Τεχνικό και μηχανολογικό σχέδιο και οπτικοποίηση του έργου - ιστορία

Πώς αναπτύχθηκε το τεχνικό και μηχανικό σχέδιο σε όλη την ιστορία; Διατομή από το 2100 π.Χ. μέχρι σήμερα.

2100 ρούβλια - Η πρώτη διατηρημένη εικόνα του αντικειμένου σε ορθογώνια προβολή, λαμβάνοντας υπόψη την κατάλληλη κλίμακα. Το σχέδιο απεικονίζεται στο άγαλμα της Gudea (1), μηχανικός και κυβερνήτης

Σουμεριανή πόλη-κράτος του Λαγκάς, που βρίσκεται στο σύγχρονο Ιράκ.

XNUMXος αιώνας π.Χ – Ο Marcus Vitruvius Pollio θεωρείται ο πατέρας του σχεδιαστικού σχεδίου, δηλ. Βιτρούβιος, Ρωμαίος αρχιτέκτονας, κατασκευαστής

στρατιωτικά οχήματα κατά τη διάρκεια της βασιλείας του Ιουλίου Καίσαρα και του Οκταβιανού Αυγούστου. Δημιούργησε τον λεγόμενο Βιτρούβιαν άνθρωπο - μια εικόνα ενός γυμνού άνδρα εγγεγραμμένο σε κύκλο και τετράγωνο (2), συμβολίζοντας την κίνηση (ο Λεονάρντο ντα Βίντσι διένειμε αργότερα τη δική του εκδοχή αυτού του σχεδίου). Έγινε διάσημος ως συγγραφέας της πραγματείας «Περί της αρχιτεκτονικής των δέκα βιβλίων», η οποία γράφτηκε μεταξύ 20 και 10 π.Χ. και βρέθηκε μόλις το 1415 στη βιβλιοθήκη της μονής του Αγ. Gallen στην Ελβετία. Ο Βιτρούβιος περιγράφει λεπτομερώς τόσο τα ελληνικά κλασικά τάγματα όσο και τις ρωμαϊκές παραλλαγές τους. Οι περιγραφές συμπληρώθηκαν με αντίστοιχες εικονογραφήσεις· τα αρχικά σχέδια, ωστόσο, δεν έχουν διασωθεί. Στη σύγχρονη περίοδο, πολλοί διάσημοι συγγραφείς έκαναν εικονογραφήσεις για αυτό το έργο, προσπαθώντας να αναδημιουργήσουν χαμένα σχέδια.

3. Ένα από τα σχέδια του Guido da Vigevano

Μεσαίωνας – Κατά το σχεδιασμό κτιρίων και κήπων, χρησιμοποιούνται γεωμετρικές αρχές - ad quadratum και ad triangum, δηλ. σχέδιο με όρους τετραγώνου ή τριγώνου. Οι κατασκευαστές του καθεδρικού ναού στη διαδικασία της εργασίας δημιουργούν σκίτσα και σχέδια, αλλά χωρίς αυστηρούς κανόνες και τυποποίηση. Βιβλίο σχεδίων πολιορκητικών μηχανών από τον δικαστικό χειρουργό και εφευρέτη Guido da Vigevano, 13353), καταδεικνύει τη σημασία αυτών των πρώιμων σχεδίων ως εργαλείων για την προσέλκυση χορηγών και πελατών που είναι πρόθυμοι να χρηματοδοτήσουν κατασκευαστικές επενδύσεις.

1230-1235 – Δημιούργησε ένα άλμπουμ από τον Villard de Honnecourt (4). Αυτό είναι ένα χειρόγραφο που περιέχει 33 φύλλα περγαμηνής, πλάτους 15–16 εκ. και ύψους 23–24 εκ., δεμένα μεταξύ τους, καλυμμένα και στις δύο πλευρές με σχέδια και σημειώσεις που έγιναν με στυλό και προηγουμένως ζωγραφισμένες με μολύβδινο ραβδί. Σχέδια για κτίρια, αρχιτεκτονικά στοιχεία, γλυπτά, ανθρώπους, ζώα και συσκευές συνοδεύονται από περιγραφές.

1335 – Ο Guido da Vigevano εργάζεται στο Texaurus Regis Francie, ένα κομμάτι που υπερασπίζεται τη σταυροφορία που κήρυξε ο Φίλιππος VI. Το έργο περιέχει πολυάριθμα σχέδια πολεμικών μηχανών και οχημάτων, συμπεριλαμβανομένων τεθωρακισμένων αρμάτων, ανεμοτρόφων και άλλων έξυπνων πολιορκητικών μηχανισμών. Αν και η σταυροφορία του Φιλίππου δεν πραγματοποιήθηκε ποτέ λόγω του πολέμου με την Αγγλία, το στρατιωτικό άλμπουμ του ντα Βιγκεβάνο προηγείται και προβλέπει πολλά από τα στρατιωτικά κτίρια του Λεονάρντο ντα Βίντσι και άλλων εφευρετών του δέκατου έκτου αιώνα.

4. Μια σελίδα από το άλμπουμ του Villars de Honnecourt.

1400-1600 - Τα πρώτα τεχνικά σχέδια είναι κατά μία έννοια πιο κοντά στις σύγχρονες ιδέες, η Αναγέννηση έφερε πολλές βελτιώσεις και αλλαγές όχι μόνο στις κατασκευαστικές τεχνικές, αλλά και στο σχεδιασμό και την παρουσίαση έργων.

XV αιώνας – Η εκ νέου ανακάλυψη της προοπτικής από τον καλλιτέχνη Paolo Uccello χρησιμοποιήθηκε στο τεχνικό σχέδιο της Αναγέννησης. Ο Filippo Brunelleschi άρχισε να χρησιμοποιεί γραμμική προοπτική στους πίνακές του, η οποία για πρώτη φορά έδωσε στον ίδιο και στους οπαδούς του την ευκαιρία να αναπαραστήσουν ρεαλιστικά αρχιτεκτονικές κατασκευές και μηχανικές συσκευές. Επιπλέον, σχέδια από τις αρχές του XNUMXου αιώνα από τον Mariano di Jacopo, που ονομάζεται Taccola, δείχνουν τη χρήση της προοπτικής για την ακριβή απεικόνιση των εφευρέσεων και των μηχανών. Ο Taccola χρησιμοποίησε ρητά τους κανόνες σχεδίασης όχι ως μέσο τεκμηρίωσης υπαρχουσών δομών, αλλά ως μέθοδο σχεδιασμού χρησιμοποιώντας οπτικοποίηση σε χαρτί. Οι μέθοδοί του διέφεραν από προηγούμενα παραδείγματα τεχνικού σχεδίου από τους Villard de Honnecourt, Abbé von Landsberg και Guido da Vigevano στη χρήση της προοπτικής, του όγκου και της σκίασης. Οι μέθοδοι που ξεκίνησε ο Taccola έχουν χρησιμοποιηθεί και αναπτυχθεί από μεταγενέστερους συγγραφείς. 

Αρχές XNUMXου αιώνα – Τα πρώτα ίχνη των χαρακτηριστικών των σύγχρονων τεχνικών σχεδίων, όπως οι κατόψεις, τα σχέδια συναρμολόγησης και τα λεπτομερή σχέδια τομής, προέρχονται από τα σκίτσα του Λεονάρντο ντα Βίντσι που φτιάχτηκαν στις αρχές του XNUMXου αιώνα. Ο Λεονάρντο άντλησε έμπνευση από το έργο παλαιότερων συγγραφέων, ιδιαίτερα του Francesco di Giorgio Martini, αρχιτέκτονα και σχεδιαστή μηχανών. Τύποι αντικειμένων σε προβολές υπάρχουν και στα έργα του Γερμανού δεξιοτέχνη της ζωγραφικής από την εποχή του Leonhard Albrecht Dürer. Πολλές από τις τεχνικές που χρησιμοποίησε ο ντα Βίντσι ήταν καινοτόμες όσον αφορά τις σύγχρονες αρχές σχεδιασμού και το τεχνικό σχέδιο. Για παράδειγμα, ήταν από τους πρώτους που πρότειναν να φτιάξουν ξύλινα μοντέλα αντικειμένων ως μέρος του σχεδιασμού. 

1543 – Έναρξη επίσημης εκπαίδευσης στις τεχνικές σχεδίασης. Ιδρύεται η Ενετική Ακαδημία Τεχνών del Disegno. ζωγράφοι, γλύπτες και αρχιτέκτονες διδάχθηκαν να εφαρμόζουν τυπικές τεχνικές σχεδιασμού και να αναπαράγουν μοτίβα σε μια εικόνα. Η ακαδημία είχε επίσης μεγάλη σημασία στην καταπολέμηση των κλειστών συστημάτων εκπαίδευσης σε εργαστήρια χειροτεχνίας, τα οποία συνήθως αντιτάχθηκαν στη χρήση κοινών κανόνων και προτύπων στο σχέδιο.

XVII αιώνα – Τα τεχνικά σχέδια της Αναγέννησης επηρεάστηκαν κυρίως από καλλιτεχνικές αρχές και συμβάσεις, όχι τεχνικές. Αυτή η κατάσταση άρχισε να αλλάζει στους επόμενους αιώνες. Ο Gerard Desargues βασίστηκε στην εργασία του προηγούμενου ερευνητή Samuel Maralois για να αναπτύξει ένα σύστημα προβολικής γεωμετρίας που χρησιμοποιήθηκε για να αναπαραστήσει μαθηματικά αντικείμενα σε τρεις διαστάσεις. Ένα από τα πρώτα θεωρήματα της προβολικής γεωμετρίας, το θεώρημα του Desargues, πήρε το όνομά του. Όσον αφορά την ευκλείδεια γεωμετρία, είπε ότι εάν δύο τρίγωνα βρίσκονται σε ένα επίπεδο με τέτοιο τρόπο ώστε οι τρεις ευθείες που ορίζονται από τα αντίστοιχα ζεύγη των κορυφών τους να συμπίπτουν, τότε τα τρία σημεία τομής των αντίστοιχων ζευγών πλευρών (ή οι προεκτάσεις τους ) παραμένουν συγγραμμικές.

1799 - Το βιβλίο "Περιγραφική Γεωμετρία" του Γάλλου μαθηματικού του XVIII αιώνα Gaspard Monge (5), που εκπονήθηκε με βάση προηγούμενες διαλέξεις του. Θεωρούμενη ως η πρώτη έκθεση της περιγραφικής γεωμετρίας και της επισημοποίησης της αναπαράστασης στο τεχνικό σχέδιο, αυτή η δημοσίευση χρονολογείται από τις απαρχές του σύγχρονου τεχνικού σχεδίου. Ο Monge ανέπτυξε μια γεωμετρική προσέγγιση για τον προσδιορισμό του αληθινού σχήματος των επιπέδων τομής των δημιουργούμενων σχημάτων. Αν και αυτή η προσέγγιση παράγει εικόνες που είναι πανομοιότυπες στην εμφάνιση με τις απόψεις που προωθούσε ο Βιτρούβιος από την αρχαιότητα, η τεχνική της επιτρέπει στους σχεδιαστές να δημιουργούν αναλογικές απόψεις από οποιαδήποτε γωνία ή κατεύθυνση, δεδομένου ενός βασικού συνόλου απόψεων. Αλλά ο Monge ήταν κάτι περισσότερο από ένας εν ενεργεία μαθηματικός. Συμμετείχε στη δημιουργία ολόκληρου του συστήματος τεχνικής και σχεδιαστικής εκπαίδευσης, το οποίο βασίστηκε σε μεγάλο βαθμό στις αρχές του. Η ανάπτυξη του επαγγέλματος της σύνταξης εκείνη την εποχή διευκολύνθηκε όχι μόνο από το έργο του Monge, αλλά και από τη βιομηχανική επανάσταση γενικά, την ανάγκη για την κατασκευή ανταλλακτικών και την εισαγωγή διαδικασιών σχεδιασμού στην παραγωγή. Τα οικονομικά ήταν επίσης σημαντικά - ένα σύνολο σχεδίων σχεδίων στις περισσότερες περιπτώσεις καθιστούσε περιττή την κατασκευή ενός μοντέλου ενός αντικειμένου εργασίας. 

1822 Μια δημοφιλής μέθοδος τεχνικής αναπαράστασης, το αξονομετρικό σχέδιο, επισημοποιήθηκε από τον πάστορα William Farish του Cambridge στις αρχές του 1822 στο έργο του για την Εφαρμοσμένη Επιστήμη. Περιέγραψε μια τεχνική που έδειχνε αντικείμενα σε τρισδιάστατο χώρο, ένα είδος παράλληλης προβολής που χαρτογραφεί το χώρο σε ένα επίπεδο χρησιμοποιώντας ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων. Ένα χαρακτηριστικό που διακρίνει την αξονομετρία από άλλους τύπους παράλληλης προβολής είναι η επιθυμία να διατηρηθούν οι πραγματικές διαστάσεις των προβαλλόμενων αντικειμένων σε τουλάχιστον μία επιλεγμένη κατεύθυνση. Ορισμένοι τύποι αξονομετρίας σας επιτρέπουν επίσης να διατηρείτε τις διαστάσεις των γωνιών παράλληλες με το επιλεγμένο επίπεδο. Ο Farish χρησιμοποιούσε συχνά μοντέλα για να επεξηγήσει ορισμένες αρχές στις διαλέξεις του. Για να εξηγήσει τη συναρμολόγηση των μοντέλων, χρησιμοποίησε την τεχνική της ισομετρικής προβολής - χαρτογράφηση τρισδιάστατου χώρου σε ένα επίπεδο, που είναι ένας τύπος παράλληλης προβολής. Παρόλο που η γενική έννοια της ισομετρίας υπήρχε πριν, ήταν ο Farish που είναι ευρέως γνωστός ως το πρώτο άτομο που καθιέρωσε τους κανόνες του ισομετρικού σχεδίου. Στο 120, στο άρθρο «On Isometric Perspective», έγραψε για «την ανάγκη για ακριβή τεχνικά σχέδια, απαλλαγμένα από οπτικές παραμορφώσεις». Αυτό τον οδήγησε να διατυπώσει τις αρχές της ισομετρίας. Ισομετρική σημαίνει "ίσα μέτρα" επειδή η ίδια κλίμακα χρησιμοποιείται για το ύψος, το πλάτος και το βάθος. Η ουσία της ισομετρικής προβολής είναι να εξισωθούν οι γωνίες (XNUMX°) μεταξύ κάθε ζεύγους αξόνων, έτσι ώστε η προοπτική συστολή κάθε άξονα να είναι η ίδια. Από τα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα, η ισομετρία έχει γίνει ένα κοινό εργαλείο για τους μηχανικούς (6), και σύντομα μετά η αξονομετρία και η ισομετρία συμπεριλήφθηκαν σε προγράμματα αρχιτεκτονικής έρευνας στην Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες.

6. Τεχνικό σχέδιο σε ισομετρική όψη

80-s – Η τελευταία καινοτομία που έφερε τα τεχνικά σχέδια στη σημερινή τους μορφή ήταν η εφεύρεση της αντιγραφής τους με διάφορους τρόπους, από τη φωτοτυπία έως τη φωτοτυπία. Η πρώτη δημοφιλής αναπαραγωγική διαδικασία, που εισήχθη τη δεκαετία του '80, ήταν ο κυανότυπος (7). Αυτό επέτρεψε τη διανομή τεχνικών σχεδίων στο επίπεδο του μεμονωμένου σταθμού εργασίας. Οι εργαζόμενοι εκπαιδεύτηκαν να διαβάζουν το σχέδιο και έπρεπε να τηρούν αυστηρά τις διαστάσεις και τις ανοχές. Αυτό, με τη σειρά του, είχε τεράστιο αντίκτυπο στην ανάπτυξη της μαζικής παραγωγής, καθώς μείωσε τις απαιτήσεις για το επίπεδο επαγγελματισμού και εμπειρίας του κατασκευαστή προϊόντων.

7. Αντίγραφο τεχνικού σχεδίου

1914 – Στις αρχές του 1914 αιώνα, τα χρώματα χρησιμοποιούνταν ευρέως στα τεχνικά σχέδια. Ωστόσο, μέχρι το έτος 100, αυτή η πρακτική είχε εγκαταλειφθεί σχεδόν κατά XNUMX% στις βιομηχανικές χώρες. Τα χρώματα στα τεχνικά σχέδια είχαν διαφορετικές λειτουργίες—χρησιμοποιούνταν για να αναπαραστήσουν οικοδομικά υλικά, χρησιμοποιήθηκαν για τη διάκριση μεταξύ ροών και κινήσεων σε ένα σύστημα και απλώς για τη διακόσμηση εικόνων συσκευών με αυτά. 

1963 – Ο Ivan Sutherland, στη διδακτορική του διατριβή στο MIT, αναπτύσσει το Sketchpad για το σχεδιασμό (8). Ήταν το πρώτο πρόγραμμα CAD (Compute Aided Design) που είχε γραφική διεπαφή - αν μπορείτε να το ονομάσετε έτσι, γιατί το μόνο που έκανε ήταν να δημιουργήσει διαγράμματα x-y. Οι οργανωτικές καινοτομίες του Sketchpad πρωτοστάτησαν στη χρήση αντικειμενοστρεφούς προγραμματισμού σε σύγχρονα συστήματα CAD και CAE (Computer Aided Engineering). 

8. Ο Ivan Sutherland παρουσιάζει το Sketchpad

60. – Μηχανικοί από μεγάλες εταιρείες όπως η Boeing, η Ford, η Citroën και η GM αναπτύσσουν νέα προγράμματα CAD. Οι μέθοδοι σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή και η οπτικοποίηση σχεδιασμού γίνονται ένας τρόπος για την απλοποίηση των έργων αυτοκινητοβιομηχανίας και αεροπορίας, και η ταχεία ανάπτυξη νέων τεχνολογιών κατασκευής, κυρίως εργαλειομηχανών με αριθμητικό έλεγχο, δεν είναι χωρίς σημασία. Λόγω της σημαντικής έλλειψης υπολογιστικής ισχύος σε σύγκριση με τις σημερινές μηχανές, ο πρώιμος σχεδιασμός CAD απαιτούσε μεγάλη οικονομική και μηχανική ισχύ.

9. Ο Porter Pierre Bezier με τους μαθηματικούς τύπους του

1968 – Η εφεύρεση των μεθόδων XNUMXD CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing) πιστώνεται στον Γάλλο μηχανικό Pierre Bézier.9). Για να διευκολύνει το σχεδιασμό εξαρτημάτων και εργαλείων για την αυτοκινητοβιομηχανία, ανέπτυξε το σύστημα UNISURF, το οποίο αργότερα έγινε η βάση εργασίας για τις επόμενες γενιές λογισμικού CAD.

1971 – Εμφανίζεται το ADAM, Automated Drafting and Machining (ADAM). Ήταν ένα εργαλείο CAD που αναπτύχθηκε από τον Dr. Ο Patrick J. Hanratty, του οποίου η εταιρεία Manufacturing and Consulting Services (MCS) προμηθεύει λογισμικό σε μεγάλες εταιρείες όπως η McDonnell Douglas και η Computervision.

80. – Πρόοδος στην ανάπτυξη εργαλείων υπολογιστών για στερεά μοντελοποίηση. Το 1982, ο John Walker ίδρυσε την Autodesk, το κύριο προϊόν της οποίας είναι το παγκοσμίως γνωστό και δημοφιλές πρόγραμμα 2D AutoCAD.

1987 – Κυκλοφορεί το Pro/ENGINEER, ανακοινώνοντας την αυξημένη χρήση τεχνικών λειτουργικής μοντελοποίησης και δέσμευσης παραμέτρων συνάρτησης. Κατασκευαστής αυτού του επόμενου ορόσημου στο σχεδιασμό ήταν η αμερικανική εταιρεία PTC (Parametric Technology Corporation). Το Pro/ENGINEER δημιουργήθηκε για επεξεργαστές Windows/Windows x64/Unix/Linux/Solaris και Intel/AMD/MIPS/UltraSPARC, αλλά με την πάροδο του χρόνου ο κατασκευαστής περιόρισε σταδιακά τον αριθμό των υποστηριζόμενων πλατφορμών. Από το 2011, οι μόνες υποστηριζόμενες πλατφόρμες είναι συστήματα από την οικογένεια MS Windows.

10. Σχεδιασμός ρομπότ σε ένα σύγχρονο πρόγραμμα CAD

1994 – Το Autodesk AutoCAD R13 εμφανίζεται στην αγορά, δηλ. η πρώτη έκδοση του προγράμματος μιας γνωστής εταιρείας που εργάζεται σε τρισδιάστατα μοντέλα (10). Αυτό δεν ήταν το πρώτο πρόγραμμα που σχεδιάστηκε για τρισδιάστατη μοντελοποίηση. Αυτός ο τύπος λειτουργικότητας αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του '3 και το 60 η MAGI κυκλοφόρησε το SynthaVision, το πρώτο εμπορικά διαθέσιμο πρόγραμμα μοντελοποίησης στερεών. Το 1969, το NURBS, μια μαθηματική αναπαράσταση τρισδιάστατων μοντέλων, εμφανίστηκε για πρώτη φορά στους σταθμούς εργασίας Silicon Graphics. Το 1989, το CAS Berlin ανέπτυξε ένα διαδραστικό πρόγραμμα προσομοίωσης NURBS για υπολογιστή που ονομάζεται NöRBS.

2012 – Το Autodesk 360, ένα λογισμικό σχεδιασμού και μοντελοποίησης που βασίζεται σε cloud, εισέρχεται στην αγορά.