Nhập môn Đồ họa Kỹ thuật cho Kỹ sư - Ấn bản lần thứ tư bởi Gary R. Bertoline

• Tác giả: Gary R. Bertoline
• Trường học: Purdue University
• Chuyên ngành: Kỹ thuật giao tiếp đồ họa
• Đề tài: Giới thiệu về giao tiếp đồ họa cho kỹ sư
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2008

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình Introduction to Graphics Communications for Engineers

Introduction to Graphics Communications for Engineers là giáo trình kỹ thuật đồ họa do Gary R. Bertoline biên soạn, ấn bản lần thứ tư. Cuốn sách được xuất bản bởi McGraw-Hill, dành cho sinh viên kỹ thuật và công nghệ. Giáo trình cung cấp nền tảng toàn diện về giao tiếp đồ họa kỹ thuật. Nội dung bao gồm phác thảo, vẽ kỹ thuật, kích thước hóa, và đọc bản vẽ chi tiết. Gary R. Bertoline là Giáo sư Công nghệ Đồ họa Máy tính tại Đại học Purdue. Ông có hơn 25 năm kinh nghiệm giảng dạy đồ họa ở mọi cấp độ. Giáo trình được xây dựng dựa trên nghiên cứu nhận thức và trực quan hóa. Nathan Hartman và William Ross từ Purdue University đóng góp nội dung. Cuốn sách tích hợp công nghệ CAD hiện đại vào chương trình truyền thống. Đây là tài liệu tham khảo quan trọng trong đào tạo kỹ sư.

1.1. Thông tin về tác giả Gary R. Bertoline

Gary R. Bertoline đạt bằng cử nhân Công nghệ Công nghiệp tại Northern Michigan University năm 1974. Ông hoàn thành bằng thạc sĩ tại Miami University năm 1979 và tiến sĩ tại Ohio State University năm 1987. Nghiên cứu sau đại học tập trung vào tích hợp CAD vào đồ họa kỹ thuật. Bertoline là giám đốc Trung tâm Trực quan hóa Dữ liệu Perceptualization tại Purdue. Ông đã xuất bản hơn 10 giáo trình và thực hành, trình bày hơn 100 bài báo quốc tế. Ông nhận giải Frank Oppenheimer Award ba lần cho bài báo xuất sắc nhất.

1.2. Cấu trúc và phạm vi nội dung giáo trình

Giáo trình gồm nhiều chương, từ giới thiệu cơ bản đến kỹ thuật nâng cao. Chương 1 trình bày công cụ vẽ kỹ thuật truyền thống và máy tính. Chương 2 tập trung vào phác thảo và chữ viết kỹ thuật. Chương 4 đề cập đến kích thước hóa và dung sai. Chương 5 hướng dẫn đọc và xây dựng bản vẽ chi tiết. Nội dung bao gồm sáu chiếu chính trong bản vẽ đa chiếu: trước, trên, dưới, sau, trái, phải. Cuốn sách cung cấp bài tập đánh giá và vấn đề thực hành cho từng chương.

II. Phân tích kỹ năng phác thảo và vẽ đa chiếu trong giáo trình

Phác thảo contour là kỹ thuật nền tảng được giới thiệu trong giáo trình. Kỹ thuật này yêu cầu quan sát đường viền đối tượng trong khi vẽ. Người học bắt đầu bằng cách từ từ theo dõi đường nét bên ngoài bằng mắt. Kết quả ban đầu có thể thô và mất tỷ lệ, nhưng cải thiện nhanh qua luyện tập. Mục đích chính là phát triển độ nhạy thị giác và khả năng nhận biết đặc điểm. Đường viền trên vật thể bao gồm cạnh, đường phân tách ánh sáng, thay đổi bề mặt. Giáo trình cũng trình bày bản vẽ đa chiếu với sáu chiếu chính. Các chiếu được quay 90 độ từ nhau, gọi là chiếu chính quy. Ba chiếu thường đủ để mô tả hoàn chỉnh một đối tượng. Việc chọn chiếu phụ thuộc vào đặc điểm quan trọng nhất của thiết kế. Hình minh họa trong sách giúp sinh viên hiểu cách áp dụng lý thuyết.

2.1. Kỹ thuật phác thảo contour và phác thảo contour sửa đổi

Phác thảo contour tiêu chuẩn đòi hỏi tập trung hoàn toàn vào đường viền đối tượng. Người vẽ không nhìn vào giấy, chỉ theo dõi đường nét bằng mắt. Kỹ thuật này rèn luyện khả năng phối hợp tay-mắt hiệu quả. Phác thảo contour sửa đổi cho phép thỉnh thoảng nhìn xuống giấy. Phiên bản sửa đổi phù hợp cho người mới bắt đầu học phác thảo. Cả hai kỹ thuật đều nhằm mục đích nâng cao trực quan hóa không gian. Giáo trình cung cấp hình minh họa rõ ràng cho từng giai đoạn luyện tập.

2.2. Hệ thống sáu chiếu chính trong bản vẽ đa chiếu

Bản vẽ đa chiếu tạo ra sáu chiếu chính từ sáu góc nhìn vuông góc. Các chiếu bao gồm: trước, trên, dưới, sau, bên phải, bên trái. Không phải tất cả sáu chiếu đều cần thiết cho mọi đối tượng. Thông thường chỉ cần ba chiếu mô tả tốt nhất. Việc lựa chọn chiếu dựa trên hai tiêu chí chính. Tiêu chí thứ nhất là xác định đặc điểm quan trọng nhất của đối tượng. Tiêu chí thứ hai là chọn chiếu thể hiện tốt nhất những đặc điểm đó.

III. Phương pháp học tập hiệu quả từ giáo trình đồ họa kỹ thuật

Giáo trình Bertoline áp dụng phương pháp học tập kết hợp lý thuyết và thực hành. Mỗi chương bắt đầu với mục tiêu học tập rõ ràng được trình bày ở đầu. Sinh viên được hướng dẫn qua các khái niệm cơ bản trước khi tiến đến kỹ thuật nâng cao. Phần bài tập cuối chương cung cấp cơ hội áp dụng kiến thức ngay lập tức. Việc luyện tập phác thảo contour thường xuyên cải thiện đáng kể kỹ năng vẽ. Công cụ CAD hiện đại được tích hợp cùng công cụ vẽ truyền thống. Sự kết hợp này giúp sinh viên thích ứng với môi trường công nghiệp thực tế. Giáo trình khuyến khích phát triển tư duy không gian qua nhiều dạng bài tập. Các vấn đề đánh giá kiểm tra khả năng đọc và hiểu bản vẽ kỹ thuật. Phương pháp tiếp cận từng bước giúp xây dựng nền tảng vững chắc cho người học.

3.1. Kết hợp công cụ vẽ truyền thống và công nghệ CAD

Giáo trình trình bày cả công cụ vẽ truyền thống và công cụ vẽ máy tính. Chương 1 giới thiệu công cụ vẽ kỹ thuật truyền thống như thước kẻ, compa. Phần công cụ vẽ hỗ trợ máy tính bao gồm phần mềm CAD chuyên dụng. Sự kết hợp hai phương pháp giúp hiểu rõ nguyên tắc cơ bản. CAD tăng tốc độ và độ chính xác, nhưng hiểu bản vẽ tay vẫn thiết yếu. Sinh viên cần nắm vững cả hai phương pháp để làm việc hiệu quả trong ngành.

3.2. Hệ thống đánh giá và bài tập thực hành

Mỗi chương kết thúc với phần Câu hỏi Đánh giá và bài tập Problems. Câu hỏi đánh giá kiểm tra khả năng hiểu lý thuyết đã học. Phần Problems yêu cầu áp dụng kiến thức vào tình huống cụ thể. Bài tập vẽ giúp rèn luyện kỹ năng phác thảo và kích thước hóa. Hệ thống đánh giá này đảm bảo người học nắm vững từng chủ đề. Giáo trình cung cấp lộ trình học tập từ cơ bản đến nâng cao rõ ràng.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của giáo trình đồ họa kỹ thuật

Introduction to Graphics Communications for Engineers là tài liệu đào tạo chất lượng cao. Giáo trình đáp ứng nhu cầu học tập từ cấp cơ sở đến đại học và sau đại học. Kiến thức trong sách áp dụng trực tiếp vào nhiều ngành kỹ thuật. Kỹ năng phác thảo và đọc bản vẽ là yêu cầu cơ bản cho mọi kỹ sư. Công nghệ CAD được giới thiệu giúp sinh viên sẵn sàng cho môi trường làm việc số. Giáo trình cũng đề cập đến xu hướng tương lai trong đồ họa kỹ thuật. Các chủ đề như mô hình hóa, hoạt hình, và trực quan hóa được tích hợp. Nghiên cứu nhận thức hình ảnh của Bertoline nâng cao giá trị học thuật. Cuốn sách đã nhận nhiều giải thưởng quốc tế về đóng góp giáo dục đồ họa. Đây là nguồn tham khảo không thể thiếu cho sinh viên kỹ thuật và công nghệ.

4.1. Giải thưởng và đóng góp của tác giả cho giáo dục đồ họa

Gary R. Bertoline nhận giải Orthogonal Medal từ North Carolina State University năm 1992. Ông là người đầu tiên nhận giải Steve M. Slaby International Award năm 1995. Giải thưởng ghi nhận đóng góp xuất sắc trong giáo dục đồ họa quốc tế. Bertoline là biên tập viên cho Tạp chí Geometry and Graphics. Ông giữ vai trò Biên tập viên Chuỗi Đồ họa McGraw-Hill. Các nghiên cứu về nhận thức hình ảnh được tài trợ bởi SIGGRAPH.

4.2. Xu hướng tương lai trong đồ họa kỹ thuật và giáo trình

Giáo trình đề cập đến xu hướng tương lai trong ngành đồ họa kỹ thuật. Công nghệ thực tế ảo và trực quan hóa 3D đang trở thành tiêu chuẩn mới. Mô hình hóa tham số và hoạt hình được tích hợp vào đào tạo kỹ sư. Giáo trình cập nhật các chủ đề hiện đại bên cạnh nền tảng truyền thống. Xu hướng tích hợp CAD vào mọi khía cạnh thiết kế ngày càng rõ rệt. Sinh viên tốt nghiệp cần thành thạo cả kỹ năng vẽ tay và công nghệ số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

net ber22643_fm_i-vi.qxd 03/20/2008 6:52 am Page i pinnacle 206:MHDQ040:ber04%:ber04chfm: Introduction to Graphics Communications for Engineers Fourth Edition Gary R. Bertoline Purdue University With Contributions From: Nathan Hartman, Purdue University William Ross, Purdue University www.net ber22643_fm_i-vi.qxd 03/20/2008 6:52 am Page iii pinnacle 206:MHDQ040:ber04%:ber04chfm: About the Author Gary R. Bertoline is Prof. Bertoline has authored numerous publications, Professor of Computer authored or coauthored 10 textbooks and workbooks, and Graphics Technology at made over 100 presentations throughout the world. He Purdue University and has won the Frank Oppenheimer Award three times for director of the Envision best paper at the Engineering Design Graphics Division Center for Data Percep- Mid-year Meeting. He has developed many graphics tualization. He earned his courses, including CAD, solid modeling, multimedia, and B. degree in Industrial virtual reality, and has integrated many modern topics into Technology at Northern traditional engineering graphics courses, such as model- Michigan University in ing, animation, and visualization. Bertoline has con- 1974, M. in Industrial ducted research in cognitive visualization and was the Technology at Miami co-author for a curriculum study in engineering graphics University in 1979, and funded by SIGGRAPH. He is on the editorial board for Ph. at The Ohio State the Journal for Geometry and Graphics and is the Gary R. Bertoline University in Industrial McGraw-Hill Graphics Series Editor. He was the recipient Technology in 1987. His graduate work focused on the of the Orthogonal Medal for outstanding contributions to integration of CAD into engineering graphics and visual- the advancement of Graphic Science by North Carolina ization. He has 25 years’ experience teaching graphics at all State University in 1992, and the 1995 inaugural recipient levels from elementary school to senior citizens. of the Steve M. Slaby International Award for Outstand- Bertoline taught junior high and high school graphics at St. ing Contributions in Graphics Education. You can contact Henry High School, St. Henry, Ohio; drafting/ design tech- Dr. Bertoline at bertoline@purdue. nology at Wright State University, Lake Campus, Celina, Ohio; and engineering graphics at The Ohio State Univer- sity, Columbus, Ohio.net ber22643_fm_i-vi.qxd 3/21/08 4:35 PM Page iv ppg 206:MHDQ040:ber04%:ber04chfm: Contents About the Author, iii 4 Dimensioning and Tolerancing Practices, 127 Preface, v Objectives, 127 1 Introduction to Graphics 4.2 Size and location dimensions, 127 4.3 Detail Dimensioning, 134 Objectives, 1 4.2 Technical Drawing Tools, 3 4.3 Computer-Aided Drawing Tools, 5 Questions for Review, 147 1.4 Traditional Tools, 5 Problems, 148 1.6 Alphabet of Lines, 6 1.7 What You Will Learn, 8 5 Reading and Constructing 1.8 Future Trends, 8 Working Drawings, 155 Problems, 10 Objectives, 155 5.1 Basic Concepts, 155 2 Sketching and Text, 17 5.2 Working Drawings, 156 Questions for Review, 166 Objectives, 17 Problems, 166 2.3 Proportions and Construction Lines, 29 6 Design and 3-D Modeling, 185 2.4 Introduction to Projections, 30 Objectives, 185 2.5 Multiview Sketching Technique, 45 6.3 Constraint-Based Modeling, 191 2.4 Feature-Based Modeling, 193 Questions for Review, 57 6.5 3-D Modeling and the Design Process, 194 Problems, 57 Questions for Review, 194 Problems, 196 3 Section and Auxiliary Views, 80 SUPPLEMENT Design Problems, 213 Objectives, 80 3.1 Sectioning Basics, 80 Additional Problems and Worksheets, 221 3.2 Cutting Plane Lines, 84 3.3 Section Line Practices, 84 Index, 249 3.4 Section View Types, 87 3.5 Special Sectioning Conventions, 93 3.6 Auxiliary View Projection Theory, 96 Questions for Review, 103 Problems, 103 iv www.net ber22643_fm_i-vi.qxd 03/20/2008 6:52 am Page v pinnacle 206:MHDQ040:ber04%:ber04chfm: Preface Introduction to Graphics Communications for Engineers, Constructing Working Drawings,” describes how to read Fourth Edition, is part of the McGraw-Hill’s BEST (Basic and produce working drawings. Finally, Chapter 6, Engineering Series and Tools), which introduces engineer- “Design and 3-D Modeling,” is an overview of 3-D model- ing students to various topics and skills important to their ing techniques and the engineering design process. This workbook is an introduction to the stan- Outstanding features of the fourth edition include: dard practices used by engineers to communicate graphi- cally. The primary goal of this text is to assist engineering • New Design Problems were developed to provide stu- students in learning the techniques and standards of com- dents an opportunity to exercise the various stages of municating graphically so that design ideas can be clearly the design process. The problems provide an ideation communicated and produced. stage, a decision-making stage, design creation stage, The text concentrates on the concepts and skills needed and the documentation stage. Each problem includes to sketch and create 2-D drawings and 3-D CAD models. provisions for sketching, 3-D modeling, and documen- Engineering graphics has gone through significant tation of the student’s final solution to the problem. changes in the last decade as a result of the use of comput- • Supplemental Solid Modeling Exercise—A new ers and CAD software. It seems as if some new hardware exercise focusing on 3-D solid modeling for parts and or software development has an impact on engineering assemblies has been developed. Visual examples for graphics every year. Although these changes are impor- each part and assembly have been created with various tant to the subject of technical graphics, there is much solid modeling software packages and are included with about the subject that has not changed. Engineers still find engineering sketches to aid students in visualizing part it necessary to communicate and interpret design ideas geometry and the modeling process. through the use of graphical methods such as sketches and • Design in Industry Boxes, containing some aspect of CAD drawings and models. As powerful as today’s com- design from industry, are featured in this edition. Stu- puters and CAD software have become, they are of little dents will learn how design is done in the real world use to engineers who do not fully understand fundamental from these interesting stories presented by practicing graphics communications principles and 3-D modeling engineers and technologists. strategies, or who lack high-level visualization skills. • Practice Problems are included throughout each chap- The workbook is divided into six chapters with multiple ter in the fourth edition. These problems give students units of instruction. Chapter 1, “Introduction to Graphics an opportunity to get drawing practice as they work Communications,” is an introduction to graphics commu- through concepts. nications as a language for engineers and describes the • End-of-Chapter Sketching Problems reinforce what tools used and some of the techniques for communicating students are learning in the chapter. Chapter 2, “Sketching and Text,” is an in- • Student-Friendly Pedagogy includes: a list of objec- troduction to sketching technique, projection theory, tives at the beginning of chapters, step-by-step instruc- visualization, and the use of text on drawings. Chapter 3, tions on how to draw, and a wide assortment of “Section and Auxiliary Views,” introduces the student to problems that can be assigned to reinforce concepts. the use of and technique for creating sectioned drawings and models and auxiliary views. Chapter 4, “Dimension- Sketching worksheets have been integrated into the ing and Tolerancing Practices,” describes how to create end of each chapter. These worksheets can be used for and read dimensional drawings. Chapter 5, “Reading and sketching assignments to augment assignments using v www.net ber22643_fm_i-vi.qxd 03/20/2008 6:52 am Page vi pinnacle 206:MHDQ040:ber04%:ber04chfm: vi Preface CAD. After completing the workbook, the student will University, for their feedback on the third edition. Special be able to create design sketches using various projec- thanks to Professors Nathan Hartman and William Ross tion techniques, create and read 2-D standard engineer- from Purdue University for their contributions to this ing drawings, and create and visualize 3-D computer edition of the book. Thanks to James Mohler and Amy Fleck for their work Gary R. Bertoline, PhD on the illustrations, Jim Leach for some of the drawing Professor Computer Graphics Technology problems added in the second edition and Robert Geenlee, Purdue University University of New Mexico, and Hodge E. Jenkins, Mercer West Lafayette, IN For Ada, Bryan, Kevin, and Carolyn, who are my motivation and inspiration for all my books.net ber22643_ch01_001-016.qxd 03/19/2008 8:01 pm Page 1 pinnacle 206:MHDQ040:ber04%:ber04ch01: Chapter Introduction to Graphics Communications 1 OBJECTIVES After completing this chapter, you will be able to: 1. Describe why technical drawings are an effective communications system for technical ideas about designs and products. Identify important parts of a CAD system. Identify important traditional tools. Identify standard metric and U. drawing sheet sizes. Identify the types and thicknesses of the various lines in the alphabet of lines.1 INTRODUCTION Graphics communications using engineering drawings and models is a language—a clear, precise language—with definite rules that must be mastered if you are to be suc- cessful in engineering design. Once you know the lan- guage of graphics communications, it will influence the way you think, the way you approach problems. Why? Because humans tend to think using the languages they know. Thinking in the language of technical graphics, you will visualize problems more clearly and will use graphic images to find solutions with greater ease. In engineering, 92 percent of the design process is graphically based. The other 8 percent is divided between mathematics and written and verbal communications. Why? Because graphics serves as the primary means of communication for the design process.1 shows a breakdown of how engineers spend their time. 3-D modeling and documentation, along with design model- ing, comprise more than 50 percent of the engineer’s time and are purely visual and graphical activities. Engineering analysis depends largely on reading technical graphics, and manufacturing engineering and functional design also require the production and reading of graphics. Why do graphics come into every phase of the engineer’s job? To illustrate, look at the jet aircraft in Figure 1.net ber22643_ch01_001-016.qxd 03/19/2008 8:01 pm Page 2 pinnacle 206:MHDQ040:ber04%:ber04ch01: 2 Introduction to Graphics Communications for Engineers 3-D Modeling and Documentation Manufacturing Engineering Functional Design Engineering Analysis Other 0 5 10 15 20 25 30 Figure 1.1 A Total View of Engineering Divided into Its Major Activities Figure 1.2 Graphics plays a very important role in all areas of engineering; This jet aircraft would be impossible to create without computer for documentation, communications, design, analysis, and graphics models and drawings. Drawings are the road maps that modeling. Each of the activities listed is so heavily slanted show how to manufacture or build products and structures. toward graphics communications that engineering is 92 percent (© Boeing) graphically based. (Courtesy of RealD Stereographics) standards, conventions, techniques, and tools of technical graphics and will help you develop your technical skills so any new product, it was designed for a specific task and that your design ideas become a reality. within specified parameters; however, before it could Engineers are creative people who use technical means be manufactured, a 3-D model and engineering drawings to solve problems. They design products, systems, devices, like that shown in Figure 1.3 had to be produced. Just and structures to improve our living conditions. Although imagine trying to communicate all the necessary details problem solutions begin with thoughts or images in the verbally or in writing. It would be impossible! mind of the designer, presentation devices and computer A designer has to think about the many features of an graphics hardware and software are powerful tools for object that cannot be communicated with verbal descrip- communicating those images to others. They can also aid tions (Figure 1. These thoughts are dealt with in the mind the visualization process in the mind of the designer. As of the designer using a visual, nonverbal process. This computer graphics have a greater impact in the field of “visual image in the mind” can be reviewed and modified engineering, engineers will need an ever-growing under- to test different solutions before it is ever communicated to standing of and facility in graphics communications. As the designer draws a line on paper or cre- ates a solid cylinder image with a computer, he or she is translating the mental picture into a drawing or model that Practice Exercise 1.1 will produce a similar picture in the mind of anyone who 1. Try to describe the part shown in Figure 1.