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工程制图基础电子教程

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本课程的研究对象

在生产力还很不发达的时代,人们制造的工具乃至机械,都是由手工制作的。当那些能工巧匠们制造一件工具时,先是依照自己脑子里的构思,然后再亲手把它造出来。所以,他们既是设计者,又是制造者,设计和制造是合二为一的。

现代社会已进入大工业时代,要造的是万吨巨轮、飞越太空的宇宙飞船和高耸入云的摩天大楼。像这样浩大的工程,单凭一个人的构思和制造,显然是不可能的。即便是一些小商品,因为社会需求量巨大,种类花色层出不穷,仅依靠一个人也还是不能完成设计与制造的全过程。于是,构思设计和动手制造就分成了两家。

设计师要表达自己的设计意图,就要画出图来,工人师傅要造出合乎要求的产品,依据的就是这张图。图样能对物体的形状、大小和加工要求作出明晰的说明,而这些若要用文字语言来表达是不可能的。现代工业所用的这种图,我们称之为工程图样。大家上学所乘的汽车、火车和上课的教室,无一不是按照一定的图样制造出来的。由此可见,图样是生产中必不可少的技术文件。一台机器有什么特殊功能,一架新型飞机有什么特点,我们不能把它拆开来看,但这些奥秘都可在它的图样中找到。所以图样不仅用于指导生产,还用于科技交流,同时也用来描述、分析客观现象和实验数据。由于图样在工程上起着类似文字语言的表达作用,而且世界各国基本相同,没有民族、地域的限制,所以人们常把它称为"工程技术语言"。因而,绘制和阅读图样便成为一个工程技术人员所必须具备的基本功。制图就是一门研究如何绘制和阅读图样的学科,本课程包含了工程制图所需的基础知识、基本理论及基本技能。    本课程包括的内容--制图基础知识:其中包括制图标准及平面图绘制等方面的知识;制图基本技能:其中包括尺规绘图、徒手草图及计算机绘图等;基础理论:其中包括画法几何及有关的图学理论;图样表达基础:其中包括投影制图及物体的图样表达方法。

本课程的学习目的
 
学习本课程的目的如下:

(1) 培养正确绘制和阅读工程图样的基本能力;

(2) 培养和发展空间想像能力、空间逻辑思维能力和创新思维能力;

(3) 培养用计算机手段、尺规及徒手绘制工程图样的能力;

(4) 培养实践的观点、科学的思考方法以及认真细致的工作作风;

(5) 培养良好的工程意识。

学习本课程的意义

本课程是同学们入学后所学的基础课之一,也是第一门体现工科特点的入门课程。它的重要性不仅在于要让大家学到制图方面的基础知识,更重要的是培养同学们多方面的能力。在已经经历过的十几年学习中,同学们所学的课程都在不同程度地培养着诸如分析能力、抽象能力等,而着重培养空间想像力及构思能力则为本课程的主要任务。一个人可能有多方面的知识与能力,但想像力是最有价值的,因为它是创造性思维的基础。著名科学家爱因斯坦说过:"想像力比知识更重要,因为知识是有限的,而想像力包括着世界上的一切,带动着进步,并且是知识进化

本课程的学习方法

本课程是一门既有系统理论又有实践,而且是实践性很强的课程。对于理论,必须掌握其基本概念和原理,并学会合乎逻辑地去应用它。绘图又是一种基本技能,而基本技能的掌握只有通过大量的实践。

如果只模仿教材上的例题,对所做练习没有一个清晰的空间形象那是掌握不了基本概念和基本原理的。在解题过程中,必须将对平面图形的投影分析与其对应的空间原形的想像结合起来,由此逐步培养空间想像和思维能力。空间想像力就是对解题方案、步骤及作图结果要有一个明晰的空间形象。譬如将一个小圆柱放在一个大圆柱上,而且两者是同一根轴线,那么你的脑子里就要产生一个相应的空间形象。而空间的思维能力则是以空间想像力为前提的一种逻辑思维。譬如说一直线贯穿一个圆球,你就应能首先想像出圆球和直线的形象,同时应得出穿点通常有两个而不是三个的结论。有些同学的空间想像能力强一些,而有些同学则差一些,但都是可以培养和提高的。那么,如何培养空间想像及分析能力呢?首先,要认识到造成这一问题的症结在于脑子里的形象材料积累较少,显然,这和平时对相关事物的观察不够有直接关系,所以应多看一些习题模型或几何示教模型,多积累一些形象材料。从某种意义上讲,这一过程就是要建立一个几何模型的表象信息库,库存量自然是越大越好。紧接着的一步就是要经常不断地从这个信息库中有意提取表象资料,让几何模型的形象反复再现,直到在脑海里巩固地建立起几何模型的形象。有了这个基础,就可以进行较为困难的下一步,那就是,建立起某一自然形象的正投影图形象。要完成这一步,首先要能根据需要想像出一个具体的形象,譬如说一个正放的圆锥的形象,然后再加入正投影的概念,诸如视线(投射线)平行且与投影面垂直,这样它在正立投影面上的投影就是一个三角形,而在水平投影面上的投影则是一个圆。如果能做到这一步,那么你就完成了从空间到平面、再由平面到空间这样一个完整的过程。为了准确无误地完成这一过程,你就必须进而研究投影图的性质,它是由平面到空间的想像所必须经过的桥梁。只有到了这一步,才能说你有了一定的"再现想像"的能力,这是看懂别人画的工程图样所不可缺少的基本功。下一步则是以此为基础发展你的"创造想像"能力。这一过程就是依照一定的目的或任务,构思一个你并没有看到过的空间形象,再用投影图的形式或运用实体造型的软件把它表示出来。显然它需要将脑子里已有的形象资料按一定的规律进行综合与嫁接,从而产生出一个全新的形象。要做到这一点就必须多学投影原理、多看几何模型、多做练习、多进行科学的思考。

培养和发展想像力是本课程的核心任务,它属于开发智力的范畴。而非智力因素,诸如良好的意志品质,稳定的情


制图的昨天、今天与明天
 
制图的历史几乎和人类的历史一样古老而久远,表达设计思想的技术图样也同样如此。

在文字出现前的很长一段时期内,人们是用图来满足表达的基本需要的。随着文字的出现,图画才渐渐摆脱其早期用途的约束而与工程活动联系起来。譬如在建设金字塔、战车、建筑物等完美的工程项目和制造简单而有用的器械时,已用图样作为表达设计思想的工具。

从大量的史料来看,早期的工程图样比较多的是和建筑工程联系在一起的,而后才反映到器械制造等其他方面。

春秋时代的《周礼考工记》、宋代的《营造法式》、《新仪象法要》及《天工开物》等著作反映了我国古代劳动人民对工程图样及其相关几何知识的掌握已达到了非常高的水平。

人类进行工程活动的大量实践最终导致了"画法几何"的诞生。1795年,法国人蒙日的《画法几何》问世,他在书中系统叙述了利用垂直的两个投影面进行直角平行投影的方法,这就构成了现代工程图的理论基础,为人们将设计绘图由单面向多面转变奠定了基础。尽管在人类活动的漫长岁月里,产生过有史可鉴的数不胜数的天才设计家以及杰出的工程绘画,但真正现代意义上的工程图(多面正投影图)的出现,则是在此以后的事情。正是因为这个原因,现在人们才公认蒙日为"画法几何之父"

随着图学理论和制图技术的发展,人类在实践中创造了各种绘图工具,从三角板、圆规、丁字尺、一字尺到机械式绘图机,这些绘图工具至今仍在广泛应用着。毋庸置疑,这种手工方式的绘图是一项劳累、繁琐、枯燥和极费时的工作,况且画出的图精度也低。而计算机的出现和发展使这一切发生了巨大的变化。由于图与数之间可以建立某种转换关系,这就为原本用于高速运算的电子计算机进入绘图领域提供了理论依据。于是,古老的图形语言方法和计算机技术相结合,产生了一门新兴的交叉学科:计算机图形学(Computer Graphics,简称CG)。1958年第一台自动绘图机在美国诞生,从此以后,计算机不仅能输出数字、文字和符号,而且能直接输出图形来。随着计算机图形输入、输出设备的不断发展,出现了智能绘图仪、光笔、操纵杆、跟踪器、坐标数字化仪、高分辨率图形显示器以及图像扫描仪等。绘图方式也由初期的编程绘图发展到目前的人机对话形式的"交互式"绘图。

由于CADComputer Aided Design)、 CG技术的发展,人们从事产品设计的环境正在发生巨大的变化。人们不仅甩掉了传统的图板绘图,而且也不会置身于成堆的设计手册中。设计所需数据、设计规范以及有关的各种各样的资料都会方便地在计算机中找到。

由于CADCG技术的发展,人们在进行产品设计时,将越来越多地使用三维图形。在得到直观形象的同时,还可将计算机内部自动生成的数据文件传输给数控机床,

可以预计,由于计算机图形输入和处理技术的发展,图样管理水平将会产生划时代的变化。一个大型工程项目的图纸可能有几十万以至上百万张,要在这样多的图纸中查找一张图,难度可想而知。然而人们现在可以用为数不多的光盘把这些图纸存储进去,并且可以随心所欲地调用到其中的任何一张,无图纸工厂的出现已不再是遥远的梦想。

当然这并不说明产品的设计、制造过程就不需要图样,其中所需的图样显然要存储在计算机中,随时可以调用并可在网络上传输。由此可见,图纸已不是惟一的图样载体,人类最早曾把图刻画在石壁上,后来画在纸张上,到如今又存储到计算机里,这是一个多么巨大的变化啊!

就我国的情况而言,目前是手工绘图与计算机绘图并存的时期,但近些年来计算机绘图得到了高速发展。大型设计院所的绘图基本由计算机来完成,大型企业已有专门的CADCG的研究及应用部门。我国的CAD科研开发和应用水平已经达到国外中等发达国家的水平。占设计过程60%工作量的绘图工作将在我们这一代人手中由手工绘制改为计算机绘图,这是一个多么诱人的前景啊!

理想之路固然壮丽广阔,然而并非笔直的坦途,美好理想需要我们的辛勤劳动才能实现。要用好先进的自动绘图系统,需要有扎实的制图基础知识;要研制更好的绘图系统,则需要坚实深厚的图学功底。"千里之行,始于足下",让我们勤奋学好工程制图的基础知识,为光辉灿烂的明天而不懈努力!

 

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