機械工程史

《機械工程史》是清華大學出版社於2015年出版的書籍，作者是張策。

本書介紹自銅器時代以來機械工程的發展歷史，以介紹機械發明、機械科學與技術的發展為主線，也涉及機械工業的發展和機械工程教育的發展。本書將機械的發展分為3個時代，即古代（遠古至歐洲文藝復興）、近代（主要包括兩次工業革命）和當代（第二次世界大戰以後）。本書既注意講清機械科技本身的發展，也試圖揭示出機械科技背後的推動力：經濟的發展、國防事業和人類科學探索活動的需求；揭示出科技與社會、科技與自然的關係。

基本介紹

• 中文名：機械工程史
• 作者：張策
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2015年4月1日
• 定價：85 元
• 裝幀：半精裝
• ISBN：9787302391968

內容簡介

我畢生從事機械工程的教學與研究，同時也對社會科學，特別是歷史感興趣。

2006年，我從天津大學本部退休，到天津大學仁愛學院工作。我給學生開設的“機械創新設計”課程與所有其他學校都不同。我認為，歷史上的所有機械發明都是創新設計，機械創新設計這門課最好是結合機械發明史來講述。所以，我的課程的全名應該稱作“機械發明簡史與機械創新設計”。這門課我講了三輪，後來把講稿給了青年教師去講。當時便萌生了一個想法： 寫一本與眾不同的教材。

2013年初春，國家開放大學邀請我去給他們的教師培訓班做個講座，我就選擇了機械工程簡史這個題目，並準備以此為契機，開始寫一本專著。從那時起，專著的撰寫和講座的準備同時並舉。2013年6月在開放大學做的兩個多小時的報告受到歡迎，校方當即邀請我做一次5~6學時的講課錄像。於是，專著的撰寫又和錄像的準備同時並舉。

本書主要是給學校的教師和學生寫的，當然也可以供研究人員和工程技術人員參考。本書編寫的宗旨和思路已經在緒論中表達清楚。我特別注意不能就科技論科技，而要把機械工程的發展放到社會的發展、經濟的發展和整個科技進步的大背景下加以論述。

多年來，學界同人普遍認為，應對學生加強科技史方面的教育，加強人文素質方面的培養。我很贊同這種意見，教師和學生都應該知道一些機械發展的歷史，其理由在本書的緒論中做了論述。我主張對機械類專業的本科生應開設“機械工程史”的選修課（學時8~16）或講座（學時4~8）； 對研究生則要求自學相關的三級學科的發展史（不是所做課題的發展史），並撰寫讀書報告。這件事目前做起來的難度主要是沒有教材。如果有學校開設“機械工程簡史”這門選修課，本書應該是一本可用的教師參考書。反之，我也期望本書的出版能有助於把科技史的教育開展起來。筆者也已完成一本20萬字的學生用書，很快即可出版。

楊廷力教授、申永勝教授和戴建生教授等學界同人對本書的撰寫給予了熱情鼓勵和大力支持。

戴建生教授多次向筆者提供了機構學領域發展的書籍和其他文獻。天津第一工具機廠原總工程師、天津大學兼職教授林漢元先生是從事螺旋錐齒輪研究數十年的專家。他將自己多年積累、且未曾面世的關於螺旋錐齒輪發展歷史的資料無私地提供給筆者，並擇其要者給筆者做了講述。天津大學胡繩蓀教授無私地將自己撰寫的內部講稿《高科技引領下的焊接前沿技術》提供給作者參考。北京大學武際可教授、天津大學王振東教授在力學資料方面給予了幫助。合肥工業大學王章豹教授，天津大學張世昌、林彬、張俊紅、李午申等各位教授也都對本書的撰寫給予了資料方面的支持和幫助。

清華大學出版社理工分社社長張秋玲同志對本書的出版給予了大力支持。責任編輯莊紅權同志為保證本書的如期出版、提高書的質量做了許多工作。

謹對上述同志給予我的鼓勵、支持和幫助表示衷心的感謝！

由於時間和精力有限，本書仍大有可提高之處，也請讀者多多理解，提出寶貴建議。

張策

2015年3月於天津大學新園村

目錄

第1章緒論

1.1機械發展的歷史分期

1.1.1古代(公元前5000年左右至歐洲文藝復興)

1.1.2近代(文藝復興至第二次工業革命結束)

1.1.3當代(19世紀末的新物理學革命以來)

1.2自然、社會、科學和技術間的幾個重要關係

1.2.1第一個重要關係： 社會、科技和自然

1.2.2第二個重要關係： 科技發展背後的推動力

1.2.3第三個重要關係： 經濟、科技的發展和整個社會的發展、變革密不可分

1.2.4第四個重要關係： 自然科學基礎與相關科技領域的作用

1.3關於技術革命和工業革命

1.3.1幾種革命的概念與關係

1.3.2關於第三次工業革命的提法

1.4為什麼要學習一些科技發展史？

1.4.1擴大知識面要從橫向和縱向兩個方向進行

1.4.2回溯歷史，了解自然、社會和科技之間的關係

1.4.3回溯歷史，激發創新精神

1.5關於機械工程學科

參考文獻

第2章古代機械的發展

2.1概述

2.1.1古代人類使用工具的三個時代

2.1.2古代機械發展的三個主要區域

2.1.3中國的輝煌與落伍

2.1.4歐洲發展中的曲折

2.2各種古代機械發展簡介

2.2.1簡單機械

2.2.2冶煉設備

2.2.3舟與車

2.2.4農業機械

2.2.5紡織機械

2.2.6計時器與天文儀器

2.2.7起重運輸機械

2.2.8兵器

2.2.9禮儀與娛樂性機械

2.2.10各種機構與傳動

2.3古代的機械製造技術

2.3.1鑄造技術

2.3.2鍛造和其他壓力加工技術

2.3.3焊接技術

2.3.4切削加工技術

2.3.5熱處理技術

2.4關於古代機械的幾個問題

2.4.1古代機械的動力

2.4.2依靠直覺和靈感的巧妙創造

2.4.3古代與現代相通

2.4.4關於中國古代科技的兩個深層次問題

參考文獻

第3章工業革命前歐洲社會和科技的進步

3.1文藝復興至工業革命期間的社會發展

3.1.1資本主義生產方式的出現

3.1.2地理大發現

3.1.3文藝復興運動

3.1.4宗教改革運動

3.1.5啟蒙運動

3.1.6資產階級革命

3.2文藝復興至工業革命前歐洲的機械科學技術

3.2.1李奧納多·達·文西

3.2.2工業革命前力學、機械理論的若干進展

3.2.3工業革命前的機械技術

3.3經典力學的創立和發展

3.3.1天文學的突破和科學精神的解放

3.3.2經典力學創立之前的理論準備

3.3.3經典力學的創立

3.3.4經典力學的局限性

3.4微積分理論與微分方程理論的建立

3.4.1微積分理論的建立

3.4.2微分方程理論的建立和發展

參考文獻

第4章第一次工業革命

4.1第一次工業革命發展概況

4.1.1英國發生工業革命的背景

4.1.2第一次工業革命概述

4.2蒸汽機的發明和交通運輸革命

4.2.1蒸汽機發明的漫長過程

4.2.2瓦特的貢獻

4.2.3瓦特——優秀的創新型人才

4.2.4蒸汽機發明的劃時代意義

4.2.5鐵路時代

4.2.6蒸汽遠洋輪船

4.2.7交通運輸革命的重要意義

4.3第一次工業革命中的機械發明

4.3.1蒸汽動力的廣泛套用

4.3.2紡織和縫紉機械

4.3.3工程機械與礦山機械

4.3.4農業機械

4.3.5制冷機械

4.3.6流體機械

4.3.7武器

4.3.8信息機械

4.4近代機械製造業的誕生和早期發展

4.4.1瓦特時代機械加工的狀況

4.4.2工具機的改進和發明

4.4.3互換性生產的出現

4.4.4標準化的開端

4.5永動機問題的理論解決

參考文獻

第5章第二次工業革命

5.1第二次工業革命發展概況

5.1.1第二次工業革命的歷史背景

5.1.2電氣時代

5.1.3鋼鐵時代

5.1.4第二次工業革命期間機械發展概況

5.1.5第二次工業革命的特點

5.2內燃機的發明和新的交通運輸革命

5.2.1內燃機的發明和進步

5.2.2汽車的發明和早期發展

5.2.3飛機的發明和早期發展

5.2.4交通工具方面的其他變革

5.3第二次工業革命期間的機械發明

5.3.1動力機械

5.3.2礦山機械

5.3.3工程機械

5.3.4泵和壓縮機

5.3.5信息機械

5.3.6武器

5.3.7其他機械

5.4第二次工業革命期間的機械製造業

5.4.1工具機的發展

5.4.2刀具材料的進步和切削速度的提高

5.4.3測量水平的提高

5.4.4泰勒的科學管理制度

5.4.5福特首創的大批量生產模式

5.4.6標準化、系列化的發展

5.5機械發展的若干趨勢

5.5.1機械和運載工具的高速化和大功率化

5.5.2機械的精密化

5.5.3機械的輕量化

5.5.4機械的半自動化

參考文獻

第6章工業革命期間數學和力學的進一步發展

6.1與機械工程密切相關的數學領域的進展

6.1.1變分法

6.1.2微分幾何

6.1.3線性代數

6.1.4機率論

6.1.5圖論

6.2力學學科的進一步發展

6.2.1分析力學

6.2.2彈性力學

6.2.3塑性力學

6.2.4材料力學

6.2.5振動理論

6.2.6流體力學

6.2.7小結： 力學與數學的關係

參考文獻

第7章近代機械工程學科的誕生和發展

7.1機械工程學科的誕生

7.1.1機構學的誕生

7.1.2法國的理論運動學研究

7.1.3機械工程師學會的成立

7.2近代機構學學科的發展

7.2.1機構學的德國學派和俄蘇學派

7.2.2連桿機構的套用和理論

7.2.3凸輪機構的演進、分析與設計

7.3機械振動理論與套用的發展

7.4近代的機械動力學

7.4.1機械動力學分析方法的形成

7.4.2轉子動力學研究的起步

7.4.3關於機構動力平衡的研究

7.5機械傳動與液壓傳動的演進

7.5.1機械傳動的演進

7.5.2流體傳動的出現和發展

7.6近代的機械設計學科

7.6.1古代和近代機械設計發展的幾個階段

7.6.2圖紙設計法出現

7.6.3機械設計從套用力學中獨立出來

7.6.4近代的機械結構強度學

7.6.5主要機械零件設計方法的形成

7.7近代的機械製造學科

7.7.1概述

7.7.2關於金屬切削理論的研究

7.7.3機械加工精度理論

參考文獻

第8章第三次技術革命概貌

8.1第三次技術革命的科學基礎

8.1.1新的物理學革命

8.1.2資訊理論、控制論和系統論的誕生

8.1.3非線性科學的誕生和發展

8.2第三次技術革命的背景和概貌

8.2.1第二次世界大戰對新技術革命的催生作用

8.2.2戰後世界形成了有利於經濟和科技發展的環境

8.2.3第三次技術革命的概貌

8.2.4第三次技術革命的特點

8.2.5第三次技術革命的影響

8.3第三次技術革命的主要內容

8.3.1航天事業

8.3.2生物技術

8.3.3海洋工程技術

8.3.4新能源技術

8.4信息技術

8.4.1微電子技術

8.4.2電子計算機技術

8.4.3人工智慧

8.4.4信號分析

8.4.5網路技術

8.4.6感測技術

8.5新材料技術

8.5.1新材料作用重大

8.5.2各種新材料的發展

8.6與機械工程相關的數學、力學的新進步

8.6.1數值計算方法的巨大進步

8.6.2振動理論的新進展

8.6.3多體動力學的誕生

參考文獻

第9章第三次技術革命中的機械工程概述

9.1新時期的機械工程概述

9.1.1新時期推動機械工程發展的四大因素

9.1.2新時期機械工程的全面大發展

9.2新時期機械產品發展的總趨向

9.2.1機械和運載工具進一步的高速化和大功率化

9.2.2對機械的精密化要求提高到更高的水平

9.2.3對機械的可靠性要求提高到更高的水平

9.2.4對機械和運載工具輕量化的要求更為迫切

9.2.5追求產品的性能價格比

9.2.6降低機器對環境的不良影響

9.2.7機器應安全、舒適、怡人

9.2.8產品的多樣化與個性化

9.3新時期機械的重大發明與改進

9.3.1機電一體化產品

9.3.2機器人

9.3.3高速鐵路車輛

9.3.4大型工程機械

9.3.5信息機械

9.3.6動力機械

9.3.7紡織機械

9.3.8農業機械

9.4機械製造業幾個重點領域的迅速發展

9.4.1汽車工業

9.4.2航空航天工業

9.4.3大型發電設備製造業

9.4.4IC製造業

9.4.5工具機製造業

9.5關於複雜機電系統

參考文獻

第10章新時期機械學理論的發展

10.1機構學

10.1.1機構學的美國學派

10.1.2現代機構學的進展： 機構運動學

10.1.3現代機構學的進展： 新的機構類型

10.1.4現代機構學的進展： 機構動力學

10.1.5機構學在中國的發展簡介

10.2機械傳動學

10.2.1齒輪強度計算標準的建立

10.2.2齒輪動力學與減振降噪的研究

10.2.3嚙合理論研究的新進展

10.2.4新型嚙合傳動的發展

10.2.5其他機械傳動

10.2.6機械傳動的信息化和智慧型化

10.3機器人學

10.3.1機器人機構學

10.3.2機器人動力學

10.4機械動力學

10.4.1新時期機械動力學發展概述

10.4.2機械動力學分析模型

10.4.3動力學建模的精細化

10.4.4動力學分析與仿真的發展

10.4.5機械動力學在橫向形成幾個分支領域

10.5機械強度學

10.5.1疲勞設計方法的建立

10.5.2斷裂力學的發展

10.5.3智慧型結構與健康監測

10.6摩擦學

10.6.1近代關於摩擦、磨損和潤滑的研究

10.6.2當代的摩擦學研究

10.7微機械學

10.7.1MEMS的技術革命歷程

10.7.2MEMS的套用前景

10.7.3關於微機械系統的研究

10.8流體傳動與控制

參考文獻

第11章新時期機械設計的全新面貌

11.1新時期機械設計概述

11.1.1新時期機械設計的全面大發展

11.1.2設計理論和方法學

11.2機械創新設計的理論和方法

11.2.1創造學在美國的誕生和發展

11.2.2蘇聯的TRIZ理論和方法

11.2.3機械創新設計

11.2.4反求設計

11.2.5仿生設計

11.3計算機圖形學和計算機輔助設計

11.3.1計算機圖形學

11.3.2計算機輔助設計

11.4保證產品主要性能的現代設計方法

11.4.1最佳化設計

11.4.2可靠性設計

11.4.3保值設計

11.5動態設計與振動控制

11.5.1靜態設計與動態設計

11.5.2動態設計方法的發展

11.5.3振動控制技術的發展

11.6其他現代設計方法

11.6.1價值工程

11.6.2工業設計與人機工程

參考文獻

第12章新時期機械製造的全新面貌

12.1新時期機械製造概述

12.1.1新時期對機械製造技術提出的新挑戰

12.1.2新時期機械製造技術發展的總趨向

12.2自動化——先進制造技術發展的主線

12.2.1數控加工和數控工具機的誕生和發展

12.2.2工藝編制技術的進步

12.2.3CAD/CAPP/CAM的集成

12.2.4柔性製造系統

12.2.5機器人在製造中的套用

12.3切削加工技術的進步

12.3.1刀具材料的新進步

12.3.2高速切削技術

12.3.3精密與超精密加工技術

12.3.4難加工材料的加工技術

12.3.5乾式加工技術

12.3.6關於加工振動控制的理論與實踐

12.3.7與切削加工的進步相適應的工具機技術

12.4特殊表面的加工技術

12.4.1自由曲面加工

12.4.2螺旋錐齒輪齒面的加工

12.5特種加工技術的出現和發展

12.5.1電火花加工

12.5.2電化學加工

12.5.3超音波加工

12.5.4高能束流加工

12.5.5水射流加工

12.6增量製造技術

12.6.1快速原型技術

12.6.23D列印技術

12.7綠色製造技術

12.7.1綠色製造——從認識到行動

12.7.2綠色製造技術的內容

12.7.3再製造技術

12.8企業活動的信息化、智慧型化和網路化

12.8.1計算機集成製造系統

12.8.2製造活動的網路化

參考文獻

第13章毛坯生產技術的歷史發展

13.1鑄造技術的歷史發展

13.1.1工業革命期間鑄造技術的進步

13.1.2新技術革命中的現代鑄造技術

13.2壓力加工技術的歷史發展

13.2.1鍛造

13.2.2軋制

13.2.3衝壓

13.2.4擠壓

13.2.5冷鍛

13.2.6旋壓

13.3焊接技術的歷史發展

13.3.119世紀焊接技術的發展

13.3.220世紀上半葉焊接技術的發展

13.3.3第三次技術革命中的焊接技術

13.4其他毛坯成形方法和熱處理技術的歷史發展

13.4.1爆炸成形

13.4.2粉末冶金

13.4.3塑膠成形

13.4.4熱處理技術

參考文獻

第14章近代的高等機械工程教育

14.1近代工程教育的誕生和發展(19世紀)

14.1.1英國： 走向落伍

14.1.2法國： 近代機械工程教育的先鋒

14.1.3德國： 建立現代大學，領先機械科技

14.1.4美國： 工程教育的崛起

14.2近代工程教育的發展(20世紀)

14.2.1蘇聯： 專才教育的極端化

14.2.2前所未有的知識難民潮

14.2.3美國成為當代科學技術和工程教育的中心

14.3近代的兩種工程教育模式

14.3.1通才教育和專才教育的基本概念

14.3.2實例對比

14.3.3兩種教育模式的區別和選擇

參考文獻

第15章近當代中國的機械工程

15.1洋務運動中的機械工程

15.1.1鴉片戰爭以前西方機械技術的傳入

15.1.2洋務運動概況

15.1.3中國近代機械工業的誕生

15.1.4中國近代高等工程教育的誕生

15.1.5洋務運動的失敗

15.2民國時期的機械工程

15.2.1民國時期的機械工業

15.2.2民國時期的機械工程教育與研究

15.2.3中國機械工程學會的成立

15.3當代中國的機械工程(改革開放以前)

15.3.1新中國成立後的機械工業與機械科技

15.3.2新中國成立後的高等機械工程教育

15.3.3文化大革命中的機械工業和教育

15.4當代中國的機械工程(改革開放以來)

15.4.1改革開放以來中國機械工業的跨越式發展

15.4.2改革開放以來中國的機械科學與技術

15.4.3改革開放以來中國的高等機械工程教育

參考文獻

跋

附錄A人名表

附錄B術語的漢英對照和索引