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关于中国机械传统的记述和传说流传已久,引起了历代技艺高超的技术人员和文人墨客的关注和好奇。三国时期,马军又一次发明了前人的指南车和翻车,明末,王政又试图恢复指南车和木牛。著有《农书·农具图册》,薛著有《子仁遗制》,宋著有《天工》,记载了他们对机械的认识。艺术家的作品也保留了古代机械的技术信息。如五代的《门口车图》精心绘制了水磨图,《清明上河图》描述了宋代都城(今开封)的船、车、桥技术。

中国古代机械较早引起了外国学者的注意。从1909开始,贾尔斯、穆尔、兰彻斯特等人首先推测了南导车的传动机构[1](P52)。自20世纪20年代以来,中国的历史学家、机械工程师和文化专家开始了对中国古代机械的文献研究和专题研究。1925年,张荫麟翻译了一位英国人摩尔写的论文《宋和吴德仁导车构造研究》,并撰写了《宋陆道龙和吴德仁记录中的鼓车构造》,发表在《清华学报》上。65438年至0935年,刘仙洲在清华大学出版了《中国机械工程史料》,初步整理了中国古代书籍中关于机械的描述。王振铎试图根据古代文献的记载来恢复古代的机械装置。1936年在《燕京学刊》发表《汉候风地动仪制作方法推测》,并在北平研究院复原了南导车和鼓车[2](P63)。这些早期著作开创了中国机械工程史的研究。

1949之后,科学技术史在中国成为一项有组织的事业,实现了初步的制度化,研究取得了很大的进步。其中,刘仙洲和王振铎的工作代表了机械工程史的学术水平[3](P36)。

从1950到1960,刘仙洲对机械原动机、定时器、齿轮和凸轮进行了专题研究。基于这些研究,他撰写了通论著作《中国机械工程发明史》[4](上篇)和《中国古代农业机械发展史》[5],初步勾勒了中国机械技术发展的大致脉络。书中收录了对钹、滑轮、独轮车的研究成果。后来刘先生组织学者从两万多种古籍中寻找古代机械的线索和描述,留下了大量的卡片。近年来,清华大学图书馆学者对这些资料进行了整理。

复原是古代机械史研究的一个重要方面。王振铎等人长期从事古代机械史的专题研究和复原工作。在文献分析和考古发现的基础上,对地动仪、导游车、记忆中的鼓车、水运仪、水排等机械装置进行了研究。均为中国历史博物馆修复,其主要成果收录于他的文集《论科学技术考古》[6]。

英国李约瑟从东西方文明比较的角度关注了中国古代的机械技术交流,也探讨了机械技术与其他知识的关系。他参考了中国学者和西方学者的研究成果,在王陵的帮助下,撰写了《中国科学技术史机械工程卷》[7]。该书初版于1965,后被翻译成日文和中文,是外国学者了解中国机械技术传统的重要窗口[8]。

在刘仙洲之后,对机械工程史的专门研究和调查仍然取得了进展。同济大学卢京燕在古代兵器等机械装置的复原研究和立式风车等传统机械的考察方面取得了新的进展。中国科学院、北京科技大学等单位在我国传统金属工艺研究方面取得了很大成就,西北农业大学等单位在秦岭青铜车马研究方面也取得了很大成就。20世纪90年代,中国科学院自然科学史研究所组织全国科技史家编写《中国科技史》丛书时,集中了中国学者几十年的研究成果,卢景炎、华觉明等学者编写了该丛书的机械卷[9]。本书继承了刘仙洲、王振铎等中国学者的观点,并适当借鉴了李约瑟等学者的著作,在技术内容和结构原理分析上有所进步。

刘仙洲、王振铎、李约瑟、卢敬言、华觉明等人的专著,主要是根据古籍记载、考古资料和一些传统机械的调查资料写成的。今后可以从几个方面努力研究中国古代机械工程史。一是发掘、整理、解读中国典籍和明清时期部分少数民族语言文献中的史料;二是充分利用现有和未来的考古发掘资料,开展科技考古研究;第三,广泛深入地调查现存的传统机械,探索它们与文化背景的关系;第四,开展技术的社会史、文化史和思想史研究。

中国有着延续的文化传统,保存了大量的古籍。关于古代机械的记载散见于各种体裁的书籍和记录中。而关于技术的文字描述或图纸大多过于简略,往往只有寥寥数语甚至没有记录。考古发现可以提供一些可靠的第一手资料,但内容明显有限。古代的机器大部分是用木头、竹子等不能长期保存的材料制成的,只有少部分是用石头和金属制成的。这使得我们很难在考古资料中找到结构相对完整的机器。毕竟古代车辆、青铜车马之类的发现很少。

二、中国古代机械工程技术史的价值和作用

中国的机械工程技术在漫长的历史发展过程中形成了自己独特的风格。中国古代机械工程技术是世界机械史的组成部分,在世界机械工程史上占有重要地位。

著名科学史家李约瑟在讨论中西科技交流与比较时指出:“有几项基础技术是从古代美索不达米亚向四面八方传播的...然而,中国人有许多发明。这些发明从一世纪到十八世纪传播到欧洲和其他地区。这包括:(1)龙骨车;(2)石磨及水力在石磨中的应用;3排水;(4)风扇车和风选机;(5)活塞波纹管;(6)横机(也可能是印度的发明)和提花机;(7)缫丝、纺纱、调丝机;(8)独轮车;(九)帆船;(10)研磨;(11)两种用于拖拉重物的有效马具,即胸带和包子;(12)弓弩(13)风筝;(14)竹编、走马灯;(15)深钻技术;(16)铸铁的使用;(17)移动式平吊架;(18)弧形拱桥;(19)缆索吊桥;(20)河道闸门;(21)造船和航运方面的众多发明,包括防水舱室、高效气动帆和艏艉索具尾部的方向舵(22);(23)火药及与之相关的一些技术;(24)罗盘针,先用于看风水,后用于导航;(25)纸张、印刷和活字印刷;(26)瓷器。所有这些例子都有一个共同点,那就是在世界其他地方出现之前,就在中国应用了。有时甚至更早。”【10】(P545)李约瑟博士列举的这些例子,大多是中国古代的机械发明或相关技术成果。可见,中国古代机械技术的成就不仅在中国科技史上占有突出的地位,而且在世界机械史乃至科技史上也占有重要的地位。

中国机械史的历史价值还在于,传统机械工程技术在中国古代社会经济和科技发展中占有非常重要的地位。中国自古以农立国,农业生产在古代历史发展进程中一直占据核心地位,因此农业机械作为农业生产工具,在生产中发挥着极其重要的作用。农业机械技术的大量发明、创新及其推广应用,对提高社会生产力发挥了巨大作用。同样,机械也在水利工程、建筑工程、交通运输、纺织等领域发挥着重要作用。机械技术在军事中占有重要地位,先进尖端武器和军事装备的制造都依赖于先进的机械技术。中国古代在天文观测方面取得了许多重要成就,这与先进天文仪器的作用密切相关,许多先进天文仪器的出现反映了中国古代精密机械制造技术的发展。明代宋主编的《天工开物》是一部关于中国古代工程技术的百科全书,其中机械技术的内容占全书一半以上,这也说明了机械技术在古代工程技术中的重要地位。因此,传统机械技术根植于中国古代社会生活和生产的各个领域。机械技术的进步不仅促进了古代生产的发展,丰富了古代社会生活,而且成为推动古代不同领域科技发展的有力工具。

1.促进了农业的进步。

中国自古以农立国,农业生产在古代历史发展进程中一直占据核心地位,因此农业机械作为农业生产工具,在生产中发挥着极其重要的作用。大量的发明、创新及其在农业机械上的推广应用,对提高社会生产力起到了巨大的作用。

春秋时期,铁器用于农业和手工业生产。到了战国时期,铁农具多了,标志着社会生产力的显著提高。牛耕在春秋末期就已使用,战国时期开始普及,促进了农业生产的进一步发展。战国时期,农民注重肥料的使用,也注重选种、因地制宜、适时耕作。当时各国都修建水利工程。都江堰是由秦蜀县令李冰在岷江中游修建的举世闻名的防洪灌溉工程。都江堰消灭了岷江洪水,灌溉了大面积农田,把成都平原变成了良田,两千多年来一直造福于民。北朝的贾思勰写了《齐·姚敏书》,强调农业生产要遵循自然规律,要因地制宜地种植农作物,不能耽误农时,要改革生产技术和工具。

2.促进了手工业和商业的繁荣。

早在春秋时期,中国就已经发明了生铁冶炼技术,比欧洲早1900年。春秋末期,晋国将成文刑法铸在铁鼎上颁布。战国时期,有30多个铁矿。当时的食用盐业、纺织业、制漆业都取得了显著的进步。明末科学家宋编著的《天工开物》总结了明代农业和手工业的生产技术,反映了明代中国手工业领域的生产面貌。本文介绍了北京王麻子和杭州张小泉制造的剪刀,采用“夹钢”和“粘钢”的技术。采煤时可以排除瓦斯;纺织工业中的提花机等。这些在当时都是世界一流的。

3.它在水利工程、建筑工程、交通运输、纺织等领域发挥着重要作用。

秦国都江堰是举世闻名的防洪灌溉工程。他把岷江分为内江和外江。内江用于灌溉,外江用于分洪,避开洪水,灌溉农田。赵州桥是由隋代杰出的工匠李春设计建造的,是世界上最古老的石拱桥。桥的大拱两端上方有两个小拱,可以减轻桥重对桥基的压力,减少洪水时急流对桥的冲击。隋代著名建筑师宇文恺设计了隋朝都城大兴城和东京洛阳城,并指导了这两座城市的建设。北宋时,指南针被应用于航海。宋朝的船上都装有指南针,无论白天黑夜,下雨雾天都能辨别方向。南宋时期,指南针传到欧洲,为欧洲航海家环球航行、发现新大陆提供了重要条件。

4.在军事上起着决定性的作用。

机械技术在军事中占有重要地位,先进尖端武器和军事装备的制造都依赖于先进的机械技术。唐朝末年,火药开始用于军事。宋朝时,火药被广泛用于军事。当时的火药武器包括火箭、火枪和火炮。13世纪和14世纪,火药和武器传到了阿拉伯和欧洲。在元代,大型金属管状火器“矛”在军事上受到高度重视。蒙古西征时,曾多次使用火药武器进攻中亚和波斯的城市。战争期间,阿拉伯人学会了制造火药和火药武器。

三、中国古代科技史的现实意义

中国机械史的研究不仅具有重要的历史价值,而且具有很高的实用价值和意义。这主要表现在以下几个方面。

首先,中国古代机械工程技术是中国科学文化的重要组成部分,传统机械的技术成果是中国优秀的科学文化遗产,因此研究中国古代机械史具有重要的文化价值。机械技术在人类物质文化史上一直占据着核心地位,人类文明的发展阶段一般以机械技术的重要成就为标志,这就是最好的说明。我们的祖先创造了许多优秀的机械科技成果,为后人留下了大量的物质和文化财富。发掘、整理和研究这些机械成果,对于丰富祖国的科学文化宝库,无疑是十分有益的。但是,过去在这方面的工作还远远不够,中国的机械工程史还是一个有待开发的领域。在当前情况下,进一步研究中国机械史尤为重要。

第二,技术发展具有很强的继承性和规律性。中国机械史的研究有助于揭示技术发展的特点,可以起到温故而知新、明确方向和趋势的作用,因此具有重要的参考价值。中国历史上机械科学技术的成功经验和失败教训,对今天的科学技术发展具有重要的参考价值。中国古代与机械相关的技术观念和技术哲学,对于我们理解技术与人、技术与环境、技术与社会的关系,仍然具有参考价值。中国古代的技术思想、方法和措施恰好符合现代可持续发展的要求,对认识和解决技术给现代社会带来的环境污染、能源和资源枯竭等一系列负面影响也有积极的借鉴意义。研究中国近代机械史,对制定国家技术规划、技术开发和技术引进的政策和战略有直接的参考意义。

第三,通过研究中国古代机械工程的历史,理清中国传统机械技术的兴衰,了解科学家和发明家的生平、成就和思想,不仅可以学到科学和历史的知识,还可以从中得到启示和教训,所以中国机械史具有更重要的教育价值和作用。传播有关机械工程技术史的知识,有助于人们了解机械工程技术概念和原理的来龙去脉,加深对机械技术的认识和理解。培根说:学习历史可以使人明智。对于青年学生和专业技术人员来说,机械史的知识可以开阔他们的视野。

第四,通过研究中国古代机械的历史,我们不难发现,一些古代的机械技术、工艺和原理在现代仍然发挥着作用或具有实用价值。中国传统的农业机械和古代农具至今广泛应用于农业生产,具有强大的生命力。中国的许多传统金属工艺在实际应用中仍然发挥着重要作用。秦始皇墓出土的青铜箭头,表面有一层致密的黑色含铬层,埋在地下2000多年没有腐蚀。现代金相研究证明,这种处理具有很强的耐腐蚀性,这种表面处理技术显然具有古为今用的价值。类似的例子还有很多。研究古代机械的历史有助于了解和发现传统机械的现代意义和实用价值。

“七五”期间,河北唐山和江苏连云港年产60万吨的大型纯碱厂是用我国开发的先进技术设计的。碳化塔、分解炉、碱过滤器、钛板换热器、埋刮板输送机等八大类关键设备由机械制造部研制成功,其余大部分设备由我国供应。山东潍坊年产量在引进部分国外技术和设备的基础上实现了国产化,三个碱厂均顺利投产。我国大型碱厂的设计和设备制造完全可以立足国内,并已开始成套出口大型纯碱技术和设备。

1984年,我国引进离子膜电解槽制造技术,为14厂家提供设备,占国内离子膜煤烧碱产能的70%。1993年,创新开发了中国式电解槽,由中国化工装备总公司组织实施了国内第一套10000 t/a离子膜烧碱装置。这套设备在广泛消化吸收国内外先进技术的基础上,进行了改进和创新。工艺设计由天津大沽化工厂设计院进行。核心设备* * *有82台成型设备和127台非标设备。离子膜电解槽由北京化工机械厂设计制造,同时达到国外同类设备水平。其他专用设备、材料、仪表、阀门由国内相关厂家协调,整套设备国产化。该装置运行均衡可靠,具有产品纯度高、节能、高效、无环境污染的特点。主要技术经济指标达到进口设备水平。该设备的成功建设,结束了我国离子膜法烧碱生产设备依赖进口的局面,标志着我国已基本具备了离子膜法烧碱设备的成套制造能力。随后,广州、新疆、包头、蚌埠、云南的化工厂都选择了国产离子膜法烧碱电解槽。