工程製圖基礎電子教程

tags:    時間:2014-03-05 19:05:10
工程製圖基礎電子教程簡介
點擊閱讀(版權西北工業大學) 緒    論 本課程的研究對象 在生產力還很不發達的時代,人們製造的工具乃至機械,都是由手工製作的。當那些……
工程製圖基礎電子教程正文
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本課程的研究對象

在生產力還很不發達的時代,人們製造的工具乃至機械,都是由手工製作的。當那些能工巧匠們製造一件工具時,先是依照自己腦子裡的構思,然後再親手把它造出來。所以,他們既是設計者,又是製造者,設計和製造是合二為一的。

現代社會已進入大工業時代,要造的是萬噸巨輪、飛越太空的宇宙飛船和高聳入雲的摩天大樓。像這樣浩大的工程,單憑一個人的構思和製造,顯然是不可能的。即便是一些小商品,因為社會需求量巨大,種類花色層出不窮,僅依靠一個人也還是不能完成設計與製造的全過程。於是,構思設計和動手製造就分成了兩家。

設計師要表達自己的設計意圖,就要畫出圖來,工人師傅要造出合乎要求的產品,依據的就是這張圖。圖樣能對物體的形狀、大小和加工要求作出明晰的說明,而這些若要用文字語言來表達是不可能的。現代工業所用的這種圖,我們稱之為工程圖樣。大家上學所乘的汽車、火車和上課的教室,無一不是按照一定的圖樣製造出來的。由此可見,圖樣是生產中必不可少的技術文件。一台機器有什麼特殊功能,一架新型飛機有什麼特點,我們不能把它拆開來看,但這些奧秘都可在它的圖樣中找到。所以圖樣不僅用於指導生產,還用於科技交流,同時也用來描述、分析客觀現象和實驗數據。由於圖樣在工程上起著類似文字語言的表達作用,而且世界各國基本相同,沒有民族、地域的限制,所以人們常把它稱為"工程技術語言"。因而,繪製和閱讀圖樣便成為一個工程技術人員所必須具備的基本功。製圖就是一門研究如何繪製和閱讀圖樣的學科,本課程包含了工程製圖所需的基礎知識、基本理論及基本技能。    本課程包括的內容--製圖基礎知識:其中包括製圖標準及平面圖繪製等方面的知識;製圖基本技能:其中包括尺規繪圖、徒手草圖及計算機繪圖等;基礎理論:其中包括畫法幾何及有關的圖學理論;圖樣表達基礎:其中包括投影製圖及物體的圖樣表達方法。

本課程的學習目的
 
學習本課程的目的如下:

(1) 培養正確繪製和閱讀工程圖樣的基本能力;

(2) 培養和發展空間想像能力、空間邏輯思維能力和創新思維能力;

(3) 培養用計算機手段、尺規及徒手繪製工程圖樣的能力;

(4) 培養實踐的觀點、科學的思考方法以及認真細緻的工作作風;

(5) 培養良好的工程意識。

學習本課程的意義

本課程是同學們入學后所學的基礎課之一,也是第一門體現工科特點的入門課程。它的重要性不僅在於要讓大家學到製圖方面的基礎知識,更重要的是培養同學們多方面的能力。在已經經歷過的十幾年學習中,同學們所學的課程都在不同程度地培養著諸如分析能力、抽象能力等,而著重培養空間想像力及構思能力則為本課程的主要任務。一個人可能有多方面的知識與能力,但想像力是最有價值的,因為它是創造性思維的基礎。著名科學家愛因斯坦說過:"想像力比知識更重要,因為知識是有限的,而想像力包括著世界上的一切,帶動著進步,並且是知識進化

本課程的學習方法?

本課程是一門既有系統理論又有實踐,而且是實踐性很強的課程。對於理論,必須掌握其基本概念和原理,並學會合乎邏輯地去應用它。繪圖又是一種基本技能,而基本技能的掌握只有通過大量的實踐。?

如果只模仿教材上的例題,對所做練習沒有一個清晰的空間形象那是掌握不了基本概念和基本原理的。在解題過程中,必須將對平面圖形的投影分析與其對應的空間原形的想像結合起來,由此逐步培養空間想像和思維能力。空間想像力就是對解題方案、步驟及作圖結果要有一個明晰的空間形象。譬如將一個小圓柱放在一個大圓柱上,而且兩者是同一根軸線,那麼你的腦子裡就要產生一個相應的空間形象。而空間的思維能力則是以空間想像力為前提的一種邏輯思維。譬如說一直線貫穿一個圓球,你就應能首先想像出圓球和直線的形象,同時應得出穿點通常有兩個而不是三個的結論。有些同學的空間想像能力強一些,而有些同學則差一些,但都是可以培養和提高的。那麼,如何培養空間想像及分析能力呢?首先,要認識到造成這一問題的癥結在於腦子裡的形象材料積累較少,顯然,這和平時對相關事物的觀察不夠有直接關係,所以應多看一些習題模型或幾何示教模型,多積累一些形象材料。從某種意義上講,這一過程就是要建立一個幾何模型的表象信息庫,庫存量自然是越大越好。緊接著的一步就是要經常不斷地從這個信息庫中有意提取表象資料,讓幾何模型的形象反覆再現,直到在腦海里鞏固地建立起幾何模型的形象。有了這個基礎,就可以進行較為困難的下一步,那就是,建立起某一自然形象的正投影圖形象。要完成這一步,首先要能根據需要想像出一個具體的形象,譬如說一個正放的圓錐的形象,然後再加入正投影的概念,諸如視線(投射線)平行且與投影面垂直,這樣它在正立投影面上的投影就是一個三角形,而在水平投影面上的投影則是一個圓。如果能做到這一步,那麼你就完成了從空間到平面、再由平面到空間這樣一個完整的過程。為了準確無誤地完成這一過程,你就必須進而研究投影圖的性質,它是由平面到空間的想像所必須經過的橋樑。只有到了這一步,才能說你有了一定的"再現想像"的能力,這是看懂別人畫的工程圖樣所不可缺少的基本功。下一步則是以此為基礎發展你的"創造想像"能力。這一過程就是依照一定的目的或任務,構思一個你並沒有看到過的空間形象,再用投影圖的形式或運用實體造型的軟體把它表示出來。顯然它需要將腦子裡已有的形象資料按一定的規律進行綜合與嫁接,從而產生出一個全新的形象。要做到這一點就必須多學投影原理、多看幾何模型、多做練習、多進行科學的思考。?

培養和發展想像力是本課程的核心任務,它屬於開發智力的範疇。而非智力因素,諸如良好的意志品質,穩定的情


製圖的昨天、今天與明天
 
製圖的歷史幾乎和人類的歷史一樣古老而久遠,表達設計思想的技術圖樣也同樣如此。

在文字出現前的很長一段時期內,人們是用圖來滿足表達的基本需要的。隨著文字的出現,圖畫才漸漸擺脫其早期用途的約束而與工程活動聯繫起來。譬如在建設金字塔、戰車、建築物等完美的工程項目和製造簡單而有用的器械時,已用圖樣作為表達設計思想的工具。

從大量的史料來看,早期的工程圖樣比較多的是和建築工程聯繫在一起的,而後才反映到器械製造等其他方面。

春秋時代的《周禮考工記》、宋代的《營造法式》、《新儀象法要》及《天工開物》等著作反映了我國古代勞動人民對工程圖樣及其相關幾何知識的掌握已達到了非常高的水平。

人類進行工程活動的大量實踐最終導致了"畫法幾何"的誕生。1795年,法國人蒙日的《畫法幾何》問世,他在書中系統敘述了利用垂直的兩個投影面進行直角平行投影的方法,這就構成了現代工程圖的理論基礎,為人們將設計繪圖由單面向多面轉變奠定了基礎。儘管在人類活動的漫長歲月里,產生過有史可鑒的數不勝數的天才設計家以及傑出的工程繪畫,但真正現代意義上的工程圖(多面正投影圖)的出現,則是在此以後的事情。正是因為這個原因,現在人們才公認蒙日為"畫法幾何之父"

隨著圖學理論和製圖技術的發展,人類在實踐中創造了各種繪圖工具,從三角板、圓規、丁字尺、一字尺到機械式繪圖機,這些繪圖工具至今仍在廣泛應用著。毋庸置疑,這種手工方式的繪圖是一項勞累、繁瑣、枯燥和極費時的工作,況且畫出的圖精度也低。而計算機的出現和發展使這一切發生了巨大的變化。由於圖與數之間可以建立某種轉換關係,這就為原本用於高速運算的電子計算機進入繪圖領域提供了理論依據。於是,古老的圖形語言方法和計算機技術相結合,產生了一門新興的交叉學科:計算機圖形學?(Computer Graphics,簡稱CG)。1958年第一台自動繪圖機在美國誕生,從此以後,計算機不僅能輸出數字、文字和符號,而且能直接輸出圖形來。隨著計算機圖形輸入、輸出設備的不斷發展,出現了智能繪圖儀、光筆、操縱桿、跟蹤器、坐標數字化儀、高解析度圖形顯示器以及圖像掃描儀等。繪圖方式也由初期的編程繪圖發展到目前的人機對話形式的"互動式"繪圖。

由於CADComputer Aided Design)、 CG技術的發展,人們從事產品設計的環境正在發生巨大的變化。人們不僅甩掉了傳統的圖板繪圖,而且也不會置身於成堆的設計手冊中。設計所需數據、設計規範以及有關的各種各樣的資料都會方便地在計算機中找到。

由於CADCG技術的發展,人們在進行產品設計時,將越來越多地使用三維圖形。在得到直觀形象的同時,還可將計算機內部自動生成的數據文件傳輸給數控機床,

可以預計,由於計算機圖形輸入和處理技術的發展,圖樣管理水平將會產生劃時代的變化。一個大型工程項目的圖紙可能有幾十萬以至上百萬張,要在這樣多的圖紙中查找一張圖,難度可想而知。然而人們現在可以用為數不多的光碟把這些圖紙存儲進去,並且可以隨心所欲地調用到其中的任何一張,無圖紙工廠的出現已不再是遙遠的夢想。

當然這並不說明產品的設計、製造過程就不需要圖樣,其中所需的圖樣顯然要存儲在計算機中,隨時可以調用並可在網路上傳輸。由此可見,圖紙已不是惟一的圖樣載體,人類最早曾把圖刻畫在石壁上,後來畫在紙張上,到如今又存儲到計算機里,這是一個多麼巨大的變化啊!

就我國的情況而言,目前是手工繪圖與計算機繪圖並存的時期,但近些年來計算機繪圖得到了高速發展。大型設計院所的繪圖基本由計算機來完成,大型企業已有專門的CADCG的研究及應用部門。我國的CAD科研開發和應用水平已經達到國外中等發達國家的水平。占設計過程60%工作量的繪圖工作將在我們這一代人手中由手工繪製改為計算機繪圖,這是一個多麼誘人的前景啊!

理想之路固然壯麗廣闊,然而並非筆直的坦途,美好理想需要我們的辛勤勞動才能實現。要用好先進的自動繪圖系統,需要有紮實的製圖基礎知識;要研製更好的繪圖系統,則需要堅實深厚的圖學功底。"千里之行,始於足下",讓我們勤奮學好工程製圖的基礎知識,為光輝燦爛的明天而不懈努力!

 

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