工程图学及应用研究

工程图学的应用研究一、概论工程及工程语言工程是人类为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作活动的过程，狭义的工程是指一群人利用科学技术进行有组织地进行生产实践活动，工程因需要协作必须进行信息沟通，工程上使用的信息沟通方式称为工程语言，工程语言不仅仅是人们常用的说写语言，还有图形、符号、手势、哨子等等信息交流语言。

人类是使用光、声、电、磁等物理媒介进行信息交流的，具体来说，人依靠声音、文字、图形、姿势、哨声旗语以及近代使用的幻灯、光盘等方式输出信息表达思想，信息对人作用于人的感觉器官，形成视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等，人类依靠发出和接受信息进行沟通，人类的沟通是人类社会实践活动中的必要条件，为经济活动服务，沟通方式随着经济环境和科学技术发展而不断创新，人类从结绳壁画、文字书籍、绘画照片、电影电视到现在电脑多媒体，信息沟通方式发生了翻天覆地的变化，现在信息沟通效率是古人不可以比拟的。

工程图学工程图学是一门新兴的边缘科学，以图形为研究对象，用图形以及相关的文字符号来表达工程信息的一门学科。

工程图学包括几何学、光学、心理学、人机工程学、经济学等知识，传统教育中“机械制图”属于工程图学的基本技能，但是不是工程图学全部，近代科技革命导致图形的表达方式日新月异，单单“机械制图”不足以完成工程活动的信息沟通，工程图学还研究图形和符号、文字之间的最佳经济配合，改善沟通的正确性和效率。

目前的多媒体技术发展，导致图形的制作、传播和交流发生突变性的效率革命，由此也引发了工程技术中的创新的激增、生产效率大大改善和产品品质的迅速提高，使得社会经济活动效率日益提升，由此推动社会经济继续在广度和深度上继续高速发展。

工程图学的应用可以给制造性企业带来经济效益的显著改善的可能。

工程上使用的各种图形图形的作用以及读图时代在工程领域，图形表达客观世界的物体具有瞬时性、正确性、全局性、易懂性以及无主管心理干扰的特性，这些特性是与文字相比的，如果客观物体用文字描述，则阅读速度、理解和全局把握上都有很大的问题。

古代诸葛亮据说设计了木牛流马，但是只有文字记载，没有图形，后人阅读后，难以复原出当初真实的形状。

造流马之法云：“肋长三尺五寸，广三寸，厚二寸二分：左右同。

前轴孔分墨去头四寸，径中二寸。

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稚拙的 公元前中世纪照相发明 制图系统 教、学、画、读古代岩洞壁画 达芬奇 绘画 瓦特机构图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：文字、图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。

图不能表达“小王，见本纸条给我打一个电话”的意思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。