常用绘图工具的改革研究

于习法， 邵立康， 王 静

（1. 扬州大学建筑工程学院，江苏 扬州 225009； 2. 解放军炮兵学院三系，安徽 合肥 230031； 3. 三峡大学土木水电学院，湖北 宜昌 443002）

1 概 说

俗话说，“工欲善其事，必先利其器”。 我们的先人就非常重视制图技术的研究，早在春秋时代（公元前700 多年）的《周礼考工记》中就有“规”、“矩”和“悬”、“绳墨”、“水”等有形的绘图工具。新中国成立以来，为了研究如何快速、准确地画出高质量的工程图样，中国工程图学学会设立了制图技术专业委员会，其主要任务是：运用当代先进成图技术提高产品的内在和外在质量，研究绘图工具和仪器及绘图方法的改革与发展。可以说，自该专业委员会成立以来，历经几代人的努力，取得了丰硕的成绩，为我国的图学教育事业和产品质量提高做出了重要的贡献。

在尺规绘图时代，图板、丁字尺、三角尺和量角器是常用的绘图工具。人们不断的尝试对这些绘图工具进行改革。以三角尺为例，从普通的三角尺、曲线板、量角器、比例尺等等到融合上述各尺功能于一体的多功能三角尺，既降低了成本又方便携带；各种专业绘图模板和针管笔、活动铅笔等的出现更是极大的提高了尺规绘图的质量和速度；而从手工绘图到精密机械绘图、计算机绘图则使绘图和设计工作又上了一个新的台阶。

本文介绍的几个专利，是笔者就现代常用尺规绘图工具之改革所做的一些探讨，希望能收到一些抛砖引玉的效果。

2 绘图尺

三角尺是传统的绘图工具，它起源于何时？由何人设计、发明，是国人还是来自他邦？这些均无从考证。如果说在以前的木制时代，从榫眼的牢固与稳定性考虑，三角形是最科学的选择，那么在塑料、有机玻璃等材料早已问世的今天，是否仍然如此？似乎无人研究，因为人们对此已经习惯了。

其实，稍加分析，便不难发现：在实际绘图过程中两个尺子（三角尺总是成对生产的）同时使用的几率很小，即使是在要求精确绘图的手工时代，许多由平行线构成的图例都被设计成特殊角度，从而可由一个尺子和丁字尺等配合完成，两个尺子就造成了较大的浪费。而且他们也只能画有限的几个特殊角（15°角的整数倍），尤其是在计算机绘图已经相当普及的今天，稍微复杂或正规一点的图样均已由计算机完成，三角尺似乎已完成了它的历史使命，该退出历史舞台了。但实际情况却相反：从市场调查来看，现在的三角尺从品牌到数量比任何时候都多，说明它仍有广泛的市场需求。

虽然现在不少三角尺内嵌套了量角器和曲线板，使其多功能化，但这同时也增大了三角尺的尺寸规格，这对成年人应用尚可，但对中小学生却不适宜。因此，现在的中小学生每人都有一套绘图工具，包括三角尺、直尺（画长线条用）和量角器等，数量多，使用不便还容易丢失，而且一副三角尺有4 个锐角——尤其是30°角很尖锐，极易伤人、不安全。

绘图尺（专利号：ZL 2005 3 0081108.X）[1]就是为了解决上述问题而设计的，它包含了传统的30°、（60°）和45°（斜边）及90°（直角边），还增加了105°、120°和135°及量角器、曲线板、椭圆模板与正二测图的轴测轴方向，一尺多用。与普通三角尺一样，可以做成大小各种规格，且与同规格的三角尺相比其体积小，既节约了材料、降低了成本，又增加了功能且方便携带，特别是没有一个锐角，使用安全（见图1）。

3 多功能丁字尺

普通的丁字尺，只能用来画水平线和与三角尺配合画铅直线及一些特殊角度的斜线，功能比较单一。“多功能丁字尺”（专利号：ZL 2005 2 0069474.8）[2]在其尺头部分增加了刻度，使其能画任意角度（包括水平线）和距离的平行直线，无需用直尺定位和两个三角尺推平行线；特别是尺身中部的两道凹槽两侧增加了唐、宋、元、明、清等各朝代的古尺，明显增加了该尺的度量功能，而凹槽又可作“界尺”（古代国画及软笔画用尺）的沟槽，使该尺又有了“界尺”的功能，特别适用于美术工作者，拓展了其使用领域；尺身尾部又有量角器的功能，同时还避免了直角容易损坏的弊端，而且尺头上可以做成插槽以方便尺身接擦连接，同时方便包装和携带，可谓一举多得（见图2）。

图1 绘图尺

图2 多功能丁字尺

4 组合绘图仪

传统的图板是用木材制作的，受阳光暴晒或受潮都可能产生变形或霉烂，甚至会受到老鼠等的破坏；丁字尺主要用来和图板配套画水平线，功能单一；量角器已经很少单独应用；而三角尺的设计在现阶段已缺乏科学性。组合绘图仪（专利申请号：ZL 200810023670.X）[3]，就是考虑上述问题而提出的一个综合方案，它由图板、一根主尺和一根副尺组成（见图3）。

图板由新材料PVC 制作，既轻便又牢固且方便携带，同时又节约了木材，有利于环境保护。在图板的四周分别做一个导槽，以便于主尺沿导槽作平行滑动，另外在图板的一侧的两端各做一个撑脚，使用时撑起来使图板形成一个坡面，利用了人体工学原理，以减轻绘图者的疲劳感。

主尺由尺头和尺身组成，用铆钉固定。其中，尺头有导轨和按钮，导轨可使尺子沿滑槽移动，按钮则是用于固定尺子的位置；尺身用透明材料制作，左侧下方也有导轨（以保证左右同步平行滑动），尺身中间开一滑槽，方便副尺沿此槽左右滑动，并且在槽两侧刻宋朝和清朝的尺子刻度，以便于古建筑设计之用。另外，此槽还可作“界尺”（国画软笔用尺）使用。副尺由一直尺和一尺卡组成，直尺的一端做成圆弧形状，刻有角度，并开一弧形槽；尺卡用透明材料制作，和直尺铰连接，使直尺可以自由转动，其上有一红色0 线可以读出直尺转动的角度，当角度确定时按下按钮，锁入直尺的弧形槽中，即可锁定直尺和尺卡。在铰的下方设一导轨，使副尺可以沿主尺的滑槽左右滑动。从而可以画任意方向的平行线和垂直线。副尺不用时可以取下或者旋转到与主尺平行。

图3 组合绘图仪

5 圆 规

对于教具，由于常用的圆规、三角尺和量角器等体积较大，携带极不方便，所以很少有教师上课带全这些工具的，而且圆规的功能单一。多功能圆规（专利号：ZL 2006 0 0072838.2）[4]则较好地解决了这个问题，如图4 所示。

它是在普通圆规的基础上，增加一连杆，当连杆拉直——即圆规的两腿互成直角时，该连杆即为等腰直角三角形的斜边，在其一面刻有长度单位刻度；另外一面则刻有角度单位刻度，这样就使该圆规同时具有了三角尺和量角器的功能。连杆由两截组成，在其两端和中间各设一铰连接，使它可随着圆规两腿夹角（即圆的半径）大小的改变而自由伸缩，从而不影响圆规的正常使用。

在圆规端部的四分之一（或二分之一）位置设置一短尺，短尺的一端铰固定在圆规的一条腿上，另外一端可自由转动，在短尺上面按1：4（或1：2）刻上刻度，这样随着另外一条腿的移动，就可以在短尺上读出任意一圆或圆弧的半径，短尺的另外一面同样刻上角度单位，可作为固定的量角器使用。

图4 多功能圆规

6 结 束 语

虽然随着计算机的普及和发展，许多生产和设计单位已甩掉图板。但是，尺规绘图仍有它独特的优势，尺规绘图训练可强化学生投影分析能力，增强学生绘图和读图基本技能方面的潜在能力，以及提高对学生图形思维能力的培养，这些都是对工程师素质的磨练和培养的有力手段，它是计算机绘图难以替代的。没有必要的尺规绘图作基础，用计算机很难绘出正确的工程图。尺规绘图与计算机绘图在学校的图学教育中，应保持双双并重。因此，尺规绘图工具仍然有其生存的很大空间，作为制图技术的重要组成部分之一，对其改革必将继续下去。希望同行们同心协力，为制图技术的不断发展和进步作出贡献。更欢迎相关生产厂家能将其转化为现实，造福于使用者，也欢迎各感兴趣的高校征订产品，以销定产，减轻投资者的风险。

[1] 于习法. 绘图尺：中国, ZL 2005 3 0081108.X [P]. 2005-10-26.

[2] 于习法. 多功能丁字尺：中国, ZL 2005 2 0069474.8 [P]. 2006-05-17.

[3] 于习法. 组合绘图仪：中国, ZL 200810023670.X [P]. 2008-04-24.

[4] 于习法. 多功能圆规：中国, ZL 2006 2 0072838.2 [P]. 2007-05-30.