基本介紹
- 中文名：中國機械史
- 釋義：中國機械發展的歷史
- 類型：歷史
- 地區：中國
夏商西周時期,春秋戰國時期,機械弩,攻擊機械弩,被中香爐,秦漢時期,唐代發展,水力機械,水轉大紡車,宋元明清時期,新中國成立後,快速發展,內燃式夯實機,振動衝擊夯,加工機械,建材加工機械,鍛壓,熱處理,相關書籍,
夏商西周時期
青銅器
中國古代金屬冶機械鑄技術發明時間較早，且技術精湛。如商周時期的青銅器樸質雄渾，春秋時期的青
銅器纖細精巧，形成了中國古代青銅器的獨特風格。已發現的中國最早的青銅器，如甘肅東鄉馬家窯出土的銅刀，距今已有4800年左右的歷史。中國在大約40～50萬年前，就已出現加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖狀器等原始工具。4～5萬年前出現磨製技術，許多石器都已比較光滑，刃部也較鋒利，並有單刃、雙刃、凸刃、凹刃和圓刃之分。
西周時期弓箭
中國在28000年前出現弓箭，這是機械方面最早的一項發明；公元前8000～前2800年期間出現了陶輪(制陶用轉台)；農具大約出現在公元前6000～前5000年，除石斧石刀外，還有石鋤、石鏟、石鐮、蚌鐮、骨鐮和骨耜。石斧和石刀上已有用硬質砂子磨削而成的孔。
青銅文化和鑄鐵技術
夏代以前和夏代，先後出現了無輻條的輇和各種有輻條的車輪；殷商和西周時已有相當精緻的兩輪車；獨木舟和筏等水上運輸工具早就相繼出現。新石器時代晚期，人們已能用石范和泥范鑄造簡陋的工具和武器。商殷時期，隨著手工業生產的發展和技術水平的提高，形成了燦爛的青銅文化。青銅冶鑄技術得到高度發展，青銅鑄件司母戊方鼎重達875千克，春秋時期的青銅鑄件曾侯乙尊盤已十分精細。 春秋至魏漢時期(公元前770～公元265年)是中國古代機械開始較快發展的 時期。春秋時期鐵器和生鐵冶鑄技術開始出現；黑心可鍛鑄鐵、白心可鍛鑄鐵和鍛鋼的出現，加速了由銅器向鐵器時代的過渡；春秋中期以後發明了失蠟鑄造法和低熔點合金鑄焊技術；戰國時期又有了疊鑄和錨鏈鑄造等工藝；西漢中期已煉出灰口鑄鐵，並出現了壁厚3～5毫米的薄壁鑄鐵件。鑄鐵熱處理技術也有所發展。
春秋戰國時期
機械弩
春秋時期出現弩，控制射擊的弩機已是比較靈巧的機械裝置。到漢代，弩機的加工精度和表面光潔度已
春秋時期攻擊機械弩
春秋時期攻擊機械弩攻擊機械弩
達到相當高的水平。漢弩有一石至十石等八種規格，這些規格的形成表明機械製造標準在漢代已初步確立。弩機上留下了作工、鍛工、磨工等的名字。
被中香爐
戰國時期流傳的《考工記》是現存最早的手工藝專著，其中記有車輪的製造工藝。對弓的彈力、箭的射速和飛行的穩定性等都作了深入的探索。漢代已有各類艦艇和大量的三四層艙室的樓船。有些艦船已裝備了艉舵和高效率的推進工具櫓。西漢時的被中香爐構造精巧，無論球體香爐如何滾動，其中心位置的半球形爐體都能經常保持水平狀態。
秦漢時期
反盜機械裝置—機弩
1980年出土的秦始皇陵銅車馬代表了當時鑄造技術、金屬加工和組裝工藝 的水平。東漢以後出現了記里鼓車和指南車。記里鼓車有一套減速齒輪系，通過鼓鐲的音響分段報知里程。三國馬鈞所造的指南車除用齒輪傳動外，還有自動離合裝置，在技術上又勝記里鼓車一籌。自動離合裝置的發明，說明傳動機構齒輪系已發展到相當的程度。
反盜機械裝置—機弩
反盜機械裝置—機弩齒輪和齒輪系
東漢時已有不同形狀和用途的齒輪和齒輪系。有大量棘輪，也有人字齒輪。特別是在天文儀器方面已有比較精密的齒輪系。張衡利用漏壺的等時性製成水運渾象，以漏水為動力通過齒輪系使渾象每天等速旋轉一周。公元132年張衡創製了世界上第一台地震儀，即候風地動儀。 漢代紡織技術和紡織機械也不斷發展，綾機已成為相當複雜的紡織機械。到三國時期，馬鈞將50綜(分組提放經線的綜片)50躡(踏具)和60綜60躡的綾機都改成50綜12躡和60綜12躡，提高了生產效率。馬鈞還創製了新式提水機具翻車，能連續提水，效率高又十分省力。
大型銅鐵鑄件
漢代的農具鐵犁已有犁壁，能起翻土和碎土的作用，漢武帝時趙過既已創製三腳耬，一天能播種一頃地。在這一時期，大型銅鐵鑄件和大型機械結構陸續出現。五代時鑄造的滄州鐵獅子重約40噸， 宋代木結構水運儀象台高3丈5尺，寬2丈1尺。
唐代發展
水力機械
唐末時期機械製造已有較高水平。如西安出土的唐代銀盒，其內孔與外圓的不同心度很小，子母口配合
嚴緊，刀痕細密，說明當時機械加工精度已達到新的水平。
在運輸工具方面，人力和水力並用，在技術上有進一步發展。南朝齊祖沖之所造日行百里的所謂千里船和南朝粱侯景軍中的160槳快艇，都是人力推進的快速艦艇，南北朝時期出現了車船。唐代的李皋對車船的改進起了承前啟後的作用。
水轉大紡車
水力機械也有新的進展，唐代已有筒車，從人力提水發展為水力提水。南末末期又創造出先進的水轉大紡車，三摧、五摧(錠)手搖紡車曾是當時世界上比較先進的人力紡紗機具。元代薛景石所著《梓人遺制》是木工名家總結親身經驗之作，並詳細記述了當時通行的紡織機具和車輛，以古代著名的木製機械技術專著而留世。
宋元明清時期
明代《天工開物》
這一時期天文和計時儀器發展迅速。北宋蘇頌和韓公廉等製成的木構水運儀象台，能用多種形式表現天
明代《天工開物》中的紡織圖
明代《天工開物》中的紡織圖明代《天工開物》中的紡織圖
體時空的運行。它由水力驅動，其中有一套擒縱機構。水運儀象台代表了當時機械製造的高度水平，是當時世界上先進的天文鐘。元代的滾柱軸承也屬當時世界上先進的機械裝置。
明初的造船業
明初的造船業已有很大進展。鄭和下西洋的船隊是當時世界上最大的船隊。鄭和所乘寶船長約137米，張12帆，舵桿長11米多，是古代最大的遠洋船舶。當時的機械製造主要仍靠手工操作。大者如千鈞錨，是靠人工先鍛成四爪，然後依次逐節鍛接。小者如制針用的冷拔鋼絲，也用手工製成。
明代活塞風箱
明代已有活塞風箱。它是宋元木風扇的進一步發展，風箱靠活塞推動和空氣壓力自動啟閉活門，成為金屬冶鑄的有效的鼓風設備。 在明中葉或稍前，木帆船已能逆風行駛，並擁有全風向航行的能力。揚州立帆式風輪是將八扇縱帆等距裝置在八角形木架上，圍繞一個垂直軸旋轉，並能自動調節帆面角度。這是中國古代獨具特色的木船風帆的進一步發展。長期以來，中國沿海一帶多利用它推動翻車，以提取海水曬制食鹽。
《遠西奇器圖說錄最》
機械技術的進步促進了學術研究。王徵於1627年編譯和出版了《遠西奇器圖說錄最》，介紹了西方機械工程的概況。來自西方的自鳴鐘表和水銃等也在一定範圍內得到流傳。 1634～1637年 ，明朝的宋應星編著和出版了《天工開物》，記錄了許多先進的工藝技術和科學創見。它反映出當時的農業和手工業的生產技術水平。記載了不少有關機械製造和產品性能的情況。內容涉及泥型鑄釜、失蠟法鑄造以及鑄錢等鑄造技術，還記述了千鈞錨和軟硬繡花針的製造方法、提花機和其他紡織機械以及車船等各種交通工具的性能和規格等。《天工開物》被稱為中國17世紀的工藝百科全書。
大更鐘
清乾隆年間宮廷造辦處曾製造大更鐘，它依靠懸錘的重力驅動，並增添了精確的報更機構，加工精緻，富有中國民族特色。明清兩朝中國鐘錶工匠創製了不少新奇的鐘表。當時的廣州、蘇州、南京、揚州等，成為有名的製造鐘錶的城市。
新中國成立後
快速發展
新中國建立後特別是近三十年來，中國的機械科學技術發展速度很快。向機械產品大型化，精密化、自動化和成套化的趨勢發展。在有些方面已經達到或超過了世界先進水平。總的來說，就中國機械科學技術的成就是巨大的，發展速度之快，水平之高也是前所未有的。這一時期還沒有結束，中國的機械科學技術還將向更高的水平發展。只要能夠採取正確的方針、政策、用好科技發展規律並勇於創新，中國的機械工業和機械科技一定能夠振興，重新引領世界機械工業發展潮流。
小型夯實機械
小型夯實機械小型夯實機械
20世紀60年代以前，中國小型夯實機械非常缺乏，很多小型場地的夯實基本上採用人工夯實。20世紀60年代初期，長沙建設機械研究所與北京建築工程學院等單位合作，在民眾性技術革新成果的基礎上總結髮明了具有中國特色的蛙式夯實機，1962年獲國家科技發明獎。蛙式夯實機結構簡單，維修、使用方便，很快成為中國60年代夯實機械的主導產品。據不完全統計蛙式夯實機累計產量達到50000多台，在中國經濟建設中發揮了重要作用。70年代以後，蛙式夯實機逐漸被性能更先進的振動衝擊夯和振動平板夯所替代，目前蛙式夯實機已經很少，基本被淘汰。
內燃式夯實機
1964年，長沙建設機械研究所開發了HB120型內燃式夯實機，開始由上海工程機械廠生產，後來主要由津市洞庭工程機械廠生產，年產量200台左右。80年代，內燃式夯實機產品質量有較大提高，曾出口東南亞和非洲地區。90年代以後，內燃式夯實機產銷售量也在逐漸減少，目前只有少數小型民營企業生產。1977年，長沙建設機械研究所和柳州市建築機械廠開發了中國第一台HZR250型和HZR70型振動平板夯，這兩種產品分別於1979 年和1982年通過了由建設部組織的鑑定。隨後義烏建築機械廠、四平建築機械廠、安陽振動器廠、津市洞庭工程機械廠等多家企業都開始生產振動平板夯。1986年長沙建設機械研究所又開發了較大的HZR450型振動平板夯。上世紀90年代以後，振動平板夯在中國有了較快的發展，產品品種、規格和生產企業增多，國外的振動平板夯陸續進入中國市場。
振動衝擊夯
1983年，長沙建設機械研究所和湖北振動器廠聯合開發了中國第一台HZR70型振動衝擊夯，1984年通過了由建設部組織的鑑定，1985年獲建設部科技進步三等獎。由於振動衝擊夯具有壓實效果好、生產率高、體積和重量小、輕便靈活等突出特點，深受用戶歡迎，得到了迅速的推廣使用，並很快發展到資江機器廠、新鄉第三工具機廠和津市洞庭工程機械廠等幾十家企業生產。振動衝擊夯雖然比振動平板夯開發晚，但發展速度、產銷量和使用廣泛性比振動平板夯大得多，目前已成為中國夯實機械中產銷量最大的主導產品。上世紀90年代以後，國外的振動平板夯陸續進入中國市場。
振動衝擊夯和振動平板夯在中國的成功開發，不僅為中國建設施工部門提供了性能先進的夯實機械，取得了良好的經濟效益和社會效益，而且使中國夯實機械技術向前跨進了一大步，縮短了與世界先進水平的差距，促進了中國壓實機械的發展。
加工機械
鑄造：20世紀50年代以前，北京在鑄造上採用粘土砂手工造型。1955年，北京第一工具機廠開始採用漏模
建材加工機械
造型、雙面模型型板及鐵型板和標準砂箱造型。1965年，開始採用塑膠模型。 1980 年，北京市機電研究院與北京瑪鋼廠研製成功工頻無芯塞桿底注式保溫澆注電爐。1982年，該院與北京工具機鑄造二廠研究成功沖天爐風口吹氧技術。 1985～1988年，北京工具機研究所試驗成功浮動端面密封環的壓力鑄造工藝。
建材加工機械
建材加工機械鍛壓
1959年，北京第二通用機械廠(後改名北京重型機器廠)建成2500噸水壓機。1971年，該廠製造出6000噸水壓機，這是當時北京最大的鍛壓設備。 1968～1979年，北京起重機器廠先後採用300噸油壓機和2000噸油壓機製造出起重機吊臂和大型覆蓋件。 80年代，北京市機電研究院和北京市模具中心研製出一系列高精度多工位沖裁模具，接近或達到進口模具水平，改變了北京精密沖裁模具依賴進口的局面。
熱處理
1949年前，北京已採用電爐、鹽溶爐、熱電偶等手段進行零件退火、回火、淬火、正火、調質、滲碳等熱處理。 1956年，北京第一工具機廠開始採用高頻感應淬火。1961年，北京第二工具機廠開始採用氣體氮化淬火。1969年，北京量具刃具廠開始採用光亮淬火。 1978年，北京工具機研究所研究完成工具機導軌表面接觸淬火工藝及設備、淬火質量檢查技術條件的研究。1979年，鐵道科學研究院和中國科學院力學研究所等合作完成大功率柴油機缸套表面的雷射改性處理的研究。 1979年，北京市機電研究院研製成功千瓦級二氧化碳雷射器，並於80年代初分別套用於汽缸套和郵票印刷設備的雷射熱處理。其中，清華大學、北京市機電研究院、北京郵票廠共同完成郵票廠七色機打孔器表面雷射強化研究。
1984～1990年，北京市熱處理研究所研究成功真空熱處理、氣體滲碳微機控制技術(與北京航空航天大學合作)、稀土軟氮化、粉末冶金製品表面強化、煤油加甲醇小滴量法微機可控滲碳、固體滲硼、滲碳過程微機輔助工藝設計及跟蹤控制系統等熱處理新技術，並套用於生產。 焊接與切割 1949年，北京已有氣焊、電弧焊及氧乙炔火焰切割等手工作業。 1963年，北京金屬結構廠與一機部機械科學研究院合作開發出鎢極氬弧焊，並實現了氮氣等離子切割不鏽鋼。1964年，用直流鎢極氬弧焊及焊絲合金化技術解決了核工業用傾斜式電解糟純鎳焊接。 1966年，北京金屬結構廠開發出了使被焊球體旋轉的埋弧自動焊。1968年，該廠開始以液化石油氣代替乙炔切割。 80年代初，清華大學發明了新型MIG焊接電弧控制法，在控制電弧技術上取得突破。 80年代初，北京城建設計院等完成液化石油氣移動式氣壓焊軌技術的研究和套用。 1990年，北京金屬結構廠開始採用數控精密切割和具有光電跟蹤及數控尋蹤讀入自動編程的大功率等離子切割技術。
相關書籍
《中國機械史》
出版：台灣越吟出版社
作者：陸敬嚴，(1939～)，江蘇宿遷人，同濟大學機械系任教，中國機械史學會常務理事，《美中經濟導報》(美國)高級顧問。
簡介：在書中，作者綜述了中國古代機械的發展，屬於通史性質，體例編排以歷史發展年代為經，呈現了中國機械的發展規律；並以機械分類及重要的人物為緯，加以敘述評論，描摹出中國機械在各時期的發展水準、主要特點、及相互關係；該書強調聯繫中國古代科技發展的整體狀況和社會發展背景進行分析論述，為認識古代中國社會的變遷提供了新的視角。作者還分析中國近代機械技術落後的原因，認為中國近代工業的經驗教訓具有重要的價值，未來中國科技的騰飛特別有賴於人才的培養、教育的改善。
《中國科學技術史·機械卷》
該書共分10章，篇幅較大，內容充實，史料豐富。所以形成以上特點，主要因該書的編者隊伍的組成，是從全國的機械史研究者中選擇的，編寫任務結合編者的日常工作，儘量發揮其特長，因而能使該書達到相當的深度和廣度，反映了中國機械史及當前的研究情況與水準，很有價值。尤其對業內人員幫助很大。
機械史乃至科技史領域是基礎研究，一直受到經費的困擾，這次30大本巨著《中國科學技術史》這樣重大課題所以能得以實施，也因為有著國家自然科學基金委員會和中國科學院及所屬的科學出版社的鼎力支持，使這項工作沒有了後顧之憂。文明古國終於在世紀交替之際有了一本較為可觀的機械史著作，但它畢竟只是巨著《中國科學技術史》的一部分，不是完整、獨立的機械史作品。
作為文明古國之一，中國古代機械成果種類多、數量大、出現早、水平高。中國古代機械史的研究當大有可為，但現實的情形卻恰相反，20世紀的大半時間內，國內一直沒一部高水平的機械史專著，近年來有一些重要作品問世，但許多研究領域仍屬空白，出版的著
作者劉仙洲(1890 -1975)
作太少了。本文將為一個世紀以來國內機械史研究和出版狀況作一小結， 並藉此呼籲科技史界有更多人才投身機械史研究，有更多優秀的相關專著問世。
中國機械史的奠基人和開山之作
20世紀之前，未見有機械史方面的專門著作。後零星地出現了一些機械史方面的文章及資料。直到1935年，才出現了第一本機械史方面的專門著作——《中國機械工程史料》，該書的作者為中國機械史研究的奠基人劉仙洲先生。 《中國機械工程史料》為32開本84頁，約5萬字，包括插圖約50幾幅。它分門別類地匯總了分散在古籍中的史料，除千餘字的“緒論”外，一般為摘自古籍的內容，很少有說明文字。這本書的貢獻在於它將有關資料初步加以系統化，進行歸納與整理，起到了規劃隴畝、修橋鋪路的作用，對以後的機械史研究影響很大。從後人的眼光看，當然會覺得這本書比較粗糙，資料不夠豐富，分類方法也可商榷，但這都無損於它的巨大價值。 “史料”一書作者劉仙洲先生，原名鶴，又名振華，號仙舟，是我國著名的機械工程專家、機械工程教育家。1890年1月27日生於河北完縣農村，1918年畢業於香港大學機械系，1924年34歲時即任北洋大學校長。中華人民共和國成立之後，任清華大學第一副校長 當時清華大學校長由高教部長蔣南翔兼任 ，並任中國機械工程學會及中國農業機械工程學會理事長。他一生著作很多，著有書籍20多種，論文30多篇，共達300多萬字。而後期他的貢獻較多地集中在機械史方面。他一生社會、行政工作都很多，完成這些著述實屬不易。 他一向認為中國機械史因記載不詳，宣傳不夠，他要改變這種不合理的情況。他不但積極倡導機械史研究，而且還身體力行，在機械史這片園地上以孜孜不倦地辛勤耕耘，幾十年間，發表了一系列論文，使得機械史這塊原本荒蕪的原野上出現了片片綠洲。他的許多論文在國內外產生了重大的影響，其中的十幾項：如張衡和一行的水力天文機械、指南車、記里鼓車、沙漏等，都已由中國歷史博物館在王振鐸先生主持下復原製作出實物模型，在該館陳列。
文明古國只有半部機械史 經過劉仙洲先生幾十年辛勤開拓，條件漸漸具備，他對自己以往的機械史研究作了階段性的總結，寫成《中國機械工程發明史 第一編 》，由科學出版社1962年5月在北京出版。該書篇幅並不大，只14萬多字，但它的價值巨大。它首次對古代機械成就作了歸納與整理，內容很有系統，史料也很豐富。完全不同於有些出版物有用的材料很少，而水分和添加劑很多，徒有其表。這部著作顯然沒有完篇，因此劉仙洲先生明確標出該書只是“第一編”。“第二編”的編寫工作，由於他太忙之故，未等編著完篇，十年浩劫就降臨了中國大地，劉仙洲先生被打成“反動學術權威”，再也無法正常工作了。劉先生念念不忘自己未竟的事業，就在1970年他80歲的生日那天，他忍辱負重，給當時直接由“四人幫”控制的清華大學的領導，工工整整地寫了—份“我今後的工作計畫”，並將機械史“第二編”的十章目錄附在“計畫”之後，希望給他最起碼的寫作條件，允許他完成雲繞心間的機械史的寫作。但是，他的這一合理要求，再次遭到了“四人幫”的粗暴拒絕。 劉仙洲先生晚年的身體十分虛弱，只能靠輸液來維持生命，他仍以驚人的毅力工作著，常常半臥在病床上，用放大鏡閱讀文獻，用顫抖的手，艱難地撰寫文稿。就在1975午10月16日那天，當他在未完成的機械史手稿上寫下了他生命中最後一個字——“燕”字之後，他那隻曾經寫下了三百多萬字手稿的手，再也無力握管，筆從他手中滑落地下，他為中國機械史的研究作耗盡了最後一點力氣，從此長眠不醒，為滿門親屬、滿園桃李留下了無盡的悲傷，也為後人留下了永難彌補的損失。 當然不能說，這一時期完全沒有機械史，例如：為滿足機械工程師進修大學教學之需，北航的郭可謙教授和我編寫了有關教材，在1985年刊印發行《中國機械史講座》，出版後又作修改，並改名為《中國機械發展史》於1987年重新刊印發行。但這兩本書都是教材，內容不可能十分豐富，印製也比較粗糙，所以在社會上的影響不很大。 雖說任何一門新學科的建立，都不是一代學者的努力所能完成的，但38年來中國一直只有半部像樣的機械史，時間畢竟太長久了，文明古國呼喚機械史出現。這種情況直到2000年才有了根本改變。
《中國科學技術史》的一部分
順應國內外的要求，中國科學院決定組織編寫、出版《中國科學技術史》，總數有卅種，總主編為當時中科院院長盧嘉錫先生。這項計畫也使中國機械史的編寫及出版峰迴路轉。當時自然科學史研究所副所長華覺明先生和我被任命為其中“機械卷”的主編。當時困難很大。因為我剛做完大手術，右肢幾近癱瘓，但編寫機械史是我多年的宿願，我希望儘早結束文明古國只有半部機械史的尷尬局面，也完成劉仙洲先生的未竟之志，故還是欣然承擔這一任務。經過10位作者近10年的努力，終使這一願望在2000年成為現實。 《中國科學技術史·機械卷》共分10章，篇幅較大，內容充實，史料豐富。所以形成以上特點，主要因該書的編者隊伍的組成，是從全國的機械史研究者中選擇的，編寫任務結合編者的日常工作，儘量發揮其特長，因而能使該書達到相當的深度和廣度，反映了中國機械史及當前的研究情況與水準，很有價值。尤其對業內人員幫助很大。 機械史乃至科技史領域是基礎研究，一直受到經費的困擾，這次30大本巨著《中國科學技術史》這樣重大課題所以能得以實施，也因為有著國家自然科學基金委員會和中國科學院及所屬的科學出版社的鼎力支持，使這項工作沒有了後顧之憂。文明古國終於在世紀交替之際有了一本較為可觀的機械史著作，但它畢竟只是巨著《中國科學技術史》的一部分，不是完整、獨立的機械史作品。
期待有關研究更進一步
在2003年3月，位於台北市的越吟出版社又出版了由我撰寫的《中國機械史》 以下簡稱“機械史” 。該書很有特色，與幾年前所出的《中國科學技術史·機械卷》對比，在編排順序、作者多少、篇幅大小、基礎高低上都有著比較明顯的不同。而“機械史”更適合一般讀者，尤其是求知旺盛的青少年讀者。總之，“機械卷”更利於提高業務水平，而“機械史”因簡練明快、通俗易懂，適應面更廣。 作為文明古國應有不同風格、不同特色的多部機械史。按此，已出版的著作就太少了，論文也不多，不少領域研究得也很不夠，有些領域幾乎還是一片空白。我認為，我國的機械史研究和專著出版應當推進至不同時間段、不同地區、不同民族等各個層面上，以不負文明古國燦爛的機械成就。
