机械的发展历程

1/13中国机械的发展历程——中国机械发展史浅述。引文机械是人类生产和生活的基本要素之一，是人类物质文明最重要的组成部分。机械的发明是人类区别其他动物的一项主要标志，机械技术在整个技术体系中占有基础和核心地位。机械技术与人类社会的历史一样是源远流长，它对人类社会生产和经济的发展起着及其重要的作用，是推动人类社会进步的重要因素。中国的机械工程技术不但历史悠久，而且成就十分辉煌，不仅对中国的物质文化和社会经济的发展起到了重要的促进作用，而且对世界技术文明的进步做出了重大贡献。但是由于种种原因，中国的机械工程技术史的研究还相对比较薄弱，发展也不平衡。微观研究方面的工作较多，而宏观研究方面的成果较少。一些最基本的概念和范畴的探讨没有受到应有的重视，这方面的工作也亟待加强。本文主要探讨古今的机械概念及其演变、中国机械工程机械史的范畴与方法、中国古代机械史的分期与研究现状等问题，提出一些初步的看法，以就正于专家学者。1什么是机械1.1关于机械什么是机械呢？其实机械就是及其与机构的总称。英文中机械（machine），源自于希腊语之mechine及拉丁文mecina，原指“巧妙的设计”，作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为了区别与手工工具。在中文中“机械”词语由“机”与“械”两个汉字组成。“机”——原指局部的关键机件；“械”——在中国古代原指某一整体器械或器具。这两字连在一起，组成“机械”一词，便构成一般性的机械概念。1.2机械的特征由此即可得出普遍机械特征。第一机械是一种人为的实物构件的组合；第二机械各部分之间具有确定的相对运动。第三机器具备机构的特征外，还必须具备的特征即能代替人类的劳动以完成有用的机械功或转换机械能，故机器能转换机械能或完成有用的机械功的机构。从结构和运动的观点来看，机构和机器并无区别泛称为机械。1.3机械的定义机械是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形。2/13这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动。把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。一切具有确定的运动系统的机器和机构的总称。如机床·拖拉机等；呆板；不灵活。1.4机械工程而相应的工程领域——机械工程就是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合在生产实践中积累的技术经验，研究和解决在开发设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的理论和实际问题的一门应用学科。在现代各个工程领域的发展都要求机械工程有与之相适应的发展，都需要机械工程提供所必需的机械。某些机械的发明和完善，又会导致新的工程技术和新的产业的出现和发展。例如大型动力机械的制造成功，促成了电力系统的建立；机车的发明导致了铁路工程和铁路事业的兴起；内燃机、燃气轮机、火箭发动机等的发明和进步，以及飞机和航天器的研制成功导致了航空、航天事业的兴起；高压设备的发展导致了许多新型合成化学工程的成功等等。机械工程就是在各方面不断提高的需求的压力下获得发展动力，同时又从各个学科和技术的进步中得到改进和创新的能力。2机械的历史机械是伴随人类社会的不断进步逐渐发展与完善的。从原始社会早期人类使用的诸如石斧、石刀等最简单的工具，到杠杆、辘轳、人力脚踏车、兽力汲水车等简单工具，发展到较复杂的水力驱动、风力驱动的水碾和风车等较为复杂的机械。18世纪英国的工业革命以后，以蒸汽机、内燃机、电动机作为动力源的机械促进了制造业、运输业的快速发展，人类开始进入现代化的文明社会。20世纪电子计算机的发明、自动控制技术、信息技术、传感技术的有机结合，使机械进入完全现代化的阶段。机器人、数控机床、高速运载工具、重型机械及其大量先进机械设备加速了人类社会的繁荣与进步，人类可以遨游太空、登陆月球，可以探索辽阔的大海深处，可以在地面以下居住和通行，所有这一切都离不开机械，机械的发展已进入智能化阶段。机械已经成为现代社会生产和服务的五大要素（人、资金、能量、材料、机械）之一。2.1中国机械运用的历史2.1.1中国传统机械时期3/13这一时期是中国机械发展的第一个时期，石器的使用标志着这一时期的开始。这是一个漫长的时期，经历了三个发展阶段。第一个阶段相当于旧石器时代。这一阶段的工具主要用石料和木料制作，同时也有一些骨制工具。这一阶段后期出现了磨制的石器，使工具的形状趋于合理。弓箭的出现表明这时的机械技术已有了一定的水平。第二个阶段相当于新石器时代。这一阶段对石器的选择、切割、磨制和钻孔等都有了一定的要求。这时还出现了原始纺织机、制陶转轮等较复杂的机械，反映了这一阶段机械的发展水平有了显著的提高。第三个阶段大约从新石器时代末期到西周时期。从动力方面看，这一阶段已经开始使用畜力和风力作为原动力。农业机械的种类更多，还出现了桔槔、辘轳等复合机械工具。商代青铜工具和器械开始得到较广泛的应用，到西周时期，青铜冶铸技术达到了高潮。青铜器的出现标志着一种新的机械技术和制造工艺的诞生。青铜冶铸工艺在这一阶段经历了由低级到高级逐渐成熟的过程。商中期已广泛使用分铸法等先进工艺。这一阶段后期，陶范熔铸技术得到了进一步的发展。总的来看，这一时期在动力方面由只利用人力发展为人力、畜力等并用。在材料方面由以石质材料为主发展为以木、铜质材料为主。在结构方面由简单工具发展为复合工具和较为复杂的机械。在原理方面从杠杆、尖劈等原理的利用发展为对惯性、摩擦、弹性和重力等原理的利用。在制造工艺方面经历了由石器制造工艺向铜器和其他机械工艺的转变。这些情况说明在这一时期中国传统机械技术已经形成并有了一定的发展。4/13从春秋时期开始，我国传统机械的发展进入了一个新的时期。这一时期铁器开始得到使用，使古代机械在材料方面取得了重大突破。钢铁技术的产生和发展为制造高效生产工具提供了条件。随着钢铁技术的产生、铸造、锻造和柔化处理等机械热加工技术在这一时期得到了迅速发展。从春秋时期开始，就已用生铁来铸造多种机械，特别是农业机械。这一时期锻造工艺有了新的发展，许多工具都是用锻造方法制成的。战国早期就已出现铸铁柔化处理技术，到东汉末期，大多数铸造的机械工具都经过了柔化处理。在动力方面，这一时期除使用前面的动力外，开始利用水力为机械的原动力，出现了一些水力机械。在结构原理方面也有新的突破。在不少机械上出现了齿轮机构、凸轮机构和曲柄连杆机构等复杂的传动机构。水排、水碓、指南车以及浑天仪、地动仪等机械的出现反映了这一时期的机械在结构原理方面已经达到了相当高的水平。这一时期的农业机械发展很快，出现了三脚楼这样的重要播种机械。还发明了高效粮食加工机械—风扇车。磨、碓等谷物加工机械都已出现，并有了很大的发展。东汉时期还出现了用了齿轮传动的连磨和用水力推动的槽碓和水碓。西汉时期已有犁壁出现，到东汉时期犁的结构已经基本定型。在纺织机械方面出现了手摇纺车、布机和提花机等重要机械。这一时期的造船技术已比较发达，橹、舵、帆等部件逐渐完善了起来，并且能够制造大型的楼船和战船。在这一时期，生产过程中的机械系统有了很大的变化。许多机械已用自然力代替人力作为原动力。对机械的操作开始由直接操作向间接操作转变。动力和运5/13动的传输开始由机械本身来完成。对机械的控制开始由人的直接控制向间接控制发展。水排、水碓和马排等机械具备了机器的基本组成要素，都已具有原动机、传动机。唐末时期机械制造已有较高水平。如西安出土的唐代银盒，其内孔与外圆的不同心度很小，子母口配合严紧，刀痕细密，说明当时机械加工精度已达到新的水平。在运输工具方面，人力和水力并用，在技术上有进一步发展。南朝齐祖冲之所造日行百里的所谓千里船和南朝粱侯景军中的160桨快艇，都是人力推进的快速舰艇，南北朝时期出现了车船。唐代的李皋对车船的改进起了承前启后的作用。水力机械也有新的进展，唐代已有筒车，从人力提水发展为水力提水。南末末期又创造出先进的水转大纺车，三摧、五摧(锭)手摇纺车曾是当时世界上比较先进的人力纺纱机具。元代薛景石所著《梓人遗制》是木工名家总结亲身经验之作，并详细记述了当时通行的纺织机具和车辆，以古代著名的木制机械技术专著而留世。这一时期天文和计时仪器发展迅速。北宋苏颂和韩公廉等制成的木构水运仪象台，能用多种形式表现天体时空的运行。它由水力驱动，其中有一套擒纵机构。水运仪象台代表了当时机械制造的高度水平，是当时世界上先进的天文钟。元代的滚柱轴承也属当时世界上先进的机械装置。明初的造船业已有很大进展。郑和所乘宝船是古代最大的远洋船舶。6/13当时的机械制造主要仍靠手工操作。大者如千钧锚，是靠人工先锻成四爪，然后依次逐节锻接。小者如制针用的冷拔钢丝，也用手工制成。明代已有活塞风箱。它是宋元木风扇的进一步发展，风箱靠活塞推动和空气压力自动启闭活门，成为金属冶铸的有效的鼓风设备。在明中叶或稍前，木帆船已能逆风行驶，并拥有全风向航行的能力，如：扬州立帆式风轮，这是中国古代独具特色的木船风帆的进一步发展。长期以来，中国沿海一带多利用它推动翻车，以提取海水晒制食盐。机械技术的进步促进了学术研究。王徵于1627年编译和出版了《远西奇器图说录最》，介绍了西方机械工程的概况。来自西方的自鸣钟表和水铳等也在一定范围内得到流传。1634～1637年，明朝的宋应星编著和出版了《天工开物》。记载了不少有关机械制造和产品性能的情况。内容涉及泥型铸釜、失蜡法铸造以及铸钱等铸造技术，还记述了千钧锚和软硬绣花针的制造方法、提花机和其他纺织机械以及车船等各种交通工具的性能和规格等。2.1.2近代机械时期(1840～1926)鸦片战争后，中国社会由封建统治开始转变为半殖民地半封建统治。这个时期诞生的机械工业，从一开始就具有半殖民地半封建的特点：中国最早使用动力的机械厂是外商办的；中国人自己最早创办的机械厂是清政府经营的军火企业；中国民族资本创办的企业，一直处于帝国主义、封建主义、官僚买办的压迫之下。外商在中国经营的机械厂鸦片战争以后，帝国主义取得了在中国沿海和内河的航行权。为了适应航运业发展的需要，外商首先在中国建立了船舶修造厂。1845年英国人J.C.柯拜在广州黄埔设立的柯拜船舶厂，是中国领土内最早的一家外资机械厂。1854年第二次鸦片战争后不久，外商在黄埔经营的船坞船厂增至5、6家。英、美商人并纷纷在华东设立7/13船舶修造厂，其中较大的有英商办的上海祥生船厂、耶松船厂和和丰船厂。至19世纪60年代末，外商在广州、上海、厦门、福州等沿海口岸建立的大小船舶修理厂已达22家，雇用的中国工人达9000人。外商在中国经营的机械工业除船舶修造厂外，还有铁路车辆修理厂，如1880年英国人在唐山建立了中国第一个铁路车辆修理厂(原名胥各庄修车厂，1899年迁至唐山，已有工人约3000人，更名为唐山修车厂)。1901年德国人在青岛四方村建立了青岛铁路工厂（现四方机车厂前身）。这两个工厂都是当时规模较大的企业。据1908年统计，外资经营的34个主要机器厂中，船舶修造厂28个，占82％；铁路车辆工厂3个，占9％。这些厂以英商经营的最多，约占总数的三分之二。20世纪初，日本在东北加紧了对中国的经济侵略。日俄战争后，在南满地区，开办了一批机械工厂。到20年代已有较大的铁路、造船、矿山机器等机械制造厂20多家。南满铁道株式会社于1906年扩建了接收帝俄的大连铁路工厂、抚顺煤矿机械厂（现抚顺重机厂的前身）。1907年新建了沙河口铁路工厂（现大连机车厂前身）。1908年川崎造船所扩建了接收帝俄在大连的船坞和工场。设大连分厂（现大连造船厂前身），至1914年已发展成为拥有日籍职工2800余人、中国工人1万余人的大型修造船厂，能修造5000吨级轮船。新建的大型机械厂有：1917年建立的大连机械制作所(现大连重型机器厂前身)、大连铁工所和1919年建立的安治川铁工所等。1919年美商在上海曾建立专为装配机器的慎昌工厂（现上海锅炉厂前身）。美商对中国主要是输出机器设备，长时期占中国进口机器设备总额的五分之一到四分之一，所办机器厂较少。清政府设立的军工厂1861年曾国藩创办安庆军械所是中国人自办的第一座机械厂。1863年他又派容闳赴美采购机器，筹备建立规模较大的近代机械工业企业。1862年李鸿章先后命丁