วิศวกรรมศาสตร์

วิศวกรรมศาสตร์  เป็นสาขาความรู้และวิชาชีพเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ประยุกตวิทยา (เทคโนโลยี), วิทยาศาสตร์และความรู้ทางคณิตศาสตร์เพื่อการใช้ประโยชน์จากกฎทางธรรมชาติและทรัพยากรทางกายภาพให้เกิดประโยชน์สูงสุด, เพื่อช่วยในการออกแบบและประยุกต์ใช้ วัสดุ, โครงสร้าง, เครื่องจักร, เครื่องมือ, ระบบ และ กระบวนการ เพื่อการตอบสนองต่อจุดประสงค์ที่ต้องการได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ American Engineers' Council for Professional Development (ECPD, ซึ่งต่อมาคือ ABET) ได้ให้นิยามเกี่ยวกับวิศวกรรมศาสตร์เอาไว้ดังนี้

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

ยุคกลาง 

ชาวอิรักนามอัล จาซาริคือผู้ที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบเครื่องจักรในปัจจุบัน ในช่วงระหว่าง ค.ศ. 1174 ถึง1200 เขาประดิษฐ์เครื่องจักรห้าเครื่องสำหรับการสูบน้ำถวายกษัตริย์ตุรกีราชวงศ์อาร์ตูควิดและปราสาทของราชวงศ์ เครื่องสูบน้ำลูกสูบแบบ double-acting reciprocating ที่เขาออกแบบคือเครื่องจักรเครื่องแรกที่มีการใช้ทั้ง connecting rod  และcrankshaft ดังนั้นจะมีการเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุนให้เป็นการเคลื่อนที่แบบกลับไปกลับมา แต่สำหรับวิศวกรในปัจจุบันแล้ว กลไกชนิดนี้ถือว่าเป็นกลไกขั้นพื้นฐาน

Donald Routledge Hill วิศวกรชาวอังกฤษเขียนถึงอัล จาซารีเอาไว้ว่า

แม้กระทั่งทุกวันนี้ ของเล่นบางชิ้นก็ยังใช้กลไก คาน-แคมซึ่งพอในงานประดิษฐ์กุญแจรหัสและตุ๊กตากลไขลานของอัล จาซารี นอกจากนี้ งานของเขาผ่านงานประดิษฐ์ของเขามากกว่า 50 ชิ้น เขาได้พัฒนาและค้นพบหลายๆสิ่งเช่น segmental gears, ระบบควบคุมเชิงกล, กลไก escapement, หุ่นยนต์, นาฬิกา, และระบบการอ้างอิงถึงวิธีออกแบบและการผลิต

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 จุดกำเนิดของวิศวกรรมการบินอาจจะย้อนไปได้ถึงความพยายามค้นคว้าด้านการบินในศตวรรษที่ 18-19 รวมทั้งเครื่องร่อนผลงานของ เซอร์ จอร์จ เคยเลย์ ในช่วงทศวรรตสุดท้ายของศตวรรษที่ 18 ด้วย ในช่วงแรกเริ่ม ความรู้ในวิศวกรรมการบินนั้นมีเพียงแนวคิดและทักษะจากวิศวกรรมสาขาอื่นๆเท่านั้น  แต่เพียงทศวรรษเดียวหลังความสำเร็จในการบินของพี่น้องไรต์ คือช่วงปี 1920s พัฒนาการด้านการบินได้รับการพัฒนาไปมากผ่านการสร้างอากาศยานสำหรับการทหารในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ในขณะดียวกัน การวิจัยเพื่อพัฒนาความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ก็ดำเนินไปโดยการนำทฤฎีทางฟิสิกส์มาประยุกต์เข้ากับการทดลองจริง

สาขาวิชาวิศวกรรมศาสตร์ 
วิศวกรรมศาสตร์นั้นคล้ายคลึงกับวิทยาศาสตร์ที่มีขอบข่ายกว้างขวางจนสามารถแตกแยกย่อยลงมาได้หลายสาขาย่อย และในแต่ละสาขาย่อยต่างก็มองตัวเองในสายงานต่างๆทางวิศวกรรม ถึงแม้ว่าในช่วงแรก วิศวกรจะถูกฝึกศึกษามาในสาขาใดสาขาหนึ่ง แต่หลังจากผ่านประสบการณ์งานในสายวิศวกรรมมาแล้ว วิศวกรผู้นั้นอาจจะมีความสามารถในการทำงานได้หลากหลายสาขา โดยประวัติศาสตร์แล้ว วิศวกรรมสาขาหลักๆแบ่งได้ดังนี้
 วิศวกรรมการบินและอวกาศยาน - ออกแบบอากาศยาน อวกาศยาน และสิ่งที่เกี่ยวข้อง
 วิศวกรรมเครื่องกล - ออกแบบระบบเชิงกายภาพหรือกลศาสตร์ ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ ระบบส่งกำลัง ระบบกันกระเทือน
 วิศวกรรเคมี - ใช้หลักการทางเคมีในกระบวนการผลิตเคมีอุตสาหกรรม รวมไปถึงการค้นคว้าวิจัยเชื้อเพลิงและวัสดุจำเพาะใหม่ๆ
 วิศวกรรมไฟฟ้า - ออกแบบระบบไฟฟ้า เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า ตลอดจนเครื่องใช้ไฟฟ้าทุกชนิด
 วิศวกรรมโยธา - ออกแบบและก่อสร้างสิ่งก่อสร้าง เช่น  รางรถไฟ ถนนหนทาง สะพาน ตึกและอาคารบ้านเรือน
เนื่องด้วยพัฒนาการอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยี วิศวกรรมสาขาใหม่ๆ มีความสำคัญมากขึ้นและได้รับการพัฒนาเช่น วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ วิศวกรรมแม็คคาทรอนิกส์ วิศวกรรมไฟฟ้าเครื่องกลการผลิต นาโนเทคโนโลยี บางครั้ง สาขาใหม่นั้นก็เกิดจากการผสมผสานความรู้ของสาขาเดิมเข้าด้วยกัน การเกิดขึ้นใหม่ของสาขาทางวิศวกรรมนั้น โดยทั่วไปแล้วจะถูกนิยามแบบชั่วคราว ในหลากหลายรูปแบบ หรือนิยามในฐานสาขาย่อยของสาขาที่มีอยู่แล้ว ช่วงว่างของความรู้นี้ เมื่อได้รับความสนใจศึกษามากขึ้น ก็จะได้รับการยกระดับให้เป็นสาขาใหม่ ตัวชี้วัดได้ตัวหนึ่งของการเกิดสาขาใหม่นั้นคือการตั้งสาขาวิชาหรือหลักสูตรของมหาวิทยาลัยชื่อดัง

สำหรับวิศวกรรมศาสตร์ในแต่ละสาขาที่มีปรากฏนั้น มักจะมีการเหลื่อมล้ำของความรู้ โดยเฉพาะในสาขาที่มีการประยุกต์ใช้ความรู้ทางฟิสิกส์ เคมี และคณิตศาสตร์

สำหรับสาขาทางวิศวกรรมนั้น ได้ถูกแสดงในรายการข้างล่างนี้

 

 วิศวกรรมคอมพิวเตอร์
 วิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์
 วิศวกรรมขนถ่ายวัสดุ 
 วิศวกรรมไฟฟ้า
 วิศวกรรมโยธา
 วิศวกรรมอัตโนมัติ
 วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และโทรคมนาคม
 วิศวกรรมเคมี
 วิศวกรรมระบบสิ่งก่อสร้าง
 วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์
 วิศวกรรมโทรคมนาคม
 วิศวกรรมชีวเวช (หรือ วิศวกรรมชีวการแพทย์)
 วิศวกรรมนาโน
 วิศวกรรมการผลิต
 วิศวกรรมเกษตร
 วิศวกรรมทรัพยากรน้ำ
 วิศวกรรมดินและน้ำ
 วิศวกรรมขนส่ง
 วิศวกรรมความปลอดภัย
 วิศวกรรมปิโตรเลียม
 วิศวกรรมปิโตรเคมี
 วิศวกรรมซอฟต์แวร์
 วิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์และหุ่นยนต์
 วิศวกรรมโลจิสติกส์
 วิศวกรรมการเชื่อม

 วิศวกรรมเครื่องกล
 วิศวกรรมระบบควบคุมและเครื่องมือวัด
 วิศวกรรมสารสนเทศและการสื่อสาร
 วิศวกรรมเครื่องมือ
 วิศวกรรมวัสดุ
 วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม
 วิศวกรรมอาหาร
 วิศวกรรมสารสนเทศ
 วิศวกรรมสื่อสาร
 วิศวกรรมชายฝั่ง
 วิศวกรรมสมุทรศาสตร์
 วิศวกรรมไฟฟ้าเครื่องกลการผลิต
 วิศวกรรมเครื่องกลและการผลิต
 วิศวกรรมระบบควบคุม
 วิศวกรรมการวัดคุม
 วิศวกรรมโลหการ
 วิศวกรรมอุตสาหการ
 วิศวกรรมสำรวจ
 วิศวกรรมเหมืองแร่
 วิศวกรรมอวกาศยาน
 วิศวกรรมพลาสติก
 วิศวกรรมพอลิเมอร์
 วิศวกรรมต่อเรือ
 วิศวกรรมการจัดการ
 วิศวกรรมการจัดการความปลอดภัย
 วิศวกรรมมัลติมีเดียและเอ็นเตอร์เทนเมนต์
 วิศวกรรมปัญญาประดิษฐ์และวิทยาการข้อมูล
 วิศวกรรมเครือข่ายและความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์

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

ดูเพิ่ม 

 รายชื่อคณะวิศวกรรมศาสตร์ในประเทศไทย

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 
 วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย
 สภาวิศวกร
 THAIENGINEERING แหล่งข้อมูลถามตอบปัญหาทางวิศวกรรมภาษาไทย
 ยกระดับวิศวกรโยธา พัฒนาวงการวิศวกรรม
 วิศวกรโยธา 
 Civil Engineering 

 
จริยธรรม