Технічний та інженерний креслення та візуалізація проекту – історія

Як розвивалося технічне та інженерне креслення протягом усієї історії? Поперечний розріз від 2100 до н.е. до наших днів.

2100 грн – Перше зображення предмета, що збереглося, у прямокутній проекції з урахуванням відповідного масштабу. Малюнок зображений на статуї Гудеа (1), інженер та правитель

Шумерське місто-держава Лагаш, розташоване на території сучасного Іраку.

XNUMX століття до н. – Маркус Вітрувій Полліон вважається батьком проектного малюнка, тобто. Вітрувій, римський архітектор, конструктор

військових машин за часів правління Юлія Цезаря та Октавіана Августа. Він створив так звану Вітрувіанську людину - зображення оголеного чоловіка, вписаного в коло і квадрат.2), що символізує процес (пізніше Леонардо да Вінчі поширив свою версію цього малюнка). Він прославився як автор трактату "Про архітектуру десяти книг", який був написаний між 20 і 10 роками до нашої ери і не був знайдений до 1415 в бібліотеці монастиря св. Галлен у Швейцарії. Вітрувій докладно описує як грецькі класичні ордена, і їх римські варіації. Описи доповнювалися відповідними ілюстраціями — оригінальні малюнки, однак, не збереглися. У сучасний період багато відомих авторів робили ілюстрації до цього твору, намагаючись відтворити втрачені малюнки.

3. Один із малюнків Гвідо да Віджевано

Середньовіччя – При проектуванні будинків та садів застосовуються геометричні принципи – ad quadratum і ad triangulum, тобто. малювання в плані квадрат або трикутник. Будівельники собору в процесі роботи створюють ескізи та креслення, але без суворих правил та стандартизації. Книга креслень облогових машин придворного хірурга та винахідника Гвідо да Віджевано, 13353), демонструє важливість цих ранніх креслень як інструментів для залучення спонсорів та клієнтів, які бажають фінансувати інвестиції у будівництво.

1230-1235 – Створено альбом Віллара де Оннекура (4). Це рукопис, що містить 33 скріплених разом пергаментних листів шириною 15-16 см і висотою 23-24 см. Вони покриті з обох боків малюнками та позначками, зробленими пером та попередньо накресленими свинцевою паличкою. Малюнки про будівлі, архітектурні елементи, скульптури, людей, тварин і пристрої супроводжуються описами.

1335 - Гвідо да Віджевано працює над "Texaurus Regis Francie", твором, що захищає хрестовий похід, оголошений Філіпом VI. Робота містить численні малюнки бойових машин і транспортних засобів, включаючи броньовані колісниці, вітряки та інші хитромудрі облогові пристрої. Хоча хрестовий похід Філіпа так і не відбувся через війну з Англією, військовий альбом так Віджевано передує і передбачає багато військових споруд Леонардо да Вінчі та інших винахідників шістнадцятого століття.

4. Сторінка з альбому Villara de Onnekura.

1400-1600 – Перші технічні креслення створюються в деякому сенсі ближче до сучасних уявлень, часи Ренесансу принесли багато вдосконалень та змін не лише в техніку будівництва, а й в оформленні та представленні проектів.

XV століття – Повторне відкриття перспективи художником Паоло Уччелло було використане у технічному малюнку епохи Відродження. Філіппо Брунеллескі почав використовувати лінійну перспективу у своїх картинах, що вперше дало йому та його послідовникам можливість реалістично уявити архітектурні споруди та механічні пристрої. Крім того, малюнки початку XNUMX століття Маріано ді Якопо на ім'я Таккола показують використання перспективи для точного зображення винаходів та машин. Таккола явно використовував правила малювання не як документування існуючих структур, бо як метод проектування з допомогою візуалізації на папері. Його методи відрізнялися від більш ранніх прикладів технічного малюнка Віллара де Оннекура, абата фон Ландсберга та Гвідо да Віджевано використанням перспективи, обсягу та затінення. Методи, ініційовані Такколою, використовувалися та розвивалися пізнішими авторами. 

Початок XNUMX століття – Перші сліди особливостей сучасних технічних креслень, таких як види у плані, складальні креслення та докладні креслення у розрізі, походять з альбомів Леонардо да Вінчі, зроблених на початку XNUMX століття. Леонардо черпав натхнення у роботах більш ранніх авторів, зокрема Франческо ді Джорджіо Мартіні, архітектора та конструктора машин. Види предметів у проекціях є й у роботах німецького майстра живопису часів Леонарда Альбрехта Дюрера. Багато технік, використаних да Вінчі, були новаторськими з погляду принципів сучасного дизайну та технічного малюнка. Наприклад, він одним із перших запропонував у рамках проектування робити дерев'яні моделі предметів. 

1543 – Початок формального навчання технікам малювання. Засновано Венеціанську Академію Мистецтв дель Дізеньо. художників, скульпторів та архітекторів вчили застосовувати стандартні методи проектування та відтворювати малюнки у зображенні. Академія також мала велике значення у боротьбі із закритими системами навчання у ремісничих цехах, які зазвичай виступали проти використання загальних норм та стандартів у проектному кресленні.

XVII століття – На технічні малюнки епохи Відродження насамперед вплинули мистецькі принципи та умовності, а не технічні. Ця ситуація стала змінюватись у наступні століття. Жерар Дезарг спирався працювати більш раннього дослідника Самюеля Маралуа розробки системи проективної геометрії, яка використовувалася для математичного представлення об'єктів у трьох вимірах. Його ім'ям названо одну з перших теорем проективної геометрії — теорему Дезарга. Висловлюючись мовою евклідової геометрії, він говорив, що якщо два трикутники лежать на площині таким чином, що три прямі, які визначаються відповідними парами їх вершин, збігаються, то три точки перетину відповідних пар сторін (або їх продовження) залишаються колінеарними.

1799 - Книга "Описова геометрія" французького математика XVIII століття Гаспара Монжа (5), підготовлений з урахуванням його попередніх лекцій. Вважається першим викладом накреслювальної геометрії та формалізацією відображення у технічному кресленні — ця публікація перегукується з зародженням сучасного технічного малюнка. Монж розробив геометричний підхід до визначення істинної форми площин перетину форм, що генеруються. Хоча цей підхід створює зображення, зовні ідентичні видам, які Вітрувій просував з давніх-давен, його техніка дозволяє дизайнерам створювати пропорційні види під будь-яким кутом або напрямком, беручи до уваги базовий набір видів. Але Монж був більшим, ніж просто практикуючим математиком. Він брав участь у створенні всієї системи технічної та конструкторської освіти, яка багато в чому базувалася на його принципах. Розвитку креслярської професії на той час сприяли як роботи Монжа, а й промислова революція загалом, необхідність виготовлення запасних частин і впровадження у виробництво процесів проектування. Важлива була й економіка - комплект конструкторських креслень здебільшого робив непотрібним побудова макета робочого об'єкта. 

1822 Один з популярних методів технічного уявлення, аксонометричний малюнок, був формалізований пастором Вільямом Фаріш з Кембриджу на початку 1822 століття в його роботі з прикладних наук. Він описав техніку, що показує об'єкти у тривимірному просторі, свого роду паралельну проекцію, що відображає простір на площину з використанням прямокутної системи координат. Особливістю, що відрізняє аксонометрію від інших видів паралельного проектування, є прагнення зберегти реальні розміри об'єктів, що проектуються хоча б в одному обраному напрямку. Деякі види аксонометрії також дозволяють зберігати розміри кутів паралельно вибраній площині. Фаріш часто використовував моделі для ілюстрації певних принципів у своїх лекціях. Для пояснення складання моделей він використав техніку ізометричної проекції - відображення тривимірного простору на площину, що є одним із видів паралельної проекції. Хоча загальна концепція ізометрії існувала і раніше, саме Фаріш широко відомий як перша людина, яка встановила правила ізометричного малюнка. У 120 році у статті «Про ізометричну перспективу» він писав про «необхідність точних технічних малюнків, вільних від оптичних спотворень». Це призвело до формулювання принципів ізометрії. Ізометрія означає «рівні заходи», тому що для висоти, ширини та глибини використовується та сама шкала. Суть ізометричної проекції полягає рівною мірою кутів (XNUMX°) між кожною парою осей, отже перспективне скорочення кожної осі однаково. З середини ХІХ століття ізометрія стала поширеним інструментом інженерів.6), і незабаром після цього аксонометрія та ізометрія були включені до програм архітектурних досліджень у Європі та США.

6. Технічний малюнок в ізометричній проекції

80-і роки – Останнім нововведенням, що призвело до технічних креслень до їх нинішнього вигляду, був винахід їх копіювання різними способами, від фотокопіювання до фотокопіювання. Першим популярним репродуктивним процесом, запровадженим у 80-х роках, був ціанотип (7). Це дозволило поширювати технічні креслення до рівня окремих робочих станцій. Робітники були навчені читати креслення і повинні були суворо дотримуватися розмірів і допусків. Це, своєю чергою, вплинуло на розвиток серійного виробництва, оскільки знизило вимоги до рівня професіоналізму та досвіду виконавця виробу.

7. Копія технічного креслення

1914 - На початку 1914 століття в технічних малюнках широко використовувалися кольори. Однак до 100 року від цієї практики у промислово розвинених країнах відмовилися майже на XNUMX%. Кольори на технічних кресленнях мали різні функції - їх використовували для позначення будівельних матеріалів, вони застосовувалися для розрізнення потоків і рухів у системі, а також для прикраси ними зображень пристроїв. 

1963 – Іван Сазерленд у своїй докторській дисертації у Массачусетському технологічному інституті розробляє програму Sketchpad для дизайну (8). Це була перша програма CAD (Compute Aided Design), оснащена графічним інтерфейсом - якщо її можна так назвати, тому що все, що вона робила - це створювала діаграми xy. Організаційні інновації, застосовані в Sketchpad, започаткували використання об'єктно-орієнтованого програмування в сучасних системах CAD та CAE (Computer Aided Engineering). 

8. Айвен Сазерленд представляє програму Sketchpad

60-і роки. – Інженери найбільших компаній – Boeing, Ford, Citroen та GM – розробляють нові програми САПР. Комп'ютерні методи проектування та конструкторської візуалізації стають способом спрощення автомобільних та авіаційних проектів, не позбавлений значення та стрімкого розвитку нових виробничих технологій, в основному верстатів з числовим програмним управлінням. Через значну нестачу обчислювальної потужності в порівнянні з сьогоднішніми машинами раннє проектування САПР вимагало великих фінансових та інженерних потужностей.

9. Портер П'єр Безьє зі своїми математичними формулами

1968 – Винахід тривимірних методів CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing) приписують французькому інженеру П'єру Безьє (Pierre Bézier).9). Для полегшення проектування деталей та інструментів для автомобільної промисловості він розробив систему UNISURF, яка згодом стала робочою базою для наступних поколінь програмного забезпечення САПР.

1971 – З'являється ADAM, автоматизована система креслення та обробки (ADAM). То був інструмент CAD, розроблений Dr. Патрік Дж. Ханратті, чия компанія Manufacturing and Consulting Services (MCS) постачає програмне забезпечення таким великим компаніям, як McDonnell Douglas та Computervision.

80-і роки. – Прогрес у розвитку комп'ютерних засобів твердотільного моделювання. У 1982 році Джон Вокер засновує компанію Autodesk, основним продуктом якої є всесвітньо відома та популярна програма 2D AutoCAD.

1987 – Випущено Pro/ENGINEER, який повідомляє про ширше використання методів функціонального моделювання та зв'язування параметрів функцій. Виробником цієї чергової віхи у дизайні стала американська компанія PTC (Parametric Technology Corporation). Pro/ENGINEER створювався для Windows/Windows x64/Unix/Linux/Solaris та процесорів Intel/AMD/MIPS/UltraSPARC, але згодом виробник поступово обмежував кількість підтримуваних платформ. З 2011 року єдиною підтримуваною платформою є системи із сімейства MS Windows.

10. Проектування роботів у сучасній програмі CAD

1994 – На ринку утворюється Autodesk AutoCAD R13, тобто. перша версія програми відомої фірми, що працює над тривимірними моделями (10). Це була не перша програма, призначена для 3D-моделювання. Функції цього були розроблені на початку 60-х, а 1969 року MAGI випустила SynthaVision, першу комерційно доступну програму твердотільного моделювання. В 1989 NURBS, математичне представлення 3D-моделей, вперше з'явилося на робочих станціях Silicon Graphics. У 1993 році CAS Berlin розробила інтерактивну програму моделювання NURBS для ПК під назвою NöRBS.

2012 – Autodesk 360, програма для перенесення робіт з проектування та моделювання у хмару, виходить на ринок.