常用繪圖工具的改革研究

于習法， 邵立康， 王 靜

（1. 揚州大學建筑工程學院，江蘇 揚州 225009； 2. 解放軍炮兵學院三系，安徽 合肥 230031； 3. 三峽大學土木水電學院，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的研究，早在春秋時代（公元前700 多年）的《周禮考工記》中就有“規”、“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、準確地畫出高質量的工程圖樣，中國工程圖學學會設立了制圖技術專業委員會，其主要任務是：運用當代先進成圖技術提高產品的內在和外在質量，研究繪圖工具和儀器及繪圖方法的改革與發展。可以說，自該專業委員會成立以來，歷經幾代人的努力，取得了豐碩的成績，為我國的圖學教育事業和產品質量提高做出了重要的貢獻。

在尺規繪圖時代，圖板、丁字尺、三角尺和量角器是常用的繪圖工具。人們不斷的嘗試對這些繪圖工具進行改革。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；各種專業繪圖模板和針管筆、活動鉛筆等的出現更是極大的提高了尺規繪圖的質量和速度；而從手工繪圖到精密機械繪圖、計算機繪圖則使繪圖和設計工作又上了一個新的臺階。

本文介紹的幾個專利，是筆者就現代常用尺規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

三角尺是傳統的繪圖工具，它起源于何時？由何人設計、發明，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代，從榫眼的牢固與穩定性考慮，三角形是最科學的選擇，那么在塑料、有機玻璃等材料早已問世的今天，是否仍然如此？似乎無人研究，因為人們對此已經習慣了。

其實，稍加分析，便不難發現：在實際繪圖過程中兩個尺子（三角尺總是成對生產的）同時使用的幾率很小，即使是在要求精確繪圖的手工時代，許多由平行線構成的圖例都被設計成特殊角度，從而可由一個尺子和丁字尺等配合完成，兩個尺子就造成了較大的浪費。而且他們也只能畫有限的幾個特殊角（15°角的整數倍），尤其是在計算機繪圖已經相當普及的今天，稍微復雜或正規一點的圖樣均已由計算機完成，三角尺似乎已完成了它的歷史使命，該退出歷史舞臺了。但實際情況卻相反：從市場調查來看，現在的三角尺從品牌到數量比任何時候都多，說明它仍有廣泛的市場需求。

雖然現在不少三角尺內嵌套了量角器和曲線板，使其多功能化，但這同時也增大了三角尺的尺寸規格，這對成年人應用尚可，但對中小學生卻不適宜。因此，現在的中小學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，數量多，使用不便還容易丟失，而且一副三角尺有4 個銳角——尤其是30°角很尖銳，極易傷人、不安全。

繪圖尺（專利號：ZL 2005 3 0081108.X）[1]就是為了解決上述問題而設計的，它包含了傳統的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、橢圓模板與正二測圖的軸測軸方向，一尺多用。與普通三角尺一樣，可以做成大小各種規格，且與同規格的三角尺相比其體積小，既節約了材料、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：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三角尺推平行線；特別是尺身中部的兩道凹槽兩側增加了唐、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，特別適用于美術工作者，拓展了其使用領域；尺身尾部又有量角器的功能，同時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

傳統的圖板是用木材制作的，受陽光暴曬或受潮都可能產生變形或霉爛，甚至會受到老鼠等的破壞；丁字尺主要用來和圖板配套畫水平線，功能單一；量角器已經很少單獨應用；而三角尺的設計在現階段已缺乏科學性。組合繪圖儀（專利申請號：ZL 200810023670.X）[3]，就是考慮上述問題而提出的一個綜合方案，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，同時又節約了木材，有利于環境保護。在圖板的四周分別做一個導槽，以便于主尺沿導槽作平行滑動，另外在圖板的一側的兩端各做一個撐腳，使用時撐起來使圖板形成一個坡面，利用了人體工學原理，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，尺頭有導軌和按鈕，導軌可使尺子沿滑槽移動，按鈕則是用于固定尺子的位置；尺身用透明材料制作，左側下方也有導軌（以保證左右同步平行滑動），尺身中間開一滑槽，方便副尺沿此槽左右滑動，并且在槽兩側刻宋朝和清朝的尺子刻度，以便于古建筑設計之用。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，使直尺可以自由轉動，其上有一紅色0 線可以讀出直尺轉動的角度，當角度確定時按下按鈕，鎖入直尺的弧形槽中，即可鎖定直尺和尺卡。在鉸的下方設一導軌，使副尺可以沿主尺的滑槽左右滑動。從而可以畫任意方向的平行線和垂直線。副尺不用時可以取下或者旋轉到與主尺平行。

圖3 組合繪圖儀

5 圓 規

對于教具，由于常用的圓規、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，而且圓規的功能單一。多功能圓規（專利號：ZL 2006 0 0072838.2）[4]則較好地解決了這個問題，如圖4 所示。

它是在普通圓規的基礎上，增加一連桿，當連桿拉直——即圓規的兩腿互成直角時，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，這樣就使該圓規同時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一鉸連接，使它可隨著圓規兩腿夾角（即圓的半徑）大小的改變而自由伸縮，從而不影響圓規的正常使用。

在圓規端部的四分之一（或二分之一）位置設置一短尺，短尺的一端鉸固定在圓規的一條腿上，另外一端可自由轉動，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，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

6 結 束 語

雖然隨著計算機的普及和發展，許多生產和設計單位已甩掉圖板。但是，尺規繪圖仍有它獨特的優勢，尺規繪圖訓練可強化學生投影分析能力，增強學生繪圖和讀圖基本技能方面的潛在能力，以及提高對學生圖形思維能力的培養，這些都是對工程師素質的磨練和培養的有力手段，它是計算機繪圖難以替代的。沒有必要的尺規繪圖作基礎，用計算機很難繪出正確的工程圖。尺規繪圖與計算機繪圖在學校的圖學教育中，應保持雙雙并重。因此，尺規繪圖工具仍然有其生存的很大空間，作為制圖技術的重要組成部分之一，對其改革必將繼續下去。希望同行們同心協力，為制圖技術的不斷發展和進步作出貢獻。更歡迎相關生產廠家能將其轉化為現實，造福于使用者，也歡迎各感興趣的高校征訂產品，以銷定產，減輕投資者的風險。

[1] 于習法. 繪圖尺：中國, ZL 2005 3 0081108.X [P]. 2005-10-26.

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

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

[4] 于習法. 多功能圓規：中國, ZL 2006 2 0072838.2 [P]. 2007-05-30.