天津大学张策老师-机械史

天津大学张策2014年7月秦皇岛科技发展与社会进步——青年教师要学习一些科技史内容青年教师为什么要学习一些科技发展史？案例I：第一次工业革命中的机械工程案例II：新技术革命时期的机械工程◆青年教师为什么要学习一些科技发展史？1、增大知识量教师的知识储备量大，才能使讲课生动、丰满，不照本宣科。机械设计及理论机构学动力学机械设计有限元CAD。。。。。。机械制造及其自动化互换性特种加工绿色制造数控机床CAM。。。。。。机械电子工程液压传动控制工程数字控制传感器微机系统。。。车辆工程汽车设计汽车试验发动机底盘设计。。。。。。历史沿革发展前景深入理解牢固掌握所授课程全面了解大部掌握二级学科一级学科一般了解部分掌握一般了解不全面的粗浅知道2、拓宽知识面（1）对科学知识不但要有横向的了解，还要有纵向的了解:了解过去和未来。（2）教师不应只是懂得自己讲授的公式和理论，还应懂得科技与社会的互动关系，懂得机械学科与基础科学和相关领域的互动关系。科学技术指导、提高科技与社会的互动关系社会生产活动人类探索活动提出需求国防事业社会的变化与发展社会的改革与革命社会——科技互相影响、互相推动科技与社会的互动关系机械科学技术提出需求自然科学基础指导相关科技领域影响提出需求理工结合文理渗透3、促进文理渗透、理工结合，改善知识结构，全面提高人才的培养质量现代科技日新月异,需要具有创造性思维的人才。创造性人才必须文理渗透、理工结合。要使学生做到，教师先应做到。考察历史，追溯科技的来源与演变，探索科技的发展规律。青年学子，既要有家国情怀又要有环球视野4、借鉴历史,温故知新文明古国的科技曙光，古希腊和古罗马的科学启蒙，科学技术史展示了：文明古国的科技曙光，古希腊和古罗马的科学启蒙，科学与宗教的猛烈碰撞，牛顿给物理学带来的革命性的变化，内燃机蒸汽机和电动机奏响两次工业革命的乐章，信息化革命开启了人类前进的新时代。创造性人才必须有强烈的创造冲动。回溯历史，追忆科学巨匠和伟大的创造，我们会在胸中升起一股奔腾前行的强烈冲动！5、激发创造发明的冲动案例I第一次工业革命中的机械工程美洲欧洲非洲18世纪下半叶英国第一次工业革命第一次工业革命的开始珍妮纺纱机机器的广泛采用蒸汽机的发明1、珍妮纺纱机1764年，织工哈格里夫斯发明珍妮纺纱机，使纺纱生产率提高了数十倍。此后，纺纱机和织布机交替改进，使英国的纺织业成为世界第一大轻工业。2、机器的广泛采用纺织业树立了榜样。在冶金、采煤等工业部门，也出现了发明和使用机器的热潮。因此，一般将1764年珍妮纺织机的发明作为英国工业革命开始的标志。1690法国巴本制成第一个实验性蒸汽机。1698英国塞维里制成一台蒸汽水泵。1712英国纽可门发明了蒸汽机，应用于矿井排水和农田灌溉但是，纽可门的蒸汽机耗煤量大、效率低，而且只能作往复直线运动。3、呼唤新的动力当时驱动机器的动力是水力、畜力和人力。在机械化装置使用越来越多的情况下，动力成为制约机器生产进一步发展的严重问题。瓦特的改进与发明瓦特英国技师（1736-1819）从1764年起，历时近30年，提出一系列发明专利，改进了蒸汽机，使其实用化。飞轮离心调速器双向气缸输出旋转运动单独的冷凝器蒸汽机发明的重大意义◆极大地推动了机器的普遍使用。◆引发了交通运输领域的革命：铁路交通、远洋轮船出现。1、交通运输革命1）铁路时代第一次工业革命期间的机械发明▲1814年，史蒂文森第一台蒸汽机车试运行成功。▲1825年英国世界上第一条铁路。▲开拓了陆地交通运输的新纪元，人类交通进入了“铁路时代”。英国迅速掀起一股兴建铁路的狂热。1840年以后，欧洲大陆和美国也相继开始铁路建设。2）远洋轮船1807年，美国人富尔顿发明蒸汽船。1811年，英国人也造出了自己的汽船。远洋航运力量大大加强。远洋货轮把英国的消费商品运销到世界每个角落，又运回所需要的各种工业原料。交通运输革命从根本上改变了地球上各地区彼此隔绝的状态。它迅速地扩大了人类的活动范围并加强了各地之间的交往，为世界市场的形成提供了条件。17701780176017901800181018201830欧洲文艺复兴2、大量的机械发明1840蒸汽驱动的拖拉机联合收割机农业机械脱谷机轧棉机蒸汽船蒸汽机车交通工具制冷机热力机械水轮机煤气机动力机械精纺机纺织机械珍妮纺纱机动力织布机缝纫机编织机17701780176017901800181018201830欧洲文艺复兴2、大量的机械发明1840空气压缩机蒸汽驱动的起重机、挖掘机、压路机采矿、建筑机械挖掘机盾构机铣切式采煤机颚式破碎机滚筒式印刷机照相机机械式计算机信息机械第一次工业革命小结关键词：动力机器工厂工业化社会第一次工业革命的开始珍妮纺纱机机器的广泛采用蒸汽机的发明第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景▲工场手工业的长期发展，为大机器生产的出现准备了技术条件。▲织布机的进步，1733年发明飞梭，纺纱效率低下。▲采矿业的发展，井下排水困难，推动蒸汽机的发明。生产背景科学背景第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景▲1687年，牛顿创立经典力学，为技术革命的发生和发展提供了理论指导。▲1653年，格里凯的马拉半球的实验，证明了真空的存在和大气压力的巨大力量。1660年，波义耳指出：“当气体在一个密闭的容器中被加热时，它的压力会升高，如果紧接着把这些气体释放出来，它可以驱动一台机器。”波义耳的大气压力知识直接影响了蒸汽机发明人之一的巴本。第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景科学背景第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景1640年，英国资产阶级革命，废除了封建制度。▲资本主义的原始积累，提供了发展大工业的资本；▲小农经济的消除，为大工业的发展提供了劳动力和国内市场。社会背景第一次工业革命的开始珍妮纺纱机机器的广泛采用蒸汽机的发明第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景机械制造工业的诞生现代机床出现互换性生产出现机械制造业诞生标准化的开端●机器结构的主要材料是木材。●车床和少数其它机床已经出现，但其结构是木制的。●很低的切削速度。●精度完全靠工人的技术。●动力加大，机器结构材料大量使用金属。●加工金属须用金属机床。●切削速度提高。●尺寸精度要求提高，并开始用机器来保证。蒸汽机出现推动机械加工的发展蒸汽机提供了强大的动力，带来了切削加工的进步。蒸汽机发明以前蒸汽机发明以后蒸汽机的出现导致了金属切削技术的第一次大发展。真正意义上的机械制造业随着蒸汽机的发明而诞生，此前的钟表制造业只能算一个序幕。机床的近代概念切削工具和机床在古代和中世纪的进步非常缓慢。只是到了中世纪晚期，钟表业发展起来，才出现了机床的近代概念，即：1）用来制造金属零件；2）用机器引导刀具运动。古代希腊的“车床”第一次工业革命期间新发明的机床才真正落实机床的近代概念。莫兹利第一台金属车床集合了刀架、溜板箱、丝杠、光杠、挂轮等技术威尔金森炮筒镗床保证了汽缸体的加工精度，蒸汽机的商业化才得以成功天轴由蒸汽机驱动光杠丝杠进给刀架到19世纪中叶，车床、刨床、铣床等各种类型的通用机床已大体齐备。原动机是如何驱动机床的呢？1）设计制作了大量单能机床，2）发明了快速检验的样规代替卡尺检验，3）开始大量使用夹具，4）采用了新的生产组织方式，开始了互换性生产。近代的互换性生产即始于18世纪末美国的枪支制造。1798年，惠特尼接过了军方生产15000支步枪的合同。1801年，他将生产的10支步枪的零件拿到美国国会去表演，工人可以随便地用这些零件组装起步枪，这使当时的人们大吃一惊。互换性生产出现惠特尼随着织布机、缝纫机和自行车等机械产品大批量生产的需要，互换性生产迅速扩大到一般机械制造业。标准化的开端适应互换性生产的发展，标准化变得极其重要。在19世纪初以前，螺栓和螺母都是成对地使用的,甚至同一台机床制造的螺栓也不能互换。1841年，英国技师惠特沃斯建议全部的机床厂都采用统一尺寸的标准螺纹。英国工业标准协会接受了这一建议，制定了第一个螺纹标准。这也是机械制造业领域的第一个标准。第一次工业革命的开始珍妮纺纱机机器的广泛采用蒸汽机的发明第一次工业革命的背景生产背景社会背景科学背景机械制造工业诞生互换性生产出现现代机床出现机械制造业诞生标准化的开端机械工程学科诞生高等工程教育出现机构学诞生机械工程学会成立机械工程类课程先后出现机械工程分支学科的细化1794年，成立了世界上第一所专门的技术大学——巴黎技术学院。1806年，在主政该校的数学家蒙日决定下开设了机械原理课程。机构学学科诞生。机构学诞生机械工程学科诞生机械制造业作为一个工业部门在英国建立。1847年，英国成立了机械工程师学会，这标志着机械工程作为一个独立的工程学科得到了承认。以后，德国、美国等国也相继成立了机械工程学会。中国机械工程学会成立于1936年。高等机械工程教育的出现一直到19世纪初，机械技术还是通过师徒关系来传承的——为了竞争，他们要保守技术秘密。这种情况在英国最为典型。一大批了不起的发明家都没有接受过正规的工程教育。当时英国试图通过禁止出口工程器材、限制人才外流来保持自己的领先地位。这促使欧洲国家不得不建立起自己的工程教育。第一冲击波——巴黎技术学院的创立1794年，巴黎技术学院建立。它在高等工程教育史上占有重要的地位。它有别于以往的大学之处在于：1）将师徒间的个别传授改变为集体授课；2）学生在进入具体的工程教育之前，都要学习数学、物理、化学和力学，这就区分开了基础课和专业课。后来欧美工业国家的高等工业学校，大都仿照以巴黎技术学院为代表的、基于科学和数学的法国工程教育模式建立，而不是借鉴基于工艺经验主义的英国模式。第二冲击波——洪堡教育模式1809年威廉·洪堡创立了柏林大学。柏林大学办学三原则：大学自治、学术自由、教学与科研相统一。这三个原则对全世界的影响相当深远，所以柏林大学被誉为“现代大学之母”。教学与科研相统一，大学的功能由侧重于知识的传授转变为知识传授与科学创造并重。柏林大学建立起了近代意义上的研究生教育制度。机械工程类课程先后出现18世纪时，机械工程的知识总量有限。在欧洲的大学中它还与土木工程综合为一个学科，称为民用工程。19世纪初从巴黎技术学院开始机械才成为一个独立的学科。最早开出的课程是机械原理。机械设计的独立设课不会早于19世纪中叶。制造类的课程出现的就更晚一些。苏联建立初期，已设有“金属工学”和“机器工艺学”。20年代末，苏联第一个五年计划一开始，这两门课分解为机床、刀具、切削原理、公差和生产组织等独立的课程。机械工程分支学科的细化进入20世纪，随着机械工程知识总量的增长，作为一个研究领域的机械工程也开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。冶金机械矿山机械轻工机械纺织机械化工机械起重运输机械汽车、拖拉机……▲这种分解的趋势在20世纪中期达到了最高峰。▲这种分解尤其在实行计划经济的国家更为典型。▲但是，把学科的这种分解反映到教育中来，带来的却是偏差和失误。在苏联，机械类本科生专业至少有10几个。有一个工业部门，就有一个相应的机械专业。经济光靠计划是计划不好的，按专业机械领域培养学生导致了学生的知识面偏窄，对职业变动的适应性不强。在苏联和中国，这种专业划分过细的情况在20世纪末才开始改变。案例II新技术革命中的机械工程第三次技术革命的概貌★★★★★★★★第三次技术革命二战结束以来第三次技术革命的概貌▲在40年代后期，第二次世界大战的硝烟刚刚散去，电子计算机发明。▲第三次技术革命，是人类历史上又一次重大的技术飞跃。▲前两次技术革命是动力革命，第三次技术革命是由计算机技术统领的信息化革命。▲内容新能源技术信息技术生物技术新材料技术海洋技术┉┉空间技术统领▲这次技术革命极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，也影响了人类的生活方式和思维方式，使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。第三次技术革命的概貌第三次技术革命中的机械工程60多年来，机械工业和机械科技获得了全面的发展和提高。这一发展与提高的规模之大、气势之宏、水平之高