МБОУ ДО ЦДО "Аэрокосмическая школа"
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования "Центр дополнительного образования "Аэрокосмическая школа"
Помогаем раскрыть научный потенциал ребёнка

Наука вокруг нас. Черчение.

429 просмотров Добавлено: 22 августа 2019 3:40

Любая наука имеет свою историю возникновения и развития. Это относится и к графике как к одному из разделов начертательной геометрии. Интересно знать, как эта наука стала предметом, который изучается в вузах, училищах и школах. Истоки зарождения графики относятся к древности периода палеолита  (20 тысяч лет до н. э.). Это удалось установить, когда при раскопках были обнаружены наскальные рисунки в каменных пещерах, на стенах каменных жилищ и на предметах утвари, а позднее – изображения на папирусах.

В наскальных рисунках проявлялась попытка человека своеобразными способами отобразить на плоском изображении объемность.

Рис. 1. Наскальные изображения


Шло время, сменялись века, происходил переход от родовых общин к государству. Совершенствовались бытовые жилища, строились города. Для укрепления обороны городов возникали крепости, создавались храмы для молитв. История повествует о постройках Древнего Востока, при которых применялись изображения, допускающие изменения, то есть прототипы первых элементарных чертежей с использованием геометрических построений практического назначения. Сохранившиеся планы египетских городов, известные постройки пирамид, фасады и планы (чертежи) зданий, папирусы, содержащие повествование о зачатках геометрии – все это свидетельствует о применении элементарных проекционных приемов. Самые ранние сведения о способах построения изображений, которые удалось определить человеку, принадлежат Древнему Египту. Именно там, были найдены высеченные на камне план сада, и фасад здания с планировкой помещений и расположением окон и дверей, изображенных с помощью линейного масштаба.

Рис. 2 План сада, Древний Египет


На смену египетской культуре пришла античная культура Древней Греции. Слово «античность» означает «древний». Древнегреческое искусство изображений проникнуто реализмом, гармоничным совершенством, духом движения к  достоинству человека. Античная культура дала миру плеяду талантливых творцов и созидателей во всех сферах жизни. Поэтому не случайно, что начала геометрии о способах изображения на плоскости широко и многогранно были представлены в трудах:

Пифагор (VI в. до н.э.) – древнегреческий мыслитель, политический деятель, математик. Помните знаменитую теорему о «пифагоровых штанах»? Пифагор особенно знаменит, а для нас интересен, как математик. Он считал математические начала как основу «начал» всего существующего. Он открыл числовую гармонию и доказал ей: всё, что нас окружает. Пифагору принадлежат первые сведения о «золотом сечении», как математической закономерности, определяющей наиболее красивое и гармоничное соотношение величин всего, что создано природой, и на основе его – руками человека.

Демокрит (ок.460 – 370 гг. до н.э.) – крупнейший ученый математик, естествоиспытатель Древней Греции. Он в своем трактате «О геометрии» занимался изображением пространственных фигур на плоскости.

Евклид (III в. до н.э.) – известный древнегреческий ученый-математик, физик,. Он является автором  всемирно известного труда под названием: «Начала», изложенного в 13 книгах в виде 12 аксиом и 61 теоремы по  геометрии, которые не утратили своего значения до настоящего времени.

Архимед (ок. 287 – 212 гг. до н.э.) – древнегреческий философ, ученый, математик, механик, инженер военной техники. Греки высоко ценили Архимеда, прежде всего как геометра. «В области геометрии нельзя найти более трудных глубокомысленных задач, решенных с такой простотой и ясностью» —  так писал о нем древнегреческий историк Плутарх.

Архимеду принадлежат многие открытия, которыми мы пользуемся до сих пор. Он впервые вычислил длину окружности и площадь круга. Дал приближенное значение числа π, предложил способы определения площадей и объемов геометрических фигур и тел, открыл винтовую линию, ввел в геометрию понятие «движение» и вывел способ построения спирали, которую позднее назвали его именем. Открытия, которые сделал Архимед в области геометрии, основаны на новом методе, связанном с ее прикладным характером  и с использованием графических построений. «Этот сицилиец обладает гением, которого, казалось бы, человеческая природа не могла достигнуть» — так писал о нем Марк Туллий Цицерон.

О чертежах древнегреческого периода известно очень мало. Но, вероятно, они существовали, о чем свидетельствует «каменная летопись» — останки античной архитектуры, в которой заложены удивительные секреты  строительства. Однако достоверных документов, о разработанных греками чертежах, не сохранилось, они не дошли до наших дней. Об их существовании и некоторых сведениях, с теоретическими положениями и практической стороной строительства, удалось узнать из единственного – труда Витрувия.

Витрувий (в16 – 13 гг.до н.э.) в капитальном труде «Десять книг об архитектуре» изложил важные положения, связанные с архитектурой и построением чертежей. Он рассматривает чертеж как изображение, состоящее из трех видов: план сооружения, фасад и перспективное изображение. Он обобщил опыт в области построения графических изображений древнегреческих ученых. На основе их работ оп разработал новые способы и правила построения изображений, но без  теоретических обоснований.

За периодом античности наступает мрачный и жестокий период средневековья. По словам Ф. Энгельса «средневековье развивалось на совершенно примитивной основе. Оно стерло с лица земли древнюю  цивилизацию, чтобы начать во всем с самого начала». Об этом разрушительном времени писал итальянский художник – гуманист эпохи Возрождения Лоренцо Гиберти: «… все статуи и картины самого совершенства были уничтожены. Так вместе со статуями и картинами погибли свитки и записи, чертежи и, правила, которые давали наставления». Развитие замедлилось. Вместе с тем появлялись первые города и крепостные постройки, различные виды ремесел, наметились ростки просвещения. Строились недоступные феодальные замки, монастыри, напоминающие военные крепости, готовые к отражению нападений врага и их осаде. Строительство таких зданий вызывало необходимость выполнения чертежей простыми способами. Новшеством, дополняющим или заменяющим чертежи, было использование моделей. Чертежи тех времен не сохранились, так как их объекты были строго засекречены. Архитекторы при выполнении заказов следовали образцам, а их работой руководил мастер. Идеи и замыслы принадлежали ученому – инженеру. В творческой работе преобладало коллективное начало, поэтому мало  имен творцов – созидателей этого периода дошло до нас.

Рис. 3 Готический стиль


В этот период появился в архитектуре готический стиль народности готов. Вместо массивного собора, имеющего характер крепостного сооружения, возник тип храма, устремленного ввысь, символизирующего прорыв к небу,  к всевышним силам. В этот период – науки пришли в упадок. В течение более тысячи лет наука о построении графических изображений так же не развивалась, так как в эпоху средневековья преследовалась и угнеталась всякая мысль.

С XIII века изменяется развитие мира. Феодальные поселения перерастают в города, осуществляется строительство дворцовых сооружений,   каналов и мостов, а это проявляет интерес к решению новых технических проблем, связанных с развитием наук. В Европе открываются вузы. В это время оживляется осмысление прошлого и восстановление  культуры периода античности. Название этого периода «Ренессанс», (фр. Renaissance), т. е. «Возрождение». Наступает расцвет творчества, который явил блеск античной древности. Период эпохи Возрождения был самым ярким в истории развития наук и особенно в области изобразительного искусства. Ф. Энгельс очень точно охарактеризовал этот период: «Это был величайший прогрессивный переворот, пережитый до того человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страстности и характеру, по многосторонности и учености». Шло бурное развитие техники и строительства. Теория построения изображений развивалась на геометрической основе и во взаимосвязи с математикой.

В X веке Россия стремительно развернула строительство  деревянного зодчества. Строились деревянные церкви, дворянские дворцы, крестьянские избы и мосты. Из  дерева создавали предметы быта, сани и прялки. Окна зданий украшались резными наличниками, двери и ставни крыльца узорчатыми навесами. Появилась первая икона на деревянной доске. Затем, в XI веке, началось каменное строительство храмов необыкновенной красоты и в торжественном величии. Такое строительство требовало наличие чертежей, которые не дошли до нашего времени. Эти безвозвратно ушедшие потери связаны с нашествием пожаров и разгромами, это: монголо-татарское иго в XIII – XIV вв., польско-литовское нашествие XVII в., нападение Наполеона в XIX в. с господствующим разграблением ценностей и в XX в немецкий фашизм Второй мировой войны, уничтоживший неповторимые памятники России и мировой культуры. Великая Русь каждый раз вставала из пепла и возрождала культуру. В те времена иконы играли большую роль в жизни человека. Иконы были в каждой семье.

Помним Андрея Рублева (1430 г.), который с удивительным мастерством передавал на плоской доске «высшие силы», стоящие над человеком, без соблюдения единства времени и пространства, т.е. вне времени и вне пространства.

В этот период возникла необходимость измерения и определение размеров изображаемых объектов, что требовало наличие чертежей. Чертежи нужны были в строительстве, военном деле, промышленности и в картографии .При Иване Грозном было руководство: «Книга, именуемая Геометрия или Земледелие, радиксом и циркулем глубокомудрая, дающая легкий  способ измерить места самые недоступные, плоскости, дебри». В ней указывались чертежные принадлежности и правила геометрических построений. Картографические чертежи содержали план местности с наглядным изображением архитектурных проектов. Они изображали местность как бы с высоты «птичьего полета». Чертежи содержали надписи, поясняющими изображения, выполнялись по «числовым» размерам, дающим представление о габаритах сооружения и его отдельных частей без соблюдения масштаба. Архитектурные объекты изображались строго в вертикальном положении без сокращения их величины. Примером является чертеж северной части Красной площади г. Москвы.  На чертеже предмет изображался с нескольких сторон, без искажения с выбором разных точек зрения. Дан план местности города, крепости в аксонометрии и в сочетании с перспективой.

В это же время, в Москве по приказу Ивана Грозного был создан «Пушкарский приказ», который ведал инженерным и артиллерийским делом. Чертёжники, которые там работали, именовались: «чертещиками». Они применяли линейки (правило) и циркули (кружало). По распоряжению царя по всему Московскому государству собирался географический материал, который, впоследствии, лёг в основу составленного в XVI век «Большого чертежа» всей Московской Руси.

Рис. 4 "Годуновский чертёж" Кремля


В начале XVII века при Борисе Годунове был составлен «Годуновский чертёж» Кремля, где были изображены дворцовые палаты и оборонительные укрепления, расположенные вокруг. Все эти сооружения строились по разработанным чертежам.

В период правления Петра I, в начале XVIII века, в России развивается кораблестроение, горнорудное дело. Строятся машины и силовые установки. По царскому указу вводится преподавание черчения в специальных учебных заведениях. Появляются первые учебники по черчению: «Приёмы циркуля и линейки» и «Практические геометрии». В это время появляются первые графические изображения заводских зданий, которые выполняются в двух видах. Широко известен чертёж двадцатидвухвёсельного шлюпа, выполненный лично Петром I в 1719 году.

Во второй половине XIX в. в России, уже в общеобразовательных школах были введены «рисование» и «черчение». Программы разрабатывались с участием П. П. Чистякова. Он содержал в себе черты большого мастера и педагога. Он считал, что: «линия – оригинал предмета в пространстве – не может быть нарисована вполне верно только посредством одного «талантливого глаза», она требует строго точной проверки, основанной на самых точных приемах и правилах. Черчение и рисование начинается с изображения проволочных линий, углов, геометрических фигур и тел».

В начале XX  века , уже в Советском Союзе, значение графических дисциплин было поднято на новый качественный уровень. При ВУЗ-ах организовывались самостоятельные  кафедры, объединившие все виды графических дисциплин. В стране возросло количество диссертационных работ по теоретической и прикладной графике. В 1925 году был создан Комитет по стандартизации при Совете Труда и Обороны. В 1929 году вышел первый выпуск стандартов по черчению. 1 мая 1935 года Комитет по стандартизации издаёт постановление, согласно которому соблюдение стандартов на чертежи становится обязательным.

С началом Второй мировой войны возникла необходимость разработки новых видов технологически сложных вооружений. Начало освоения космоса предъявляет к точности технической документации невиданные ранее требования! Всё это оказывает колоссальное влияние на качество подготовки конструкторских коллективов и их умению работать с изображениями.

С середины XX века начинает появляться машинная графика. Разработаны системы автоматизированного проектирования,   предназначенные для выполнения конструкторских работ с применением математических методов и вычислительной техники. Современные САПР дают возможность изучить созданные модели до их выполнения в соответствующем материале.

Рис. 6 Чертёж САПР


Это на порядки сокращает время создания новых изделий. Результатом такого моделирования является электронная математическая модель, которая используется на всех стадиях жизненного цикла изделия.

Развитие новых технологий постоянно предъявляют всё более жёсткие требования к современному инженеру-конструктору. За последние годы информационные технологии коренным образом изменили принципы конструирования повысив их точность и надёжность в десятки раз! И хотя, давно в прошлом, остались те времена, когда все расчёты, чертежи и документы выполнялись вручную, мы должны помнить о важнейшем  значении именно ручных, графических методов в освоении понимания методов пространственного  «умозрительного» отображения окружающего нас мира на плоской бумаге!

Здесь нужно ещё раз вспомнить, что в «основе основ» лежат методы построения графических изображений пространственных форм на плоскости, которые создал Гаспар Монж (1746 – 1818) – знаменитый французский ученый, математик, геометр Он сыграл исключительную роль в открытии и развитии науки о методах изображения. Монж впервые предложил рассматривать плоский чертеж в двух проекциях как результат совмещения горизонтальной плоскости проекций с фронтальной, путем вращения вокруг прямой их пересечения, то  есть оси  проекций. Этот способ получил название «эпюр Монжа».


Рис. 7 Гаспар Монж


Первоначальные ростки построения изображений появились давно. Гаспар Монж собрал их в строгую систему и привел неоспоримые доказательства построений и изложил их в книге «Начертательная геометрия», которая была издана в 1795 г. Его работы явились в XVIII веке началом нового этапа в развитии науки о построении графических изображений.

Начертательная геометрия – раздел геометрии, в котором изучаются различные графические методы построения пространственных форм на плоскости, является одной из основных дисциплин в профессиональной подготовке конструктора, так как способствует развитию пространственного воображения и умению мысленно создавать представления о форме и размерах объекта по его изображению на плоскости.

Важнейшее прикладное значение начертательной геометрии  состоит в том, что она учит владеть графическим языком конструктора – чертежом,  учит выполнять и читать чертежи всех созданных проектов в мире. Невозможно представить детально ясно предмет даже по самому подробному его описанию, однако, это легко воссоздать, имея навыки в чтении проекционных чертежей объекта.

Передача точной технической информации об объекте представляет собой свод приемов, правил и общепринятых условностей выполнения графических изображений и нанесения цифровой и текстовой информации. По существу это – международный язык технического общения.