【园丁文苑】文史常识之七:漫谈科技进步(下)(图)

2018-01-28 12:10 作者: 园丁

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机械制造的发展是促进18至19世纪工业革命和形成资本主义机械大生产的主要技术因素。
机械制造的发展是促进18至19世纪工业革命及形成资本主义机械大生产的主要技术因素。(图片来源:Pixabay)

接续:【园丁文苑】文史常识之六:漫谈科技进步(上)

上篇说到为人类生活服务的交通工具发展,引出机械工程的话题。这次就讲这方面知识和发展情况。

工程学是一门应用学科,它的任务是,应用数学等自然科学原理来设计制造对人类有用的东西。在高等教育方面,高等学校和有培养研究生能力的国家科研单位,按其学科分,可分为理工科,文科等类型。而工科院校是培养各行各业工程技术人才的地方。中国的工程学科分为很多种类,专业研究生教育就按照国家统一审定的学科分工,分类培养工程技术人才。

常言道“天下七十二行,行行出状元”。这句话,如果用在明,清以前的社会还可以。到现代社会,人们的工作分类岂止七十二行,因为隔行如隔山,每一行的专门人才要学习,研究和继承的学问,太专业太丰富,所以学科的划分就更细,种类就更多。举例说,工程学就分为十几种类别,包括:地质矿产类,材料类,机械类,能源动力类,电气信息类,土建类,交通运输类,水利类,轻工纺织食品类,农业工程类,林业工程类,海洋工程类,武器类,电气信息类等。而且每一类下面还细分为若干种工程,例如机械工程这是一级学科,它的二级学科包括:机械制造及其自动化,机械电子工程,机械设计及理论,车辆工程,材料成型及控制工程,工业设计,机电工程,过程装备与控制等。

机械制造业它是个产业,包括从事各种动力机械,化工机械,纺织机械,机床工具,仪器仪表及其他机械设备等生产的工业部门。他们的任务就是为国民经济发展提供技术装备。

中国机械工程的历史可以追溯的原始社会,在1.5万年以前人类就会使用简单机械,如利用杠杆原理使用木棍翘移重物。在商朝,人工铸造的铜鼎就很精致,上面有钟鼎文和吉祥图案。大家都知道,春秋时期制作的越王勾践剑,保存到出土发现时仍然金光闪闪。中国春秋时的冶铁技术比欧洲早了1800年。考古发现的西汉金缕玉衣,是用玉石和金线穿制而成,每块玉片上面有小孔,最细的孔径只有1.2毫米,玉石是高硬度材料,可想而知,当时钻孔技术有多么高超。隋唐时期手工制作的金银手饰和玉石,玛瑙器皿非常精致,技艺已经相当高超。明朝宋应星的《天工开物》,是世界上最早的记录机械加工方法的著作。书中总结了前人经验,里面有介绍冶铁,炼铜,铸造,淬火等加工方法的篇章。在北京建国门城墙上有个古观象台,是元朝建的。上面的天文仪是郭守敬设计,在1668年制造的,仪器上的巨大铜环是铸造的,但需要金属加工,当时是用直径两丈的大型镶片铣刀加工,而驱动加工的动力,是畜力。

在世界范围看,前文我已经谈到18世纪欧洲人发明了蒸汽机,这种机器一问世,被用于矿业,纺织,冶金等工种作为机械动力。这也是人类制造机械所使用的材料,发生变革的分界线,在这以前,机械多用木材制造,自从18世纪以后构成机械,所用材料转变为金属材料。

这时机械制造业开始形成。经过几十年的发展,而成为一个重要的产业。机械制造的发展,也是促进18至19世纪工业革命,和形成资本主义机械大生产的主要技术因素。

到19世纪以后动力机械有了很大发展,19世纪后期发明了内燃机,因其体积小,动力大,操作方便等优点,很快用于各种机械,如汽车,拖拉机,挖掘机,船舶等。蒸汽机渐渐让位于内燃机和电动机。

电动机有直流和交流两种。直流电动机是德国人雅可比在1834年发明的,交流电动机是美国人特斯拉发明的。电动机是要用电流驱动的,那么是谁发明的发电机哪?发明发电机的奠基人,是英国科学家法拉第,是他发现了电磁感应原理,此后法国人皮克希,利用电磁感应原理,用永久磁铁,作出了最原始的一台发电机。1867年德国发明家韦纳・冯・西门子将永久磁铁改换为电磁铁,发明了新型发电机。1870年比利时学者吉拉姆综合了前者两种发电机的优点,又创造出新型发电机,因此后人称吉拉姆是发电机之父。

机械制造业的工作母机,是各类金属切削加工机床。例如现在机械加工厂里常见的金属切削机床有:车床,铇床,铣床,钻床,镗床,磨床等。它们是什么时候发明的呢?就是在第一,二次工业革命时期。例如1775年威尔金森为加工大炮筒发明了第一台镗床,他还发明了螺丝加工机床。1885年赫顿制造出工作台可以升降的镗床。1797年英国人亨利・莫兹利发明了车床,1818年在美国,工程师埃里・惠尼特等人发明了铣床,1864年在美国布朗发明了磨床。数控机床是在20世纪中叶才研制出来。工业革命是技术革命,机器的发明和运用,使人类制造生产进入了新时期,机器取代了人力,畜力,大规模生产取代了作坊式的手工制作。煤,铁,钢,蒸汽机的开发利用,促进了技术革命发展。除了机床以外,火车,电报,电话,汽车,电灯,以及前面提到的发电机,电动机等,以及电力的大规模使用,都是在工业革命时期发明创造出来的。第一次工业革命的时间是1760年至1840年,第二次工业革命的时间是1870年至1914年。应当说明一点,任何机器的发明,一开始都不是现在人们看到的这样子,都是在发明人发明的基础上,经过后人许多次改进和不断充实完善才是今天的这个样子。例如机械传动,最早是皮带轮传动,后来是链传动,齿轮传动等。

机械制造的工艺过程,可以分为五个部分,首先是技术准备,包括设计任务书,绘制设计产品图纸,编织工艺规程,编制生产计划,准备专用设备,工具,准备原材料等。第二部分是使用铸造,锻造,冲压等方式制造机器零件毛胚。第三部分对机械零件进行切削加工,热处理,表面处理等。第四个部分是产品装配,包括,部件装配,总装配,试车,油漆,包装等。第五是生产服务,原材料,工具(刀具,量具,辅助工具等)购置,保管运输。应当指出的是,产品零件加工制造过程中的每一个环节,都有技术检验以确保产品质量符合设计要求。

笔者是工科科班出身,曾在机械制造厂搞过设计和技术管理,对科技进步也深有体会。在上个世纪六七十年代,在工厂搞设计,绘图工具就是绘图仪器和丁字尺,三角板,曲线板等,趴在制图板上用铅笔绘设计图,计算工具就是计算尺,比例尺。设计图纸,包括零件图,部件图,总装图,都是一笔一笔画出来的,设计图纸上有技术要求,要用工整的仿宋体字一丝不苟的写,每一个零件的尺寸线和数字,加工精确度都要仔细标注,不可有丝毫疏忽,所以说设计工作的工作量相当大。设计图纸画出来后,还要有描图员用碳墨水,鸭嘴笔,仪器和描图纸描图,然后晒图员用描图员描出来的底图,使用晒图机才能晒出生产车间使用的蓝图。

五十年代应用的第一代计算机是电子管计算机,体积庞大。五十年代中期到六十年代中期使用的是晶体管计算机,体积就大减,大约在1970年前后,第三代集成电路计算机问世,此后第四代计算机问世,微型计算机广泛应用。八十年代,计算机辅助设计还是处于学术研讨和交流阶段,到2006年,清华大学已经出版了《计算机辅助设计与绘图》教材。高等院校已设此课程,今后中国传统的机械制图,可以使用计算机辅助绘图帮助设计,设计计算使用电子计算器,计算机,计算会更快,更精确。这就会大大减轻设计者的体能消耗,提高工作效率。

半个过多世纪以来,仅从中国人追求的,反映生活水准的“三大件”变化,也可以看出科技进步发展之快。在上个世纪五十年代“三大件”是劳力士手表,派克牌自来水钢笔和黑白照相机。到了六十年代是自行车,缝纫机和半导体收音机。七十年代是电话,摩托车和黑白电视机,八十年代是彩电,冰箱和洗衣机。九十年是电脑,空调和录像机。2000年以后是汽车,房子和苹果机。现在人人使用手机,更有人追求的是银行存款,股票,房产和私人飞机。

科技进步能促使社会经济发展,提高人们生活水平。但是,凡事均有利弊,科技发展带来的弊端是破坏生态环境,造成环境污染,精神污染。当人们放纵自我道德约束而专注追求物质利益时,而产生的唯物主义无神论它是排神的。当人没有了对神的信仰和道德沦丧时,就会带来天灾人祸。人类有许多疾病灾害都与人远离了对神的信仰,丧失道德有关。例如据新闻报道,中共媒体自称中国已经成为世界垃圾场,现在也开始禁止“洋垃圾”进口。2016年全球56%的“洋垃圾”进口中国,包括废弃的塑胶,纸类,纺织品,电器等,中国从处理这些垃圾中获利,而对生态环境造成的灾难和对民众身体造成的伤害却是无法用金钱来计算的。


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