Заметки о чертежах и программах для черчения

Статьи для инженеров и студентов о чертежах и конструировании

История черчения

Появление чертежей было связано с практической деятельностью человека — строительством укреплений, городских построек. Сначала их выполняли на земле в том месте, где необходимо было вести строительство. Затем их стали выполнять на камне и глиняных плитах.

Первые упоминания о русских чертежах относятся к середине XVI в. Древнейшие дошедшие до нас эскизы датируются XVII в.

В начале разницы между чертежом и рисунком практически не было. Изображения выполнялись от руки, на глаз. Этот чертеж нуждался в словесных пояснениях, поэтому на нём сделаны различные надписи. Постепенно они становились более совершенными.

Чертежами пользовались многие выдающиеся русские изобретатели и инженеры. В 1586 г. знаменитый пушечный мастер Чохов отлил колоссальную царь-пушку, а его ученики уже с начала 30-х гг. XVII в. руководствовались чертежами при изготовлении орудий.

Значительного расцвета достигла русская графика во времена Петра I. До нас дошли многие кораблестроительные изображения того времени, некоторые из них выполнены Петром I. Известны наброски первой в мире универсальной паровой машины выдающегося русского изобретателя XVIII в. И. И. Ползунова. Талантливый русский механик, конструктор и изобретатель XVII в. И. П. Кулибин только для выполнения одного из своих шедевров — часов в форме куриного яйца — изготовил несколько сотен чертежей. Интересны схемы установки для непрерывной перегонки нефти, выполненные в XIX в. гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым. Он иллюстрирует не только высокий уровень развития инженерной графики в России того времени, но и не менее высокий уровень технической мысли. На чертежах XVIII — первой половины XIX в. Появляется масштаб. С этого времени и до 30-х гг. X в. большинство чертежей раскрашивалось. Они стали нести больше информации, но на их выполнение уходило много времени. Сейчас большинство чертежей выполняется при помощи компьютерных программ.

Черчение является уникальным графическим языком человеческой культуры. Будучи одним из древнейших языков мира, он отличается своей лаконичностью, точностью и наглядностью. Если проследить путь развития чертежа от древних времен до наших дней, можно выделить два основных направления: первое - строительные схемы, предназначенные для строительства жилища, промышленные здания, мосты и другие сооружения; второе - промышленные эскизы, по которым создавали различные инструменты, приспособления, машины.

Задолго до того, как люди создали письменность, они научились рисовать окружающие их предметы. Сначала материалом служила земля, стены пещер, камни, на которых выцарапывались рисунки. Затем использовали бересту, кожу, папирус, пергамент, бумагу и другие материалы, на которые изображения наносились чернилами или тушью с помощью гусиного пера. Только в конце 18 века для построения графических изображений стали применять карандаши.

Возможно, человек, создавая эти изображения, надеялся добиться успеха на предстоящей охоте или старался запомнить и сообщить окружающим обстоятельства состоявшегося события. С позиций сегодняшнего дня мы охарактеризовали бы его действия как обмен информацией с другими членами общества. Возникновение строительных чертежей относится к тому времени, когда люди для постройки жилища или помещения для хранения утвари или зимовки скота на земле в натуральную величину разбивали первые изображения, которые назывались "планами" помещений, и на них возводили постройки (рис. 1а). Делалось это с помощью примитивных приспособлений. Линейные размеры откладывали деревянным циркулем - измерителем и веревочным прямоугольным треугольником (рис. 1б), окружности проводили с помощью веревки и двух колышков. Один клин вбивали в землю, он играл роль центра, а другим, натягивали веревку, проводили окружность. На чертежах старались показать, как форму, так и размеры предметов.

Возникновение строительных чертежей

Рис. 1

С течением времени количество описываемых объектов увеличивалось, соответственно возрастал и объем используемой информации. Появилась необходимость передавать и воспринимать достаточно подробные сведения о природных особенностях местности, возводимых строительных сооружениях, предметах труда. Оказалось, что наиболее удобным приемом передачи информации об объемном, реально существующем или придуманном объекте является графическое изображение его на плоскости. По мере усложнения создаваемых инженерных сооружений, механизмов и машин возникла необходимость разработки таких правил их изображения, которые позволили бы с использованием ограниченного числа средств передавать достаточно полную информацию в виде, доступном любому специалисту. Развитие цивилизации обусловило возникновение и совершенствование графики. Зародившись из потребности измерения земельных наделов, она становится наукой, изучающей формы плоских и пространственных фигур, а также отношения между ними. По мере усложнения используемых человеком сооружений и предметов, а, следовательно, увеличения объема передаваемой информации возрастает ее практическое значение. В IV тыс. до н. э. в Египте, в связи со строительством оросительных систем, начинают использовать некоторые землемерные инструменты и такие приспособления, как измерительный шест, отвес, нивелирование с помощью воды. В этот период развивается и измерение затопленных площадей, заложившее начала геометрии. Для строительства крупных объектов, какими являлись пирамиды, храмы, дамбы, каналы, нужны были рабочие эскизы. Самым древним свидетельством появления чертежей служит чертеж плана дома XXIV-XXIII вв. до н.э. из района Месопотамии. Древние египтяне имели хорошо развитое представление о планиметрических и пространственных отношениях и навыки составления технических эскизов. Об этом свидетельствуют сохранившиеся строительные и различные вспомогательные планы сооружений того времени, например, план гробницы египетского фараона Рамзеса IV (около XII в. до н. э.) или нубийских золотых рудников - XIII в. до н. э. (рис. 2).

Графический показ архитектуры на плоскости характерен для древнеегипетского искусства, которое, основываясь на своих канонах, следовало принципу ортогональных проекций. Известно, что на этой основе выработанные приемы использовались, например, в форме нанесения прямоугольных сеток, позволявших упорядочивать и размечать планировку, переносить конфигурации, модули и применять правила геометрии. В изображениях на плоскости изначально сложились два подхода представления: пластический, с выявлением объемности, и схематический, с выявлением объективных качеств образа.

Настенный чертёж середины IV тыс. до н.э.

Рис. 2

В античной Греции графика использовалась при проектировании монументальных сооружений, для иллюстрации математических трудов. Пришедшая на смену египетской культура Древней Греции оставила нам имена не только великих скульпторов, поэтов и философов, но и великих математиков. Возрождение античной культуры вызвало потребность достоверного изображения окружающего мира. Поиски сущности правильного изображения привели к использованию математики, законов геометрии и открытию закономерностей перспективы. Крупный вклад в теорию технического изображения внес Леонардо да Винчи, гениальный итальянский художник, учёный эпохи Возрождения.

Особое место в формировании современных способов отображения геометрических форм объектов окружающего мира занимает французский ученый и инженер Франсуа Фрезье. Его труды можно считать первыми фундаментальными пособиями по основам начертательной геометрии. Фрезье пользовался различными приемами проецирования, приводил примеры проецирования на две взаимно перпендикулярные плоскости, применял для определения истинного вида фигуры способы преобразования чертежа. Возникновение начертательной геометрии как науки об изображении пространственных геометрических форм на плоскости связывают с именем французского математика и инженера Гаспара Монжа.

В 1795 г. в Париже для подготовки преподавателей была открыта Нормальная школа, значительный объем в программе, которой занимали предметы, связанные с теорией и практическим приложением начертательной геометрии.

Отдавая должное Монжу, обобщившему метод прямоугольного проецирования предметов на две взаимно перпендикулярные плоскости проекций, мы не должны забывать, что задолго до появления начертательной геометрии в отдельных русских чертежах уже применялись некоторые правила, которые обобщил Монж.

На рис. 3 приводится изображение оружейного двора в Тобольске. С позиции сегодняшнего дня подобные чертежи выглядят несколько примитивными, но для того времени они были весьма значимыми для градостроения, а главное, их полностью воспринимали сами строители.

Чертеж оружейного двора

Рис. 3

С развитием производства на смену мелким ремесленным мастерским приходят крупные мануфактуры, где широко применяется разделение труда. Теперь одно изделие выполняется несколькими мастерами. Сначала они выполнялись без размеров, затем на поле чертежа стали делать надписи, указывающие основные размеры. С развитием техники они усложнялись, и их выполнение требовало более высокой точности исполнения. Стали применять масштабы, проекционную связь, выполняя разрезы, без которых невозможно было понять внутреннее устройство изделия и принцип его работы. Эти рисунки были уже близки к современным чертежам, но на них не было размеров. Они определялись с помощью масштабной шкалы, изображенной на поле чертежа. Талантливым механиком - изобретателем, внесшим большой вклад в совершенствование чертежа, был И. П Кулибин. В его проекте однопролетного арочного моста через реку Неву были фрагменты поперечного разреза моста, отдельных конструкций, а также вид сверху и сбоку. С развитием машинного производства чертеж приобретает значение важного технического документа, содержащего данные не только о форме и размерах детали, но и о чистоте обработки поверхностей, термической обработке и сведения, необходимые для изготовления этой детали.

Первым русским ученым, связавшим свою судьбу с начертательной геометрией, был Яков Александрович Севастьянов - профессор Корпуса инженеров путей сообщения и автор переводных и оригинальных трудов. Однако ведущее положение в подготовке кадров и развитии начертательной геометрии в России XIX в. сохранял Корпус инженеров путей сообщения, где учились и передавали знания следующим поколениям внесшие заметный вклад в науку А.X. Редер, Н.П. Дуров, В.И. Рынин.

В XX в. черчение следовало за техническим прогрессом, т.е. существенный и быстрый рост потребности в чертежах обусловил совершенствование приемов изображения, а также используемых технологий и оборудования. Например, если в начале века для хранения и размножения использовали кальку, выполненные тушью на тонком батисте, то в середине века стало возможным оперативно изготавливать необходимое число копий с оригинала, вычерченного карандашом на листе бумаги.

В Советском Союзе новое студенчество подняло значение графических дисциплин. При втузах организовались самостоятельные кафедры, объединившие все виды графических дисциплин. Вслед за организацией кафедр начался рост научной мысли. В стране резко выросло количество диссертационных работ по теоретической и прикладной графике. Большую роль в развитии и совершенствовании теории инженерной графики, методики ее преподавания и в создании учебных пособий сыграли такие отечественные ученые, как И. Г. Попов, С. М. Куликов, A.M. Иерусалимский, Н. А. Попов, В. О. Гордон.

С началом Второй мировой войны темпы научно-исследовательских работ немного поубавилось, но полностью не замерли. К середине 40-х годов ХХ столетия оживление научной мысли поставило вопрос о плановой подготовке научных кадров, в ведущих вузах Москвы, Ленинграда, Киева и др. были организованы специальные секции графики. В 1925 г. был создан Комитет по стандартизации при Совете Труда и Обороны, а в 1929 г. вышел первый выпуск стандартов по черчению. 1 мая 1935 г. Комитет по стандартизации издает постановление, согласно которому соблюдение стандартов на графических объектах становится обязательным. Методам изображения предметов и общим правилам черчения обучает Инженерная графика.

С середины XX в. интенсивно развивается машинная графика. Разработанные системы автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для выполнения проектных работ с применением математических методов и компьютерной техники.

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего числа компьютерных систем. Компьютерная графика охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе (бумага, кинопленка, ткань). Без компьютерной графики невозможно представить себе не только компьютерный, но и обычный, вполне материальный мир. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности.

Компьютерная графика внесла качественные изменения в способы передачи информации геометрического характера. Она дает возможность изучить построение моделей изображений посредством их генерации в соответствии с некоторыми алгоритмами в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. Результатом такого моделирования является электронная геометрическая модель, которая используется на всех стадиях ее жизненного цикла. Стало возможным выполнять и копировать их, вводить в память компьютера, выполненные вручную, сохранять информацию на магнитном носителе и передавать эту информацию непосредственно на технологическое оборудование, предназначенное для изготовления моделей или готовых деталей.

В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.

Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Компьютер позволяет получить любое изображение объекта, т.е. обеспечивает возможность «рассматривать» его со всех сторон.

Особенности цветового охвата характеризуют такие понятия, как черно-белая и цветная графика. Появилось даже такое понятие, как механизм графического представления данных. Рынок игровых программ часто инициализирует очередной этап совершенствования графики и анимации.

Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и множества других. Это замечание справедливо как для программных, так и для аппаратных средств создания и обработки изображений на компьютере. Поэтому компьютерная графика является одной из наиболее бурно развивающихся отраслей информатики и во многих случаях выступает “локомотивом”, тянущим за собой всю компьютерную индустрию.

Ну что понравилась вам статья? Теперь вы знаете историю появления чертежей. Если у вас есть вопросы или нужна консультация пишите сюда.