中国机械简史
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中国是世界上机械发展最早的国家之一。
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。 中国机械发展史可分为六个时期:①形成和积累时期,从远古到西周时期。②迅速发展和成熟时期,从春秋时期到东汉末年。⑧全面发展和鼎盛时期,从三国时期到元代中期。④缓慢发展时期,从元代后期到清代中期。⑤转变时期,从清代中后期到解放前的发展时期。⑥复兴时期,解放后的发展时期。每个时期又可分为不同的发展阶段。

一、传统机械的形成和积累时期

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。这是一个十分漫长的时期,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。在工艺方面以石器打制工艺为主,主要是经过敲击和初步修整使石块成石器。这一阶段后期出现了磨制的石器,使工具的形状趋于合理。当时的石器工具的种类有砍砸器、刮削器、石锤、尖状器、石球、石矛和石镞等,这时出现的其他材料的工具有木捧和磨制的骨针等。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。这一阶段在石器制造方面以磨制工艺为主,同时对石器的制造有了一套完整的工艺过程。对石器的选择、切割、磨制和钻孔等都有了一定的要求。这一阶段出现了大量的生产工具、如锛、斧、铲、凿、磨盘、磨棒、杵臼、钻、网坠、纺轮、犁、刀、锄、耘田器等。工具的种类不但有所增加,而且出现了不少专用工具。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。古车和风帆的出现标志着新的动力出现。商代已经开始用牛来耕地。这一阶段已广泛使用犁来耕地。农业机械的种类更多,还出现了桔槔、辘轳等复合机械工具。在旧石器时代就已出现铜器,但没有大量使用。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。从使用单面范和双面范制作小件器物,发展到用多块范、芯组成的复合范制作大型器件。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。

二、传统机械的迅速发展和成熟时期

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、传动机构和工作机构三个组成部分。机器的出现反映了机械系统的发展达到了很高的程度。
在这一时期,我国的机械技术迅速发展,传统的铸造、锻造、柔化处理技术不断提高,逐渐趋于成熟。各种农业机械大都出现并大致定型。造船、纺织机械技术已达到成熟阶段。从动力、材料、工艺和结构原理等多方面看,我国传统机械已发展到成熟阶段。

三、传统机械的全面发展和鼎盛时期

从三国时期到元代中期是中国机械发展的第三个时期。与前两个时期相比其主要特点是机械的总体技术水平有了极大的提高,古代机械得到了全面发展。这一时期经过了两个发展阶段。
第一阶段为三国到隋唐五代时期,是传统机械持续发展时期。这一阶段在工艺方面有较大进步。锻造农具开始在农具中古主导地位。铸造技术有了新的发展,出现了一些大型铸件。水力机械在这一阶段得到了进一步发展,两晋时期出现了自动磨车、舂车、水碾等水力机械。东汉时期发明的提水翻车得到了改进和推广。同时还发明了高转筒车等灌溉工具。唐代耕犁的结构有新的改进,出现了可以转动的犁槃装置。这一阶段的造船技术有了新的发展,发明了明轮船。此外,在兵器、纺织机械和天文仪器等方面也有新的发展。
第二个阶段是宋元时期,这是中国传统机械发展的高峰时期。这一阶段,在农业机械方面有很大的进步。宋代出现了锻制的犁刀装置,还较广泛采用了铁搭,踏犁等新式农具。各种水力机械得到了更广泛的利用。这一阶段出现了论述农业机械的专著。宋代曾之谨的《农器谱》 (已失传)对农具的形制进行了专门论述。元代王祯《农书》中的“农器图谱”部分对当时的农业机械和许多生产工具进行了详细的说明和论述。“农器图谱”为以后对农业机械和生产工具的研究和记述打下了基础。在这一阶段,纺织机械有新的发展。王祯《农书》中记述的水力大纺车,脚踏棉纺车等纺织机械反映了当时纺织机械的水平达到了很高的程度。兵器制造技术在这一阶段发展很快,出现了管形火器和喷射火箭等新式武器。在宋代、许多新型船纷纷出现,造船技术趋于鼎盛。特别应指出的是,这一阶段在天文仪器方面取得了重大突破,出现了莲花漏法、太平浑仪、假天仪、水运仪象台和简仪等重要仪器和装置。我国传统的天文仪器这时已发展到高峰阶段。这一阶段还有一些重大的发明,如出现了活字印刷术和双作用活塞风箱,还发明了冷锻和冷拔工艺。
在第三个时期,我国出现了许多杰出的机械制造家,如马钧、祖冲之,李皋、张思训、燕肃、苏颂、郭守敬和王祯等,为传统机械的发展作出了重要贡献。这十时期的机械不但种类多,而且水平高、创造性强。中国在机械加工、农业机械、纺织机械;造船和仪器制造等多方面都走在了世界的前列。不少机械传到了国外,对世界科学技术的发展产生了一定的影响。这时期是传统机械全面发展和鼎盛时期,也是中国机械史上的繁荣时期。

四、传统机械的缓慢发展时期

从元代后期到清代中期是中国机械发展的第四个时期。这一时期也可分为两个阶段。
第一阶段从元代后期到清代初期。这一阶段,传统机械仍有一定的发展。明代在冷锻和冷拔工艺方面有新的进展,《天工开物》中记载了制造锯的冷锻方法和制造钢针的冷拔方法。在这一阶段,还出现了许多高水平的锻制品,表明这时的锻造技术仍有很大的发展。在热处理方面,明代出现了“冷待淬火”工艺,并且对淬火工艺的功能有了较深刻的认识。兵器制造技术在这一阶段发展很快,出现了大量的兵器,还出现了《火龙经》、《火龙神器阵法》等兵器专著。在造船方面也有很大进展,沙船的制造技术达到了很高水平。此外,这时还发明了重要的计时器—沙漏。
这一阶段正是西方文艺复兴时期。西方各国先后发生了资产阶级文化运动,科学技术迅速发展,在这一阶段已经赶上和超过了中国。西方的机械科技水平也有了很大的提高。就机械方面来看,我国并不十分落后,但在发展速度上已明显低于西方。这一阶段后期,西方传教土来到中国带来了西方的科学技术。这时也传入了一些机械仪器和装置,出现了《远西奇器图说》等机械方面的译著。就传入的机械科技来看,其水平已经赶上了中国,有些机械的水平超过了中国。
从十八世纪初到十九世纪四十年代为第二个阶段。这一阶段清朝政府采取了闭关自守的政策,中断了与西方的科技交流。同时,由于封建专制的加强,中国资本主义萌芽的发展受到了极大的限制。中国机械的发展停滞不前,在这一百多年内没有出现多少价值重大的发明。而这时正是西方资产阶级政治革命和产业革命时期,机械科学技术飞速发展,远远超过了中国的水平。这样,中国机械的发展水平与西方的差距急剧拉大,到十九世纪中期已经落后西方一百多年。

五、中国机械发展的转变时期

从十九世纪四十年代到本世纪四十年代末是中国机械发展的第五今时期。一八四○年的鸦片战争打开了中国闭关自守的大门,西方近代机械科学技术开始大量传入中国,使中国机械的发展进入了向近代机械转变的时期。
鸦片战争前后,面对列强的侵略和国家民族的危亡,一些有识之土认识到了中国科学技术的落后,感到非学西方先进的科学技术不可。他们开始把西方的科技介绍到国内。在机械方面,出现了《演炮图说辑要》、《火轮图说》等介绍西方兵器制造、轮船和蒸汽机知识的论著。鸦片战争的失败使统治阶级内部不少人物体会到了先进技术的作用,他们出面倡导学习西方科学技术、引进先进的机器生产,兴起了洋务运动。在这期间,先后创办了一批军事工业和民用工业,大量引进了西方的机械设备和工艺。帝国主义在中国的商品输入和资本输入在这时也不断加强,不但输入了大量的机械产品,而且投资建立了不少机器工厂。此外,这时还先后翻译过不少西方机械科技书籍,近代机械科技知识也不断传入中国。到十九世纪后期,机器生产在中国迅速发展,蒸汽机得到了广泛应用。西方的锻造、铸造和各种切削加工技术相继传入。同时,我国自己也开始了一些机械的研制工作。如1862午研制出第十台蒸汽机,1865年制造了第一艘汽船。十九世纪后期,民族资产阶级已经兴起,建立了一批机械工厂,对中国机械的发展起了重要作用。
十九世纪后期到二十世纪初期,我国兴起了工程教育。不但翻译了不少机械书籍,而且有了自己编写的机械工程著作。派出的留学生中有专攻机械工程的。
二十世纪以来,中国机械进一步得到发展。在引进国外机械的同时,也能自制不少类型的机械产品。到本世纪三、四十年代,我国自行生产的产品种类有了较大的增加。在原动机方面能够生产蒸汽机、柴油机等。在工作机方面能生产刨床,铣床,旋床等。在农机方面可以生产碾米机、面粉机和灌溉泵等。此外还能生产化工、纺织、矿山、印刷等方面的不少机械设备。[2]这时的机械工程教育有了新的发展,许多院校设有机械工程系或专业。我国逐渐有了自己的机械工程技术人员。
这一时期中国机械的发展速度还是比较快的。但是,这时的中国机械生产带有半封建半殖民地的特征,对帝国主义有很大的依赖性。中国民族资产阶级经济力量十分薄弱,所办企业没有形成独立的机械工业体系。中国的机械工业主要还是修理性质的。

六、中国机械发展的复兴时期

一九四九年新中国建立后,中国机械的发展进入了新的时期。新的社会制度的建立推动了机械科学技术的向前发展。我国不但很快能够自行设计和制造飞机、汽车、轮船,机车等现代机械,而且改变了旧中国以修配为主的状态,建立了门类比较齐全、具有一定规模的机械工业体系。机械工业部门具备了研制和生产重型、大型机械以及精密产品和成套设备的能力。全国基础工业部门的设备绝大多数都是我国自行制造的,为电力部门提供了许多大型设备,改变了重型机械一片空白的面貌。为石油工业提供了3200米、4500米钻机和相应的其他设备。为交通运输部门提供了82个品种的汽车和200多种专用改装车。为全国各行业提供了130多种高精度机床和40多种数控机床。为建设项目和科学研究提供了成套的自动检测和控制装置。
我国的机械科技的研究水平有了很大的提高。建国后建立了机械科学研究院,电器科学研究院等科研机构,并陆续建立了机床、工具,通用机械、仪表,电气传动,汽车、轴承、内燃机等一系列专业研究设计机构。现有六百多个科研院所。建国以来出现了许多科研成果,解决了不少机械工业中的重大科技问题。如在钢管轧制理论和制造技术方面取得了重大成果。中国机械科技水平与发达国家差距正在缩小。另外,机械工程教育在这广时期得到了迅速发展,我国自己养培了大批的机械工程专业人才。
近三十年来,世界上科学技术发展速度很快。发达国家的机械科技发展速度都在加快。出现了机械产品大型化,精密化、自动化和成套化的趋势。比较而言,我国的产品还比较落后,达到七十年代或八十年代初期水平的不过百分之十左右,处于世界领先地位的则更少。这是多种复杂的因素造成的,特别是十年动乱使机械工业和科技的发展受到了严重的干扰和破坏。粉碎“四人帮”后,特别是十一届三中全会以来,国家在机械工业方面采取了正确的方针政策,机械工业和机械科技的发展重新走上正轨。
总的来说,这一时期中国机械科学技术的成就是巨大的,发展速度之快,水平之高也是前所未有的。这一时期还没有结束,我国的机械科学技术还将向更高的水平发展。只要我们能够采取正确的方针、政策、用好科技发.展规律,我国的机械工业和机械科技一定能够振兴,这一时期成为中国机械的复兴时期。
原载:制造业知识服务中心
上载于:2017-3-21 17:01:16

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