Технический и инженерный чертеж и визуализация проекта – история

Как развивалось техническое и инженерное черчение на протяжении всей истории? Поперечный разрез от 2100 г. до н.э. до наших дней.

2100 рпн – Первое сохранившееся изображение предмета в прямоугольной проекции с учетом соответствующего масштаба. Рисунок изображен на статуе Гудеа (1), инженер и правитель

шумерский город-государство Лагаш, расположенный на территории современного Ирака.

XNUMX век до н.э. – Маркус Витрувий Поллион считается отцом проектного рисунка, т.е. Витрувий, римский архитектор, конструктор

военных машин во времена правления Юлия Цезаря и Октавиана Августа. Он создал так называемую Витрувианский человек — изображение обнаженного мужчины, вписанного в круг и квадрат (2), символизирующий движение (позже Леонардо да Винчи распространил собственную версию этого рисунка). Он прославился как автор трактата «Об архитектуре десяти книг», который был написан между 20 и 10 годами до нашей эры и не был найден до 1415 года в библиотеке монастыря св. Галлен в Швейцарии. Витрувий подробно описывает как греческие классические ордена, так и их римские вариации. Описания дополнялись соответствующими иллюстрациями — оригинальные рисунки, однако, не сохранились. В современный период многие известные авторы делали иллюстрации к этому произведению, пытаясь воссоздать утраченные рисунки.

3. Один из рисунков Гвидо да Виджевано

Średniowiecze – При проектировании зданий и садов используются геометрические принципы – ad quadratum и ad triangulum, т.е. рисование в плане квадрата или треугольника. Строители собора в процессе работы создают эскизы и чертежи, но без строгих правил и стандартизации. Книга чертежей осадных машин придворного хирурга и изобретателя Гвидо да Виджевано, 1335 г.3), демонстрирует важность этих ранних чертежей как инструментов для привлечения спонсоров и клиентов, желающих финансировать инвестиции в строительство.

1230-1235 – Создан альбом Виллара де Оннекура (4). Это рукопись, содержащая 33 скрепленных вместе пергаментных листа шириной 15–16 см и высотой 23–24 см. Они покрыты с обеих сторон рисунками и пометками, сделанными пером и предварительно начерченными свинцовой палочкой. Рисунки о зданиях, архитектурных элементах, скульптурах, людях, животных и устройствах сопровождаются описаниями.

1335 – Гвидо да Виджевано работает над «Texaurus Regis Francie», произведением, защищающим крестовый поход, объявленный Филиппом VI. Работа содержит многочисленные рисунки боевых машин и транспортных средств, включая бронированные колесницы, ветряные повозки и другие хитроумные осадные устройства. Хотя крестовый поход Филиппа так и не состоялся из-за войны с Англией, военный альбом да Виджевано предшествует и предвосхищает многие военные постройки Леонардо да Винчи и других изобретателей шестнадцатого века.

4. Страница из альбома Виллара де Оннекура.

1400-1600 – Первые технические чертежи создаются в некотором смысле ближе к современным представлениям, времена Ренессанса принесли много усовершенствований и изменений не только в технику строительства, но и в оформление и представление проектов.

XV век – Повторное открытие перспективы художником Паоло Уччелло было использовано в техническом рисунке эпохи Возрождения. Филиппо Брунеллески начал использовать линейную перспективу в своих картинах, что впервые дало ему и его последователям возможность реалистично представить архитектурные сооружения и механические устройства. Кроме того, рисунки начала XNUMX века Мариано ди Якопо по имени Таккола показывают использование перспективы для точного изображения изобретений и машин. Таккола явно использовал правила рисования не как средство документирования существующих структур, а как метод проектирования с использованием визуализации на бумаге. Его методы отличались от более ранних примеров технического рисунка Виллара де Оннекура, аббата фон Ландсберга и Гвидо да Виджевано использованием перспективы, объема и затенения. Методы, инициированные Такколой, использовались и развивались более поздними авторами. 

Начало XNUMX века – Первые следы особенностей современных технических чертежей, таких как виды в плане, сборочные чертежи и подробные чертежи в разрезе, происходят из альбомов Леонардо да Винчи, сделанных в самом начале XNUMX века. Леонардо черпал вдохновение в работах более ранних авторов, в частности Франческо ди Джорджио Мартини, архитектора и конструктора машин. Виды предметов в проекциях присутствуют и в работах немецкого мастера живописи времен Леонарда Альбрехта Дюрера. Многие из техник, использованных да Винчи, были новаторскими с точки зрения принципов современного дизайна и технического рисунка. Например, он одним из первых предложил в рамках проектирования делать деревянные модели предметов. 

1543 – Начало формального обучения техникам рисования. Основана Венецианская Академия Искусств дель Дизеньо. художников, скульпторов и архитекторов учили применять стандартные методы проектирования и воспроизводить рисунки в изображении. Академия также имела большое значение в борьбе с закрытыми системами обучения в ремесленных цехах, которые обычно выступали против использования общих норм и стандартов в проектном черчении.

XVII век – На технические рисунки эпохи Возрождения в первую очередь повлияли художественные принципы и условности, а не технические. Эта ситуация стала меняться в последующие века. Жерар Дезарг опирался на работу более раннего исследователя Самюэля Маралуа при разработке системы проективной геометрии, которая использовалась для математического представления объектов в трех измерениях. Его именем названа одна из первых теорем проективной геометрии — теорема Дезарга. Выражаясь языком евклидовой геометрии, он говорил, что если два треугольника лежат на плоскости таким образом, что три прямые, определяемые соответствующими парами их вершин, совпадают, то три точки пересечения соответствующих пар сторон ( или их продолжения) остаются коллинеарными.

1799 – Книга «Описательная геометрия» французского математика XVIII века Гаспара Монжа (5), подготовленный на основе его предыдущих лекций. Считается первым изложением начертательной геометрии и формализацией отображения в техническом чертеже — эта публикация восходит к зарождению современного технического рисунка. Монж разработал геометрический подход к определению истинной формы плоскостей пересечения генерируемых форм. Хотя этот подход создает изображения, внешне идентичные видам, которые Витрувий продвигал с древних времен, его техника позволяет дизайнерам создавать пропорциональные виды под любым углом или направлением, принимая во внимание базовый набор видов. Но Монж был больше, чем просто практикующим математиком. Он участвовал в создании всей системы технического и конструкторского образования, которая во многом базировалась на его принципах. Развитию чертежной профессии в то время способствовали не только работы Монжа, но и промышленная революция в целом, необходимость изготовления запасных частей и внедрение в производство процессов проектирования. Важна была и экономика — комплект конструкторских чертежей в большинстве случаев делал ненужным построение макета рабочего объекта. 

1822 Один из популярных методов технического представления, аксонометрический рисунок, был формализован пастором Уильямом Фаришем из Кембриджа в начале 1822 века в его работе по прикладным наукам. Он описал технику, показывающую объекты в трехмерном пространстве, своего рода параллельную проекцию, отображающую пространство на плоскость с использованием прямоугольной системы координат. Особенностью, отличающей аксонометрию от других видов параллельного проецирования, является стремление сохранить реальные размеры проецируемых объектов хотя бы в одном выбранном направлении. Некоторые виды аксонометрии также позволяют сохранять размеры углов параллельными выбранной плоскости. Фариш часто использовал модели для иллюстрации определенных принципов в своих лекциях. Для пояснения сборки моделей он использовал технику изометрической проекции — отображения трехмерного пространства на плоскость, что является одним из видов параллельной проекции. Хотя общая концепция изометрии существовала и раньше, именно Фариш широко известен как первый человек, установивший правила изометрического рисунка. В 120 году в статье «Об изометрической перспективе» он писал о «необходимости точных технических рисунков, свободных от оптических искажений». Это привело его к формулировке принципов изометрии. Изометрия означает «равные меры», потому что для высоты, ширины и глубины используется одна и та же шкала. Суть изометрической проекции заключается в равной мере углов (XNUMX°) между каждой парой осей, так что перспективное сокращение каждой оси одинаково. С середины девятнадцатого века изометрия стала распространенным инструментом инженеров (6), и вскоре после этого аксонометрия и изометрия были включены в программы архитектурных исследований в Европе и США.

6. Технический рисунок в изометрической проекции

80-е годы – Последним нововведением, приведшим технические чертежи к их нынешнему виду, было изобретение их копирования различными способами, от фотокопирования до фотокопирования. Первым популярным репродуктивным процессом, введенным в 80-х годах, был цианотип (7). Это позволило распространять технические чертежи вплоть до уровня отдельных рабочих станций. Рабочие были обучены читать чертеж и должны были строго соблюдать размеры и допуски. Это, в свою очередь, оказало огромное влияние на развитие серийного производства, так как снизило требования к уровню профессионализма и опыту исполнителя изделия.

7. Копия технического чертежа

1914 – В начале 1914 века в технических рисунках широко использовались цвета. Однако к 100 году от этой практики в промышленно развитых странах отказались почти на XNUMX%. Цвета на технических чертежах имели разные функции – их использовали для обозначения строительных материалов, они применялись для различения потоков и движений в системе, а также просто для украшения ими изображений устройств. 

1963 – Иван Сазерленд в своей докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте разрабатывает программу Sketchpad для дизайна (8). Это была первая программа CAD (Compute Aided Design), оснащенная графическим интерфейсом — если ее можно так назвать, потому что все, что она делала, — это создавала диаграммы xy. Организационные инновации, примененные в Sketchpad, положили начало использованию объектно-ориентированного программирования в современных системах CAD и CAE (Computer Aided Engineering). 

8. Айвен Сазерленд представляет программу Sketchpad

60-е годы. – Инженеры крупнейших компаний – Boeing, Ford, Citroën и GM – разрабатывают новые программы САПР. Компьютерные методы проектирования и конструкторской визуализации становятся способом упрощения автомобильных и авиационных проектов, не лишено значения и стремительное развитие новых производственных технологий, в основном станков с числовым программным управлением. Из-за значительной нехватки вычислительной мощности по сравнению с сегодняшними машинами раннее проектирование САПР требовало больших финансовых и инженерных мощностей.

9. Портер Пьер Безье со своими математическими формулами

1968 – Изобретение трехмерных методов CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing) приписывают французскому инженеру Пьеру Безье (Pierre Bézier).9). Для облегчения проектирования деталей и инструментов для автомобильной промышленности он разработал систему UNISURF, которая впоследствии стала рабочей базой для последующих поколений программного обеспечения САПР.

1971 – Появляется ADAM, автоматизированная система черчения и обработки (ADAM). Это был инструмент CAD, разработанный Dr. Патрик Дж. Ханратти, чья компания Manufacturing and Consulting Services (MCS) поставляет программное обеспечение таким крупным компаниям, как McDonnell Douglas и Computervision.

80-е годы. – Прогресс в развитии компьютерных средств твердотельного моделирования. В 1982 году Джон Уокер основывает компанию Autodesk, основным продуктом которой является всемирно известная и популярная программа 2D AutoCAD.

1987 – Выпущен Pro/ENGINEER, который объявляет о более широком использовании методов функционального моделирования и связывания параметров функций. Изготовителем этой очередной вехи в дизайне стала американская компания PTC (Parametric Technology Corporation). Pro/ENGINEER создавался для Windows/Windows x64/Unix/Linux/Solaris и процессоров Intel/AMD/MIPS/UltraSPARC, но со временем производитель постепенно ограничивал количество поддерживаемых платформ. С 2011 года единственной поддерживаемой платформой являются системы из семейства MS Windows.

10. Проектирование роботов в современной программе CAD

1994 – На рынке появляется Autodesk AutoCAD R13, т.е. первая версия программы известной фирмы, работающей над трехмерными моделями (10). Это была не первая программа, предназначенная для 3D-моделирования. Функции этого типа были разработаны в начале 60-х годов, а в 1969 году MAGI выпустила SynthaVision, первую коммерчески доступную программу твердотельного моделирования. В 1989 году NURBS, математическое представление 3D-моделей, впервые появилось на рабочих станциях Silicon Graphics. В 1993 году CAS Berlin разработала интерактивную программу моделирования NURBS для ПК под названием NöRBS.

2012 – Autodesk 360, программа для переноса работ по проектированию и моделированию в облако, выходит на рынок.