中国机械发展史

中国机械发展史我们都知道，造纸术，指南针，火药和活字印刷术是中国古代的四大发明。作为世界上发明、制造和应用机械最早的国家之一,中国至少拥有五千年以上的历史。身为炎黄子孙，我们应当记住祖先辉煌成就，努力开创灿烂未来。我国机械按发展历程分，大致上可划分为四个时期：（一）远古机械（二）古代机械（三）近代机械（四）现代机械（一）远古机械(百万年前~四千多年前)工具是机械的前身，所以从广上讲，工具也可以叫做机械。人类最早制造和使用的工具是石器。在距今二十到三十万年前的旧石器时代,中华祖先们就能够制作粗糙的石器工具。工具有一物多用的性质，因而石器种类很少，只有砍砸器、刮削器、尖器及石球等几种。到了距今一万年前的新石器时代,工具进步加快，种类渐多，石器已有斧、刀、锛、镰、铲、凿、镞、球等多种形式,还出现了大量的骨、角、蚌、陶器。到距今大约四五千年前,已制造出一批精品工具。如甘肃出土的石刃骨刀,它是在坚固的兽骨上开出细长槽作为刀体,内部镶嵌坚硬、锋利的石质刀片制成,充分利用了不同材料的不同性能。这种夹固式石刃骨刀可称得上是现代各种组合刀具的始祖。此时中国机械史进人了一个新时期。古代机械是中国机械上最为辉煌的时期，（二）古代机械（四千多年前~184年）1.快速发展时期——夏至春秋战国时期(约四千多年前~约前221年)（1）运输起重方面：商初时出现的桔棒，西周时出现滑轮及辘护;战国时又出现了绞车，古代使用这些简单的起重机械成功地解决了起重问题。春秋战国时将悬棺升置悬崖最具有神秘色彩。在夏代己有水准很高的战车，促进了车的发展。古车的出现是这一时期的标志。（2）其他方面：打仗、狩猎用的炮(抛石机)，侦察用的巢车以及灌溉用的桔梅等也已诞生。

四大发明中的指南针亦在此时出现。2.成熟时期——秦至南北朝时期(前221~589年)古代机械在秦汉时已趋成熟,领先于当时世界各国。这一时期以动力(弹力、畜力、风力、水力等)利用和机械结构方面的成就最为突出。(1)运输机械方面：秦陵铜车马结构复杂,气派非凡,驰名中外,堪称是中国古代技术发展的一大奇迹（左图）。水上运输方面,已能制造出高大的楼船,船舱最高有4层。(2)粮食加工机械方面：西汉晚期,已出现了利用扇轮回转产生定向风来清洗粮食的风扇车,还掌握了利用脚踏碓、畜力碓、水碓加工粮食的方法。嵇含的著作《八磨赋》还记述了一种奇巧独特的用一牛牵引、八磨同时转动的连转磨。(3)日用机械方面：以西汉时的被中香炉最为复杂巧妙，“为机环转运四周,而体常平”,其中“机环”的原理同现代陀螺仪中万向支架类似。齿轮是组成机械的基础件,齿轮传动是最重要的机械传动。据考证,中国古代齿轮的发明可上溯到秦代或西汉初年,并在此后不久就应用了齿轮系。秦汉时期,绳带传动和曲柄连杆传动也被发明和采用。从西汉初年至元末明初,古人对齿轮系传动等的研究与应用达到了很高水平,并发明了一系列高度精密复杂的古代机械,其中最典型的应该就是指南车（下图）。指南车代表了中国古代机械制造的最高成就。指南车是利用机械传动来指南的,但对其内部机械传动结构,因无出土实物考证,中外学者看法不一。记里鼓车与指南车有不少相似之处,两者都成功地利用齿轮、凸轮传动来组成自动机构,构思灵巧,结构精密。西方学者认为,指南车是一切控制机械的先驱。3.古代机械持续发展时期——隋唐宋元时期(581~1368年)隋唐宋元时期是我国经济和科技高度发展的时期,中国古代机械工程技术也在宋元时期进入又一发展高峰期,其技术水平继续领先于世界,涌现了一大批新的杰出成果。其中以天文仪器、记时装置、兵器,以及机械加工、铸造技术方面的成就最为突出。（1）机械加工方面：西安出土的唐晚期(约8世纪末)的银盒,内孔和外圆同轴度很高,子母口配合严紧,刀痕细密,加工精度甚高。由此推测,我国最晚在8世纪时已有原始的金属切削车床。（2）天文仪器方面：宋人苏烦，“兼采诸家之说，备有仪象之器，共置一台中”.设计制造了水运仪象台（左图）。这是中国古代机械设计和机械制造中自动控制最为成功的实例之一。水运仪象台的工作原理是由一个由受水壶的水重自动调整的负反馈系统，它用作为动力来转动一个枢轮，使其作恒速运转(每天400周)，以驱动浑象和浑仪两齿轮系。在水运仪象台里，苏颂设计的天衡装置是一个自动调节器。它能使枢轮恒速转动天衡袋置由天关、右天锁，在天锁、天衡横杆、天条、格叉、关舌等部分组成，被调量是受水壶内的水重，即输出，连接格叉及枢衡横的杆是一个杠杆，起到自动调整系中检测比较元件的作用。枢衡的给定重量是自动调整系统中的输人，小杠杆所检测出来的误差，过作为放大，变换元件的天衡横杆来控制开关，所以，这是一个利用误差来控制、带有反馈的闭周自动调整系统。它的设计思想和现代自动调整系统的设计思想大致相同。水运仪象台工作原理方框图水运仪象台在中国乃至世界科技史上有一定的地位，其天衡系统是现代钟表的先驱。这种天衡对枢轮的控制与现代钟表部件，锚状擒纵器，作用原理基本相同。（3）军用机械方面：绍兴二年(1132年),陈规首先发明了火枪,实现了武器和火器史上的一大飞跃,其影响及于阿拉伯、欧洲乃至全世界。宋代还出现了强劲的绞车弩,要上百人张弩,射程达千余米,威力无比。（4）铸造技术方面：唐宋时出现了许多大型铸件,反映当时的冶铸技术水平已发展到新的高度。现存的大型铸件,如大周广顺三年(953年)山东李云所铸的沧州铁狮子,铸于宋开宝四年(971年)的河北正定大型铜佛,建于宋嘉佑六年(1061年)的湖北当阳铁塔。4.古代机械缓慢前进时期——明清(鸦片战争前)时期(1368~1840年)这一时期中国古代机械的发展并非缓慢，虽然个别学科出现了发展的小高潮，但是总体上在这一时期结束了领先的局面。此时的西方，正值改变世界面貌的产业革命的前夜，西方正为此而积蓄力量，资本主义开始萌芽。航海产业首先起飞，意大利掀起文艺复兴运动，思想获得了极大的解放。在研究方法上重视实验研究，注重理性认识，注意寻找事物发展的规律性，科学技术取得了重大发展。稍后，天主教旧教中的耶稣会传教士相继来华传教，这个组织重视科学技术与海外传教，以此扩大影响，深得人心，因此他们将欧洲先进的科学技术成果带到了中国，根据他们所带来的科学技术著作分析，此时欧洲的科学技术总体上已超过了中国，这种情况说明，中国科学技术领先时期的结束。不过在某些方面还是取得了一些重要成就:（1）造船航海方面：明朝三宝太监郑和七下西洋建造了当时世界上最大的远洋船队。郑和所乘宝船长44丈、宽18丈,张12帆。（2）火器制造方面：明洪武10年焦玉所著《火龙神器阵法》上载有一种雏型飞弹和一种所谓神火飞鸦的武器。在HerbertS.Zim所著的《火箭与喷射》一书中,记载了14世纪末我国一位叫WanHoo的官吏发明了一种雏型的喷气飞机的故事,并认为他是“第一个企图利用火箭作飞行的人”。此外,明代天启元年茅元仪所著《武备志·卷129》上记载了一种叫“飞空砂筒”的武器,其构造原理如同一个简易二级火箭。（3）铸造技术方面：明代永乐年间(1403~1424年)在北京铸成的永乐大钟是古代所铸最大最有名的大型圆钟。该钟通高6.25m,口沿外径3.3m,重约46.5t,钟体内遍铸经文,钟声和谐宏亮。（4）学术研究方面：明代相继出现了不少工程技术方面的巨著。明代伟大的科学家宋应星所著的《天工开物》一书（左图）,详尽地记载了中国从明中期到明末农业和手工业生产方面的工艺技术和科学创见。《天工开物》被誉为“17世纪的工艺百科全书”,在中国乃至世界科技史上都占有重要位置。（三）近代机械（1841年~1949年）鸦片战争彻底粉碎了清廷的闭关自守的政策，中国的科学技术也汇人了世界科学技术的洪流。在此期间，清廷中的洋务派兴起了洋务运动，西方列强也对中国进行经济渗透。因此，先后出现了清廷官办工业及外资兴办的工业，民办工业也在这一阶段诞生。受西方机械及西方科技影响较大的设备有蒸汽机，大高炉，转炉，平炉，锻压、铸造、车削、钻削等设备。装备了机械、兵器制造业及纺织、造纸、印刷、卷烟和食品加工等部门。后来又进口了齿轮加机床等精密设备，地点地从沿海发展到内地。到20世纪，先后经历了两次世界大战及内战但机械工业及机械工程教育和科研继续有所发展。这一时期的中国机械明显地具有半殖民地半建的特点，对西方诸国有着依赖性。因此，近代机械工业以小型、修配为主，布局和结构不尽合理，教育、科研及设计能力都较为薄弱，这给以后的发展带来了不利的影响。这是一个大转变的时期.中国在不长的时间里，由古代机械时期发展为近代机时期，由传统的生产技术发展为近代生产技术，由手工作坊发展为工厂，机械理论、设计、科研也渐渐多了起来。中国机械史上的这个转折，其成败、得失、经验与教训很值得我们总结与研究。（四）现代机械时期（1949年至今）中华人民共和国成立之后，虽有周折，但科学技术仍得到迅猛地发展。1978年全国科学大会和中共十一届三中全会的召开,开创了科学发展的春天,机械科技工作也进入了新的历史发展时期。机械工业通过组织全国各方面科技力量进行重大项目联合攻关,大力引进消化国外先进技术、加强科研机构科研测试条件建设、改革科技体制,使机械科技工作水平有了大幅度提高。我国在工业机器人、微型机械、仿生机械、数控系统、精密模锻、模具型腔制造、水下焊接、热处理碳势控制、电火花线切割等领域的一些技术成果都达到或超过了世界先进水平。通过回顾中国机械史，我从中发现不少问题，值得深思：l、古代机械资料稀缺发掘古文献中的机械史资料是一项重要的基础工作。由于对文献的考证、校勘、鉴别做得还不够充分，以致没能搞清一些基本问题，如古代机械术语的含义及其演进，某些机械的起源和制造工艺，外来技术对中国的影响，机械技术与中国文化的关系，等等。有些发明属于悬案，有关研究成果争议颇多，需要对此作出更令人信服的解释。事实上，有些现成的史料还没有充分地从技术角度去分析和利用，致使研究难以深入。古代的杰出发明可能缺乏足够的文献记载，有关考古资料也不够充足，以致引来了种种推测，比如我在前文中提到过的指南车。2、近现代机械理论薄弱中国近现代机械理论起步较晚，多数为从西方的舶来品。基本理论研究不足，但科研技术人员又大多急功近利。这就能解释为何我国仿制前俄国多款机械而性能相差甚远。当然，这也与国家下达任务计划以及这个社会的浮躁学术氛围有关。作为机械专业的学生，我们更应该扎实基本功，学习时脚踏实地，而非空想空谈。3、学术交流缺乏出现这一问题的原因是多方面的。除了历史和社会原因以外，更重要的是缺乏学术交流。由于交流的渠道不畅与措施不多，使自己的思路仅仅符合国内，难以被整个学术界认同。我们应尽可能参加国际国内的多学科的科技史学术讨论会，走出目前的小圈子，并争取在学术期刊上公开发表论文，以广泛的交流促进研究的深入。目前我国机械工程技术有如下几个发展趋势：1.全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，另一方面，网络通讯技术的快速发展推动了机械产业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。2.网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及引发了机械技术前所未有的变革。产品设计、物料选择、零件制造等都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流，从而推动了我国机械工程的发展。3.自动化。自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现代化生产模式的制造环境等方面。4.绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。中国机械事业在滚滚的历史长河中曲折前进不断发展壮大,不同时期中国机械科技的发展速度和水平与该时期中国政治、经济背景和机械工业发展水平息息相关。回顾历史，更能有力地阐明:“落后就要挨打”的道理。只有政治清明、社会稳定、经济繁荣,机械科学技术才能获得快速、健康发展。反之,机械科技的发展就会停滞不前甚至退步。通过对中国机械发展史的回眸,我明白了机械科技进步是推动机械工业发展的原动力,两者之间具有明显的互动关系。同时，历史经验还告诉我们,单纯靠模仿和引进国外技术是不可能实现中国机械科技的长足进步的,未来中国机械科技的发展必须走以自主创新为主,引进与消化创新相结合的道路。中国现代机械研究工作开展的时间还不长，不是急功近利就可以奏效的。在前进的道路上必然会遇到很多困难，只有不怕