هندسة

تُعدّ الأهرامات في مصر القديمة ، وزقورات بلاد ما بين النهرين ، والأكروبوليس والبارثينون في اليونان ، والقنوات المائية الرومانية ، ^{[ 11 ]} وطريق أبيا والكولوسيوم ، وتيوتيهواكان ، ومعبد بريهاديسوارار في ثانجافور ، من بين العديد من المعالم الأخرى، شاهدًا على براعة ومهارة المهندسين المدنيين والعسكريين القدماء. كما تُعتبر بعض المعالم الأخرى، التي لم تعد قائمة، مثل حدائق بابل المعلقة ومنارة الإسكندرية ، إنجازات هندسية هامة في عصرها، وقد صُنّفت ضمن عجائب الدنيا السبع في العالم القديم . ^{[ 12 ]}

كانت الآلات البسيطة الست الكلاسيكية معروفة في الشرق الأدنى القديم . عُرفت الإسفين والسطح المائل (المنحدر) منذ عصور ما قبل التاريخ . ^{[ 13 ]} اختُرعت العجلة، إلى جانب آلية العجلة والمحور، في بلاد ما بين النهرين (العراق الحديث) خلال الألفية الخامسة قبل الميلاد. ^{[ 14 ]} ظهرت آلية الرافعة لأول مرة منذ حوالي 5000 عام في الشرق الأدنى ، حيث استُخدمت في ميزان بسيط ، ^{[ 15 ]} ولتحريك الأجسام الكبيرة في التكنولوجيا المصرية . ^{[ 16 ]} استُخدمت الرافعة أيضًا في جهاز الشادوف لرفع المياه، وهو أول آلة رافعة ، ظهر في بلاد ما بين النهرين حوالي 3000 قبل الميلاد، ^{[ 15 ]} ثم في التكنولوجيا المصرية حوالي 2000 قبل الميلاد . ^{[ ١٧ ]} تعود أقدم الأدلة على استخدام البكرات إلى بلاد ما بين النهرين في أوائل الألفية الثانية قبل الميلاد، ^{[ ١٨ ]} ومصر القديمة خلال الأسرة الثانية عشرة (١٩٩١-١٨٠٢ قبل الميلاد). ^{[ ١٩ ]} ظهر البرغي ، وهو آخر الآلات البسيطة التي تم اختراعها، ^{[ ٢٠ ]} لأول مرة في بلاد ما بين النهرين خلال العصر الآشوري الحديث (٩١١-٦٠٩ قبل الميلاد). ^{[ ١٨ ]} بُنيت الأهرامات المصرية باستخدام ثلاث من الآلات البسيطة الست، وهي: المستوى المائل، والوتد، والرافعة، لإنشاء هياكل مثل هرم الجيزة الأكبر . ^{[ ٢١ ]} 

يُعدّ إمحوتب أقدم مهندس مدني معروف بالاسم . ^{[ 6 ]} وبصفته أحد مسؤولي الفرعون زوسر ، يُرجّح أنه صمّم وأشرف على بناء هرم زوسر ( الهرم المدرّج ) في سقارة بمصر حوالي 2630-2611 قبل الميلاد. ^{[ 22 ]} ظهرت أقدم الآلات العملية التي تعمل بالطاقة المائية ، وهي دولاب الماء وطاحونة الماء ، لأول مرة في الإمبراطورية الفارسية ، في ما يُعرف اليوم بالعراق وإيران، في أوائل القرن الرابع قبل الميلاد. ^{[ 23 ]}

طوّرت حضارة كوش نظام الساكيا خلال القرن الرابع قبل الميلاد، والذي اعتمد على قوة الحيوانات بدلاً من الطاقة البشرية. ^{[ 24 ]} كما طُوّرت الحِفير كنوع من الخزانات في كوش لتخزين المياه والحفاظ عليها، فضلاً عن تعزيز الري. ^{[ 25 ]} بنى أسلاف الكوشيين السبيسات خلال العصر البرونزي بين عامي 3700 و3250 قبل الميلاد. ^{[ 26 ]} كما أُنشئت مصانع الصهر وأفران الصهر خلال القرن السابع قبل الميلاد في كوش. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} وخلال العصر البرونزي، جرى هندسة وبناء سفن بحرية مصنوعة من ألواح خشبية، كما يتضح من حطام سفينة أولوبورون ، الذي يعود تاريخه إلى حوالي عام 1300 قبل الميلاد. ^{[ 31 ]}

طوّرت اليونان القديمة الآلات في المجالين المدني والعسكري، كما يتضح من كتابات فيلو البيزنطي وغيره. ^{[ 32 ]} تُعدّ آلية أنتيكيثيرا ، وهي حاسوب تناظري ميكانيكي معروف منذ القدم ، ^{[ 33 ] [ 34 ]} والاختراعات الميكانيكية لأرخميدس ، أمثلة على الهندسة الميكانيكية اليونانية . تطلّبت بعض اختراعات أرخميدس، بالإضافة إلى آلية أنتيكيثيرا، معرفةً متقدّمةً بالتروس التفاضلية أو التروس الدائرية ، وهما مبدأان أساسيان في نظرية الآلات ساهما في تصميم سلاسل التروس في الثورة الصناعية، ويُستخدمان على نطاق واسع في مجالات مثل الروبوتات وهندسة السيارات . ^{[ 35 ]}

استخدمت الجيوش الصينية واليونانية والرومانية والهونية القديمة آلات واختراعات عسكرية مثل المدفعية التي طورها اليونانيون حوالي القرن الرابع قبل الميلاد، ^{[ 36 ]} والسفينة الثلاثية المجاديف ، والباليستا والمنجنيق ، والمنجنيق الصيني حوالي القرن السادس إلى الخامس قبل الميلاد . ^{[ 37 ]}

ظهرت أولى الآلات العملية التي تعمل بالطاقة الهوائية ، وهي طاحونة الهواء ومضخة الهواء ، لأول مرة في العالم الإسلامي خلال العصر الذهبي الإسلامي ، في ما يُعرف اليوم بإيران وأفغانستان وباكستان، بحلول القرن التاسع الميلادي. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} أما أول آلة عملية تعمل بالطاقة البخارية فكانت رافعة بخارية تُدار بواسطة توربين بخاري ، وقد وصفها تقي الدين محمد بن معروف عام 1551 في مصر العثمانية . ^{[ 42 ] [ 43 ]}

اختُرعت آلة حلج القطن في الهند بحلول القرن السادس الميلادي، ^{[ 44 ]} واختُرعت عجلة الغزل في العالم الإسلامي في أوائل القرن الحادي عشر، ^{[ 45 ]} وكلاهما كان أساسيًا لنمو صناعة القطن . كما كانت عجلة الغزل بمثابة مقدمة لآلة الغزل اليدوية ، التي مثّلت تطورًا رئيسيًا خلال بدايات الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر. ^{[ 46 ]}

طُوِّرت أقدم الآلات القابلة للبرمجة في العالم الإسلامي. وكان جهاز التسلسل الموسيقي ، وهو آلة موسيقية قابلة للبرمجة ، أول نوع من الآلات القابلة للبرمجة. وكان أول جهاز تسلسل موسيقي عبارة عن عازف ناي آلي اخترعه الأخوان بنو موسى ، ووصفوه في كتابهم "الآلات البارعة" في القرن التاسع الميلادي. ^{[ 47 ] [ 48 ]} وفي عام 1206، اخترع الجزري آلات آلية / روبوتات قابلة للبرمجة . ووصف أربعة موسيقيين آليين ، من بينهم عازفو طبول، يتم تشغيلهم بواسطة آلة طبول قابلة للبرمجة ، حيث يمكن برمجتهم لعزف إيقاعات وأنماط طبول مختلفة. ^{[ 49 ]}

قبل تطور الهندسة الحديثة، كان الحرفيون والصناع يستخدمون الرياضيات، مثل صانعي الطواحين ، وصانعي الساعات ، وصانعي الأدوات، والمساحين. وباستثناء هذه المهن، لم يكن يُعتقد أن للجامعات أهمية عملية كبيرة في مجال التكنولوجيا. ^{[ 50 ] : 32}

يُعد كتاب "دي ري ميتاليكا" (1556)، وهو أطروحة في هندسة التعدين، مرجعًا أساسيًا لحالة الفنون الميكانيكية خلال عصر النهضة، ويتضمن أيضًا أقسامًا عن الجيولوجيا والتعدين والكيمياء. وقد ظلّ "دي ري ميتاليكا" المرجع الكيميائي القياسي طوال الـ 180 عامًا التالية. ^{[ 50 ]}

شكّل علم الميكانيكا الكلاسيكية ، الذي يُطلق عليه أحيانًا الميكانيكا النيوتونية، الأساس العلمي لجزء كبير من الهندسة الحديثة. ^{[ 50 ]} ومع صعود الهندسة كمهنة في القرن الثامن عشر، أصبح المصطلح يُستخدم بشكل أضيق ليشمل المجالات التي تُطبّق فيها الرياضيات والعلوم لتحقيق هذه الغايات. وبالمثل، بالإضافة إلى الهندسة العسكرية والمدنية، أُدمجت المجالات التي كانت تُعرف آنذاك بالفنون الميكانيكية في الهندسة.

كان بناء القنوات عملاً هندسياً مهماً خلال المراحل المبكرة من الثورة الصناعية . ^{[ 51 ]}

كان جون سميتون أول من أطلق على نفسه لقب مهندس مدني، ويُعتبر غالبًا "أبو" الهندسة المدنية. كان مهندسًا مدنيًا إنجليزيًا مسؤولًا عن تصميم الجسور والقنوات والموانئ والمنارات . كما كان مهندسًا ميكانيكيًا بارعًا وفيزيائيًا مرموقًا . باستخدام نموذج لعجلة مائية، أجرى سميتون تجارب لمدة سبع سنوات، مُحددًا طرقًا لزيادة الكفاءة. ^{[ 52 ] : 127} أدخل سميتون محاور حديدية وتروسًا إلى العجلات المائية. ^{[ 50 ] : 69} كما أدخل سميتون تحسينات ميكانيكية على محرك نيوكومن البخاري . صمم سميتون منارة إديستون الثالثة (1755-1759)، حيث كان رائدًا في استخدام " الجير الهيدروليكي " (نوع من الملاط يتصلب تحت الماء)، وطوّر تقنية تتضمن استخدام كتل من الجرانيت ذات وصلات متداخلة في بناء المنارة. وهو شخصية مهمة في تاريخ وإعادة اكتشاف وتطوير الأسمنت الحديث ، لأنه حدد المتطلبات التركيبية اللازمة للحصول على "الخاصية الهيدروليكية" في الجير؛ وهو عمل أدى في النهاية إلى اختراع أسمنت بورتلاند .

أدى تطبيق العلوم إلى تطوير المحرك البخاري. بدأت سلسلة الأحداث باختراع البارومتر وقياس الضغط الجوي على يد إيفانجيليستا توريتشيلي عام 1643، ثم برهن أوتو فون جيريك على قوة الضغط الجوي باستخدام نصفي الكرة الأرضية في ماغديبورغ عام 1656، تلتها تجارب مخبرية أجراها دينيس بابين ، الذي بنى نماذج تجريبية لمحركات بخارية وأثبت استخدام المكبس ، ونشر نتائجها عام 1707. نشر إدوارد سومرست، الماركيز الثاني لوورسيستر، كتابًا يضم 100 اختراع، من بينها طريقة لرفع المياه تشبه طريقة تحضير القهوة بالتقطير . ترك صموئيل مورلاند ، عالم الرياضيات والمخترع الذي عمل على المضخات ، ملاحظات في مكتب فوكسهول للذخائر حول تصميم مضخة بخارية قرأها توماس سافري . في عام 1698، بنى سافري مضخة بخارية أطلق عليها اسم "صديق عامل المنجم"، والتي استخدمت كلاً من الفراغ والضغط. ^{[ 53 ]} لم يكن معروفًا أن تاجر الحديد توماس نيوكومن ، الذي بنى أول محرك بخاري تجاري يعمل بالمكبس عام 1712، قد تلقى أي تدريب علمي. ^{[ 52 ] : 32}

أدى استخدام أسطوانات النفخ المصنوعة من الحديد الزهر والتي تعمل بالبخار لتوفير الهواء المضغوط لأفران الصهر إلى زيادة كبيرة في إنتاج الحديد في أواخر القرن الثامن عشر. وقد سمحت درجات حرارة الأفران المرتفعة التي أتاحها النفخ بالبخار باستخدام كميات أكبر من الجير في أفران الصهر ، مما مكّن من الانتقال من الفحم النباتي إلى فحم الكوك . ^{[ 54 ]} وخفضت هذه الابتكارات تكلفة الحديد، مما جعل بناء السكك الحديدية التي تجرها الخيول والجسور الحديدية أمرًا عمليًا. كما أنتجت عملية التكوير ، التي حصل هنري كورت على براءة اختراعها عام 1784، كميات كبيرة من الحديد المطاوع. وخفض النفخ الساخن ، الذي حصل جيمس بومونت نيلسون على براءة اختراعه عام 1828، كمية الوقود اللازمة لصهر الحديد بشكل كبير. ومع تطوير محرك البخار عالي الضغط، جعلت نسبة القدرة إلى الوزن في محركات البخار بناء السفن البخارية والقاطرات أمرًا عمليًا. ^{[ 55 ]} وقد بشّرت عمليات صناعة الصلب الجديدة، مثل عملية بسمر وفرن الموقد المفتوح، بظهور مجال جديد في الهندسة الثقيلة في أواخر القرن التاسع عشر.

كان إسامبارد كينغدوم برونيل أحد أشهر مهندسي منتصف القرن التاسع عشر ، حيث بنى خطوط السكك الحديدية وأحواض بناء السفن والسفن البخارية. ^{[ 56 ]} ومن بين أبرز المهندسين في تلك الفترة نيكولا تيسلا ، المخترع غزير الإنتاج للتطبيقات الكهربائية؛ ^{[ 57 ]} وألكسندر غراهام بيل ، مخترع أول هاتف عملي ؛ ^{[ 58 ]} وجورج ستيفنسون ، رائد النقل بالسكك الحديدية؛ ^{[ 59 ]} ونيكولاس أوتو ، مصمم أول محرك احتراق داخلي حديث . ^{[ 60 ]}

أدت الثورة الصناعية إلى زيادة الطلب على الآلات ذات الأجزاء المعدنية، مما ساهم في تطوير العديد من أدوات الآلات . لم يكن من الممكن حفر أسطوانات الحديد الزهر بدقة حتى اخترع جون ويلكنسون آلة الحفر ، التي تُعتبر أول أداة آلة . ^{[ 61 ]} وشملت أدوات الآلات الأخرى مخرطة القطع اللولبي ، وآلة التفريز ، ومخرطة البرج ، وآلة تسوية المعادن . وتم تطوير تقنيات التشغيل الدقيق في النصف الأول من القرن التاسع عشر، وشملت استخدام أدوات توجيه لتوجيه أداة التشغيل فوق قطعة العمل، وأدوات تثبيت لتثبيت قطعة العمل في الوضع الصحيح. وأدت أدوات الآلات وتقنيات التشغيل القادرة على إنتاج أجزاء قابلة للتبديل إلى إنتاج المصانع على نطاق واسع بحلول أواخر القرن التاسع عشر. ^{[ 62 ]}

أدرج تعداد الولايات المتحدة لعام 1850 مهنة "المهندس" لأول مرة، حيث بلغ عدد الحاصلين عليها 2000 شخص. ^{[ 63 ]} كان عدد خريجي الهندسة في الولايات المتحدة أقل من 50 خريجًا قبل عام 1865. حصل جوزيا ويلارد جيبس ​​على أول درجة دكتوراه في الهندسة (وتحديدًا في العلوم والهندسة التطبيقية ) في الولايات المتحدة عام 1863؛ وكانت أيضًا ثاني درجة دكتوراه تُمنح في العلوم في الولايات المتحدة. [ 64 ^{] في عام} 1870، كان هناك 12 خريجًا في الهندسة الميكانيكية في الولايات المتحدة، وارتفع هذا العدد إلى 43 خريجًا سنويًا في عام 1875. في عام 1890، بلغ عدد المهندسين في مجالات الهندسة المدنية والتعدينية والميكانيكية والكهربائية 6000 مهندس. ^{[ 55 ]} لم يكن هناك كرسي للميكانيكا التطبيقية في كامبريدج حتى عام 1875، ولم يكن هناك كرسي للهندسة في أكسفورد حتى عام 1907. وقد أنشأت ألمانيا جامعات تقنية في وقت أبكر. ^{[ 65 ]}

شملت أسس الهندسة الكهربائية في القرن التاسع عشر تجارب أليساندرو فولتا ، ومايكل فاراداي ، وجورج أوم، وغيرهم، واختراع التلغراف الكهربائي عام ١٨١٦، والمحرك الكهربائي عام ١٨٧٢. أما العمل النظري لجيمس ماكسويل (انظر: معادلات ماكسويل ) وهاينريش هيرتز في أواخر القرن التاسع عشر، فقد أدى إلى نشأة مجال الإلكترونيات . وقد ساهمت الاختراعات اللاحقة، كالصمام المفرغ والترانزستور ، في تسريع تطور الإلكترونيات إلى حدٍّ جعل عدد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات يفوق عدد نظرائهم في أي تخصص هندسي آخر. ^{[ ٦ ]}

تطورت الهندسة الكيميائية في أواخر القرن التاسع عشر. ^{[ 6 ]} تطلبت عمليات التصنيع على نطاق صناعي واسع مواد وعمليات جديدة، وبحلول عام 1880، ازدادت الحاجة إلى إنتاج المواد الكيميائية على نطاق واسع لدرجة أدت إلى إنشاء صناعة جديدة متخصصة في تطوير وتصنيع المواد الكيميائية على نطاق واسع في مصانع صناعية جديدة. ^{[ 6 ]} تمثلت مهمة المهندس الكيميائي في تصميم هذه المصانع والعمليات الكيميائية. ^{[ 6 ]}

يُعدّ علم المواد، الذي نشأ في الأصل من صناعة السيراميك وما يُعتقد أنه مشتق منها من علم المعادن، أحد أقدم فروع الهندسة. ^{[ 66 ]} وقد تطور علم المواد الحديث مباشرةً من علم المعادن ، الذي تطور بدوره من استخدام النار. ومن أهم عناصر علم المواد الحديث نتاج سباق الفضاء ؛ فهم وهندسة السبائك المعدنية ، ومواد السيليكا والكربون ، المستخدمة في بناء المركبات الفضائية التي مكّنت من استكشاف الفضاء. وقد ساهم علم المواد ، وتأثر به، في تطوير تقنيات ثورية مثل المطاط والبلاستيك وأشباه الموصلات والمواد الحيوية .

يتناول هندسة الطيران تصميم الطائرات ، بينما يُعدّ مصطلح هندسة الفضاء مصطلحًا حديثًا يُوسّع نطاق هذا التخصص ليشمل تصميم المركبات الفضائية . تعود جذور هندسة الطيران إلى رواد الطيران في مطلع القرن العشرين، مع أن أعمال السير جورج كايلي تُرجمت مؤخرًا إلى العقد الأخير من القرن الثامن عشر. كانت المعرفة المبكرة بهندسة الطيران تجريبية إلى حد كبير، مع استيراد بعض المفاهيم والمهارات من فروع هندسية أخرى. ^{[ 67 ]} بعد عقد واحد فقط من رحلات الأخوين رايت الناجحة ، شهدت هندسة الطيران تطورًا واسعًا من خلال تطوير الطائرات العسكرية التي استُخدمت في الحرب العالمية الأولى . في الوقت نفسه، استمر البحث لتوفير أساس علمي متين من خلال الجمع بين الفيزياء النظرية والتجارب.

يستخدم المهندسون معارفهم في العلوم والرياضيات والمنطق والاقتصاد ، بالإضافة إلى خبراتهم أو معارفهم الضمنية ، لإيجاد حلول مناسبة لمشكلة معينة. ويتيح لهم إنشاء نموذج رياضي مناسب للمشكلة تحليلها (أحيانًا بشكل نهائي)، واختبار الحلول المحتملة. ^{[ 82 ]}

عادةً ما يوجد أكثر من حل لمشكلة تصميمية، لذا يجب تقييم خيارات التصميم المختلفة بناءً على مزاياها قبل اختيار الخيار الأنسب. ^{[ 83 ]} اقترح جينريخ ألتشولر ، بعد جمع إحصاءات عن عدد كبير من براءات الاختراع ، أن التنازلات هي جوهر التصاميم الهندسية " البسيطة "، بينما على مستوى أعلى، يكون أفضل تصميم هو الذي يزيل التناقض الأساسي المسبب للمشكلة. ^{[ 84 ]}

يسعى المهندسون عادةً إلى التنبؤ بمدى جودة أداء تصاميمهم وفقًا لمواصفاتهم قبل بدء الإنتاج على نطاق واسع. ويستخدمون، من بين أمور أخرى، النماذج الأولية ، والنماذج المصغرة ، والمحاكاة ، والاختبارات الإتلافية ، والاختبارات غير الإتلافية ، واختبارات الإجهاد . يضمن الاختبار أداء المنتجات كما هو متوقع، ولكن فقط في حدود ما يكون الاختبار ممثلاً للاستخدام الفعلي. بالنسبة للمنتجات، مثل الطائرات، التي تُستخدم بشكل مختلف من قبل مستخدمين مختلفين، فمن المتوقع حدوث أعطال ونواقص غير متوقعة (وتغييرات تصميمية ضرورية) طوال فترة تشغيل المنتج. ^{[ 85 ]}

يتحمل المهندسون مسؤولية تصميم منتجات تحقق الأداء المتوقع، ولا تُلحق الضرر بالناس، باستثناء تلك المستخدمة في مجالات محددة من صناعة الأسلحة . ويُدرج المهندسون عادةً هامش أمان في تصاميمهم للحد من مخاطر الأعطال غير المتوقعة. وتتجسد هذه الفلسفة في عقيدة شيشرون ، التي تُعتبر الآن المدونة الأخلاقية الأصلية للمهندسين. وشعاره، salus populi suprema lex esto ، يُترجم إلى "صحة الشعب (أو سلامته، أو رفاهيته) هي القانون الأسمى". ^{[ 86 ]}

يُعرف علم دراسة المنتجات المعيبة بالهندسة الجنائية . ويهدف إلى تحديد سبب العطل لإعادة تصميم المنتج ومنع تكراره. ويتطلب تحديد سبب عطل المنتج تحليلًا دقيقًا. وتتفاوت عواقب العطل في شدتها، بدءًا من التكلفة البسيطة لعطل آلة وصولًا إلى الخسائر الفادحة في الأرواح في حوادث الطائرات والمنشآت الثابتة الكبيرة كالمباني والسدود. ^{[ 87 ]} وقد تنشأ هذه الكوارث الهندسية واسعة النطاق نتيجةً لتقصير أو أخطاء في عملية التصميم، كالحسابات الخاطئة وسوء التواصل. ^{[ 88 ]} كما يمكن أن تحدث نتيجةً للإجهاد الناتج عن الإجهاد أو الحرارة أو التآكل . ^{[ 89 ]} وقد تلعب برامج الحاسوب المعيبة دورًا أيضًا. ^{[ 90 ]}

كما هو الحال في جميع المساعي العلمية والتكنولوجية الحديثة، تلعب الحواسيب والبرمجيات دورًا متزايد الأهمية. فإلى جانب برامج تطبيقات الأعمال التقليدية ، يوجد عدد من التطبيقات المدعومة بالحاسوب ( التقنيات المدعومة بالحاسوب ) والمخصصة للهندسة. ^{[ 91 ]} ويمكن استخدام الحواسيب لإنشاء نماذج للعمليات الفيزيائية الأساسية، والتي يمكن حلها باستخدام الطرق العددية . ^{[ 92 ]}

يُعدّ برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) من أكثر أدوات التصميم استخدامًا في هذا المجال . فهو يمكّن المهندسين من إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد ورسومات ثنائية الأبعاد ومخططات لتصاميمهم. كما يتيح برنامج CAD، بالاشتراك مع برنامج النمذجة الرقمية (DMU) وبرامج الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE) مثل تحليل طريقة العناصر المحدودة أو طريقة العناصر التحليلية ، للمهندسين إنشاء نماذج للتصاميم يمكن تحليلها دون الحاجة إلى إنشاء نماذج أولية مادية مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً. ^{[ 93 ]}  

تتيح هذه التقنيات فحص المنتجات والمكونات بحثًا عن العيوب، وتقييم ملاءمتها وتجميعها، ودراسة بيئة العمل، وتحليل الخصائص الثابتة والديناميكية للأنظمة، مثل الإجهادات ودرجات الحرارة والانبعاثات الكهرومغناطيسية والتيارات والفولتيات الكهربائية ومستويات المنطق الرقمي وتدفقات السوائل والحركة. ويتم تنظيم الوصول إلى هذه المعلومات وتوزيعها عادةً باستخدام برامج إدارة بيانات المنتجات . ^{[ 94 ]}

كما توجد العديد من الأدوات لدعم مهام هندسية محددة، مثل برامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) لإنشاء تعليمات تشغيل آلات CNC ؛ ^{[ 95 ]} وبرامج إدارة عمليات التصنيع لهندسة الإنتاج ؛ [ ^{96 ] وبرامج تصميم الدوائر الإلكترونية (} EDA ) للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) ^{[ 97 ]} ومخططات الدوائر لمهندسي الإلكترونيات؛ وتطبيقات الصيانة والإصلاح والتشغيل (MRO) لإدارة الصيانة؛ وبرامج الهندسة المعمارية والهندسة والإنشاءات (AEC) للهندسة المدنية. ^{[ 98 ]}

في السنوات الأخيرة، أصبح استخدام برامج الحاسوب للمساعدة في تطوير المنتجات يُعرف مجتمعاً باسم إدارة دورة حياة المنتج (PLM). ^{[ 99 ]}

وضعت العديد من الجمعيات الهندسية مدونات قواعد ممارسة ومدونات أخلاقية لتوجيه أعضائها وتوعية الجمهور. وتنص مدونة الأخلاقيات الخاصة بالجمعية الوطنية للمهندسين المحترفين على ما يلي:

الهندسة مهنةٌ مهمةٌ وذات مكانةٍ أكاديميةٍ رفيعة. وبصفتهم أعضاءً في هذه المهنة، يُتوقع من المهندسين التحلي بأعلى معايير الأمانة والنزاهة. وللهندسة تأثيرٌ مباشرٌ وحيويٌ على جودة حياة جميع الناس. وبناءً على ذلك، تتطلب الخدمات التي يقدمها المهندسون الأمانة والحياد والإنصاف والمساواة، ويجب أن تُكرس لحماية الصحة العامة والسلامة والرفاهية. ويجب على المهندسين العمل وفقًا لمعايير السلوك المهني التي تتطلب الالتزام بأعلى مبادئ السلوك الأخلاقي. ^{[ 113 ]}

في كندا، يرتدي المهندسون خاتم الحديد كرمز وتذكير بالالتزامات والأخلاقيات المرتبطة بمهنتهم. ^{[ 114 ]}

يدرس العلماء العالم كما هو؛ أما المهندسون فيخلقون العالم الذي لم يكن موجوداً من قبل.

توجد علاقة تداخل بين العلوم والهندسة؛ ففي الهندسة، يُطبَّق العلم. ويعتمد كلا المجالين على الملاحظة الدقيقة للمواد والظواهر، ويستخدمان الرياضيات ومعايير التصنيف لتحليل الملاحظات وتوصيلها.

قد يضطر العلماء أيضاً إلى إنجاز مهام هندسية، مثل تصميم أجهزة تجريبية أو بناء نماذج أولية. في المقابل، يجد المهندسون أنفسهم أحياناً، أثناء تطوير التكنولوجيا، يستكشفون ظواهر جديدة، ليصبحوا بذلك، مؤقتاً، علماء، أو بتعبير أدق "مهندسين علماء". ^{[ 118 ]}

في كتابه "ما يعرفه المهندسون وكيف يعرفونه" ^{[ 119 ]} ، يؤكد والتر فينسينتي أن البحث الهندسي يختلف في طبيعته عن البحث العلمي. فهو، أولاً، غالباً ما يتناول مجالاتٍ تُفهم فيها أساسيات الفيزياء أو الكيمياء جيداً، لكن المشكلات نفسها بالغة التعقيد بحيث يصعب حلها بدقة.

يوجد فرق "حقيقي وهام" بين الهندسة والفيزياء، كما هو الحال في أي مجال علمي آخر، يتعلق بالتكنولوجيا. ^{[ 120 ] [ 121 ]} الفيزياء علم استكشافي يسعى إلى فهم المبادئ، بينما تستخدم الهندسة هذه المعرفة لتطبيقها عمليًا. فالأولى تُحوّل الفهم إلى مبدأ رياضي، بينما الثانية تقيس المتغيرات المعنية وتُنتج التكنولوجيا. ^{[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ]} أما بالنسبة للتكنولوجيا، فالفيزياء علم مساعد، ويمكن اعتبار التكنولوجيا، من وجهة نظر معينة، فيزياء تطبيقية. ^{[ 125 ]} ورغم ترابط الفيزياء والهندسة، فإن هذا لا يعني أن الفيزيائي مؤهل للقيام بعمل المهندس. فالفيزيائي عادةً ما يحتاج إلى تدريب إضافي ذي صلة. ^{[ 126 ]} يعمل الفيزيائيون والمهندسون في مجالات مختلفة. ^{[ 127 ]} لكن الفيزيائيين الحاصلين على درجة الدكتوراه والمتخصصين في مجالات الفيزياء الهندسية والفيزياء التطبيقية يُطلق عليهم مسميات وظيفية مثل مسؤول التكنولوجيا، ومهندس البحث والتطوير، ومهندس النظم. ^{[ 128 ]}

ومن الأمثلة على ذلك استخدام التقريبات العددية لمعادلات نافيير-ستوكس لوصف التدفق الديناميكي الهوائي فوق طائرة، أو استخدام طريقة العناصر المحدودة لحساب الإجهادات في المكونات المعقدة. ثانيًا، تستخدم البحوث الهندسية العديد من الأساليب شبه التجريبية الغريبة عن البحوث العلمية البحتة، ومنها على سبيل المثال طريقة تغيير المعلمات. ^{[ 129 ]}

كما ذكر فونغ وآخرون في مراجعة النص الهندسي الكلاسيكي " أسس ميكانيكا المواد الصلبة" :

الهندسة تختلف اختلافًا كبيرًا عن العلوم. يسعى العلماء إلى فهم الطبيعة، بينما يحاول المهندسون ابتكار أشياء غير موجودة فيها. يركز المهندسون على الابتكار والاختراع. ولتجسيد أي اختراع، يجب على المهندس صياغة فكرته بشكل ملموس، وتصميم شيء يمكن للناس استخدامه. قد يكون هذا الشيء نظامًا معقدًا، أو جهازًا، أو أداة، أو مادة، أو طريقة، أو برنامج حاسوبي، أو تجربة مبتكرة، أو حلًا جديدًا لمشكلة ما، أو تحسينًا لما هو موجود بالفعل. ولأن التصميم يجب أن يكون واقعيًا وعمليًا، فلا بد من تحديد بيانات هندسته وأبعاده وخصائصه. في الماضي، وجد المهندسون العاملون على تصميمات جديدة أنهم لا يملكون جميع المعلومات اللازمة لاتخاذ قرارات التصميم. في أغلب الأحيان، كانت معرفتهم العلمية المحدودة تعيقهم. لذلك درسوا الرياضيات والفيزياء والكيمياء والأحياء والميكانيكا . وكثيرًا ما اضطروا إلى إضافة علوم أخرى ^ذات صلة بمهنتهم. وهكذا نشأت العلوم الهندسية. ^{[ 130} ]

على الرغم من أن الحلول الهندسية تستخدم المبادئ العلمية، إلا أنه يجب على المهندسين أيضًا مراعاة السلامة والكفاءة والاقتصاد والموثوقية وسهولة التنفيذ أو التصنيع، بالإضافة إلى الاعتبارات البيئية والأخلاقية والقانونية مثل انتهاك براءات الاختراع أو المسؤولية في حالة فشل الحل. ^{[ 131 ]}

إن دراسة جسم الإنسان، وإن اختلفت من حيث التوجهات والأهداف، تشكل رابطاً مشتركاً هاماً بين الطب وبعض التخصصات الهندسية. ويهدف الطب إلى الحفاظ على وظائف جسم الإنسان وإصلاحها وتعزيزها، بل وحتى استبدالها عند الضرورة، باستخدام التكنولوجيا .

يستطيع الطب الحديث استبدال العديد من وظائف الجسم باستخدام الأعضاء الاصطناعية، كما يمكنه تغيير وظائف الجسم البشري بشكل كبير من خلال أجهزة اصطناعية، مثل زراعة الشرائح الإلكترونية في الدماغ وأجهزة تنظيم ضربات القلب . ^{[ 132 ] [ 133 ]} ويُعنى مجالَا الهندسة الحيوية والهندسة الحيوية الطبية بدراسة الزرعات الاصطناعية المتعلقة بالأنظمة الطبيعية.

في المقابل، تنظر بعض التخصصات الهندسية إلى جسم الإنسان كآلة بيولوجية جديرة بالدراسة، وتُكرّس جهودها لمحاكاة العديد من وظائفه من خلال استبدال البيولوجيا بالتكنولوجيا. وقد أدى ذلك إلى ظهور مجالات مثل الذكاء الاصطناعي ، والشبكات العصبية ، والمنطق الضبابي ، والروبوتات . كما توجد تفاعلات متعددة التخصصات واسعة النطاق بين الهندسة والطب. ^{[ 134 ] [ 135 ]}

يقدم كلا المجالين حلولاً لمشاكل العالم الحقيقي. وهذا غالباً ما يتطلب التقدم قبل فهم الظواهر بشكل كامل وبمعنى علمي أكثر دقة، ولذلك فإن التجريب والمعرفة التجريبية جزء لا يتجزأ من كليهما.

يدرس الطب، جزئياً، وظائف جسم الإنسان. فجسم الإنسان، باعتباره آلة بيولوجية، له العديد من الوظائف التي يمكن نمذجتها باستخدام الأساليب الهندسية. ^{[ 136 ]}

على سبيل المثال، يعمل القلب بشكل مشابه للمضخة، ^{[ 137 ]} والهيكل العظمي يشبه بنية متصلة بأذرع، ^{[ 138 ]} وينتج الدماغ إشارات كهربائية وما إلى ذلك . ^{[ 139 ]} وقد أدت أوجه التشابه هذه، بالإضافة إلى الأهمية المتزايدة وتطبيق مبادئ الهندسة في الطب، إلى تطوير مجال الهندسة الطبية الحيوية الذي يستخدم المفاهيم المطورة في كلا التخصصين.

تقوم فروع العلوم الناشئة حديثًا، مثل بيولوجيا الأنظمة ، بتكييف الأدوات التحليلية المستخدمة تقليديًا في الهندسة، مثل نمذجة الأنظمة والتحليل الحسابي، لوصف الأنظمة البيولوجية. ^{[ 136 ]}

توجد روابط بين الهندسة والفن، على سبيل المثال، الهندسة المعمارية ، وهندسة المناظر الطبيعية ، والتصميم الصناعي (حتى أن هذه التخصصات قد تُدرج أحيانًا ضمن كلية الهندسة في الجامعة). ^{[ 141 ] [ 142 ] [ 143 ]}

على سبيل المثال، أقام معهد شيكاغو للفنون معرضًا عن فن تصميم الفضاء الجوي التابع لوكالة ناسا . ^{[ 144 ]} ويرى البعض أن تصميم روبرت مايلارت للجسر كان ذا طابع فني مقصود. ^{[ 145 ]} وفي جامعة جنوب فلوريدا ، قام أستاذ هندسة، من خلال منحة من المؤسسة الوطنية للعلوم ، بتطوير مقرر دراسي يربط بين الفن والهندسة. ^{[ 141 ] [ 146 ]}

من بين الشخصيات التاريخية الشهيرة، يُعد ليوناردو دافنشي فنانًا ومهندسًا معروفًا في عصر النهضة ، ومثالًا بارزًا على العلاقة الوثيقة بين الفن والهندسة. ^{[ 140 ] [ 147 ]}

يتناول هندسة الأعمال العلاقة بين الهندسة المهنية، وأنظمة تكنولوجيا المعلومات، وإدارة الأعمال، وإدارة التغيير . ^{[ 148 ]} أما إدارة الهندسة، أو "هندسة الإدارة"، فهي مجال متخصص في الإدارة يهتم بالممارسة الهندسية أو قطاع الصناعة الهندسية. ^{[ 149 ]}

أدى الطلب المتزايد على المهندسين ذوي التوجه الإداري (أو من منظور معاكس، المديرين ذوي الفهم الهندسي) إلى استحداث برامج دراسية متخصصة في إدارة الهندسة، تُنمّي المعارف والمهارات اللازمة لهذه الأدوار. خلال دراسة إدارة الهندسة، يكتسب الطلاب مهارات ومعارف وخبرات في الهندسة الصناعية ، إلى جانب معرفة إدارة الأعمال، وتقنيات الإدارة، والتفكير الاستراتيجي. ويجب أن يمتلك المهندسون المتخصصون في إدارة التغيير معرفة معمقة بتطبيق مبادئ وأساليب علم النفس الصناعي والتنظيمي .

غالبًا ما يتلقى المهندسون المحترفون تدريبًا ليصبحوا استشاريين إداريين معتمدين في مجال الاستشارات الإدارية المتخصص للغاية، والمطبق على الممارسة الهندسية أو القطاع الهندسي. ويتناول هذا العمل عادةً مبادرات تحول الأعمال المعقدة واسعة النطاق أو مبادرات إدارة عمليات الأعمال في قطاعات الطيران والدفاع، والسيارات، والنفط والغاز، والآلات، والأدوية، والأغذية والمشروبات، والكهرباء والإلكترونيات، وتوزيع وتوليد الطاقة، والمرافق وأنظمة النقل. ويُمكّن هذا المزيج من الممارسة الهندسية التقنية، وممارسة الاستشارات الإدارية، ومعرفة القطاع الصناعي، وخبرة إدارة التغيير، المهندسين المحترفين المؤهلين أيضًا كاستشاريين إداريين من قيادة مبادرات تحول الأعمال الكبرى. وعادةً ما ترعى هذه المبادرات كبار المديرين التنفيذيين.

في العلوم السياسية ، استُعير مصطلح الهندسة لدراسة موضوعي الهندسة الاجتماعية والهندسة السياسية ، اللذين يتناولان تشكيل الهياكل السياسية والاجتماعية باستخدام منهجية هندسية مقترنة بمبادئ العلوم السياسية . ^{[ 150 ]} وبالمثل، استُعير المصطلح في هندسة التسويق والهندسة المالية . ^{[ 151 ] [ 152 ]}

توفر كتب ويكي التالية موارد تعليمية مفتوحة تتعلق بالهندسة وتطوير البرمجيات: