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1. 개요
工 學 / Engineering공학이란 공업의 이론 및 기술, 생산 등을 연구하는 응용과학에 속하는 학문이다.
2. 공학이란 무엇인가
2.1. 학자들의 의견
공학이 무엇인지에 대해서는 학자들마다 다른 의견을 갖고 있다. 공학에 대한 정의 중 일부만을 소개한다.- 공학이란 기술적 문제를 발견하고 기술적 해결책을 제시하는 학문이다.[1]
- 공학은 과학적이고 잘 조직된 지식을 현실적인 문제해결에 체계적으로 적용하는 것이다.[2]
- 공학은 기계류와 관련된 하드웨어나 소프트웨어를 포함할 수도 그렇지 않을 수도 있는 것으로서, 어떤 특정한 과제를 수행하는데 있어서 요구되는 실천적인 문제 해결의 기법이다.[3]
- 공학은 기계적 생산품 또는 발명품 이상의 체계적 사고의 과정이며 방식이다.[4]
- 과학 기술의 진화를 측정(measurement) → 모델링(modeling) → 조작(manipulation) 의 3단계로 구분한다면, 측정 단계를 과학의 탄생으로 정의할 수 있으며, 조작 단계를 공학으로 정의할 수 있다.[5]
- 헨리 페트로스키는 과학은 연구하여 문제를 발견하고, 공학은 개발하여 문제를 해결하는 것이라고 생각한다. 예를 들어 과학자들이 공기와 식수에 들은 미생물이 치명적인 질환을 일으킨다는 것을 발견했지만, 공학자들이 여과 및 소독 기술을 개발하고서야 식수에서 미생물을 제거할 수 있었다. 반대로 과학자들이 문제의 원인을 명확하게 알아내지 못했다면 공학적 문제해결은 불가능했을 것이다. 그는 이런 점에서 과학과 공학을 상호보완적인 관계로 보았다.[6]
2.2. 어원
Engineering은 라틴어의 ingenium에서 나온 말인데 한국어로는 '무엇인가를 만든다' 이다. 한자어 공장工匠은 '장인이 물건을 만든다' 의 뜻을 갖고 있다. 새로운 미래 예측을 가능하게 하는 것을 만든다.2.3. 타 학문과의 비교
- 자연과학: 대부분의 사전에서 공학은 자연과학을 응용하는 학문으로 정의된다. 브뤼노 라투르 등 일부 학자들은 테크노 사이언스라는 명칭으로 공학을 정의하지만 주류 의견은 아니다. 자연과학만으론 엄밀한 공학 실험을 진행할 수 없으며, 반대로 자연과학의 이론적 기반 없이는 공학의 논리 전개를 할 수 없다.[7] 즉, 방향성에서 두 학문은 서로를 응용(사용)하는 관계이며, 그렇기 때문에 어느 한쪽이 다른 한쪽에 종속된다고 보기 어렵다.
- 인문학과 사회과학: 공학은 자연과학 이외에 필연적으로 인문학과 사회과학적 영역을 일부 포함하고 있다. 이는 공학의 목표가 "인간에게 필요한 도구와 기술"을 만드는 것이기 때문이며, 이를 실현시키려면 인간을 이해해야한다. 공학에서 개발방법론이나 요구공학 등 고객의 니즈를 분석하는 방법론을 포함하는 것도 이러한 이유 때문이다.
- 기능적 기술(Technology): 기능적 기술은 사물을 유용하게 가공하는 능력을 의미한다. 기능적 기술 그 자체만으로 물건을 생산할 수는 있지만, 그것만으로 수요를 창출할 수 있다는 보장은 없다. 어디의 어떤 고객들이 어떤 것을 원하는지에 대한 인문사회적 지식, 가공할 대상에 대한 자연과학적 지식, 수식과 데이터를 활용하여 연구하는 능력 등을 가지고 있지 못하기 때문이다.
- 의학: 의공학과 생명공학과 같은 분야의 탄생으로 인해 의학과 공학의 경계가 조금 허물어졌지만, 아직까진 두 분야의 영역은 분명하게 나뉘어 있다. 먼저 의학은 환자의 증상을 측정하는 방법, 측정된 증상으로부터 환자의 병을 유추해내는 방법, 그리고 이에 따른 치료법까지를 포함한다. 반면 공학은 특정 치료법이나 특정 증상 측정기법, 특정 유추 기법에 필요한 도구들을 제작하는 입장이다. 공학의 영역에는 특정 기법에 적합한 도구를 제작하는 방법을 포함하고는 있지만, 그 기법들이 어떻게 연계되는지에 대해선 포함하고 있지 않다.
- 예술: 공학은 기본적으로 예술적인 활동이다. 고객들의 니즈를 충족시킨다는 것은 물리적 기능뿐만 아니라 시청각적인 만족감 역시 제공하는 것이기 때문이다. 산업 디자인의 이전 명칭이 공업 디자인이던 이유는 여기에 있다. 물론 일반적인 예술과 달리 자연과학의 영향을 굉장히 많이 받았다는 차이가 있다.
2.4. 결론
공학이란 기본적으로 자연과학적 지식을 통해 사물을 이해하고, 인문사회적 지식을 통해 사람들의 요구를 파악하고, 이를 기술자들이 체계적으로 구현할 수 있는 방법을 만들면서도, 어느정도는 미적 감각을 살리는, 매우 종합적인 학문이라 볼 수 있다.3. 분류
전통적으론 크게 4가지 대분류와 학제간 공학, 그리고 미분류로 분류한다. [8] 그러나 공학이라는 단어에서 나오는 전문적이고 기술적인 뉘앙스 때문에 스포츠공학, 인체공학, 사회공학, 정치공학, 경제성공학, 금융공학, 교육공학 등 4대 학제와 상관없는 분야들도 탄생하고 있다.3.1. 기계공학(Mechanical Engineering)과 관련분야
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고전역학과 열역학을 기반으로 부품에 대한 연구와 수학적 예측과 분석을 통해 순차적으로 작동 가능한 하나의 시스템을 만드는 공학들이다. 제임스 와트의 증기기관을 시작으로 본격적인 연구가 시작된다고 본다.
3.1.1. 기계 계열
3.1.2. 기전 계열
3.2. 화학공학(Chemical Engineering)과 관련분야
19세기 중반 부터 에너지에 대한 연구가 폭발적으로 늘자 해당 전공에 특화된 엔지니어들로부터 연관된 학문이다. 특히 석유공학이 매우 유명하며, 석유공학은 미국 대학교의 수많은 전공들 중 가장 높은 연봉을 보장받고 있다.3.2.1. 화학 계열
3.2.2. 생명 계열
3.3. 전기공학(Electrical Engineering)과 관련분야
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전자기학을 기반으로 전기를 이용하는 방법에 대해 배우는 공학 분류이다.
3.3.1. 전기 계열
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컴퓨터 과학(영어: computer science, 컴퓨터 사이언스) 또는 전산학은 계산(computation), 정보(information) 그리고 자동화(automation)에 대한 학문이다.
3.4. 토목공학(Civil Engineering)과 관련분야
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Civil Engineering · Architectural Engineering
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문명을 살아가는 데 필요한 건설물들을 짓는 데에 중점을 두는 공학 분류다. 문명의 시작과 함께했기에 당연히 그 역사는 다른 공학과는 비교를 불허하나, 정작 토목공학이 정식으로 산업과 공학의 입장에서 연구된 건 공병(Military Engineering)계의 지식을 들여왔던 18세기에 본격적으로 발전하기 시작했다. 고전역학을 기반으로 정역학과 고체역학이 주를 이루며, 어느 정도의 유체역학도 필요하다.
3.4.1. 건설 계열
3.4.2. 환경 계열
3.5. 융합 분야
- 교육공학
- 안전공학
- 물류공학
- 산업공학: 공장의 생산 및 품질수준을 관리하고 최적화하기 위해 수학, 통계학, 컴퓨터과학, 데이터과학을 응용한 분야.
- 금융공학
- 소방공학
- 인간공학
- 철도공학
- 예술공학
4. 역사
4.1. 탄생
공학의 시작은 정확히 특정하기는 어려우나, 문명의 시작이 곧 공학의 시작이라고 할 수 있다. 문명은 인간이 문자를 만들어 쓰는 과정에서 숫자가 등장하고, 숫자를 다루는 수학이 발달하면서 그에 따라 정량적인 사고를 통해 기술적 기술 경험을 직관적이고 체계적인 지식으로 만들어낼 수 있게 되었다.[10]공학(engineering)의 어원인 엔진(engine)은 라틴어의 ‘새로운 아이디어를 생각해내다.’ 라는 뜻의 단어 Ingenium에서 유래되었다. 엔지니어(engineer)라는 단어는 기원후 200년경부터 사용되었으며 대포(투석기)나 포위 공격탑과 같은 군사적 장비 또는 시설들을 개발하고 운용하는 직업인을 일컫는 말이었으나, 현대에서는 공학 활동을 위하여 새로운 아이디어를 생각해내는 공학자를 의미하게 되었다.
4.2. 과학적 체계화
공학은 과학혁명과 함께 학문으로서 체계화되었다. 과학혁명이 발생하고 많은 분야에 과학적 사고가 도입되면서 기존의 기술개발에도 과학적 사고가 스며들었다. 공학에 대한 오해 중 하나가 과학의 발전으로 얻어진 과학지식의 응용이 공학의 시작이라는 주장인데, 실제로 과학지식이 본격적으로 공학에 응용되기 시작한 것은 전기와 화학이 산업에 응용되기 시작하던 19세기 중후반 제2차 산업 혁명시기부터이다. 즉 그전에 과학은 자기들 일 처리하느라 바빴지 공학에 한 공헌은 거의 없다. 그래도 아주 영향을 안 끼친 건 아닌데, 과학혁명을 통해 탄생한 과학적 사고가 스며들어 소위 과학적 공학이 탄생했고, 이 과학적 공학의 획기적인 발전이 산업혁명을 가능하게 했다.[11] 블랙이나 스티븐슨 같은 공학자들이 여기서 말하는 과학적 공학자들이다.4.3. 산업혁명과 공학의 발전
산업혁명이 일어난 영국에서 1771년 존 스미턴(John Smeaton)은 군사공학(military engineering)이 아닌 도로, 교량, 운하 등 주로 토목과 관련된 그리고 일반 시민들의 일상생활에 도움이 되는 시민공학(civil engineering)을 제창하였다. 그리고 1818년에는 세계 최초의 시민공학회(토목공학회)가 영국에서 결성되었으며, 공학은 자연에 있는 거대한 동력원을 사람들에게 유리하게 쓸 수 있게 하는 기술이라고 정의하였다. 이렇게 기존의 건설 시공에서 역시 과학적 방법론이 적용되면서 만들어진 토목공학은 새로운 근대 인간사회의 인프라 수요를 해결하고 건설물들을 점점 더 거대하게, 정교하게, 견고하게 건설할 수 있었다. 또한 산업혁명으로 인해 점점 발달하는 증기기관과 그로부터 나오는 다양한 산업기계들을 연구하는 기계공학이 탄생 및 발전하게 되었고 1847년에는 기계공학회가 만들어졌다. 기계공학의 발전으로 나온 수많은 기계들은 인간의 산업수준을 한층 발전시켰으며 생활을 더욱더 편리, 윤택하게 만들어 주게 된다.4.4. 전기에너지와 전자기기
또한 전신기기의 발달로 전신공학회가 1871년에 창립되었다. 전력기기의 발달로 전기공학이 탄생하였으며 1881년에 전기공학회가 만들어졌다. 여기서 각종 전자제품의 기반이 되는 전자공학이 갈라져 나왔다. 발전하는 전기 기술을 바탕으로 인류는 전기를 이용해 근현대 문명을 쌓아 올리게 된다. 인간이 만들고 사용하는 대부분의 이기들이 전기에너지를 동력원으로 사용하게 되면서 전기는 현대 인류 문명을 떠받치는 가장 중요한 에너지로 바뀌게 된다.[12] 또한 전자공학과는 독립적으로 수학자들에 의해 정보처리의 토대가 되는 컴퓨터과학 역시 탄생하게 된다. 이런 전자공학과 컴퓨터과학의 발전과 융합으로 인해 현대 문명의 알파와 오메가라 할 수 있는 컴퓨터가 만들어지고 아주 빠른 속도로 발전하게 된다. 그리고 현재 컴퓨터는 인간의 생활과 문명에서 빼놓을 수 없는 정말 중요한 물건이 되었다.4.5. 다양한 파생 분야의 등장
공학의 전문분화는 20세기에 들어서자 더욱 진척되었고 그에 맞춰 기계공학에서 화학공학, 토목공학에서 건축공학 같이 많은 공학 분야들이 파생되어 보다 전문화된 공업을 연구할 수 있게 되었다. 또한 아인슈타인으로부터 현대물리학이 탄생하고 그로부터 얻은 원자력 에너지란 지식을 활용하기 위해 원자력공학이 탄생하였고 이후 기술과 과학 지식이 더욱 발달하며 생체 분야의 응용성을 연구하는 생명공학이 생겼으며 공장, 공정의 경영, 관리를 다루는 산업공학 등 수많은 학과가 생겨났다. 그리고 항공기술 발달로 항공우주공학도 생겨났으며, 환경을 중시하게 되면서 환경공학도 생겨나게 되었다. 그 외에 파생학과, 이색학과를 따지게 되면 그 수는 수없이 늘어난다.4.6. 21세기
위 문단을 보면 알겠지만 과학적 지식의 응용을 연구하는 공학의 특성상 사회의 요구가 있을 때마다 해당 분야가 생기는 형태로 계속해서 발전되고 있는 것이 가장 큰 특징이다. 따라서 다루는 분야가 매우 넓으며 해당 분야들의 응용성을 연구해 바로바로 적용해야 하므로 발달 속도가 빠르며 그 깊이가 매우 깊다.공학 분야 자체가 응용을 하는 데서 태어났으므로 실용주의적인 분위기가 있다.[13] 각 분야에서 수요가 엄청난 학문이므로 공학은[14] 매우 유용하다.[15][16]
이러한 공학의 응용성은 미국에서 공학을 뜻하는 표현으로 응용물리학(applied physics)이라는 단어를 쓰고 있는 데에서도 찾아볼 수 있다. 예를 들어 빅뱅 이론의 하워드 왈로위츠는 자신을 응용물리학도라고 소개하지만, 주위의 대접도 공돌이 취급이고 실제로 하는 일도 공학도가 하는 일이다. 본인도 자기 직업으로 applied physicist와 engineer를 번갈아 가면서 표현한다.
2016년 기준 과기부에서 배포하는 연구개발활동조사보고서에 따르면 전체 의료계, 이공계, 인문계, 사회과학계 등을 모두 포함한 연구원들의 전공 비중 중 기초과학은 12.3퍼센트였다. 이걸 화학과나 레이저 관련 물리학과, 기상학과 등 어느정도 연구원 비중이 높은 기초과학과들과 나누면 비중은 더 적어질 것으로 보인다. 반면 공학 전공자 연구원은 전체의 67퍼센트 이상이었으며, 이 수치는 2011년부터 2016년까지 거의 변함이 없었다. 즉, 공학계열은 기업이든 대학이든 정출연이든 어디든간에 사회적으로 중요시 여겨지며 연구투자도 많다.
5. 관련 어록
과학의 관점에서는 최초가 너무나 중요하지만, 엔지니어링의 관점에서는 최초는 그렇게 중요하지 않다. 왜냐하면, 엔지니어링은 먼저 한 것이 중요한 것이 아니라 결과적으로 어떻게 얼마나 잘 하는가가 중요하기 때문이다
《노벨상과 수리공》[17] 中
《노벨상과 수리공》[17] 中
계기학과 기계학이야말로, 그 무엇보다 고상하고 유용한 과학이다. -
레오나르도 다 빈치
6. 창작물에서의 공학
- 기계공학, 로봇공학, 방산공학: 천재 영웅이 병기를 만드는 분야로 주로 등장한다.
- 월드 오브 워크래프트/전문 기술 중 기계공학
- 아이언맨: 공학기술을 이용해 첨단 병기를 만드는 미국 만화 히어로다.
- 항공우주공학 및 기타 기계공학: Kerbal Space Program 시리즈
- 매드 사이언티스트: 대부분이 과학이 아닌 공학에 충실하게 묘사된다. 손만 잡고 잤을 텐데라는 시드노벨에서는 주인공이 그럼 매드 사이언티스트가 아니라 매드 엔지니어 아니냐고 깐 적이 있다. 정작 자기도 매드 사이언티스트라고 자칭하면서 결과물은 공학적 물품밖에 없다(...).
7. 공학 교육과정
7.1. 한국의 기초교육
기술가정, 정보, 융합과학 교과에서 공학에 대한 교양 수준적인 이론들을 다루며 물리교과에서 물리의 응용이라는 부분으로 엮여서 서술되어 있다. 2015개정 교육과정 고등학교 기술 진로 선택 교과에 '공학일반'교과가 편재되어 있어 기초교육 교과로 자리매김 하였다. 나아가, 2022 개정교육과정에서는 기술가정 중 고등학교 기술교과에서 고등학교 일반교과 최초로 '공학'이라는 단어를 학문적으로 사용하게 되었다. 교양 수준을 넘은 '공대'진학을 위한 진로 선택 교과로 '로봇과 공학세계', '창의공학설계', '지식재산일반'이라는 3개의 기술교과 분야 진로심화 교과를 편성하고 중등의 기술교과에서의 공학 개념과 고등학교에서의 공학, 대학가지 연결 가능한 기초교육 실현을 위해 정착하고 있다.7.2. 대학(university)
공학을 전문적으로 다루는 대학을 공과대학 혹은 공학대학이라 부른다.
7.3. 과학기관
- 국가과학기술연구회
- 국가수리과학연구소(NIMS)
- 국립과학수사연구원
- 국립기상과학원
- 국립보건연구원
- 국립산림과학원
- 국립생물자원관
- 국립생태원
- 국립소방연구원
- 국립수목원
- 국립수산과학원
- 국립원예특작과학원
- 국립재난안전연구원
- 국립축산과학원
- 국립해양문화재연구소
- 국립해양생물자원관
- 국방과학연구소(ADD)
- 기초과학연구원(IBS)
- 안전성평가연구소(KIT)
- 빅데이터분석연구소
- 양산 바이러스 연구소
- 포항가속기연구소
- 항공안전기술원
- 한국과학기술정보연구원(KISTI) - 해당 기관의 경우 서울에 분원이 있으며, 분원에도 학위과정중인 학생들이 있다.
- 한국기계연구원(KIMM)
- 한국기초과학지원연구원(KBSI)
- 한국국방연구원
- 한국기상산업기술원
- 한국건설기술연구원(KICT)
- 한국나노기술원
- 한국뇌연구원
- 한국물기술인증원
- 한국보건의료연구원
- 한국생산기술연구원(KITECH)
- 한국생명공학연구원(KRIBB)
- 한국소방산업기술원
- 한국식품연구원
- 한국에너지기술연구원(KIER)
- 한국원자력안전기술원(KINS)
- 한국원자력연구원(KAERI)
- 한국원자력통제기술원(KINAC)
- 한국원자력의학원
- 한국전자통신연구원(ETRI)
- 한국지질자원연구원(KIGAM)
- 한국저작권보호원
- 한국지식재산연구원
- 한국재료연구원(KIMS)
- 한국전기연구원(KERI)
- 한국천문연구원(KASI)
- 한국철도기술연구원(KRRI)
- 한국파스퇴르연구소(IPK)
- 한국표준과학연구원(KRISS)
- 한국핵융합에너지연구원(KFE)
- 한국항공우주연구원(KARI)
- 한국화학연구원(KRICT)
- APEC기후센터
- UST
- DGIST(대구경북과학기술원)
- GIST(광주과학기술원)
- KAIST(한국과학기술원)
- UNIST(울산과학기술원)
- KIOST
7.4. 기업
[1]
학문명백과 : 공학 에서 인용
[2]
Galbraith(1967)
[3]
Heinich 등(1996)
[4]
Finn(1964)
[5]
더글러스 로펜버거 교수
[6]
공학을 생각한다, 헨리 페트로스키 저
[7]
대표적으로
화학과
화학공학.
[8]
The Oxford Handbook of Interdisciplinarity. Oxford University Press, 2010.(pp 149 – 150)
[9]
미국
대학교의 수많은
전공들 중 가장 높은
연봉을 받는
학문이 바로
석유 공학 (Petroleum Engineering) 이다.
[10]
반면에 기능적 기술의 시작은 자연에 존재하는 재료와 자연의 힘을 이용하여 인간의 필요를 채웠던 때로 생각할 수 있어 결국 인간이 도구를 사용하던 시기로 거슬러 올라간다.
[11]
박성래 외 2명,'과학사',전파과학사,2013,p215
[12]
전기의 고갈이란 곧 현대문명의 붕괴를 의미할 정도로 전기는 인간에게 있어 필수불가결한 존재이다.
[13]
실제로 대다수의 공대 교수들이 효율적이거나 창의적인 설계도 중요하지만 무엇보다 돈이 잘 벌리는 공학을 설계하라고 강조한다. 애당초 공학의 취지 자체가 대부분 쓸모있는 것을 만드는 학문이고, 쓸모있는 것은 대부분 돈이 되는 것들이며, 쓸모는 있지만 돈이 되지 않는 걸 개발했다가 후세에는 어떻게 될지 몰라도 당장 자신이 손해를 보면 봤지 이득볼 일이 거의 없기 때문이다.
[14]
2, 3년제 전문대는 공학을 가르치지 않는다. 전문대학들이 인하공업전문대학, 동양공업전문대학 같이 공업이라는 명칭을 사용한다는 게 그 증거. 흔히들 공학과 공업을 같은 것으로 보는 사람이 있으나 공학은 기술을 만드는 학문이고, 공업은 그 기술을 사용하는 산업이다. 전문대학은 기술을 가르치지 학문을 가르치지는 않고 설령 가르친다고 해도 한 학년 과정에 많아야 두세 개 정도로 많지 않다.
[15]
이 실용성을 중시하는 분위기 탓에 우스갯소리도 몇 개 있다. 한 서양 유머에서는 한 사람이 깡통따개는 없고 통조림이 잔뜩 있는 세 방에 공학자, 과학자, 수학자를 잡아 넣었는데, 한참 뒤에 가보자 수학자는 모든 통조림의 부피와 겉넓이 등을 계산해냈지만 정작 따지를 못해서 굶어 죽었고(...), 과학자는 통조림을 벽에 반복적으로 던져 충격으로 뚜껑을 따서 먹고 있었으며 그사이 수 차례의 시도에 걸쳐 통조림을 따기에 가장 훌륭한 각도로 던지는 공식을 만들고 있었다. 마지막으로 공학자가 있는 방을 가보니 이미 알아서 깡통따개를 제조해냈으며, 통조림 캔과 내용물을 이용해 만든 도구로 벽을 부수고 이미 탈출한 지 오래였다고...
[16]
이 우스갯소리는 세 학문의 특성을 설명하는 농담인데, 수학은 가장 기초적인 학문으로써 대상을 분석하고 데이터를 추출해내는 데 능하나 그 데이터를 사용하는데는 다른 학문의 도움이 필요하고, 물리학/생물학 등의 자연과학은 관찰이나 실험을 거치거나 우연을 통해 알아낸 정보를 조합해 소위 말하는 "법칙"을 만드는 데 능하며, 공학은 뭔가 알아내기보다는 그냥 그 대상을 사용해 당장 닥친 문제를 해결하는 것에 중점을 둠을 의미한다.
[17]
권오상 저