أساسيات ومبادئ الرسم الهندسي

يعتبر الرسم الهندسي أحد الأسس الهامة التي تقوم عليها جميع فروع الهندسة. وهو لغة مشتركة بين المصممين والمهندسين والكوادر الوسطية في جميع أنحاء العالم. والرسم الهندسي لغة كل العاملين في مجالات الصناعة والعمارة والبناء على مختلف جنسياتهم. وهو لغة تتخطى عوائق الترجمة إذ أن قواعدها مفهومة من قبل أنحاء الجنس البشري.

انطلاقاً من ذلك ولأهمية الرسم الهندسي كدعامة مهمة جداً لإعداد الكوادر الهندسية ظهرت الحاجة إلى وجود الكتاب العربي الذي يتناول هذا الموضوع الحيوي لغرض إيصال الطالب إلى المرحلة العلمية التي يمكنه فيها ربط المفاهيم والنظريات الخاصة بالرسم الهندسي بالمفاهيم العلمية لمختلف المواد النظرية الأخرى التي يتلقاها وأن يبين انعكاس كل منهما على الآخر كي يستفيد منها الطالب في حياته العملية وقد اشتمل هذا الكتاب على ثمانية فصول روعي ترتيبها بحيث تساعد على بناء المعلومات بناءً رصيناً وكالتالي:

- الفصل الأول: ويبحث في أهمية الرسم الهندسي وطرق التمثيل المختلفة للأجسام، وأدوات الرسم الهندسي واستعمالاتها، وكذلك أوراق الرسم ومقاساتها.

- الفصل الثاني: وقد تناول أنواع الخطوط، واستخداماتها، وطرق رسمها.

- الفصل الثالث: ويبحث في الكتابة وأنواعها، وكيفية كتابة الحروف والأرقام المستخدمة في كتابة البيانات اللازمة على الرسم.

- الفصل الرابع: ويتناول العمليات الهندسية، وهي كثيرة متنوعة تشمل، العمليات الخاصة بالمستقيمات، وعمليات رسم الأقواس والدوائر، وعمليات التماس، وعمليات رسم المضلعات المنتظمة، وعمليات رسم الزوايا، وعمليات رسم القطع الناقص والقطع المكافئ ورسم الحلزون، ورسم المنحنى الالتفافي ورسم الشكل البيضي.

- الفصل الخامس: ويبحث في الأبعاد وضوابط وضعها حسب قواعد النظام العالمي SI وكيفية وضع الأبعاد للأشكال الهندسية المختلفة كالدائرة والأسطوانة والمخروط ... الخ.

- الفصل السادس: ويتناول طرق الرسم المجسم مثل المنظور الهندسي المتساوي القياسي والمنظور المائل كذلك طرق رسم الدوائر في الأيزومترك.

- الفصل السابع: ويبحث في نظرية الإسقاط المتعامد وكيفية تمثيل الأجسام في مساقط متعامدة وطريقة ترتيب هذه المساقط حسب نظام الزاوية الزوجية الأولى ونظام الزاوية الزوجية الثالثة.

- الفصل الثامن: وقد تناول القطاعات وأنواعها، القطاع الكامل والقطاع النصفي والقطاع الجزئي وفوائدها وقواعدها ومساقط القطاعات وبيان الأجزاء التي لا تقطع.

هذا وقد كان أسلوب عرض مادة الكتاب بسيطاً حيث تم التمهيد للمادة العلمية بعرض موجز ثم يطلب من الطالب القيام ببعض النشاطات التي تثير بعض التساؤلات في نفسه حول تفسير نتائج تلك النشاطات بحيث يتم التوصل في النهاية إلى تثبيت المعلومات وترسيخها في ذهن الطالب.

كما تضمن الكتاب مجموعات من التمارين والأمثلة التوضيحية ومجموعات أخرى من الرسوم والصور المنتقاة لجعل المادة العلمية أكثر سهولة وتشويقاً. وينصح في تدريس مادة الكتاب إتباع ما يلي:-

* يكون تسلسل إعطاء المادة كما هي في الكتاب.

* ممارسة أكبر قدر ممكن من التمارين الواردة من قبل الطالب على شكل واجب صفي وآخر بيتي.

* التقيد التام بالضوابط والقواعد الواردة فيه.

* ربط مادة الكتاب بأمثلة عملية والتنسيق بين مدرس الرسم ومدرسي العملي.

وقد أوردت في النهاية الكتاب مراجع ومصادر مهمة لتكون عوناً لهم في تدريس محتويات هذا الكتاب أملين أن نكون قد وفقنا في تقديم هذا العمل المتواضع وأن تكون دراسته سهلة وممتعة ومفيدة في الوقت نفسه.

1.1 أهمية الرسم الهندسي

حينما يعجز الإنسان عن التعبير عن أفكاره بالكلمة فإنه يجد في الرسم الملاذ والقدرة على توصيل أفكاره، للآخرين وخاصة عندما يتحدث إلى إنسان لا يفهم نفس اللغة. ولابد أنك في موقف ما أردت التحدث إلى شخص ألماني أو صيني مثلاً فوجدت نفسك غير قادرة على التفاهم معه لأنه لا يحسن فهم العربية ولا أنت قادر على التحدث على التفاهم معه لأنه لا يحسن فهم العربية ولا أنت قادرة على التحدث باللغة الألمانية أو الصينية، ترى ماذا كنت ستفعل في موقف كهذا؟ الجواب لابد أنك بادرت إلى الإشارة أو الإيحاء ثم إلى "الرسم" كوسيلة لإيصال أفكارك إلى هذا الشخص. وهكذا فقد استخدم الإنسان منذ أقدم العصور الرسم كلغة مشتركة بين كل أبناء الجنس البشري. وشواهد ذلك واضحة في الآثار التي تركتها لنا الحضارات الثلاثة القديمة حضارة وادي الرافدين وحضارة وادي النيل وحضارة الإغريق.

والرسم الهندسي لغة كل العاملين في مجالات الصناعة والعمارة والبناء على مختلف جنسياتهم وهو لهذا ذو أهمية عظيمة حيث أنه يتخطى حواجز الترجمة وعوائق اللغات المنطوقة. فحينما يرسم المهندس الياباني تصميماً لجزء ميكانيكي أو آلة أو أي شيء آخر فإنه يرسمه وفق ضوابط وقواعد تجعل هذا الرسم مفهوماً تماماً من قبل المهندس أو الفني العربي أو السويدي على حد سواء.

وككل اللغات، فإن لغة الرسم الهندسي يمكن تعلمها واستعمالها بسهولة ويسر، وهي عمود من أعمدة التطور الذي تشهده الحياة في الصناعة التي أحدثت هذا التغير الهائل في حياة الإنسان كفرد وكمجتمعات من هنا ظهرت الحاجة لإعداد كوادر ملمة بقواعد وأصول هذه اللغة.

ولو أردنا وضع تعريف مناسب للرسم الهندسي لقلنا بأنه: تمثيل لجزء أو مجموعة أجزاء من منتج ما بمساقط متعامدة أو مجسمة مع وضع الأبعاد والبيانات التوضيحية التي تزيد من تعريف هذا الجزء المنتج.

تعتبر الرسومات الهندسية أحد الأسس الهامة التي تقوم عليها جميع فروع الهندسة. إذ تستخدم الرسومات منذ اللحظة الأولى التي يبدأ فيها العمل في تصميم منتج جديد أو تعديل أحد المنتجات الموجودة، إلى اللحظة التي يتم فيها عمل الرسوم التجميعية النهائية للمنتج النهائي. وبدون الرسم الهندسي ما كان للتقديم الفني الحالي أن يصل أبداً إلى منجزاته العصرية. ويوفر الرسم الهندسي مزايا كثيرة أهمها:

1- تعتبر الرسومات الهندسية بمثابة سجل دائم ثابت المعلومات يضمن إنتاج كميات بنفس الأبعاد والجودة في أي وقت ومكان.

2- الرسومات الهندسية وسيلة جيدة لنقل الأفكار بين المصمم والمهندس والمنفذ بصورة واضحة ومختصرة.

3- تساعد على إمكانية تطوير المنتجات لأنها توفر إمكانية جيدة للمصمم على الدراسة والبحث عن سبل أسهل في التصنيف والتجميع.

4- تتميز الرسومات الهندسية بأنها مثل الرياضيات لغة دولية أي أن حواجز الترجمة لا تقف عائقاً أمام فهم أي رسم هندسي.

1.3 أدوات الرسم الهندسي واستعمالاتها Basic Instruments

لكتابة هذه اللغة التي تتكون أساساً من مجموعة من الخطوط وبكفاءة لابد من استخدام أدوات معينة، تستخدم أدوات الرسم لتهيئة الرسوم اللازمة في الصناعة أو العمارة ... الخ، ويتم في بعض الأحيان إعداد هذه الرسوم يدوياً أو باستعمال بعض الأدوات الأساسية التي تطورت عبر السنين. كما يتم إعداد البعض الآخر من الرسوم باستخدام الحاسوب وملحقاته المتطورة. ولكن النتيجة النهائية هي (تصميم لكي ينتج ويستخدم في مفاصل الحياة). وتتكون هذه الأدوات مما يلي:

1.3.1 لوحة الرسم الخشبية: Drawing Board

تصنع هذه اللوحة من الخشب أو البلاستك الصقيل. ولابد أن تكون أكبر من ورقة الرسم بعدة سنتمترات وسطحها العلوي خالي من أي انبعاجات أو نتوءات ويجب أن تكون ذات حافات وجوانب دقيقة متعامدة صقيلة تسهل حركة مسطرة الرسمTee square عليها.

1.3.2 أوراق الرسم: Drafting Media "Paper Sheets"

هنالك نوعان من الأوراق المستخدمة في الرسم:

أ- ورق مقوى: Drawing paper : يستعمل للرسم عليه بقلم الكرافيت (قلم الرصاص) وهو على أنواع مختلفة منه الصقيل ومنه الخشن أو المحبب ومنه الرقيق ومنه السميك. وتحدد المواصفات القياسية الألمانية  (DIN 476)أبعاد أوراق الرسم بنسب متشابهة إذ تحدد النسبة بين الطول إلى العرض بحوالي . وبتقسيم اللوحة إلى نصفين متساويين يمكن الحصول على المقاس الذي يليه وتعتبر اللوحة ذات المقاس 841 x 1189 mm هي اللوحة الأساسية للتقسيم وتأخذ الرمز A0.

1.4 مقياس الرسم: Scale of Drawing

في أحيان كثيرة تضطر إلى تصغير أو تكبير الرسم. وقد اصطلح على النسبة بين البعد المرسوم والبعد الحقيقي اسم مقياس الرسم، أي أن:

مقياس الرسم = البعد على الرسم ÷ البعد الحقيقي.

ويكتب مقياس الرسم هو نصف، أي أن البعد على الرسم يمثل في الحقيقة نصف القيمة الفعلية للبعد الحقيقي. أما إذا كان مقياس الرسم 2:1 فهذا يعني أن الأبعاد مكبرة للضعف، حيث أن البعد المرسوم يمثل ضعف القيمة الفعلية للبعد. نستخدم للتكبير مقياس رسم 2:1 ، 5:1 وللتصغير نستخدم 1:2 ، 1:5 وهكذا.

1.7 استخدام أدوات الرسم

لرسم مجموعة الخطوط الأفقية والعمودية والمائلة بزاوية معينة يمكن الاستعانة بالمسطرة والمثلثات للحصول على اتجاه الخط المطلوب، فمثلاً لرسم الخطوط الأفقية تستخدم المسطرة T بعد تثبيتها بشكل يجعل حافتها متطابقة تماماً مع حافة اللوحة الخشبية، في حين يتطلب رسم الخطوط العمودية ارتكاز المثلث على المسطرة وهكذا. وتبين الأشكال أدناه أوضاع مختلفة للحصول على الخط المطلوب.

2.1 أبجدية الخطوط: ALPHABET OF LINES
وضعت مجموعة من الاصطلاحات لبيان أنواع الخطوط واستعمالاتها، سميت هذه المجموعة من الاصطلاحات (أبجدية الخطوط) وتنقسم أنواع الخطوط إلى ما يلي:
2.1.1 الخط المرئي أو الظاهر: Object or Visible Line
ويستخدم هذا الخط لتمثيل الحدود الظاهرة للجسم وهو خط سميك بالنسبة للخطوط الأخرى بحيث يظهر الرسم واضحاً للناظر. سمك الخط 0.5 mm ويجب أن تكون كل الخطوط التي تمثل الأجزاء القريبة والبعيدة بسمك واحد ومنتظم. كما ويجب أن تلتقي الخطوط في نقطة دون ظهور زوائد أو نتوءات 

2.1.2 الخط المستتر أو المتقطع: Hidden or Dashed Line
ويستخدم هذا الخط ليبين الأسطح أو الأركان غير الظاهرة من الجسم في اتجاه النظر، وهذا الخط غير متصل كما أنه نحيف بسمك 0.3 mm ويتكون من مجموعة من القطع المتساوية ويكون طول كل قطعة 4 mm تفصل بينها فراغات صغيرة متساوية (الفراغ حوالي 2 mm) للرسومات ذات الحجم العادي
 

3.1 كتابة الحروف والأرقام LETTERING
لإعطاء بيانات كافية عن الجسم لابد من كتابة مجموعة من الأرقام التي تمثل أبعاد الجسم الخارجية والداخلية وكذلك كتابة كلمات وملاحظات مختصرة تعتبر أساسية لإتمام الفائدة من هذه الرسومات كما أنها تسهل قراءتها. والكلمات والأرقام التي تصاحب الرسومات لابد أن تكون واضحة ومتناسقة حتى تسهل قراءتها. والكثير يهمل الاهتمام بهذه البيانات، سواء من ناحية مقاسها أو دقتها، مع كونها مرتبطة ارتباطاً كاملاً بالجزء المرسوم، لذا وضع المختصون نماذج للحروف والأرقام التي تصلح لاستعمالها في الكتابة على الرسومات بالشكل والنسب التي تحقق جمال هذه الحروف والأرقام وتسهل القراءة.
هنالك عدة طرق لإنجاز مثل هذه الكتابات الهندسية. منها الكتابة اليدوية والكتابة الميكانيكية. وللكتابة الميكانيكية وسائل عديدة منها الآلة الطابعة، والطبعات الجاهزة وأخيراً باستخدام الحاسب الآلي. وقد شهدت السنوات الماضية إقبالاً كبيراً على استخدام وسائل الكتابة الميكانيكية والتي تعد وسائل كفوءة ومفيدة جداً. وتعبر الآلة الطابعة والطبعات الجاهزة وسائل رخيصة مقارنة بالحاسوب الذي بالرغم من كونه كفوء جداً إلا أنه يعد من الوسائل الباهظة الثمن. والكتابة نوعان:
1- كتابة عمودية: Vertical Lettering وفي هذا النوع من الكتابة تكون الحروف والأرقام قائمة دون أي ميلان 
2- كتابة مائلة: Inclined Lettering في هذا النوع من الكتابة تكون الحروف والأرقام مائلة بزاوية 75 أو 67.5
 

4.1 العمليات الهندسية GRAPHIC GEOMETRY

يقدم هذا الفصل العمليات الهندسية المختلفة لتوضيح كيفية رسم الخطوط المستقيمة، والمتوازية والمتعامدة، وكيفية تنصيف مستقيم أو تقسيمه إلى عدة أجزاء متساوية ثم العمليات الخاصة بالأقواس والدوائر والزوايا وعمليات التماس وإيجاد المراكز لهذه الأشكال التي لا يخلو عادة أي رسم ميكانيكي منها. بعد ذلك تقدم فكرة مبسطة لطرق رسم المضلعات المنتظمة والعمليات المتعلقة بها.

4.3 عمليات رسم الأقواس والدوائر

4.3.1 إيجاد مركز قوس: Arc Center

حقيقة: مركز أي قوس يجب أن يقع على المنصف العمودي لأي وتر لهذا القوس.

ولهذا فإن (الشكل 4.15) يوضح أنه خلال نقطتي O و P عدد غير محدد من الأقواس يمكن أن يرسم، ولكن مراكز الأقواس هذه مثل R و S كلها تقع على الخط المنصف العمودي AB للوتر OP.

وبالاعتماد على هذه الحقيقة، يمكن إيجاد مركز أي قوس كما يلي:
1- نرسم الوترين AB و CD داخل القوس.
2- نقيم العمودين المنصفين للوترين عليهما.
3- تكون نقطة تقاطع العمودين المنصفين للوترين هي مركز القوس
4.3.2 إيجاد مركز دائرة: Circle Center
الطريقة الأولى:
باستخدام المبدأ أعلاه فإنه يمكن رسم دائرة واحدة فقط تمر بثلاث نقاط، كما هو موضح في (الشكل 4.17). المركز يجب أن يقع على المنصفين العموديين للوترين AB و CD.