于習(xí)法， 邵立康， 王 靜

（1. 揚(yáng)州大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009； 2. 解放軍炮兵學(xué)院三系，安徽 合肥 230031； 3. 三峽大學(xué)土木水電學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

1 概 說

俗話說，“工欲善其事，必先利其器”。 我們的先人就非常重視制圖技術(shù)的研究，早在春秋時(shí)代（公元前700 多年）的《周禮考工記》中就有“規(guī)”、“矩”和“懸”、“繩墨”、“水”等有形的繪圖工具。新中國成立以來，為了研究如何快速、準(zhǔn)確地畫出高質(zhì)量的工程圖樣，中國工程圖學(xué)學(xué)會(huì)設(shè)立了制圖技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，其主要任務(wù)是：運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)成圖技術(shù)提高產(chǎn)品的內(nèi)在和外在質(zhì)量，研究繪圖工具和儀器及繪圖方法的改革與發(fā)展?？梢哉f，自該專業(yè)委員會(huì)成立以來，歷經(jīng)幾代人的努力，取得了豐碩的成績，為我國的圖學(xué)教育事業(yè)和產(chǎn)品質(zhì)量提高做出了重要的貢獻(xiàn)。

在尺規(guī)繪圖時(shí)代，圖板、丁字尺、三角尺和量角器是常用的繪圖工具。人們不斷的嘗試對(duì)這些繪圖工具進(jìn)行改革。以三角尺為例，從普通的三角尺、曲線板、量角器、比例尺等等到融合上述各尺功能于一體的多功能三角尺，既降低了成本又方便攜帶；各種專業(yè)繪圖模板和針管筆、活動(dòng)鉛筆等的出現(xiàn)更是極大的提高了尺規(guī)繪圖的質(zhì)量和速度；而從手工繪圖到精密機(jī)械繪圖、計(jì)算機(jī)繪圖則使繪圖和設(shè)計(jì)工作又上了一個(gè)新的臺(tái)階。

本文介紹的幾個(gè)專利，是筆者就現(xiàn)代常用尺規(guī)繪圖工具之改革所做的一些探討，希望能收到一些拋磚引玉的效果。

2 繪圖尺

三角尺是傳統(tǒng)的繪圖工具，它起源于何時(shí)？由何人設(shè)計(jì)、發(fā)明，是國人還是來自他邦？這些均無從考證。如果說在以前的木制時(shí)代，從榫眼的牢固與穩(wěn)定性考慮，三角形是最科學(xué)的選擇，那么在塑料、有機(jī)玻璃等材料早已問世的今天，是否仍然如此？似乎無人研究，因?yàn)槿藗儗?duì)此已經(jīng)習(xí)慣了。

其實(shí)，稍加分析，便不難發(fā)現(xiàn)：在實(shí)際繪圖過程中兩個(gè)尺子（三角尺總是成對(duì)生產(chǎn)的）同時(shí)使用的幾率很小，即使是在要求精確繪圖的手工時(shí)代，許多由平行線構(gòu)成的圖例都被設(shè)計(jì)成特殊角度，從而可由一個(gè)尺子和丁字尺等配合完成，兩個(gè)尺子就造成了較大的浪費(fèi)。而且他們也只能畫有限的幾個(gè)特殊角（15°角的整數(shù)倍），尤其是在計(jì)算機(jī)繪圖已經(jīng)相當(dāng)普及的今天，稍微復(fù)雜或正規(guī)一點(diǎn)的圖樣均已由計(jì)算機(jī)完成，三角尺似乎已完成了它的歷史使命，該退出歷史舞臺(tái)了。但實(shí)際情況卻相反：從市場(chǎng)調(diào)查來看，現(xiàn)在的三角尺從品牌到數(shù)量比任何時(shí)候都多，說明它仍有廣泛的市場(chǎng)需求。

雖然現(xiàn)在不少三角尺內(nèi)嵌套了量角器和曲線板，使其多功能化，但這同時(shí)也增大了三角尺的尺寸規(guī)格，這對(duì)成年人應(yīng)用尚可，但對(duì)中小學(xué)生卻不適宜。因此，現(xiàn)在的中小學(xué)生每人都有一套繪圖工具，包括三角尺、直尺（畫長線條用）和量角器等，數(shù)量多，使用不便還容易丟失，而且一副三角尺有4 個(gè)銳角——尤其是30°角很尖銳，極易傷人、不安全。

繪圖尺（專利號(hào)：ZL 2005 3 0081108.X）[1]就是為了解決上述問題而設(shè)計(jì)的，它包含了傳統(tǒng)的30°、（60°）和45°（斜邊）及90°（直角邊），還增加了105°、120°和135°及量角器、曲線板、橢圓模板與正二測(cè)圖的軸測(cè)軸方向，一尺多用。與普通三角尺一樣，可以做成大小各種規(guī)格，且與同規(guī)格的三角尺相比其體積小，既節(jié)約了材料、降低了成本，又增加了功能且方便攜帶，特別是沒有一個(gè)銳角，使用安全（見圖1）。

3 多功能丁字尺

普通的丁字尺，只能用來畫水平線和與三角尺配合畫鉛直線及一些特殊角度的斜線，功能比較單一。“多功能丁字尺”（專利號(hào)：ZL 2005 2 0069474.8）[2]在其尺頭部分增加了刻度，使其能畫任意角度（包括水平線）和距離的平行直線，無需用直尺定位和兩個(gè)三角尺推平行線；特別是尺身中部的兩道凹槽兩側(cè)增加了唐、宋、元、明、清等各朝代的古尺，明顯增加了該尺的度量功能，而凹槽又可作“界尺”（古代國畫及軟筆畫用尺）的溝槽，使該尺又有了“界尺”的功能，特別適用于美術(shù)工作者，拓展了其使用領(lǐng)域；尺身尾部又有量角器的功能，同時(shí)還避免了直角容易損壞的弊端，而且尺頭上可以做成插槽以方便尺身接擦連接，同時(shí)方便包裝和攜帶，可謂一舉多得（見圖2）。

圖1 繪圖尺

圖2 多功能丁字尺

4 組合繪圖儀

傳統(tǒng)的圖板是用木材制作的，受陽光暴曬或受潮都可能產(chǎn)生變形或霉?fàn)€，甚至?xí)艿嚼鲜蟮鹊钠茐?；丁字尺主要用來和圖板配套畫水平線，功能單一；量角器已經(jīng)很少單獨(dú)應(yīng)用；而三角尺的設(shè)計(jì)在現(xiàn)階段已缺乏科學(xué)性。組合繪圖儀（專利申請(qǐng)?zhí)枺篫L 200810023670.X）[3]，就是考慮上述問題而提出的一個(gè)綜合方案，它由圖板、一根主尺和一根副尺組成（見圖3）。

圖板由新材料PVC 制作，既輕便又牢固且方便攜帶，同時(shí)又節(jié)約了木材，有利于環(huán)境保護(hù)。在圖板的四周分別做一個(gè)導(dǎo)槽，以便于主尺沿導(dǎo)槽作平行滑動(dòng)，另外在圖板的一側(cè)的兩端各做一個(gè)撐腳，使用時(shí)撐起來使圖板形成一個(gè)坡面，利用了人體工學(xué)原理，以減輕繪圖者的疲勞感。

主尺由尺頭和尺身組成，用鉚釘固定。其中，尺頭有導(dǎo)軌和按鈕，導(dǎo)軌可使尺子沿滑槽移動(dòng)，按鈕則是用于固定尺子的位置；尺身用透明材料制作，左側(cè)下方也有導(dǎo)軌（以保證左右同步平行滑動(dòng)），尺身中間開一滑槽，方便副尺沿此槽左右滑動(dòng)，并且在槽兩側(cè)刻宋朝和清朝的尺子刻度，以便于古建筑設(shè)計(jì)之用。另外，此槽還可作“界尺”（國畫軟筆用尺）使用。副尺由一直尺和一尺卡組成，直尺的一端做成圓弧形狀，刻有角度，并開一弧形槽；尺卡用透明材料制作，和直尺鉸連接，使直尺可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其上有一紅色0 線可以讀出直尺轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，當(dāng)角度確定時(shí)按下按鈕，鎖入直尺的弧形槽中，即可鎖定直尺和尺卡。在鉸的下方設(shè)一導(dǎo)軌，使副尺可以沿主尺的滑槽左右滑動(dòng)。從而可以畫任意方向的平行線和垂直線。副尺不用時(shí)可以取下或者旋轉(zhuǎn)到與主尺平行。

圖3 組合繪圖儀

5 圓 規(guī)

對(duì)于教具，由于常用的圓規(guī)、三角尺和量角器等體積較大，攜帶極不方便，所以很少有教師上課帶全這些工具的，而且圓規(guī)的功能單一。多功能圓規(guī)（專利號(hào)：ZL 2006 0 0072838.2）[4]則較好地解決了這個(gè)問題，如圖4 所示。

它是在普通圓規(guī)的基礎(chǔ)上，增加一連桿，當(dāng)連桿拉直——即圓規(guī)的兩腿互成直角時(shí)，該連桿即為等腰直角三角形的斜邊，在其一面刻有長度單位刻度；另外一面則刻有角度單位刻度，這樣就使該圓規(guī)同時(shí)具有了三角尺和量角器的功能。連桿由兩截組成，在其兩端和中間各設(shè)一鉸連接，使它可隨著圓規(guī)兩腿夾角（即圓的半徑）大小的改變而自由伸縮，從而不影響圓規(guī)的正常使用。

在圓規(guī)端部的四分之一（或二分之一）位置設(shè)置一短尺，短尺的一端鉸固定在圓規(guī)的一條腿上，另外一端可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在短尺上面按1：4（或1：2）刻上刻度，這樣隨著另外一條腿的移動(dòng)，就可以在短尺上讀出任意一圓或圓弧的半徑，短尺的另外一面同樣刻上角度單位，可作為固定的量角器使用。

圖4 多功能圓規(guī)

6 結(jié) 束 語

雖然隨著計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展，許多生產(chǎn)和設(shè)計(jì)單位已甩掉圖板。但是，尺規(guī)繪圖仍有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尺規(guī)繪圖訓(xùn)練可強(qiáng)化學(xué)生投影分析能力，增強(qiáng)學(xué)生繪圖和讀圖基本技能方面的潛在能力，以及提高對(duì)學(xué)生圖形思維能力的培養(yǎng)，這些都是對(duì)工程師素質(zhì)的磨練和培養(yǎng)的有力手段，它是計(jì)算機(jī)繪圖難以替代的。沒有必要的尺規(guī)繪圖作基礎(chǔ)，用計(jì)算機(jī)很難繪出正確的工程圖。尺規(guī)繪圖與計(jì)算機(jī)繪圖在學(xué)校的圖學(xué)教育中，應(yīng)保持雙雙并重。因此，尺規(guī)繪圖工具仍然有其生存的很大空間，作為制圖技術(shù)的重要組成部分之一，對(duì)其改革必將繼續(xù)下去。希望同行們同心協(xié)力，為制圖技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。更歡迎相關(guān)生產(chǎn)廠家能將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，造福于使用者，也歡迎各感興趣的高校征訂產(chǎn)品，以銷定產(chǎn)，減輕投資者的風(fēng)險(xiǎn)。

[1] 于習(xí)法. 繪圖尺：中國, ZL 2005 3 0081108.X [P]. 2005-10-26.

[2] 于習(xí)法. 多功能丁字尺：中國, ZL 2005 2 0069474.8 [P]. 2006-05-17.

[3] 于習(xí)法. 組合繪圖儀：中國, ZL 200810023670.X [P]. 2008-04-24.

[4] 于習(xí)法. 多功能圓規(guī)：中國, ZL 2006 2 0072838.2 [P]. 2007-05-30.