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L’EVOLUZIONE DEL DISEGNO TECNICO DEI … · Premessa La relazione vuole permettere, attraverso un rapida escursione nel passato del disegno tecnico industriale e nell’evoluzione

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  • LEVOLUZIONE DEL DISEGNOTECNICO DEI METODI EDEGLI STRUMENTI

    UNIVERSITA DEGLI STUDI GUGLIELMO MARCONI ROMA

    STORIA DELLA SCIENZA E DELLE TECNICHE

    Corso di laurea Ingegneria Industriale Treccani Ermes mat. ST03926-II

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  • INDICE

    - PREMESSA

    - CENNI STORICI

    - DAL XVII AL XXI SECOLO

    - STRUMENTI

    - IERI

    - OGGI

    - FUTURO PROSSIMO

    - CONCLUSIONI

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  • Premessa

    La relazione vuole permettere, attraverso un rapida escursione nelpassato del disegno tecnico industriale e nellevoluzione delletecniche e degli strumenti di rappresentazione, di trovare in queste leradici dello sviluppo futuro.

    Dalle prime rappresentazioni dei manufatti, tendenti ad illustrare larealt con tecniche approssimative e strumenti come steli appuntiti perincidere rocce o tavolette di materiale vario, alle attualimodellizzazioni tridimensionali per mezzo di sistemi computerizzati,che interagiscono con il percorso progettuale e produttivo, il disegnotecnico e levoluzione mezzi hanno accompagnato lo sviluppotecnologico di cui sono diretto strumento.

    J. BESSON XVI sec. Tornio Attuale gruppo meccanico in alimentato dalluomo per modellazione solida in 3D fabbricare viti (STED Engineering snc)

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  • Cenni storici

    La rappresentazione grafica, strumento di comunicazione basato sullacapacit di percezione visiva delluomo, che risale agli inizidellumanit, procede lungo due strade parallele, una che si basa suimmagini realistiche o tendenti a rappresentare la realt come appareai nostri occhi, laltra che operando attraverso convenzioni e simbolivuole trasmettere indicazioni, finalizzate a diversi scopi particolari.Un tipico esempio di questo secondo percorso dato proprio daldisegno tecnico, linguaggio apparentemente di comprensionegenerale, ma in realt comprensibile solo a chi sia a conoscenza delcodice di rappresentazione,formalizzato in metodi e regole messe apunto nei secoli.Per secoli infatti,il disegno degli oggetti tecnici,costruzioni,macchine,attrezzi non si allontanato da rappresentazioni figurative, in genereidonee a comunicare unidea generale delloggetto, ma privedellesattezza necessaria per fornire indicazioni costruttive,che loscopo principale del disegno tecnico.

    Mariano di Jacopo detto il Taccola, Veduta generale della gru di Brunelleschi,prima met XV secolo,

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  • Dal XVIII AL XXI SECOLO

    Nel settecento avviene un cambiamento e nei disegni accanto alleillustrazioni compaiono raffigurazioni idonee a fornire pi preciseinformazioni correlate alla costruzione . (fig.1)La storia delle tecniche presenta spesso ci che,se da un lato si pudefinire coincidenza, dallaltro appare il frutto, giunto a maturazione,di unevoluzione socio-economica e tecnologica generalizzata su areesufficientemente vaste .nel nostro caso vediamo presentarsi quasicontemporaneamente la rivoluzione industriale,con il suo corredo dimacchine da costruire in quantit,ed in luoghi diversi, ed il metodo dirappresentazione con proiezioni ortogonali su piani concorrenti, chepermette di realizzare, senza particolari difficolt, immagini precise ingrado di sopportare adeguatamente le informazioni dimensionali edaccessorie che permettono la costruzione degli oggetti. Il sistemalegato al nome di G.Monge (Parigi 1793) e sviluppato dagli studiosidella Geometria descrittiva , venne subito riconosciuto come unostrumento di importanza tale da essere agli inizi coperto da segretomilitare.

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  • Per un lungo periodo le relazioni fra oggetto reale e rappresentazionetrovarono nella prospettiva(studiata nel rinascimento, anche serintracciabile in epoche precedenti), il campo di indagine per leelaborazioni teoriche e le applicazioni pratiche. Le difficolt diancorare la rappresentazione prospettica agli esatti rapportidimensionali degli oggetti, non disgiunta dallobiettiva necessit dipossedere buone capacit di illustratore, ne limitarono la diffusione alcampo della raffigurazione e non a quello delle prescrizionicostruttive. Per necessit pratiche , di visualizzazione di dimensioni edi rapporti, la soluzione pi efficace rimaneva quella delluso dimodelli, in scala, realizzati spesso con particolare cura nei dettagli enon limitati al campo architettonico, dove ebbero maggiore sviluppo esignificato, ma utilizzati anche per la rappresentazione di macchine edoggetti, talora costruibili in officina.(fig.2)

    G. Del Rosso : sezione maestra di una nave in legno.

    G. Del Rosso : sezione maestra di un arco in legno.

    G. Del Rosso : dettaglio costruttivo

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  • Fig. 1

    1797 - G. Del Rosso, Gran Ducato di Toscana, proposta di ponte composto con assicelle.

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  • Mariano di Jacopo sec. xv Fig.2 Modello di macchina

    per moto perpetuo.

    Assumendo quindi come campo di esistenza del disegno tecnico (o dimacchine ) , come attualmente inteso nellambito dellingegneriaindustriale, quello che comincia con la rivoluzione industrialesettecentesca, si possono definire nei due secoli da Monge ad oggidiversi periodi,caratterizzati da metodi e strumenti diversi, ma semprefinalizzati a fornire le indicazioni pi efficaci per la fabbricazione dioggetti, con il disegno in funzione di ponte fra la progettazione e laconcreta realizzazione.

    Tipologia dei disegni nelle varie epoche collegata allevoluzionedegli strumenti di rappresentazione e riproduzione

    PERIODODI INIZIO

    TIPOLOGIA STRUMENTI TECNICHE diRiproduzione

    Seconda metdel XVIII sec.

    Disegnomanuale

    Tradizionali(righe,squadre,compassi

    Copie manuali

    Fine del XIX Disegnomanuale

    Strumentiausiliari(tecnigrafi,normografi)

    Copie per trasparenza,microfilmatura

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  • Seconda metdel XX sec.

    Disegnoautomatizzato2D

    Elaboratorielettronici

    Copie su memorie esterne,(nastri, dischetti)

    Fine XX sec. Modellazione3D

    Personalcomputer

    File su dischetti CD eDVD,collegamenti WEB

    Inizio XXIsec.

    Realtvirtuale

    Stazioni dilavoro,strumentidi immersioneoperativa

    File su dischetti CD eDVD,collegamentiWEB

    Lo schema presentato,che usa come elemento di classificazione glistrumenti di tracciamento ed i metodi di riproduzione, rappresenta unasemplificazione di una realt complessa,in cui linterazione fra metodi estrumenti si presenta variabile nei tempi e nei luoghi,con unaccelerazione dei fenomeni evolutivi delle tecnologie, caratteristica delnostro tempo.

    Gli strumenti

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  • Tavoli da disegno di fine '800

    Il tecnigrafo uno strumento di assistenza al disegno tecnico composto dauna squadra o coppia di righelli vincolati in maniera ortogonale) montatasu di un goniometro che ne consente la rotazione angolare.

    Il gruppo (squadra/coppia di righelli - goniometro) in grado di muoversiliberamente sulla superficie del piano di lavoro, attraverso lo scorrimentodiretto o indiretto su due guide ancorate al tavolo di lavoro o al banco. Taliguide, che fungono da binari, vincolano il movimento del grupporispettivamente nella direzione orizzontale o verticale del piano di lavoro epossono essere bloccate indipendentemente una dall'altra.

    Il tecnigrafo (in inglese "drafting machine") risulta presente negli uffici diprogettazione delle aziende italiane dal secondo decennio dello scorsosecolo. Pu essere interessante osservare come l'autorevole EncyclopaediaBritannica precisi esplicitamente il 1930 come anno di introduzione di tale

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  • attrezzo: un annuncio pubblicitario da "Memorie di architettura pratica" del1913 consente di anticipare di un ventennio tale data, almeno per l'Italia.

    Disegno di assieme macchina , primo novecento. In tavola oltre alle viste necessarie per identificare il manufatto,sono presenti la denominazione,la scala e la quotatura degli ingombri.

    Nei tecnigrafi di pi vecchia concezione, il movimento del gruppo eraassicurato da un sistema di bracci a parallelogramma che consentivano ilmantenimento in posizione delle squadre durante lo spostamento del gruppo.I bracci erano poi equilibrati mediante un sistema di contrappesi o di molle .

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  • Tecnigrafo con sistema di contrappesi e molle

    Il tecnigrafo frequentemente montato su di un tavolo da disegno dotatodi un piano di lavoro rigido e dotato di superficie liscia, ancorato ad unabase che ne permette l'inclinazione, l'elevazione. In questo modol'elaborazione grafica pu essere condotta all'altezza pi convenientetanto con il piano di lavoro orizzontale, quanto con il piano di lavoroverticale.

    Con il tecnigrafo possibile eseguire tutta una serie di operazioni didisegno altrimenti realizzabili solo con un pi complesso utilizzo diclassiche righe, squadre e goniometri, come - ad esempio - iltracciamento di linee parallele ,linee ortogonali , linee inclinate secondoangolazioni prestabilite, misurazione di angoli ecc.

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  • Disegno tecnico di un pistone di motore per motoscooter(1950).In tavola, sono presenti tutte le indicazioni eprescrizioni che levoluzione del disegno tecnico ha maturatoe ad oggi ancora valide.

    Estesissima alla fine degli 60 e 70 la gamma dei tavoli da disegno,inquanto i moltissimi costruttori non si limitano a costruire soltanto uno odue modelli ciascuno, ma spaziano in genere dal modello pi piccolo esemplice a quello pi grande e complesso . Esistono - inoltre - versioniparticolari del tavolo da disegno come ad esempio quelle a doppioformato A0(per elaborazioni grafiche di grandi dimensioni) o quelle conpiano di lavoro retroilluminato, per le quali sono necessari tecnigrafidotati di supporti specifici.

    Tutti per, salvo qualche modello piccolo e non professionale, sonocaratterizzati dal fatto di montare gli ormai affermati tecnigrafi ortogonali(fig.3 e 4). Ogni costruttore , poi , presenta le sue personali soluzionitecniche: a colonna, a due gambe, a struttura sagomata, ecc...

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  • Goniometro digitale fig.3

    Tavolo da disegno ortogonale fig.4

    Parallelo allo sviluppo del tavolo da disegno levolversi degli strumentiper lesecuzione e la riproduzione dei disegni sulle modalit diriproduzione.

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  • Per la prima tracciatura manuale dei disegni gli strumenti essenziali, riga,squadre compassi, non cambiano nei secoli ,anche se strumenti di picomodo uso si affiancano ad essi negli studi tecnici ed uffici tecnici,culminando con tecnigrafi sempre pi perfezionati. Anche le matite semprepi affidabili nella loro anima di grafite lasciano il posto ai portamine ascatto ed alle mine calibrate, mentre luso dell inchiostro di china passadal tiralinee alle penne a serbatoio e poi a cartuccia.

    fig. 5

    Negli anni 80 per inserire testi e quote nei disegni tecnici,in modo rapido e perfetto, disponibile lapparecchio SCRIBER- (fig 5)

    Esso in grado di ridurre tutta quella parte di lavoro di scrittura manuale eripetitiva, sostituendo allabilit del disegnatore la precisione dello

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  • strumento. La scrittura di caratteri e simboli ,eseguita ad elevata velocit,comandata da microprocessori in funzione di routines, nelle quali ognidettaglio stato memorizzato. Il programma standard di scritturacomprende tutte le cifre,caratteri minuscoli e maiuscoli, segni dilavorazione ed i simboli pi usati,che vengono richiamati agendo sullatastiera. Laltezza dei caratteri e dei simboli pu essere scelta fra 1e30 mm,con una progressione di 0,1 mm. Lo SCRIBER composto da ununitoperativa e da ununit centrale collegate con un cavo. Lunita operativa,che si fissa sul gruppo goniometrico di qualsiasi tecnigrafo , costituita dauna tastiera, da un visore a cristalli liquidi (LCD) e da un braccio discrittura, mentre lunit centrale costituita dal gruppo di alimentazione edallelettronica di controllo. La penna scrivente viene abbassata ed alzatadal foglio da un dispositivo elettromagnetico.

    Questi strumenti caratterizzano una prima fase che riguardalautomatizzazione del disegno tecnico, come abbiamo gi visto,tratteggi,quote, raccordi vengono realizzati pi rapidamente e con maggioreprecisione. A questo punto dobbiamo tornare indietro di una ventina dianni per meglio chiarire gli aspetti futuri dello sviluppo del disegnotecnico e dei relativi strumenti e metodi .

    IERI

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  • Stazioni di lavoro ad alte prestazioni dedicate al cad(Intergraph 1970)

    Allepoca degli anni sessanta, quella della emergente tecnologiainformatica , i sistemi CAD (computer aided design) costavano diversecentinaia di milioni di lire : ambienti climatizzati, calcolatori enormi emainframe che lavoravano con software sviluppati ad hoc. I minicomputer ed i programmi commerciali, del periodo tra gli anni 70 ed 80abbassarono questi costi di un ordine di grandezza .

    Tuttavia, a questa non indifferente spesa occorreva aggiungere quella dispecialisti che si occupassero di gestire i siatemi, personalizzare iprogrammi ,costruire applicazioni particolari, interfacciare le macchine.Insomma, far da bambinaie a questi esseri spesso capricciosi eimprevedibili.

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  • Esempio di Personal Computer (Hewlett Packard)

    La nascita, a partire dagli ultimi 80 ,dei personal computer e delle stazionidi lavoro (workstation), cambi lo scenario, ebbe inizio la cosidetta rivoluzione informatica , o detta del tecnigrafo elettronico. Questa la seconda fase caratterizzata da programmi di disegnobidimensionale visualizzato sullo schermo,con tutte le possibilit dicorrezione, ingrandimento, archiviazione che rendevano superati i mezziprecedenti, per quanto perfezionati.

    Alla fine del XX secolo, ormai disegnare, nel senso di tracciare righe,riempire figure, eseguire comandi, battere testi e tasti un metodoconsolidato , entrato in tutti gli studi tecnici ed uffici tecnici.

    Il personal computer cresciuto rapidamente in potenza e, nel contempo,le stazioni di lavoro sono diminuite di prezzo, linteresse degli sviluppatoridi software tecnico-scientifico dedicato a migliorare questi obiettivi.

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  • OGGI

    Dal disegno di particolari, complessivi di macchine in bidimensionalerappresentati sul piano, siamo passati alla rappresentazione in un pianodinamico : la raffigurazione pu cambiare continuamente,variando il puntodi vista, muovendo loggetto nello spazio, sezionando con piani mobili. Sipossono associare alloggetto varie caratteristiche che definiscono ilcomportamento in determinate condizioni.Il disegno pu passare facilmente dalle proiezioni 2D a quelle 3D animate,ed in grado di distinguere il modo in cui le viste sono in relazionereciproca al fine di rappresentare un modello progettualecompleto,eliminando il problema dellinterpretazione o di erratacomprensione di un elaborato tecnico anche complesso.

    tavola di disegno bidimensionale, proiezioni in 2D e di modellazionetridimensionale in 3 D. .(STED Enginnering snc)

    Questo modo di disegnare viene definito modellazione tridimensionale3D. Termine tecnico che indica un processo atto a definire una qualsiasi

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  • forma tridimensionale in uno spazio virtuale generata su un computer,questi oggetti, chiamati modelli 3D vengono realizzati utilizzandoparticolari programmi software, chiamati modellatori 3D, o pi ingenerale software 3 D. Generalmente la modellazione rappresenta il primostep di una serie di operazioni successive che determineranno l'elaboratofinale.

    I disegni costruttivi vengono ricavati direttamente dai modelli in 3D,elaborati nelle varie fasi progettuali, con lindicazione delle particolaritcostruttive, tolleranze ed indicazioni operative. I modelli consentono divalutare laspetto, condizioni di sollecitazione, di montaggio, e dialternative funzionali.

    Si pu operare sulloggetto rappresentato come se fosse realmenteesistente,verificarne il comportamento,studiarne le relazioni con altri perverificarne il montaggio senza interferenze,modificare parti, associarecaratteristiche fisiche, per consentire di verificare le caratteristichemeccaniche.

    Con gli attuali strumenti possibile , una volta disponibile un modellogeometrico del componente(costruito allinterno dellapplicazione oimportato da sistemi CAD esterni),assegnare le condizioni operativedinteresse per la simulazione desiderata,effettuare la stessa, ed al termineriportare lo stesso modello in un altro ambito per una simulazione diversasenza perdita di informazioni o la compromissione del lavoro sino a quelmomento svolto.

    In sintesi analisi multidisciplinari, per eseguire la verifica in fase diprogettazione ad un maggiore livello di approfondimento. sono analisi diverifica strutturale e dinamica,lineare e non lineare, termica con tecnologiabasata sul metodo di calcolo degli elementi finiti.(FEM)

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  • particolari in 3D sottoposti a verifica FEM.(STED Enginnering snc)

    FUTURO PROSSIMO

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  • Digital prototyping , Virtual Prototyping Development, Interazione frasimulazione e test.

    I modelli virtuali rappresenteranno una sempre maggioreapprossimazione della realt e i risultati ottenuti da essi al calcolatoreconfrontati con comportamenti reali sempre pi affidabili .Lutilizzo di metodi e strumenti CAD/CAE nel processo ingegneristicodiventa fondamentale soprattutto per predire il comportamento meccanicodi componenti caratterizzati da geometrie sempre pi complesse e dadistribuzioni di sollecitazioni sempre pi difficili da prevedere a priori.Luso della simulazione da ambiente di progettazione e verifica astrumento di comunicazione, in quanto i dati ottenuti servono percompletare lavamprogetto e la documentazione necessaria perlacquisizione del cliente e della relativa commessa. rimane tuttavia pienala validit della rappresentazione come modello,su cui come sopra dettopossono direttamente essere sperimentate le modifiche,le condizioni dimontaggio e di uso, le tolleranze, le indicazioni dei processi costruttivi.

    il modello pu a sua volta raggiungere livelli di simulazione tali dasuperare ci che per secoli lo ha caratterizzato, indipendentemente serappresentazione bidimensionale o modello virtuale, cio la suavisualizzazione, luso delle viste come strumento di valutazione. La realtvirtuale coinvolge infatti anche gli altri sensi,verso un realismo tale daeffettivamente consentire una sperimentazione completa.

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  • CONCLUSIONI

    Le considerazioni suscitate dalle riflessioni espresse ripercorrendobrevemente i secoli, evidenziano come il disegno tecnico consideratostrumento per operare nel campo della progettazione e della costruzione, sisia evoluto nei metodi e negli strumenti di rappresentazione, mantenendoun ruolo efficace nella comunicazione.Ritengo fondamentale il significato che il disegno ricopre come cardine fraidea e fabbricazione: le nuove possibilit via via potranno ridurre lanecessit del disegno come trascrizione di indicazioni costruttive,mediatrice fra luomo e la macchina ed il futuro dovrebbe vedere ilcollegamento diretto fra il modello definitivo e la macchina che lorealizza,in un colloquio fra algoritmi che non coinvolge luomo.

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  • Bibliografia

    Emilio Chirone . Danilo Cambiaghi. Valerio Villa .Uno sguardo sul passato del disegno tecnico (pensando al futuro).

    Chirone E. Colosi G. Alcune note sullevoluzione del disegnomeccanico,Atti Meeting disegno Industriale Bari 2004.

    Wikipedia Linciclopedia libera . immagini

    Rivista PROGETTARE. Organo uff. AIPI - ETAS Periodici.

    Rivista OFFICINA. Editoriale Tecnica Macchine Milano.

    Rivista A&C Analisi e Calcolo -- Consedit.

    STED Enginnering snc . Immagini e Modelli tridimensionali.

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