中国机械发展历史、现状及展望

中国机械发展历史、现状及展望中国机械发展历史、现状与展望田博鑫1（1．湖南大学机械与运载学院工业工程1101班20110407110）摘要:中国的机械工程技术历史悠久，成就辉煌，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。研究该历史，可以以史为鉴，辨清现在，把握中国机械未来的发展。关键词:机械原理，机械设计，现代设计方法，传统设计方法，机械发展，古机械，近代机械，现代机械发展史。Abstract:Chinesemechanicalengineeringtechnologyhasalonghistory,abrilliantachievement,notonlyonthedevelopmentofChinesephysicalcultureandthesocialeconomyhasplayedanimportantroleinpromoting,butalsofortheworldtechnologyhasmadesignificantcontributiontotheprogressofcivilization.Researchonthehistory,cantakehistoryasamirror,clearnow,graspthefuturedevelopmentofChinesemachinery.·0前言中国是世界上机械发展最早的国家之一。传统机械方面，我国在很长一段时期内都领先于世界。但到了近代特别是从18世纪初到19世纪40年代，由于经济社会等诸多原因，我国的机械行业发展停滞不前，在这100多年的时间里正是西方资产阶级政治革命和产业革命时期，机械工具。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。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。但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。1.2中国机械发展现状自中国加入WTO以来，中国的贸易与世界接轨，开放经济，改革发展。近年来，工程机械产品在不断的更新，换代，升级之时，也已经走进了国际化的轨道。无论在各行各业，国际化已经成为商品贸易的主流趋势。工程机械作为主导国民经济的工程建设的下游行业，也将产品和技术推向了世界。2012年的低潮期虽然让工程机械整个行业市场销量大幅度下滑，但是，这段困难期却以优胜略汰的形式，铸就了更强大的企业，技术和产品，过滤掉那些处于劣势的，无潜力的企业，从而重整了行业。在激烈的市场竞争中，国际化一直以重头戏，在一点点地扮演拯救行业的角色。在大多数机械市场销量在持续下滑的时候，出口一直在增长，并且在总体销量的比例上也持续上升。国际化是一种趋势，在市场贸易中自然形成，进而放大。虽然业内人士对2013年充满了希望，但近期重点项目的开工、复工或者续建的消息并不是很多。另外，去年铁路基建的资金缺乏问题是否能够在今年解决，都是未知。然而，国外的工程项目刺激了工程机械的需求，一方面，国外工程建设的基数量较大，工程机械的机遇较多;另一方面，欧洲经济紧张，一些不发达国家急需基础设施建设，限于科技落后，经济不发达，对外国的资源和需求极高。这些为我国工程机械出口提供了黄金之路。近日消息称，中国国家主席习近平首访坦桑尼亚，签署巴加莫约港综合开发项目合作备忘录。香港招商局国际有限公司将承建这一预算达到100亿美元的项目。在这一项目之外，中坦两国还将签署十余个基础设施项目的合作备忘录。行业数据显示，2012年我国工程机械出口总额182.24亿美元，同比增长14.48%。海关统计数据显示，2012年前两季度工程机械出口量价齐升。从三四季度开始，出口数据开始向下，虽然有小幅震荡，但总体趋势是持续下行。2012年我国工程机械出口产品中，超过2亿美元的商品24种。24种商品的出口总额达到156.83亿美元，占总出口额的86.11%。24个项目中除了一个零部件项目和5个主机项目出现出口下滑外，其他均呈现不同程度的上涨。这说明我国工程机械行业出口依然处于上升通道，并且仍然颇具竞争优势。第一，对于世界最顶尖的技术而言，液压系统、核心零部件等关键技术都掌握在国外的企业中。如果国内工程机械企业要突围，与国外企业合作市必然之路。第二，在海外销售情况来看，很多中国企业为扭转国内市场的不利局面，都把目光放到更为广阔的海外市场。2012年三一海外销售首次突破百亿元，而在2月15日一天，三一重工100台设备出口至泰国，同时，三一还有7台双箱堆高机中标马来西亚巴生港，在澳大利亚、我国香港，三一还中标4台小港机设备以及2台岸桥。在2013年年初中联重科混凝土机械公司海外事业部中东片区传来捷报，经过近一年的持续跟进，终于与巴林重点客户签订采购协议并确定首期订单，设备包括数台搅拌车和泵车，总值近200万美元，成为自经济危机之后中联混凝土设备在该区域的首次重大突破。第三，参与海外市场的竞争，能够促使中国企业更快与国际化接轨，形成以市场为导向的生产机制，而且市场倒逼的机制往往会迫使一个企业真正走上科技创新的道路。那么我们中国企业的产品质量才能从根本上提升一个档期，慢慢接近世界的最顶尖技术水平。从近期行业全球化的成果来看，国际化的道路是绝佳的选择。国外不仅提供了中国工程机械产品的投放机遇，更促进了市场的竞争，从而推动行业进步。“高端装备制造，往大了说，象征着一个国家的核心竞争力，涉及到国家的经济和国防安全；往小里讲，关系到很多产业和企业的生存和发展。”奇瑞重工股份有限公司总经理王金富等装备制造业人士近日在接受采访时表示，近10年来，中国机械工业行业发展迅速，中国已经成为名副其实的装备制造大国，但还不是装备制造强国，而要实现“由大到强”的梦想，必须通过提高自主创新能力，加快培育和推进自主高端装备制造业发展。“近年来，在国家大力拉动内需和多项鼓励政策的驱动下，中国机械装备制造业在规模上实现了强劲增长。”王金富表示：“但是，中国自主品牌制造业的核心竞争力普遍不强，中低端产能过剩、竞争尤为激烈，很多产业的高端环节都被外资品牌牢牢掌控;同时，在关键零部件和核心技术方面，长期以来一直被外资品牌‘卡着脖子’。”中国机械工业联合会会长王瑞祥认为，我国已成为世界装备制造大国，但“大而不强”却也是不争的事实，特别是受国际金融危机及欧债危机的影响，我国装备制造业面临着前有堵截、后有追兵的严峻形势。尤其是在高端装备方面，美国、欧盟等发达国家开始将高技术、高附加值的装备产品的生产和加工制造产业，由海外开始陆续收回至本土，并采取了很多鼓励政策，如税收减免、补贴奖励等，鼓励投资商、制造商回归本土。王瑞祥说，当前先进技术靠引进、高端产品靠进口依然是我国装备制造业面临的严酷现实。高端机床、高端发动机、高端仪器仪表及控制系统，均需要从国外引进。其中，高档数控机床90%进口，数控系统95%进口，仪器仪表70%进口。在基础零部件领域，为高档数控机床配套的高档功能部件70%需要进口，大型工程机械所需30MPA以上液压件全部进口，时速200公里以上的齿轮箱、2.5MW以上的风电齿轮箱、大型煤机齿轮箱、高速列车制动器、大型盾构机的电动液压驱动装置等几乎全部进口。虽然在船用柴油机方面我国与国外先进企业开展了合资、合作生产，但关键核心技术和品牌依然掌握在国外企业手中，我国仍未摆脱“打工式”的加工制造地位。王瑞祥强调，对于我国装备制造业来说，最关键的还是加快自主研发能力建设。国家要想办法一方面给予政策扶持，另一方面要整合资源，组织技术攻关。“目前，我国的科研院所力量还非常分散，应该在整合集中方面想办法，大专院校也应该考虑如何参与进来。我相信几方面的力量组织在一起，我国一定能够逐步攻破技术瓶颈，突破高端装备被国外企业垄断市场的现状，逐步形成以高新技术为引领，处于价值链高端和产业链核心环节，能够提升整个产业核心竞争力的高端装备制造业。”国机集团有限公司董事长任洪斌表示，高端装备制造业是装备制造业水平的集中体现，也是一个国家国力的重要标志，党中央和国务院已经明确将其纳入“十二五”期间加快培育和发展的战略性新兴产业。为运用好国内市场需求资源，加快我国高端装备制造业的发展，推进装备制造业升级，任洪斌等人士建议：一是以国内市场需求为筹码，按市场规则运作，迫使发达国家向我国转让技术，放松对我国高端装备的出口管制，放弃对我国中低端产品的进口限制;二是制定有利于自主创新的高端装备的采购政策，明确国家重点工程有义务做高端装备国产化的依托工程，在项目设备采购招投标时必须优先采购国产装备;对外商的报价应按其3～5年前在中国市场的实际成交价计算，以防止其恶意降价打压我国新进入该领域的内资企业。1.3中国机械发展的展望展望2013年的发展前景，首先可从拉动中国经济增长的投资、消费、出口“三驾马车”来逐一分析。2012年中国固定资产投资（不含农户）同比增长20.6%，增速较上年回落3.4个百分点，其中房地产投资和制造业投资增速下滑是主要原因。2013年，基础设施建设步伐加快，投资增多（比如城市轨道建设项目，去年下半年就审批了25项，其投资今年将达到2,800~2,900亿元），房地产投资增速今年也有望不再继续下降。特别是“民间投资36条”实施细则的出台，进一步提高了民间投资的积极性，预计今年民间固定资产投资增速将超过去年。从消费来看，2012年中国消费市场出现了“V”形走势，全年消费品零售总额同比增长14.3%。其中农村和中西部地区消费市场的增长明显，消费已经超过投资成为2012年中国经济增长的第一拉动力。2013年，随着刺激消费的政策陆续出台，在城乡人民收入进一步提高的基础上，消费增速还会有所上升，有望达到或超过15%。2012年，中国的外贸出口增速从上年的20.3%回落至7.9%。2013年，联合国预测的世界经济增长率只有2.4%，世界经济难有大的回升。加上国际市场竞争加剧、贸易保护主义抬头和人民币升值预期等因素，预计2013年中国外贸出口也只有个位数的增长。2013年，中国将继续实施积极的财政政策和稳健的货币政策。在“稳中求进、开拓创新、扎实开局”方针的指引下，中国经济将继续平稳增长，许多人都认为中国经济今年将延续去年四季度出现的温和回升走势。作为装备制造业主体的机械工业（在此，机械工业指现在中机联系统所属12个大行业，但不包括船舶、铁道运输装备等行业），2012年经济运行形势比较严峻，工业增加值、总产值、实现利润、出口创汇、产品产量、固定资产投资六项指标的增速都呈下滑态势。而从2012年年底的情况看，机械工业产销增速有所企稳，利润增幅逐月缓慢回升，增速下滑的趋势似乎已经见底，但需求减缓的状况未见明显好转。展望2013年，基础设施（铁路、地铁、公路、水利等）建设将会加快，固定资产投资增速或将回升，而且今年还是深入贯彻工业转型升级规划和战略性新兴产业发展规划的关键一年。预计国民经济对机械装备的需求将逐渐升温，机械工业产销增速也有望稳中有升，但回升的幅度可能比较小。2013年，机械工业要加快转变发展方式，所需的机床结构也会随之升级，但受经济运行状况的制约，其需求的机床总量（按金额计）预计不会有很大的增长。2012年，中国继续是世界上最大的汽车产销市场。目前中国的人均GDP已经超过5000美元，并已在中国建成比较完善的公路网，而人均汽车保有量仍低于世界平均水平，显然中国汽车消费增长还具有较大潜力。在一线城市对汽车实行全面限购后，二、三线城市业已成为汽车消费的主力军，随着三、四线城市汽车消费潜力的不断释放，将推动今后一段时间汽车市场的平稳增长。中汽协常务副会长董扬说，“平稳增长即汽车市场增速会保持5%~15%”。中汽协预测2013年中国汽车销量将超过2000万辆，增长率在7%左右。汽车行业固定资产投资的一半以上用于购买机床设备。汽车行业对机床设备的要求相当高，现在除冲压等少数国产汽车加工设备能与进口产品竞争外，其它多数机床设备（主要是高中档金切机床）还多使用进口产品，按价值计进口机床约占70%~80%。汽车行业对金切机床的总要求是：高效、精密、适当柔性和易于集成，尤其重视机床精度的稳定性和运行的可靠性。2013年，汽车行业除要大力推进新能源汽车的开发、生产和应用外，还要加快落实汽车的节能减排计划。两次推迟实施的柴油车国四排放标准，将于今年7月1日在中国正式实施，而且北京于今年2月1日率先在中国实施轻型汽油车等机动车京五排放标准。由此可以推断，今年汽车行业还要加大结构调整和技术改造的力度，在产销平稳增长的