공학
1. 개요
工學 / Engineering
인간의 수요에 의해 필요한 공업의 이론, 기술, 생산 등을 연구하는 응용과학 학문.
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 우리말로는 '무엇인가를 만든다' 이다. 우리말 단어인 공장工匠은 '장인이 물건을 만든다' 의 뜻을 갖고 있다.
2.3. 타 학문과의 비교
- 자연과학: 대부분의 사전에서 공학은 자연과학을 응용하는 학문으로 정의된다. 그렇다면 생각해보자, 공학이 자연과학을 응용함에도 불구하고 자연과학과 구분되는 이유는 무엇일까? 브루노 라투르 같은 과학자들은 테크노 사이언스라는 명칭으로 공학을 정의하곤 하지만, 이건 주류 의견은 아니다. 공학적 도구 없이는 자연과학은 엄밀한 실험을 진행할 수 없으며, 자연과학의 이론적 기반 없이는 공학은 논리 전개를 할 수 없다. 즉, 방향성 면에서 둘은 서로를 응용(사용)하는 관계이며, 그렇기 때문에 어느 한쪽이 다른 한쪽에 종속된다고 보기 어렵다.
- 인문학과 사회과학: 대게 공학에는 자연과학만 있다고 생각한다. 하지만 틀렸다. 공학은 절대적으로 인문학과 사회과학적 영역을 일부 포함하고 있다. 공학의 목표가 "인간에게 필요한 도구와 기술"을 만드는 것이기 때문이다. 인간에 대한 이해 없이, 인간이 필요로 하는 도구와 기술을 만드는 것은 불가능하다. 공학에서 개발방법론이나 요구공학 등의 이름으로 고객의 니즈를 분석하는 방법론을 포함하고 있는 이유다.
- 기능적 기술(Technology): 기능적 기술은 사물을 유용하게 가공하는 능력을 의미한다. 기능적 기술 그 자체만으론 물건을 생산하거나 수요를 창출할 수 없다. 어디의 어떤 고객들이 어떤 것을 원하는지에 대한 인문사회적 지식, 가공할 대상에 대한 자연과학적 지식 등을 가지고 있지 못하기 때문이다.
- 의학: 의공학과 생명공학과 같은 분야의 탄생으로 인해 의학과 공학의 경계가 조금 허물어졌다. 다만 아직까진 두 분야의 영역은 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 분류하지만, 사실 그냥 이름만 갖다 붙이면 학문이 되는 마법의 단어이기 때문에(예시: 스포츠공학, 인체공학, 사회공학, 정치공학, 경제성공학, 금융공학, 교육공학 등) 필요에 의해 그때그때 만들어진다. 이들을 분류해보면 기본적으로 원류가 되는 학제가 존재하는데, 아래 네가지로 나뉜다.[7]
3.1. 기계공학 (Mechanical Engineering)과 그 파생분야
고전역학을 기반으로 부품에 대한 연구와 수학적 예측과 분석을 통해 순차적으로 작동 가능한 하나의 시스템을 만드는 공학들이다. 제임스 와트의 증기기관을 시작으로 본격적인 연구가 시작된다고 본다.
- 자동차공학
- 철도공학
- 항공우주공학
- 조선/해양공학
- 음향공학
- 로봇공학
- 제조기계공학
- 나노기계공학
3.2. 화학공학 (Chemical Engineering)과 그 파생분야
19세기 중반 부터 화석연료의 사용량이 폭발적으로 늘자 해당 산업에 특화된 엔지니어들이 필요하다 여겨져, 기계공학에서 분과 되어 나온 학문, 따라서 역사가 약 100년정도로 여기 4대 메이저 공학중에는 제일 막내다. 화학품을 제조하고 취급하며 안전하게 공정, 관리, 이동, 그리고 이것을 통합할 플랜트의 설계 까지 연구하는 공학들이다. 화학물질 자체를 연구하는 것이 아니라, 화학적 조성이 밝혀진 물질을 어떻게 더 빠르고 효율적이고 안전하게 만드는지를 다룬다.
3.3. 전기공학 (Electrical Engineering)과 그 파생분야
전자기학을 기반으로 전기를 이용하는 방법에 대해 배우는 공학 분류이다. 용어상으론 전자공학과 구분하지만, 실제로는 이 둘을 나누기도 하고 나누지 않기도 하는데 전체적으로 뉘앙스 차이가 존재한다.
3.4. 토목공학 (Civil Engineering)과 그 파생분야
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 정역학이 주를 이루며, 어느 정도의 유체역학도 필요하다.
4. 역사
4.1. 탄생
일반적으로 공학은 과학에서 갈라져 나왔다고 한다. 공학의 시작은 정확히 특정하기는 어려우나, 자연에 존재하는 재료와 자연의 힘을 이용하여 인간의 필요를 채웠던 때로 생각할 수 있다. 결국 인간이 도구를 사용하던 시기로 거슬러 올라가게 될 것이다. 공학의 어원인 엔진(engine)은 라틴어의 ‘새로운 아이디어를 생각해내다.’ 라는 뜻의 단어에서 유래한다. 엔지니어(engineer)라는 단어는 기원후 200년경부터 사용되었으며 대포나 포위 공격탑과 같은 군사적 장비 또는 시설들을 개발하고 운용하는 직업인을 일컫는 말이었으나, 현대에서는 공학 활동을 위하여 새로운 아이디어를 생각해내는 전문가를 의미하게 되었다.
4.2. 과학적 체계화
과학적 공학의 탄생은 과학혁명의 공이 크다. 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 화학이 산업에 응용되기 시작하던 1850년대 이후이다. 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 공학'''이 탄생했고, 이 과학적 공학의 획기적인 발전이 산업혁명을 가능하게 했다.[8] 블랙이나 스티븐슨 같은 공학자들이 여기서 말하는 과학적 공학자들이다.
4.3. 산업혁명과 공학의 발전
산업혁명이 일어난 영국에서 1771년 존 스미턴은 군사공학(military engineering)이 아닌 도로, 교량, 운하 등 주로 토목과 관련된 그리고 일반 시민들의 일상생활에 도움이 되는 시민공학(civil engineering)[9]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.[10] 또한 전자부품에 관한 전자공학과는 독립적으로 수학자들에 의해 컴퓨터과학 역시 탄생하게 된다. 이런 하드웨어의 전자공학과 소프트웨어의 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 순수하게 연구를 하는 자연과학과는 분위기가 다르며 일부 공과대학 교수들은 "너희들은 돈 벌려고 온 거야" 라고 뼈아픈 농담을 한다.[11] 아닌 게 아니라 사회 요구가 많은 학문이므로 공학배우면서 [12] 밥 굶을 걱정은 할 필요는 거의 없다.
이러한 공학의 응용성은 미국에서 공학을 뜻하는 표현으로 응용물리학(applied physics)이라는 단어를 쓰고 있는 데에서도 찾아볼 수 있다. 예를 들어 빅뱅 이론의 하워드 조엘 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》[13]
中
계기학과 기계학이야말로, 그 무엇보다 고상하고 유용한 과학이다. - 레오나르도 다 빈치
6. 공교육에서의 공학
이하 관련 문서는 공학 관련 정보 문서를 참고 바람.
[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] The Oxford Handbook of Interdisciplinarity. Oxford University Press, 2010.(pp 149 – 150)[8] 박성래 외 2명,'과학사',전파과학사,2013,p215[9] 직역하면 시민공학이고 보통 토목공학으로 부른다.[10] 전기의 고갈이란 곧 현대문명의 붕괴를 의미할 정도로 전기는 인간에게 있어 필수불가결한 존재이다.[11] 실제로 대다수의 공대 교수들이 효율적이거나 창의적인 설계도 중요하지만 무엇보다 '''돈이 잘 벌리는 물건'''을 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.[12] 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 않고 이 정도는 알고가야 어디가서 무시는 안 당할 정도로만 가르치는 정도다.[13] 권오상 저