中國古代機械較早引起了外國學者的註意。從1909開始,賈爾斯、穆爾、蘭徹斯特等人首先推測了南導車的傳動機構[1](P52)。自20世紀20年代以來,中國的歷史學家、機械工程師和文化專家開始了對中國古代機械的文獻研究和專題研究。1925年,張蔭麟翻譯了壹位英國人摩爾寫的論文《宋和吳德仁導車構造研究》,並撰寫了《宋陸道龍和吳德仁記錄中的鼓車構造》,發表在《清華學報》上。65438年至0935年,劉仙洲在清華大學出版了《中國機械工程史料》,初步整理了中國古代書籍中關於機械的描述。王振鐸試圖根據古代文獻的記載來恢復古代的機械裝置。1936年在《燕京學刊》發表《漢候風地動儀制作方法推測》,並在北平研究院復原了南導車和鼓車[2](P63)。這些早期著作開創了中國機械工程史的研究。
1949之後,科學技術史在中國成為壹項有組織的事業,實現了初步的制度化,研究取得了很大的進步。其中,劉仙洲和王振鐸的工作代表了機械工程史的學術水平[3](P36)。
從1950到1960,劉仙洲對機械原動機、定時器、齒輪和凸輪進行了專題研究。基於這些研究,他撰寫了通論著作《中國機械工程發明史》[4](上篇)和《中國古代農業機械發展史》[5],初步勾勒了中國機械技術發展的大致脈絡。書中收錄了對鈸、滑輪、獨輪車的研究成果。後來劉先生組織學者從兩萬多種古籍中尋找古代機械的線索和描述,留下了大量的卡片。近年來,清華大學圖書館學者對這些資料進行了整理。
復原是古代機械史研究的壹個重要方面。王振鐸等人長期從事古代機械史的專題研究和復原工作。在文獻分析和考古發現的基礎上,對地動儀、導遊車、記憶中的鼓車、水運儀、水排等機械裝置進行了研究。均為中國歷史博物館修復,其主要成果收錄於他的文集《論科學技術考古》[6]。
英國李約瑟從東西方文明比較的角度關註了中國古代的機械技術交流,也探討了機械技術與其他知識的關系。他參考了中國學者和西方學者的研究成果,在王陵的幫助下,撰寫了《中國科學技術史機械工程卷》[7]。該書初版於1965,後被翻譯成日文和中文,是外國學者了解中國機械技術傳統的重要窗口[8]。
在劉仙洲之後,對機械工程史的專門研究和調查仍然取得了進展。同濟大學盧京燕在古代兵器等機械裝置的復原研究和立式風車等傳統機械的考察方面取得了新的進展。中國科學院、北京科技大學等單位在我國傳統金屬工藝研究方面取得了很大成就,西北農業大學等單位在秦嶺青銅車馬研究方面也取得了很大成就。20世紀90年代,中國科學院自然科學史研究所組織全國科技史家編寫《中國科技史》叢書時,集中了中國學者幾十年的研究成果,盧景炎、華覺明等學者編寫了該叢書的機械卷[9]。本書繼承了劉仙洲、王振鐸等中國學者的觀點,並適當借鑒了李約瑟等學者的著作,在技術內容和結構原理分析上有所進步。
劉仙洲、王振鐸、李約瑟、盧敬言、華覺明等人的專著,主要是根據古籍記載、考古資料和壹些傳統機械的調查資料寫成的。中國古代機械工程史的未來研究可以從幾個方面進行。壹是發掘、整理、解讀中國典籍和明清時期部分少數民族語言文獻中的史料;二是充分利用現有和未來的考古發掘資料,開展科技考古研究;第三,廣泛深入地調查現存的傳統機械,探索它們與文化背景的關系;第四,開展技術的社會史、文化史和思想史研究。
中國有著延續的文化傳統,保存了大量的古籍。關於古代機械的記載散見於各種體裁的書籍和記錄中。而關於技術的文字描述或圖紙大多過於簡略,往往只有寥寥數語甚至沒有記錄。考古發現可以提供壹些可靠的第壹手資料,但內容明顯有限。古代的機器大部分是用木頭、竹子等不能長期保存的材料制成的,只有少部分是用石頭和金屬制成的。這使得我們很難在考古資料中找到結構相對完整的機器。畢竟古代車輛、青銅車馬之類的發現很少。
二、中國古代機械工程技術史的價值和作用
中國的機械工程技術在漫長的歷史發展過程中形成了自己獨特的風格。中國古代機械工程技術是世界機械史的組成部分,在世界機械工程史上占有重要地位。
著名科學史家李約瑟在討論中西科技交流與比較時指出:“有幾項基礎技術是從古代美索不達米亞向四面八方傳播的...然而,中國人有許多發明。這些發明從壹世紀到十八世紀傳播到歐洲和其他地區。這包括:(1)龍骨車;(2)石磨及水力在石磨中的應用;3排水;(4)風扇車和風選機;(5)活塞波紋管;(6)橫機(也可能是印度的發明)和提花機;(7)繅絲、紡紗、調絲機;(8)獨輪車;(九)帆船;(10)研磨;(11)兩種用於拖拉重物的有效馬具,即胸帶和包子;(12)弓弩(13)風箏;(14)竹編、走馬燈;(15)深鉆技術;(16)鑄鐵的使用;(17)移動式平吊架;(18)弧形拱橋;(19)纜索吊橋;(20)河道閘門;(21)造船和航運方面的眾多發明,包括防水艙室、高效氣動帆和艏艉索具尾部的方向舵(22);(23)火藥及與之相關的壹些技術;(24)羅盤針,先用於看風水,後用於導航;(25)紙張、印刷和活字印刷;(26)瓷器。所有這些例子都有壹個共同點,那就是在世界其他地方出現之前,就在中國應用了。有時甚至更早。”【10】(P545)李約瑟博士列舉的這些例子,大多是中國古代的機械發明或相關技術成果。可見,中國古代機械技術的成就不僅在中國科技史上占有突出的地位,而且在世界機械史乃至科技史上也占有重要的地位。
中國機械史的歷史價值還在於,傳統機械工程技術在中國古代社會經濟和科技發展中占有非常重要的地位。中國自古以農立國,農業生產在古代歷史發展進程中壹直占據核心地位,因此農業機械作為農業生產工具,在生產中發揮著極其重要的作用。農業機械技術的大量發明、創新及其推廣應用,對提高社會生產力發揮了巨大作用。同樣,機械也在水利工程、建築工程、交通運輸、紡織等領域發揮著重要作用。機械技術在軍事中占有重要地位,先進尖端武器和軍事裝備的制造都依賴於先進的機械技術。中國古代在天文觀測方面取得了許多重要成就,這與先進天文儀器的作用密切相關,許多先進天文儀器的出現反映了中國古代精密機械制造技術的發展。明代宋主編的《天工開物》是壹部關於中國古代工程技術的百科全書,其中機械技術的內容占全書壹半以上,這也說明了機械技術在古代工程技術中的重要地位。因此,傳統機械技術根植於中國古代社會生活和生產的各個領域。機械技術的進步不僅促進了古代生產的發展,豐富了古代社會生活,而且成為推動古代不同領域科技發展的有力工具。
1.促進了農業的進步。
中國自古以農立國,農業生產在古代歷史發展進程中壹直占據核心地位,因此農業機械作為農業生產工具,在生產中發揮著極其重要的作用。大量的發明、創新及其在農業機械上的推廣應用,對提高社會生產力起到了巨大的作用。
春秋時期,鐵器用於農業和手工業生產。到了戰國時期,鐵農具多了,標誌著社會生產力的顯著提高。牛耕在春秋末期就已使用,戰國時期開始普及,促進了農業生產的進壹步發展。戰國時期,農民註重肥料的使用,也註重選種、因地制宜、適時耕作。當時各國都修建水利工程。都江堰是由秦蜀縣令李冰在岷江中遊修建的舉世聞名的防洪灌溉工程。都江堰消滅了岷江洪水,灌溉了大面積農田,把成都平原變成了良田,兩千多年來壹直造福於民。北朝的賈思勰寫了《齊·姚敏書》,強調農業生產要遵循自然規律,要因地制宜地種植農作物,不能耽誤農時,要改革生產技術和工具。
2.促進了手工業和商業的繁榮。
早在春秋時期,中國就已經發明了生鐵冶煉技術,比歐洲早1900年。春秋末期,晉國將成文刑法鑄在鐵鼎上頒布。戰國時期,有30多個鐵礦。當時的食用鹽業、紡織業、制漆業都取得了顯著的進步。明末科學家宋編著的《天工開物》總結了明代農業和手工業的生產技術,反映了明代中國手工業領域的生產面貌。本文介紹了北京王麻子和杭州張小泉制造的剪刀,采用“夾鋼”和“粘鋼”的技術。采煤時可以排除瓦斯;紡織工業中的提花機等。這些在當時都是世界壹流的。
3.它在水利工程、建築工程、交通運輸、紡織等領域發揮著重要作用。
秦國都江堰是舉世聞名的防洪灌溉工程。他把岷江分為內江和外江。內江用於灌溉,外江用於分洪,避開洪水,灌溉農田。趙州橋是由隋代傑出的工匠李春設計建造的,是世界上最古老的石拱橋。橋的大拱兩端上方有兩個小拱,可以減輕橋重對橋基的壓力,減少洪水時急流對橋的沖擊。隋代著名建築師宇文愷設計了隋朝都城大興城和東京洛陽城,並指導了這兩座城市的建設。北宋時,指南針被應用於航海。宋朝的船上都裝有指南針,無論白天黑夜,下雨霧天都能辨別方向。南宋時期,指南針傳到歐洲,為歐洲航海家環球航行、發現新大陸提供了重要條件。
4.在軍事上起著決定性的作用。
機械技術在軍事中占有重要地位,先進尖端武器和軍事裝備的制造都依賴於先進的機械技術。唐朝末年,火藥開始用於軍事。宋朝時,火藥被廣泛用於軍事。當時的火藥武器包括火箭、火槍和火炮。13世紀和14世紀,火藥和武器傳到了阿拉伯和歐洲。在元代,大型金屬管狀火器“矛”在軍事上受到高度重視。蒙古西征時,曾多次使用火藥武器進攻中亞和波斯的城市。戰爭期間,阿拉伯人學會了制造火藥和火藥武器。
三、中國古代科技史的現實意義
中國機械史的研究不僅具有重要的歷史價值,而且具有很高的實用價值和意義。這主要表現在以下幾個方面。
首先,中國古代機械工程技術是中國科學文化的重要組成部分,傳統機械的技術成果是中國優秀的科學文化遺產,因此研究中國古代機械史具有重要的文化價值。機械技術在人類物質文化史上壹直占據著核心地位,人類文明的發展階段壹般以機械技術的重要成就為標誌,這就是最好的說明。我們的祖先創造了許多優秀的機械科技成果,為後人留下了大量的物質和文化財富。發掘、整理和研究這些機械成果,對於豐富祖國的科學文化寶庫,無疑是十分有益的。但是,過去在這方面的工作還遠遠不夠,中國的機械工程史還是壹個有待開發的領域。在當前情況下,進壹步研究中國機械史尤為重要。
第二,技術發展具有很強的繼承性和規律性。中國機械史的研究有助於揭示技術發展的特點,可以起到溫故而知新、明確方向和趨勢的作用,因此具有重要的參考價值。中國歷史上機械科學技術的成功經驗和失敗教訓,對今天的科學技術發展具有重要的參考價值。中國古代與機械相關的技術觀念和技術哲學,對於我們理解技術與人、技術與環境、技術與社會的關系,仍然具有參考價值。中國古代的技術思想、方法和措施恰好符合現代可持續發展的要求,對認識和解決技術給現代社會帶來的環境汙染、能源和資源枯竭等壹系列負面影響也有積極的借鑒意義。研究中國近代機械史,對制定國家技術規劃、技術開發和技術引進的政策和戰略有直接的參考意義。
第三,通過研究中國古代機械工程的歷史,理清中國傳統機械技術的興衰,了解科學家和發明家的生平、成就和思想,不僅可以學到科學和歷史的知識,還可以從中得到啟示和教訓,所以中國機械史具有更重要的教育價值和作用。傳播有關機械工程技術史的知識,有助於人們了解機械工程技術概念和原理的來龍去脈,加深對機械技術的認識和理解。培根說:學習歷史可以使人明智。對於青年學生和專業技術人員來說,機械史的知識可以開闊他們的視野。
第四,通過研究中國古代機械的歷史,我們不難發現,壹些古代的機械技術、工藝和原理在現代仍然發揮著作用或具有實用價值。中國傳統的農業機械和古代農具至今廣泛應用於農業生產,具有強大的生命力。中國的許多傳統金屬工藝在實際應用中仍然發揮著重要作用。秦始皇墓出土的青銅箭頭,表面有壹層致密的黑色含鉻層,埋在地下2000多年沒有腐蝕。現代金相研究證明,這種處理具有很強的耐腐蝕性,這種表面處理技術顯然具有古為今用的價值。類似的例子還有很多。研究古代機械的歷史有助於了解和發現傳統機械的現代意義和實用價值。
“七五”期間,河北唐山和江蘇連雲港年產60萬噸的大型純堿廠是用我國開發的先進技術設計的。碳化塔、分解爐、堿過濾器、鈦板換熱器、埋刮板輸送機等八大類關鍵設備由機械制造部研制成功,其余大部分設備由我國供應。山東濰坊年產量在引進部分國外技術和設備的基礎上實現了國產化,三個堿廠均順利投產。我國大型堿廠的設計和設備制造完全可以立足國內,並已開始成套出口大型純堿技術和設備。
1984年,我國引進離子膜電解槽制造技術,為14廠家提供設備,占國內離子膜煤燒堿產能的70%。1993年,創新開發了中國式電解槽,由中國化工裝備總公司組織實施了國內第壹套10000 t/a離子膜燒堿裝置。這套設備在廣泛消化吸收國內外先進技術的基礎上,進行了改進和創新。工藝設計由天津大沽化工廠設計院進行。核心設備* * *有82臺成型設備和127臺非標設備。離子膜電解槽由北京化工機械廠設計制造,同時達到國外同類設備水平。其他專用設備、材料、儀表、閥門由國內相關廠家協調,整套設備國產化。該裝置運行均衡可靠,具有產品純度高、節能、高效、無環境汙染的特點。主要技術經濟指標達到進口設備水平。該設備的成功建設,結束了我國離子膜法燒堿生產設備依賴進口的局面,標誌著我國已基本具備了離子膜法燒堿設備的成套制造能力。隨後,廣州、新疆、包頭、蚌埠、雲南的化工廠都選擇了國產離子膜法燒堿電解槽。