2024年5月17日发(作者:杞饮香)
我国工程图学学科的研究与发展
中国是世界上文化发达最早的国家之一。在数千年的悠久历史中,与科学技术密切相
关的制图技术,也必然相应地获得光辉的成就。
历代封建王朝,无不大兴土木,修筑宫殿、苑囿、陵寝。《史记》称:“秦每破诸侯,
写放其宫室,作之咸阳北阪上。”这说明秦灭六国曾派人摹绘各国宫室,仿照其式样建造于
咸阳。设计制图在我国史籍中有许多记载,例如“齐王起九重之台,募国中能画者……画台”
(见《说苑》)。人们熟知的阿房宫是秦始皇于渭南上林苑所建朝宫的前殿,《史记》称:
“前殿阿房,东西五百步,南北五十丈,上可以坐万人,下可以建五丈旗,周驰为阁道,自
殿下直抵南山。表南山之巅以为阙。为复道,自阿房渡渭,属之咸阳,以象天极。”唐代杜
牧《阿房宫赋》中有所谓:“覆压三百余里,隔离天日的描述。这样巨大的建筑工程,没有
图样是不可能建成的。
古代的图样,由于不耐腐蚀性,绝大多数已不存在了。1977年冬,在河北省平山县
发掘战国的中山王墓时,出土了大批青铜器,其中有一块长94厘米、宽48厘米、厚约1
厘米的铜板。经修整后,可以看出这是一幅酷似现代用正投影法画出的建筑规划平面图。该
图上南下北,图中用细线围成的扁凸字形,表示堆土而成的高台的坡脚线。五座正方形享堂
(三大两小)对称地排列于高台上。从镶嵌地439个文字,可知建筑物地名称、大小,并
知该图是按1∶500绘制成后,经国王核准,复制在铜板上的。专家考证,这块铜板制成于
公元前四世纪,并曾据以施工,在世界范围内实属罕见地古代遗物。它有力地证明中国早在
二千多年前已经能在施工之前进行设计和绘制图样。
对于中国古代在建筑方面地丰富经验,北宋地李诫(字明仲)作了总结,于公元1100
年写成34卷地《营造法式》。这是世界上最早地一部建筑规范巨著,对建筑技术、用工用
料估算以及装修等都有详细的论述。书中有图样6卷,计图一千余幅。图样这一名称,从
此肯定下来并沿用至今。该书中的图样包括使用相当于现今各种投影法绘成的宫殿房屋的平
面图、立面图、剖面图、详图及构件图。所有这些,充分反映了九百年前中国工程制图技术
的先进和高超。
综上所述,工程图学源于几何学,通过工程应用得到发展壮大、成熟。下面研讨我国近
代工程图学的发展。
一、工程图学学科发展阶段
工程图学在我国最初是作为工科院校的一门技术基础课建立起来的,主要包括投影几
何和工程制图两部分。二十世纪20~30年代至新中国成立前,教材主要采用英、德、美等
国原本,也有少量的翻译本,而且没有工程制图的全国标准。新中国成立后,随着我国的经
济发展,以及世界科学技术的突飞猛进,工程制图才由一门课程逐步成长为一门学科――工
程图学。
第一阶段(
1949-1963
年)
——
奠基阶段
在此阶段,为了培养大量的高质量的工程技术人员,本学科首先在教育领域得到长足
的发展。教育部把画法几何和工程制图定义为课程名称,并为工科院校必修的公共基础课程。
1957年教育部邀请苏联专家在清华大学举办了画法几何及机械制图教学研究进修班,全国
有关高等院校制图骨干教师几十人参加,这些教师以后基本上都成为工程图学学科建设和发
展的中坚力量。1962年成立了教育部高校工科画法几何及工程制图教材编审委员会(即现
在的课程教学指导委员会)。制定了课程的教学大纲,出版各类型通用教材。在不断开展教
学研究,提高教学质量的同时,专业教师队伍迅速壮大成长,研究范围也开始超出教学方向,
为学科的发展奠定了基础。
第二阶段(
1963-1980
年)
——
成长阶段
1963年,湖北省率先成立了湖北省工程制图学会,并举行学术报告会,以后北京、
天津、上海、江苏、广东等省市也相继成立了工程制图学会。从此图学工作者有了自己的学
术团体和学术交流阵地,这些省市的制图学会成立后,学术活动开展活跃,出版自己的学术
刊物(无刊号的内部刊物),举办学术年会,举办各种类型的培训班、研讨班,如射影几何
培训班,曲线曲面研讨班,形数结合研讨会等,而且活动具有全国性。这一阶段学术活动特
点是,学术研究内容主要限于画法几何和工程制图的相关理论及应用,且教学研究多,结合
工程,结合生产实际少,有经费资助的科研更少。参加学术活动的,基本上为制图教师。此
阶段的主要成果是审定出版了各类型的通用教材,参与制定工程制图国家标准,扩大学科内
涵,开阔制图教师的视野,以及培养提高他们的教学、科研及学术水平。
第三阶段(
1980-1992
年)
——
发展阶段
本阶段的特点是:计算机技术的引入和中国工程图学学会的成立。
早在1976年计算机绘图刚萌芽时,有识之士就意识到这种技术会给本学科带来崭新的
局面。它不但给原来形成学科之一的手工绘图技术极大的冲击,掀起课程变革的浪潮,给学
科注入新的血液,还较大地扩阔了学科地内涵,加深了学科与工程、生产实际,以及其它学
科产生地交叉。随着时间地推移,这些预见逐渐成为现实。
1980年中国工程图学学会成立,首次使用“图学”名称。从“制图(Drawing)”改为“图
学(Graphics)”,这不仅是名称改变,而是意味着学科在内涵上的质的飞跃。这个阶段,
学科活动的特点有以下几方面。
(1) 学会机构
全国除少数省、地区外几乎都成立省工程图学学会,且主要有理论与应用、计算机图学、
制图技术、制图标准化、图学教育、科普等专业委员会或工作委员会,在全国学会和个别省
市学会还设有制图发展史专委会。
(2) 学术会议
出版的刊物。一个学会分别拥有中文刊物和对外发行的英文刊物,这在当时全国各学
会来说是不多见的。
(4) 科研全国学会隔2~4年举行一次全国性地综合学术年会。各省市学会几乎每
年举行一次学术年会,还有几个省、市联合召开的学术会议等开展的学术研讨。学术活动空
前活跃,学术研究无论内容或深度也有了质的变化。由于CG、CAD/CAM大量引入工程图
学领域,几何理论、尤其是与几何造型密切相关的计算几何、计算机辅助几何设计得到较广
泛的研究。
此外,国际学术交流活动也积极开展,除参加有关国际学术会议外,中国工程学学会还
举办或承办了有关国际学术会议,如1984年在北京举行的第二届国际画法几何及计算机图
形学会议,每隔二年的国际CADDM会议,中日图学教育会议等。
同时还邀请国际上有名的专家学者来我国开展学术交流。80年代初,美国普林斯顿大
学斯提夫 姆.斯雷比(Steve )教授在华南工学院(现华南理工大学)作了为期
一周德“四维画法几何”讲学。在1984年奥地利维也纳工业大学的斯德高(l)教
授在华南工学院(现华南理工大学)作了为期两周德“画法微分几何”讲学。参加讲学的是全
国各高校的图学工作者,有效地促进了我国工程图学相关学科分支的研究与发展。
(3) 学术刊物
1981年出版《工程图学学报》(内刊),《工程图学动态》)(内刊)。1990年国
家正式批准《工程图学学报》为正式公开出版刊物,有刊号。1991年,中国工程图学学会
新办的英文刊物《CADDM》也由国家批准为正式公开
学术研究较广泛与科研、与生产实际结合,出现了一批以工程图学为背景的省、部级
科研项目,也有少数国家级科研项目,还有不少源自于生产实际的横向课题科研或生产项目。
(5) 教学
在学术研究、科研基础上,1979年原太原工学院制图教研室率先招收工程图学方面的
硕士研究生,以后不少院校相继招收研究生。1990年,国家正式批准成立工程图学硕士点,
全国先后共有约20所院校获准设点。实际招收工程图学领域硕士研究生的院校约有四、五
十所。在这阶段,一部分工程图学工程者(以图学教师为主)作为访问学者到美国、日本、
欧洲等有关国家研修,主要研修计算机图学,计算机辅助绘图、辅助设计内容为主。
1985年,教育部把教材编审委员会改为画法几何及工程制图课程教学指导委员会,制
订了课程教学基本要求,使工程图学学科在教学领域的研究活动进一步规范化,并出现了一
批高质量的教材,推动了学科建设。
第四阶段(
1992-2002
)
——
成熟阶段
1992年国家标准在《学科分类与代码》标准(GBT 13745-1992)中正式将工程图
学列为二级学科“工程与技术学科”(代码410)下设分支学科中的一个,即列为三级学科,
工程图学学科代码为“410×60”。
1997年,由于教育改革的发展,国务院学位委员会在《授予博士、硕士学位和培养研
究生的学科、专业目录》中,将机械学、工程图学等11个二级学科合并为一个学科,即“机
械设计及理论”学科,这意味着,不再单独设立工程图学硕士点。但是从学科和国家标准来
说,至今尚无新的GB代替GBT 13745-1992。所以,从国家标准(GB)而言,“工程图
学”至今仍为二级学科,并未取消或合并。工程图学被国家正式确立为一个学科,有自己的
学科代码,这是工程图学学科成熟的一个重要标志。1993年浙江大学率先获准设立有关工
程图学的博士点,此后一些重点高校如清华大学、重庆大学、华中科技大学等都先后招收有
关工程图学的博士生,说明一支有学科领军人物、有完善梯队的高素质的教学科研队伍已经
形成。这是学科成熟的另一重要标志。
1997年《工程图学学报》被列入全国中文核心期刊。这些都表明工程图学学科向深层
次发展。
由于学科的发展,中国工程图学学会的分支机构进一步设有:理论与应用图学、计算机
图学、计算机辅助设计、计算机模拟与辅助几何设计、计算机辅助工业设计、产品信息建模、
工程与制造集成、分形几何图形学、制图技术与装备、标准化等10个专业委员会,还有图
学教育分会、科普工作委员会等。表明我国的工程图学学科正向深层次发展。
二、展望
自1949年以来,我国近代工程图学经历了四个发展阶段,至今已成为既有几何学理
论,又有计算机科学,还有工程设计制图三者交叉的新型学科。工程图学学科与科技的发展,
社会的需求更紧密地结合,将有广阔的发展空间。
2024年5月17日发(作者:杞饮香)
我国工程图学学科的研究与发展
中国是世界上文化发达最早的国家之一。在数千年的悠久历史中,与科学技术密切相
关的制图技术,也必然相应地获得光辉的成就。
历代封建王朝,无不大兴土木,修筑宫殿、苑囿、陵寝。《史记》称:“秦每破诸侯,
写放其宫室,作之咸阳北阪上。”这说明秦灭六国曾派人摹绘各国宫室,仿照其式样建造于
咸阳。设计制图在我国史籍中有许多记载,例如“齐王起九重之台,募国中能画者……画台”
(见《说苑》)。人们熟知的阿房宫是秦始皇于渭南上林苑所建朝宫的前殿,《史记》称:
“前殿阿房,东西五百步,南北五十丈,上可以坐万人,下可以建五丈旗,周驰为阁道,自
殿下直抵南山。表南山之巅以为阙。为复道,自阿房渡渭,属之咸阳,以象天极。”唐代杜
牧《阿房宫赋》中有所谓:“覆压三百余里,隔离天日的描述。这样巨大的建筑工程,没有
图样是不可能建成的。
古代的图样,由于不耐腐蚀性,绝大多数已不存在了。1977年冬,在河北省平山县
发掘战国的中山王墓时,出土了大批青铜器,其中有一块长94厘米、宽48厘米、厚约1
厘米的铜板。经修整后,可以看出这是一幅酷似现代用正投影法画出的建筑规划平面图。该
图上南下北,图中用细线围成的扁凸字形,表示堆土而成的高台的坡脚线。五座正方形享堂
(三大两小)对称地排列于高台上。从镶嵌地439个文字,可知建筑物地名称、大小,并
知该图是按1∶500绘制成后,经国王核准,复制在铜板上的。专家考证,这块铜板制成于
公元前四世纪,并曾据以施工,在世界范围内实属罕见地古代遗物。它有力地证明中国早在
二千多年前已经能在施工之前进行设计和绘制图样。
对于中国古代在建筑方面地丰富经验,北宋地李诫(字明仲)作了总结,于公元1100
年写成34卷地《营造法式》。这是世界上最早地一部建筑规范巨著,对建筑技术、用工用
料估算以及装修等都有详细的论述。书中有图样6卷,计图一千余幅。图样这一名称,从
此肯定下来并沿用至今。该书中的图样包括使用相当于现今各种投影法绘成的宫殿房屋的平
面图、立面图、剖面图、详图及构件图。所有这些,充分反映了九百年前中国工程制图技术
的先进和高超。
综上所述,工程图学源于几何学,通过工程应用得到发展壮大、成熟。下面研讨我国近
代工程图学的发展。
一、工程图学学科发展阶段
工程图学在我国最初是作为工科院校的一门技术基础课建立起来的,主要包括投影几
何和工程制图两部分。二十世纪20~30年代至新中国成立前,教材主要采用英、德、美等
国原本,也有少量的翻译本,而且没有工程制图的全国标准。新中国成立后,随着我国的经
济发展,以及世界科学技术的突飞猛进,工程制图才由一门课程逐步成长为一门学科――工
程图学。
第一阶段(
1949-1963
年)
——
奠基阶段
在此阶段,为了培养大量的高质量的工程技术人员,本学科首先在教育领域得到长足
的发展。教育部把画法几何和工程制图定义为课程名称,并为工科院校必修的公共基础课程。
1957年教育部邀请苏联专家在清华大学举办了画法几何及机械制图教学研究进修班,全国
有关高等院校制图骨干教师几十人参加,这些教师以后基本上都成为工程图学学科建设和发
展的中坚力量。1962年成立了教育部高校工科画法几何及工程制图教材编审委员会(即现
在的课程教学指导委员会)。制定了课程的教学大纲,出版各类型通用教材。在不断开展教
学研究,提高教学质量的同时,专业教师队伍迅速壮大成长,研究范围也开始超出教学方向,
为学科的发展奠定了基础。
第二阶段(
1963-1980
年)
——
成长阶段
1963年,湖北省率先成立了湖北省工程制图学会,并举行学术报告会,以后北京、
天津、上海、江苏、广东等省市也相继成立了工程制图学会。从此图学工作者有了自己的学
术团体和学术交流阵地,这些省市的制图学会成立后,学术活动开展活跃,出版自己的学术
刊物(无刊号的内部刊物),举办学术年会,举办各种类型的培训班、研讨班,如射影几何
培训班,曲线曲面研讨班,形数结合研讨会等,而且活动具有全国性。这一阶段学术活动特
点是,学术研究内容主要限于画法几何和工程制图的相关理论及应用,且教学研究多,结合
工程,结合生产实际少,有经费资助的科研更少。参加学术活动的,基本上为制图教师。此
阶段的主要成果是审定出版了各类型的通用教材,参与制定工程制图国家标准,扩大学科内
涵,开阔制图教师的视野,以及培养提高他们的教学、科研及学术水平。
第三阶段(
1980-1992
年)
——
发展阶段
本阶段的特点是:计算机技术的引入和中国工程图学学会的成立。
早在1976年计算机绘图刚萌芽时,有识之士就意识到这种技术会给本学科带来崭新的
局面。它不但给原来形成学科之一的手工绘图技术极大的冲击,掀起课程变革的浪潮,给学
科注入新的血液,还较大地扩阔了学科地内涵,加深了学科与工程、生产实际,以及其它学
科产生地交叉。随着时间地推移,这些预见逐渐成为现实。
1980年中国工程图学学会成立,首次使用“图学”名称。从“制图(Drawing)”改为“图
学(Graphics)”,这不仅是名称改变,而是意味着学科在内涵上的质的飞跃。这个阶段,
学科活动的特点有以下几方面。
(1) 学会机构
全国除少数省、地区外几乎都成立省工程图学学会,且主要有理论与应用、计算机图学、
制图技术、制图标准化、图学教育、科普等专业委员会或工作委员会,在全国学会和个别省
市学会还设有制图发展史专委会。
(2) 学术会议
出版的刊物。一个学会分别拥有中文刊物和对外发行的英文刊物,这在当时全国各学
会来说是不多见的。
(4) 科研全国学会隔2~4年举行一次全国性地综合学术年会。各省市学会几乎每
年举行一次学术年会,还有几个省、市联合召开的学术会议等开展的学术研讨。学术活动空
前活跃,学术研究无论内容或深度也有了质的变化。由于CG、CAD/CAM大量引入工程图
学领域,几何理论、尤其是与几何造型密切相关的计算几何、计算机辅助几何设计得到较广
泛的研究。
此外,国际学术交流活动也积极开展,除参加有关国际学术会议外,中国工程学学会还
举办或承办了有关国际学术会议,如1984年在北京举行的第二届国际画法几何及计算机图
形学会议,每隔二年的国际CADDM会议,中日图学教育会议等。
同时还邀请国际上有名的专家学者来我国开展学术交流。80年代初,美国普林斯顿大
学斯提夫 姆.斯雷比(Steve )教授在华南工学院(现华南理工大学)作了为期
一周德“四维画法几何”讲学。在1984年奥地利维也纳工业大学的斯德高(l)教
授在华南工学院(现华南理工大学)作了为期两周德“画法微分几何”讲学。参加讲学的是全
国各高校的图学工作者,有效地促进了我国工程图学相关学科分支的研究与发展。
(3) 学术刊物
1981年出版《工程图学学报》(内刊),《工程图学动态》)(内刊)。1990年国
家正式批准《工程图学学报》为正式公开出版刊物,有刊号。1991年,中国工程图学学会
新办的英文刊物《CADDM》也由国家批准为正式公开
学术研究较广泛与科研、与生产实际结合,出现了一批以工程图学为背景的省、部级
科研项目,也有少数国家级科研项目,还有不少源自于生产实际的横向课题科研或生产项目。
(5) 教学
在学术研究、科研基础上,1979年原太原工学院制图教研室率先招收工程图学方面的
硕士研究生,以后不少院校相继招收研究生。1990年,国家正式批准成立工程图学硕士点,
全国先后共有约20所院校获准设点。实际招收工程图学领域硕士研究生的院校约有四、五
十所。在这阶段,一部分工程图学工程者(以图学教师为主)作为访问学者到美国、日本、
欧洲等有关国家研修,主要研修计算机图学,计算机辅助绘图、辅助设计内容为主。
1985年,教育部把教材编审委员会改为画法几何及工程制图课程教学指导委员会,制
订了课程教学基本要求,使工程图学学科在教学领域的研究活动进一步规范化,并出现了一
批高质量的教材,推动了学科建设。
第四阶段(
1992-2002
)
——
成熟阶段
1992年国家标准在《学科分类与代码》标准(GBT 13745-1992)中正式将工程图
学列为二级学科“工程与技术学科”(代码410)下设分支学科中的一个,即列为三级学科,
工程图学学科代码为“410×60”。
1997年,由于教育改革的发展,国务院学位委员会在《授予博士、硕士学位和培养研
究生的学科、专业目录》中,将机械学、工程图学等11个二级学科合并为一个学科,即“机
械设计及理论”学科,这意味着,不再单独设立工程图学硕士点。但是从学科和国家标准来
说,至今尚无新的GB代替GBT 13745-1992。所以,从国家标准(GB)而言,“工程图
学”至今仍为二级学科,并未取消或合并。工程图学被国家正式确立为一个学科,有自己的
学科代码,这是工程图学学科成熟的一个重要标志。1993年浙江大学率先获准设立有关工
程图学的博士点,此后一些重点高校如清华大学、重庆大学、华中科技大学等都先后招收有
关工程图学的博士生,说明一支有学科领军人物、有完善梯队的高素质的教学科研队伍已经
形成。这是学科成熟的另一重要标志。
1997年《工程图学学报》被列入全国中文核心期刊。这些都表明工程图学学科向深层
次发展。
由于学科的发展,中国工程图学学会的分支机构进一步设有:理论与应用图学、计算机
图学、计算机辅助设计、计算机模拟与辅助几何设计、计算机辅助工业设计、产品信息建模、
工程与制造集成、分形几何图形学、制图技术与装备、标准化等10个专业委员会,还有图
学教育分会、科普工作委员会等。表明我国的工程图学学科正向深层次发展。
二、展望
自1949年以来,我国近代工程图学经历了四个发展阶段,至今已成为既有几何学理
论,又有计算机科学,还有工程设计制图三者交叉的新型学科。工程图学学科与科技的发展,
社会的需求更紧密地结合,将有广阔的发展空间。