공학

工學 / Engineering

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공학에 대한 상상과 현실

1 개요

과학의 범위
자연과학물리학 · 화학 · 생명과학(생물학) · 지구과학 · 천문학
형식과학수학 · 통계학 · 논리학 · 암호학 · 이론전산학 · 결정이론
응용과학공학 · 의학 · 수의학 · 치의학 · 약학 · 건축학 · 농학 · 컴퓨터과학
사회과학정치학 · 사회학 · 경제학 · 지리학 · 인구통계학
과학이 아닌 것유사과학 · 비과학 · 반과학 · 변경지대의 과학 · 인문학

순수한 자연 자체를 연구하는 자연과학과 달리, 기술을 연구하는 응용과학의 일종. 단순하게 생각해서 자연 현상 그 자체에 호기심을 갖고 탐구하는 것은 자연과학이고, 자연 현상을 어떻게 이용하고 보급할지를 탐구하는 것은 공학이라고 볼 수 있다. 흔히 기술이라고 말하면 대게 공학을 뜻하게 된다.

유럽에서 뒤늦게 과학이 신학에서 분리되어 발전된 이후 얻게 된 과학적 사고와 지식들을 어떻게 이용할지에 대한 고민은 필수적으로 하게 되는 고민이다. 초창기에는 많은 발견이 이루어진 과학의 일부로 시작하였으나 이를 응용할 공학적 지식의 필요성이 더욱 늘어나면서 분리되어 발전되었다. 그러나 과학도 공학도 같은 현상에 대해 어떤 마인드로 접근하느냐의 차이에서 갈린 학문이기 때문에 공학적 지식과 과학적 지식이 서로 긴밀하게 영향을 주면서 발전했으며, 이 관계는 현재에도 마찬가지고 미래에도 계속될 것이다.

21세기 초 들어 통섭이 대세로 떠오르면서 융합학과 등에서 과학과 공학의 여러 분야를 통합해 연구가 활발히 이루어지고 있다. 통합 에너지학과의 태양전지 분야를 예로 들면 태양 전지의 주요 소재인 실리콘을 다루는 재료공학과, 기타 실리콘 외 보조 소재를 다루는 고분자공학, 공정을 다루는 화학공학, 기계 설비를 다루는 기계공학, 메커니즘을 직접적으로 연구하는 화학 및 물리학, 이를 보급할 산업공학 등 학과간 통합 연구가 절실히 필요하고 통합을 통해 연구 효율을 높이고 있다.

사회의 다양성과 인간의 필요성의 다양화가 증가함에 따라, 최근에는 사전적 정의와는 달리 조금 더 광범위한 범위에서 사용되고 있다.

2 분류

전통적으론 크게 4가지 대분류와 학제간 공학, 그리고 미분류로 분류하지만, 사실 그냥 이름만 갖다 붙이면 학문이 되는 마법의 단어이기 때문에(예시: 스포츠공학, 인체공학, 경제공학, 금융공학, 교육공학 등) 필요에 의해 그때그때 만들어진다.

주로 공학에 포함되는 공학의 분야를 크게 나눈다면 흔히 다음과 같은 4가지로 나누어진다.[1]

  • 기계공학(Mechanical Engineering) 분류 : 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, 항공우주공학, 조선/해양공학, 음향공학, 광학공학도 기계공학의 일부로 취급된다.
  • 화학공학(Chemical Engineering) 분류 : 화학품을 제조하고 취급하며 안전하게 공정, 관리, 이동까지 연구하는 공학들이다. 당연히 화학의 공학버전이 아닌, 기계공학의 화학버전으로서 다뤄진다. 화학, 생물학, 물리학, 수학, 공정시스템, 경제학응? 전반을 다룬다. 이 분류에서는 재료공학이나 생명공학이 여기로 포함된다.
  • 전기공학(Electrical Engineering) 분류 : 전자기학을 기반으로 전기를 이용하는 방법에 대해 배우는 공학 분류이다. 용어상으론 전자공학과 구분하지만, 실제로는 이 둘을 나누기도 하고 나누지 않기도 하는데 전체적으로 뉘앙스 차이가 존재한다. 컴퓨터공학, 전기공학, 전자공학 등이 여기에 포함된다.
  • 토목공학(Civil Engineering) 분류 : 문명을 살아가는데 필요한 건축물들을 짓는데에 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. 정역학이 주를 이루며, 어느 정도의 유체역학도 필요하다. 건설공학, 광산공학, 수력공학, 교통공학, 도시공학이 여기에 속한다.

3 역사

일반적으로 과학은 신학에서, 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.

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 끼친건 아닌데, 과학혁명을 통해 탄생한 과학적 사고가 스며들어 소위 과학적 공학이 탄생했고, 이 과학적 공학의 획기적인 발전이 산업혁명을 가능하게 했다.[2] 블랙이나 스티븐슨 같은 공학자들이 여기서 말하는 과학적 공학자들이다.

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)을 제창하였다. 그리고 1818년에는 세계 최초의 시민공학회(토목공학회)가 영국에서 결성되었으며, 공학은 자연에 있는 거대한 동력원을 사람들에게 유리하게 쓸 수 있게 하는 기술이라고 정의하였다.

그 후 산업혁명으로 인해 증기기관차 등 기계공업이 발달하게 되어 기계공학회가 1847년에 분화 독립하였다.

또한 전신기기의 발달로 전신공학회가 1871년에 창립되었으며, 전력기기의 발달로 1881년에 전기공학회라 개칭하였다. 여기서 전자제품의 기반이 되는 전자공학이 갈라져 나오고, 여기서 위키니트우리의 인생을 책임져줄 컴퓨터공학 또한 갈라져 나왔다. 통신공학도 전자공학에서 갈라져 나온 학과다.

공학의 전문분화는 20세기에 들어서자 더욱 진척되어 화학공학, 재료공학, 원자력공학 등이 탄생하였다. 석유 응용성의 발견과 함께 그 중 범용성이 매우 넓은 유기화학 물질의 설비를 중점적으로 다루는 화학공학이 갈라져 나오고, 유기재료의 범용성 때문에 거기서 재료만을 따로 분리할 필요가 있어 나온 학과가 고분자공학이다.

이후 기술들과 과학 지식이 더욱 발달하며 생체 분야의 응용성을 연구하는 유전공학이 생겼으며 건축의 보급과 발달로 인한 건축공학, 그리고 건축이 스케일이 더욱 커진 토목공학이 생겨났고, 응용물의 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 현재

발전 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.[3] 아닌게 아니라 사회 요구가 많은 학문이므로 공학배우면서 4년제나 2,3년제전문대나[4] 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.

황우석 사태와 같은 사건 때문에 과학에 대하여 인문학적 제어론이 대두되고 있다. 과학의 일부인 공학도 예외가 될 수는 없다. 이를 두고 인문학이 공학보다 우월하다고 하거나 공학이 인문학보다 우월하다고 하는 생각을 하기도 하는데, 사실은 둘 다 틀렸다. 공학은 공학 나름대로 인문학은 인문학 나름대로 서로 역할이 다른 것이지 우열을 가릴 수는 없다.

전자공학과 컴퓨터공학이 가깝다고 오해하기 쉬운데, 둘은 근본부터 다르다. 전자공학은 물리학에서 갈라져 나왔지만, 컴퓨터공학(또는 컴퓨터과학)은 수학과 논리학을 기반으로 만들어진 학문이다. 컴퓨터공학은 매우 넓게 퍼져있는 공학이지만 물리, 생물, 화학, 지구과학 모두에서 독립되어 있다는 점에서 매우 유별난 학문이다.

5 공학이 어렵게 느껴지는 이유

일단 응용학문.
타 전공자가(특히 문과, 사회과학대) 보기엔 정말 어렵고 대단한 학문이 공학이다. 덕분에 취업등이유로 전과나 복수전공시 지옥을 볼수 있다 조별과제시는 조원도 함께지옥행 수도없는 수학, 과학 공식에 저건 대체 사람이 이해하라고 써놓은 것인지 복잡하고 대략 정신이 멍해지는 것들이 대부분이다. 양자역학, 전자기학,유체역학 등등...

공학이 어렵게 느껴지는 이유는 (사실적으로 당장 눈으로 확인하고 관찰할수 없는) 미지의 영역을 많이 다루어 직관적인 이해가 어렵고, 수학적 머리와 계산을 철저히 요구하는데다 물리학 등에 대한 지식과 이해력이 뒷받침되지 않으면, 일본어를 모르는 사람이 일본에 간것 마냥 읽고 이해할수 없는 것들 천지이기 때문이다. 공학 근간을 이루고, 공학을 이해하기 위한 도구는 수학, 과학이며, 수준도 높아서 교육을 받아야 한다. 이게 없으면 이해는 커녕 알아듣지도 못하게 된다. 그냥 척 보면 이해되는 것들이 아니다...

다음 인용구를 보자.

과학이 다른 분야와 분류되는 결정적인 특징은 바로 경험한 사실에 대한 수학적 해석이라고 할 수 있는데, 철학, 미학, 심지어는 순수수학, 논리학 등은 경험적 방법론보다는 주로 사변적/연역논리적 방법론에 기반을 두므로 이 점에서 과학과 대비된다.
과학은 이성과 관찰 가능한 증거를 바탕으로 물리적 세계, 특히 인간의 행동에 의해 나타난 것이 아닌 자연의 원리에 대해 검증 가능한 방법을 통해 알아보는, 또는 더 잘 알아보려는 노력이자 그러한 노력의 산실이다. 즉, 결과 자체로 미래를 추정하는 학문이 아니라 과정을 토대로 하여 자연의 규칙성을 찾아내는 학문이라는 뜻이다.

이렇듯 과학 자체가 이런 성격의 학문인데, 이런 과학을 토대로 응용, 발전시킨 과목인 공학은 더더욱...

공학이 다루는 분야들은 기본적으로 우리가 쉽게 상황을 접하고 눈으로 관찰할수 없는 미지의 영역이 대부분이다. 일반인이 교량의 구조역학과 콘크리트의 인장강도를 측정할 기회가 얼마나 오겠는가? 전자와 양자사이의 관계, 화학분자의 결합등을 어떻게 눈으로 볼수가 있는가? 가령 행정학과 경영학 등은 인간과 사회 그 자체를 다루는데다 사실적인 모습을 바로 관찰할수 있는 학문이라 눈으로 쉽게 보고 접할수 있다. 그리고 한글로 되어있어서 그래도 설명을 듣고 사전을 찾아 읽다보면 말 뜻은 이해를 할 수는 있다. 주변에서 관찰하거나 검색 등으로 이해에 도움을 받기도 쉽고. 허나 공학이 다루는 분야들은 인간의 눈으로 쉽게 보고 이해할수 있는 것도 아니고, 눈으로만 보고 이해하긴 어려워 실험으로 상황을 만들거나 관련 측정장비나 기계, 컴퓨터와 공학계산기의 도움을 받아야한다. 일반인이라면 평소에 쉽게 접할 기회도, 보고들을 기회도 없는 어려운것들을 랩실에서 해내는게 공돌이다. 인장력 측정을 어떻게 눈으로만 하나

또한 기술발전 자체가 인류의 문명의 생존과 미래를 책임지고 있고[5] 나라 경제발전의 핵심이 기술발전이기때문에 국가 역량을 우선적으로 기술분야에 집중하며, 사회적으로 인재 수요도 높다. 각국에서는 앞다투어 기술분야의 투자와 연구에 열을 올리고 있기에, 공학 관련 연구자와 연구소의 수도 인문사회계에 비하면 압도적이며 쌓아올린 이론과 지식수준도 최첨단인데다 복잡하고 방대하니, 공부하는 사람 입장에서는 무슨 소린지 알아듣기도 킹왕짱 어려운데 분량도 방대하다!- 더럽다 때문에 질,양,난이도 세가지를 충족하는 학문이 공학.

그렇기 때문에 공업수학부터 이해하는데 난관에 봉착하기 쉽지만, 이들 학문은 아무 쓸모짝 없이 보여도 당장 우리가 살아가는데 편리함을 더해주며, 인류의 생존과 미래를 보장하는 필수 학문이다. 이것이 없었으면 스마트폰, 지하철, 자동차, 우주선, TV, 컴퓨터, 위키백과, 전자제품, 냉장고, 고층빌딩 등등 인간이 살아가는데 도움이 되는 것들은 등장하지도 못했다. 인간은 공학을 토대로한 기술의 발전으로 세상과 환경을 자신에게 맞게 변형시켰으며, 수천년 전부터 발전시켜온 수학과 과학, 공학이 없었다면 아마도 자연을 그대로 이용하는 원시인들의 생활모습에서 크게 벗어나지 못했을 것이다.

관련 학과와 업계에서 종사하고 있는 전국의 수많은 공돌이 여러분들은, 인류의 미래를 책임지고 있다는 데 대한 자부심을 가져도 좋다. 정말이다. 사실상 공돌이는 자부심으로 먹고 산다고 봐도 된다

6 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》 中

계기학과 기계학이야말로, 그 무엇보다 고상하고 유용한 과학이다. - 레오나르도 다 빈치

7 대한민국 교육에서의 공학

  • 기술가정 교과에서 공학에 대한 교양 수준적인 이론들을 다루며 물리교과에서 물리의 응용이라는 부분으로 엮여서 서술되어 있다.
이하 관련 항목은 공학 관련 정보 항목을 참고 바람.
  1. ↑ The Oxford Handbook of Interdisciplinarity. Oxford University Press, 2010.(pp 149 – 150)
  2. ↑ 박성래 외 2명,'과학사',전파과학사,2013,p215
  3. ↑ 실제로 대다수의 공대 교수들이 효율적이거나 창의적인 설계도 중요하지만 무엇보다 돈이 잘 벌리는 물건을 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.
  4. ↑ 2, 3년제 전문대는 공학을 가르치지 않는다. 전문대학들이 인하공업전문대학, 동양공업전문대학 같이 공업이라는 명칭을 사용한다는게 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 두,세개 정도로 많지 않고 이 정도는 알고가야 어디가서 무시는 안 당할 정도로만 가르치는 정도다.
  5. ↑ 인류의 역사를 되돌아보면 현실에 존재하는 인간의 여러 한계와 문제를 해결해주는것은 대부분 기술혁신이었다.