทศวรรตสุดท้ายของศัตวรรตที่ 18 ด้วย ในช่วงแรกเริ่ม ความรู้ในวิศวกรรมการบินนั้นมีเพียงแนวคิดและทักษะจากวิศวกรรมสาขาอื่นๆเท่านั้น  แต่เพียงทศวรรตเดียวหลังความสำเร็จในการบินของพี่น้องไรต์ คือช่วงปี 1920s พัฒนาการด้านการบินได้รับการพัฒนาไปมากผ่านการสร้างอากาศยานสำหรับการทหารในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ในขณะดียวกัน การวิจัยเพื่อพัฒนาความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ก็ดำเนินไปโดยการนำทฤฎีทางฟิสิกส์มาประยุกต์เข้ากับการทดลองจริง

ระเบียบวิธีทางวิศวกรรมศาสตร์

วิศวกรจะประยุกต์ใช้ความรู้ในศาสตร์ทางฟิสิกส์และคณิตศาสตร์เพื่อการหาทางแก้ปัญหาที่เหมาะสมต่อความต้องการ หรือเพื่อการพัฒนางานที่รับผิดชอบให้ดียิ่งขึ้น ในปัจจุบันนี้ วิศวกรมีความจำเป็นยวดยิ่งที่จะต้องมีความรู้ในศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบในโครงการของตน ดังนั้น วิศวกรจำต้องเรียนรู้สิ่งใหม่ๆตลอดวิชาชีพของตน ถ้าทางเลือกนั้นมีมากกว่าหนึ่งทางเลือก วิศวกรจำต้องวิเคราะห์ความแตกต่างของทางเลือกและตัดสินใจเลือกเอาทางเลือกที่เหมาะสมต่อความต้องการของปัญหามากที่สุด หน้าที่ที่สำคัญที่สุดและเป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวของวิชาชีพวิศวกรก็คือการระบุ ทำความเข้าใจ และขยายความหมายของ"ข้อจำกัด"ในการออกแบบ เพื่อสร้างผลลัพธ์ที่ได้ผล และเพียงแค่ความสำเร็จในเชิงเทคนิคนั้นยังไม่ถือว่าดีพอ หากแต่จะต้องบรรลุความต้องการที่เหนือไปจากขอบข่ายเชิงเทคนิคอีกด้วย "ข้อจำกัด"ในที่นี้นั้นอาจจะหมายถึง ทรัพยากรที่มี แรงงาน จินตนาการหรือเทคโนโลยีที่มี  ความยืดหยุ่นสำหรับการปรับปรุงพัฒนาต่อ และปัจจัยอื่นๆ เช่น ราคา ความปลอดภัย ความต้องการของตลาด ผลิตภาพ และสามารถใช้งานได้จริงในภาคสนามอย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อทำความเข้าใจใน"ข้อจำกัด" วิศวกรจะต้องนำเอาความต้องการที่เจาะจงมาวิเคราะห์เพื่อสร้างขอบเขตซึ่งใช้งานได้จริงสำหรับการผลิตหรือปฏิบัติการ