工程图学及应用研究Word格式.docx

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前脚孔分墨二寸，去前轴孔四寸五分，广一寸。

前杠孔去前脚孔分墨二寸七分，孔长二寸，广一寸。

后轴孔去前杠分墨一尺五分，大小与前同。

后脚孔分墨去后轴孔三寸五分，大小与前同。

后杠孔去后脚孔分墨二寸七分，后载克去后杠孔分墨四寸五分。

前杠长一尺八寸，广二寸，厚一寸五分。

后杠与等。

板方囊二枚，厚八分，长二尺七寸，高一尺六寸五分，广一尺六寸：

每枚受米二斛三斗。

从上杠孔去肋下七寸：

前后同。

上杠孔去下杠孔分墨一尺三寸，孔长一寸五分，广七分：

八孔同。

前后四脚广二寸，厚一寸五分。

形制如象，靬长四寸，径面四寸三分。

孔径中三脚杠，长二尺一寸，广一寸五分，厚一寸四分，同杠耳。

”

我们再看一个例子：

一段描述零件的文字如下：

一块铁板，长50，宽35，厚8，面积最大的其中一面水平放置，最大的一面上有两个圆孔，两个圆孔距某一长边都是22距离，互相对称于该长边的垂直中心线，两孔中心相距25，圆孔直径都是15，孔贯穿底板。

然后，帖着上述同一长边，直角竖有另一块厚8宽的下长方上半圆的侧板，上部半圆的半径为15，而下部的方块宽与半圆的直径相等，而半圆的圆心到底板的底部距离为30，在侧板上部半圆的圆心处又有一圆孔，孔径为15，贯穿侧板。

上述文字由经过制图训练的人阅读，需要三分钟，边读边画一个草图，最后可以搞明白基本的图形以及尺寸，但是常常有误解，主要是文字表达本身不是很规范，而阅读时的理解各人有各人的理解。

没有经过专业训练的人，可能无法明白文字所致的图形到底是什么，或者需要三十分钟对文字的研究，才能确定图形的形状。

实际图形的答案如下：

总的说，图形在人类社会中的作用有：

（1）　在客观物体的信息表达中，图形具有瞬间一目了然的快捷性，导致读图比读字速度快，而且正确全面，打破外语界限，这样，大大提高社会效率，图形在制造业、服务业、娱乐业、行政管理、军事等各个领域铺天盖地地普及开来，人们俗称为目前的时代为读图时代。

（2）　在科学研究中，图形可用来直观地表达试验数据所蕴涵的规律，对于人们把握事物的内在联系，掌握问题的总体变化趋势，具有独特的作用。

图形还有助与抽象的哲学思维，可以借助于图形的表达，梳理思路，统一认识，对组织行为起到独特的作用。

（3）　图形本身具有独特的视觉语言，还有图像美学功能，图学的专家们不仅把图形用在严谨的科学技术上，还用在广告、公共标识标记、连环漫画、心理治疗和其他领域，图形挤占了原来的文字市场，使得文学作品由漫画和视频替代，严肃的哲学著作也开始使用图解图示，这样使得图形变成日益广泛的文化工具。

二、图学历史及经济性研究

人类利用图形表达信息有漫长的历史，最早期的人类创建人类的沟通文明，首先是在图形上开始的，文字是由绘图画进而来的，然后，图形的绘制经历了非常曲折的演进过程，图形的精准绘制在文艺复兴时期达到顶峰，随后科学绘画和艺术绘画分开，而近代科学技术带动了图形载体的革命，照相、电影、电视、影碟、电脑把人类带进读图时代，而人类对图学本身缺乏研究，以至于只会看不会画。

读图系统和读字系统的起源和演进

人类最早都是

从画图读图开始

早期的绘画是

稚拙的

公元前

文字发明后，书写的载体：

竹简——>

纸张

印刷发明，载体经济化

学校兴起形成系统

中世纪

文艺复兴后

近代工业革命后

现代电视、计算机

发明后时代发生

深刻变化

文字系统的经济性演进

考古学家从出土文物上考证出，中国的汉字由一些简单的图画演进而来的，现在发现的史前人类的绘画，都是一些稚拙的动物描绘，从透视关系的无法熟练掌握的根据来看，古代人类用绘画来精确描摹客观物体十分困难，于是当时的人类自然而然考虑经济性问题，图形被简化成较少笔画的简单图画，一般人称之为文字画。

之后,经过再改良演进,渐渐成为定型的象形文字。

文字在几千年的演进过程中，本身已经进行了经济性的改进，加上和声音信息的逐步匹配，形声得到统一，这是了不起的文明，欧洲的文字逐步采用少量字母来标音，这也是一种经济性的选择，显然字母也是从图画进化而来。

有资料研究认为，地中海贸易文明使得人与人交流频繁，口头语言相对比较统一，用标音的字母来描述语言容易推广，华夏的文明地域比较广阔，统一的图像显得有必要。

文字产生后标志着人类进化有据可查的早期文明社会，中华文明有四千年可以查得到文字记载，文字的传播也改变了社会政治生产形态。

但是文字确立后，书写文字的载体系统是不经济的，早期书写的笔来自尖锐石块或者自然墨、木炭，纸是岩石、墙壁、木块、竹条、兽皮以及乌龟壳等，幸亏在乌龟壳上文字可以考证，否则尚不知道早期的文字为何种形状。

随后，书写的笔逐步进化为毛笔，写上文字的竹条用绳子穿起来，这样一部著作便能连贯而完整。

竹简也是一个了不起的载体革命，这已经是属于批量生产概念，春秋的灿烂文化与文字载体革命不无关系，这也催生了识字学校。

除了竹简，当时还可以在是在丝织品上写书，称为帛书，由于帛柔软又轻便,携带及阅读均十分便利，但是很昂贵。

不过这种便利性为后来造纸提供了思路，汉代中国发明了造纸，载体又一次革命，这一技术也很快传到世界各地，使世界性的文字系统使用效率大大前进一步，人类可以告别笨重的文字载体，同时，给绘画也带来了新的手段，伴随着纸张的出现，画家们可以用墨、颜料、水进行水墨画创作，中国画也催生了。

纸出现以后,人类书写很方便，但是作为人类之间信息交流手段，复制书籍成文十分低效事情，知识需要传播,当时的人们仍停留在逐字逐本的抄写状态上,既费时又费力,仍然不方便.人们遂从长期使用印章和捶拓碑碣文字的经验中,启发了雕版与印刷技术的结合使用,便捷快速的书籍生产方法,终于在唐代发明。

宋仁宗庆历年间（公元1041年~1048年）,毕升发明了活字排版印刷.而元朝末年,更进步到彩色套印的印刷领域.从此以后,印刷术不但成熟周全,印刷成品更是鲜丽动人，从那时开始的书籍到现在没有本质上的改变，文字系统日臻完善，文字载体的硬件的经济性已经到达最优化了。

人类再次对文字系统进行载体革命是现代六十年代计算机产生之后的事情了。

计算机产生早期，硬件上并没有马上显示出经济性出来，一直到笔记本电脑、网络的出现，人们的文字系统载体才开始大批地转移到电脑上来。

电脑出现只是改变了书籍载体的形式，电脑本身对文字的语法逻辑并无改变，对文字的教育学习系统也没有改变，可以说，文字系统的几千年积累下来的软件上的经济性，仍然具有最优的经济性，电脑都无法改变。

这软件上的经济性是指文字一套社会教学系统，这是图形系统尚无建立的。

二是指文字本身形成的语法逻辑构建了人类整个思维大厦，文字在描述物质性的结构上有效率缺陷外，而在人类思想感情沟通、深度哲学概念思考、人类心理感情描述上具有无与伦比的优越性，所以，在工程信息系统中，使用有效的文字是非常具备效率的方式。

在工程上，一般五个W比较优势如下：

WHO：

文字、图

WHAT：

图、文字

HOW：

WNEN：

图、文字（数字）

WAHERE：

图（必不可少）、文字

文字在日常工作、生活中进行简单的信息沟通非常高效，如下列短信、便条、邮件用文字表达最快捷有效正确：

1、小王，见本纸条后给我打一个电话。

2、你的报告概念不清，逻辑上也有问题，叫律师给你修改一下。

3、看来战略联盟谈判进展微妙，见机行事吧。

上述三段话，如果用图形无法表达，第一句的指代，在图形上无法规范出来；

第二句的概念和逻辑等抽象词难以用图形表达，修改这种动词也不能规范表达；

第三句的复杂心理难以用图表达，成语难以表达。

可见语言在人与人沟通信息场合，已经有非常高的效率，图形是无法具备的。

人类一万年后还使用文字。

图形无法解决人称指代

复杂概念、抽象动作、以

及成语等。

图形系统的经济性演进

图形系统本身也有经济性的演进。

史前的人类，会画图的人是不多的，而且用现代人的眼光来看，古代人画的图非常稚拙，透视关系有错误，比例也经常不对，如古代埃及的人物千篇一律，眼睛正面，头像侧面，肩正面，腰和腿又是侧面的。

由于绘画人才的稀缺性，早期人类中难得有人会画栩栩如生的图画，容易被人捧为巫师，这样早期的图画与宗教就有密切关系，图也经常用来做图腾的标记。

图画最多出现在祭祀场合。

中国最早的画家仓颉是黄帝身边的高官，随后发明了文字，在中国有历史记载的画家，大多是当官的，称为画官，多数为御用，古代画家由于稀缺，一直被社会权力最高处征用，这样由画家培育的图形系统的经济性演进与文字大不相同。

中国的农耕社会的经济形态，小农经济的一家一户并不需要绘画辅助于生产，这样社会上没有作为独立的画匠阶层，朝廷需要画家主要用于娱乐欣赏，也用于官府统治管理上的一些事务，如军事器械设计和官府皇宫的建造，中国古代画家主要是由官府供养的，有些是当官的业余爱好闲来泼墨抒情，这样，中国的绘画的画种和这种社会需求形态相适应，在艺术性画画上，中国发展了以写意抒情为主的水墨中国画，对几何透视颜色并没有仔细的研究，只表意而不写实，加上中国绘画的载体沿用文字的载体，墨写到纸上难以修改，无法作研究性涂改试错，不利于素描的发展，中国的绘画一直以线条为主，称为线描，不过线描的技术在漫长的年代中，不断在进步。

三国时期的文字记载上，有不少军事武器的发明，推想在当时工匠们在建造时会利用草图进行交流，可惜，当时战乱期间，画家人才稀缺，诸葛亮得木牛流马没有图流传下来，只有文字记载，而到了宋朝，杯酒释兵权后片面鼓励文治，使得整个封建会社手工业非常发达，绘画技术在宋朝得到明显地提高，在宋代出版的《营造法式》上，建筑图采用的是正确透视的立体图，这是在古代中国在绘画技术上最高顶点，随后，这种技术又因战乱而失传。

但是我们仍然在本草纲目、天工开物、武备志上看到中国的画家的努力，这些绘画对当时的社会生产起到相当的促进作用。

《营造法式》并不是古代建筑画匠商业目的进行的设计图纸，而是官府为了节省国库开支，由画官对全国建造行业颁布一个标准化的施工图样和材料定额，这对于国家整体来说，是非常有经济效益的，可以促进标准化和杜绝贪污浪费等，也提高各地的建筑技术。

不过在封建社会的经济形体下，虽然营造法式已经与近代画法几何的规则一致了，但是终究没有揭示原理，使得中国的绘画技术在科学制图的门槛前徘徊后又倒退回去了。

古代中国对文字系统的经济改善达到了最优点，社会建立了私塾性识字学校，笔纸书写、出版印刷，书籍出售，这套系统与近代没有什么两样，而对图形系统的经济性改善并没有到达最优点，后期的进一步完善由欧洲文艺复兴后，依靠工业革命才得以完善的。

当然由于欧洲的图形系统不断产生革命，照相发明、电影发明、电视发明、录像机发明，使得图形系统的经济性革命在不断地演进过程中。

相对于古代中国的图形系统，欧洲的图形一开始受地中海海洋贸易文明的影响，古希腊的几何对后期的绘画发展影响甚大，到了中世纪，中国的造纸技术传到欧洲，画家们用炭笔进行试错性地素描练习，欧洲的绘画从工艺操作性层面比中国有更多的便利性，也就是经济性。

从达芬奇的手稿上，我们可以看出人类对客观物体的描绘过程和创造设计思维过程，这个过程开创了图形科学应用于工程设计上的先河。

达芬奇绘画遵循透视原理，设计作品繁多，给后人的示范作用非常大，达芬奇早期以学徒身份加入名师的画坊，随后成独立的画匠，接受商人和贵族的订单，这使得那个时代不仅仅是达芬奇，其他画家可以依赖市场生存，达芬奇时代后，欧洲借助与航海贸易和地理大发现，使得绘画技术广为传播。

由于绘画的学校系统没有建立或者不够发达，古代的绘画人才总得来说是稀缺的，市场上追捧画匠人才同时，政府设立的近代大学里也十分重视绘画人才的培养，不过，当时的绘画在艺术和工程上不是分得很清楚，随着欧洲工业革命兴起，欧洲在工程上的绘画越来越多起来，工程师们进行工艺改良和新的发明创造，迫切需要借助于图形的构思和运算，珍妮纺纱机的发明、瓦特蒸汽机发明、机械制造的连环发明，导致在工业界工匠们十分频繁地用图形在表达工程信息，不过，工匠们不约而同地遇到一个问题，客观世界的实物是三维立体的，而图纸只有两维可以画，不得不对一个立体结构的描述采取不同方向的描绘，这与古代埃及稚拙的绘画遇到问题一样，早期的人类总是没有办法用两维的纸张描绘出三维的物体，以至于不同方向的视角都画在同一物体上。

从瓦特的真迹来看，十八世纪开始工程界已经流行了两个或者三个方向投影表达的方式，这种画法没有被原理上的概括和统一，到了十八世纪末，法国的蒙日在热尼埃皇家学院任职期间，发明简单而迅速的制图法，开创了机械制图系统化的时代；

1775年任数学教授后，将制图原理系统化，创立画法几何；

1799年由他的学生间歇特将他的讲稿整理成《画法几何》出版；

1820年补充了几篇透视和投影理论的讲稿，成为完整的画法几何学。

它在机械、建筑等工程的设计和制造上有极重要的实用价值。

蒙日还提出机器的功用在于运动形式转变的观点，对19世纪机械原理的研究产生重要影响。

画法几何研究了三维物体在不同方向上投影后互相之间的几何关系，这使得人类对立体几何平面表达有了划时代的飞跃，蒙日总结了画法几何后，欧洲的工业界开始使用三个投影方向方法来绘制机械图，图纸成为一个有科学依据的技术载体，这使得技术流动性大为提高。

史料上记载，欧洲机床的发明者莫兹利有一个弟子叫克莱梅特，在1807年，克莱梅特前往格拉斯哥当了车工。

在格拉斯哥劳动时，他认识了机械技师贝塔•尼古尔森，帮助他描图，学习机械制图。

这说明进入19世纪，机械制图已经普遍和规范，克莱梅特很快就掌握了机械制图技术，而且他画出的图纸要比任何人都好。

这说明机械制图在十九世纪初已经非常发达了。

欧洲工业社会分工进一步发展，设计师和操作工分开，机器的图纸专门由设计师来设计，操作工按图施工，使得现代工业借助于图形组织生产，效率高速提高。

一些工业后进地区，开办工厂制造机器，迫切希望弄到各种先进产品的图纸。

史料上还记载了欧美之间的图纸的封锁战，18世纪后半期，英国的蒸汽机、纺织机等机械已经成熟，业界称为世界近代史上第—次技术革命，它拥有世界上最先进的科学技术。

但是英国对美国实行了技术封锁。

1774、1781和1782年先后三次颁布法令禁止先进的哈格里夫斯的纺纱机和阿克莱的棉纱机技术外流，限制纺织技师出境。

法令规定一旦查获机器和图纸要课以巨额罚款。

不过禁令很快被资本的趋利行为所打破，后来英国国内市场不够，自己要开展自由贸易，十九世纪随着贸易的发展，机械制图成为工业界的共同工程语言，超越国界称为全球的技术的播种机，十九世纪末，欧洲的画法几何原理和机械制图开始传到日本和中国，日本很快加入欧美的工业体系，由政府主导，引进很多技术，一直到一次大战结束，当时英日还是同盟，有史料记载日本于1915年前后引进了英国维克斯公司提供的图纸，按图施工在日本船厂建造军舰，可见图纸在当时的各国工业中起到非常关键的作用，随后的二次大战，当时的不少间谍活跃于工业领域窃取图纸，用于军备竞赛。

从机械制图投影习惯可以看出当时海洋国家和内陆国家有明显的区分，德国东欧和中国采用第一角投影法，英美日采用第三角投影法。

机械制图是在十八世纪后半，从艺术类图形中分离出来，经过大学的专家教授提炼总结，形成一种科学的绘画，使得原来靠少数天才才能完成的绘画，通过大学或者工厂的培训一般人可以掌握，制图体系的人才供需平衡，各类工具载体方便而且产业化，这样可以说，工程图形上的达到了阶段性的最经济状态。

制图方法本身在十九世纪初到电脑发明前，没有根本性的变化。

机械制图仅仅是图形系统的子系统，整个图形系统的发展还出现其他变革与创新，文艺复兴后，油画技术得到很大的提高，很多画匠开设肖像画馆，由于天才画家的稀缺，这个行业只有少数贵族能够享受，到了资产阶级上升期，上流社会特别时兴肖像画，但是天才画家并不很多，一般三流的画馆由于画得不是太像，行业处于不完善状态。

照相机的产生使得人类在图形技术获得一次划时代的进步，由于肖像画的需求，一般平民也希望有一幅自己的肖像，照相机可以照得一摸一样，自然照相机一出来，商业模式已经等候了。

十九世纪末到二十世纪初，照相机的发明对于人类来说是激动人心的一次创新，照相机的照片的图像与人类眼见的图像透视一致，效率大大提高，照相促使了很多科学研究可以方便精确地得到实物图形，也促进一些行业通过便捷图形获得而快速发展起来，如报纸新闻行业，也使得机械行业和其他商业可以借助于照片学习借鉴，提高社会效率，不过照相使得写实绘画不再被社会需要，绘画走入纯艺术道路，从此以后西方绘画同中国一样，进入主观世界追求艺术境界，梵高和毕加索的绘画不再像真人，抽象主义大肆流行。

照相机出来不久，电影马上跟了上来，电影把静态图形动态化，再现人类生活真实情景，完全使人类进入一种崭新的视觉娱乐境界。

电影独立创造了娱乐行业，电影也介入科研活动和动作研究，对于生产技术有促进作用，如1912年，吉尔布雷斯夫妇在美国机械工程师学会会议上，首次发表了题为《细微动作研究》的论文，在文中他们首创用电影摄影机和计时器将作业动作拍摄成影片并进行分析的方法。

照片和电影对于制图都是辅助提高，并没有替代。

而初期的电影出现，并不对文学作品构成冲击，相反有一个互促作用，但是上一个世纪中，电视发明以后，电影和纯文学都受到冲击。

电视系统终端是家庭拥有的可视性动态画面，节目由电视台统一制作，全国发射，可以同一时间观看动态新闻，电视创造了新的社会活动形态，随后，政治的手段、商业的广告、电影电视

剧将人类的眼球带到一个新的境界，电视的发明最大限制地占有了视觉的市场，文学书籍市场受到挤压，读图时代也就自电视开始，人类不再慢慢阅读文字想象一种情节，而是直接接受影视的视觉情节，这个现象难以逆转，也确实也是信息手段的一种进步。

照相、电影、电视本身的系统也在经济性不断改进，初期的照相机笨重，焦距、光圈、速度导致有技术壁垒，胶圈也不普及，只有专业照相馆经营照相业务，是集中式商铺模式，后来自动调焦相机作为手提产品家庭化，胶圈也普及化，相机变成超市式消费产品。

电影在早期起到划时代图形动态革命，电影开创娱乐的新生活，电影消费模式也是集中商铺，不是个体家庭，需要定时定点去消费，而电视打破了定时定点的不方便，使得电视挤压了电影的空间，而电视的节目内容个体不能控制，随后，录像机出现，有一次使得动态图形系统发生革命，这样人类可以随心所欲地挑选自己喜欢的录像带观看，后来录像带变成光碟，录像机变成DVD，这时，电脑互联网也发展了，电脑吞并了所有视觉设施的一切优点，加上笔记本便携式的方便，互动、随时，同样使把电视、影碟的眼球吸引过来。

当然，虽然后来出现的新科技一个比一个经济性好，但是文学书籍、相机、电影、电视、影碟都有各自独特的经济性，一定程度上可以存在。

上述照片、电影、电视虽然有非常写实的画面，可是真人有真人的问题，漫画却可以把人物形象虚构化浪漫化，加上吸收电影电视先进的视觉特技效果，漫画在电子图形轰炸的狭缝中杀出一条血路来，形成了个人主观艺术的动态图形产品，漫画书籍和漫画影视也独树一帜地发展起来，方兴未艾。

电脑还把工程图形的载体也革命掉了，虽然画法几何的基本原理并不推翻，相反立体建构上把画法几何进一步做了延伸，电脑制图可以跳过纸张，一步到位到数控加工中心上制造模具，这使得设计载体也发生了根本性革命。

由于手段的先进，工程现场的图形交流日益丰富起来。

读图系统和读字系统的比较

由于图形具有上述优越性，再由于电脑多媒体技术的发展，图形铺天盖地地充斥于我们的生活和工作，有人一上电脑就看视频和动漫，几乎不看文字书籍，文字性的文学书本销量一再下降，而漫画书籍越来越受欢迎，这样，我们不得不承认，图形已经成为另一种文字，有人认为如果不懂读图的人就是新一代的文盲。

其实，关于读图时代有两种错误观点，一是认为读图使人愚蠢，根据是一些学生看不懂文字的哲学、文学、经济学书籍，几乎只会看漫画书。

二是认为图形能取代文字，根据是图形既然有那么多优点，今后电脑多媒体发展了，人们用图交流即可表达思想。

其实这两种观点都是错误的，实际上对读图系统和读字系统不了解。

读图系统虽然在读图一方具有瞬间一览性，任何不经过专业培养的人都可以看懂图画，但是读图的供应方制图却是非常费时间的工作，而且要经过长时期专业训练，人才还稀缺，所以在某些场合系统总效率并不是一定高于读图系统。

读写系统虽然有逐个读文字的效率低下问题，但是由于文字教育体系的传承效率，文字经过人类几千年的改进，文字已经合理化地简化，人类的表达和理解有规范化的教育系统进行教育培训，读和写的效率基本匹配，文字经过几千年的思想沉淀和积累，已经能表达相当复杂的概念和抽象思维，而且人类可以借助与文字直接进行形而上的概念思维，这是图形所不能及的。

例如，人类可以写“爱”准确表达意思，但是没有最好的图形可以准确表达爱，图形也不能表达我、你、他代词以及虚词。

读图系统的缺陷在于制作端尚不能自由自在

写字每个人都会，如果只会读字不会写字，也只能算半文盲。

可是不一定每个人会画图，时代进入读图阶段，可是那么多人只能读不能画，属于半图盲，这个社会现状会有所改变和演进的，尽管绘图的载体一改再改，可是这丝毫不能在本质上让人掌握原创性的制图。

原创必须要掌握制图技术。

（……）

三、工程图学的应用研究

图学内容非常广泛，我们在这里研究的是作为现代制造型企业，如何开展图学的应用研究以及实践。

多媒体时代的工程图形信息

在人类感知信息的方式中,视觉无疑是其中最重要的环节，它是我们观察世界的主要方式,经验证明，人类感知世界的首要方式是观看，人的眼睛就像小型无线电接收器，当接收到外界的信息时，80万条视神经能迅速将看到的