现代机械的发展历程

世界机械发展史庞立摘要：本文按时间顺序从四个阶段叙述世界机械发展的历程，每个时期的机械都有各自的特色，都曾经使得人类社会飞跃发展，促进社会的向前发展，进一步证明了世界机械的发展史与人类文明发展史是紧密相连的，并且对未来机械的发展趋势进行猜想以及揭示机械发展背后的环境污染问题并且提出解决方案。关键词：机械发展史 原始机械 古代机械 近代机械 现代机械中图分类号：G642 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2011.09.2071 前言机器（machine）1由有零件组成的执行机械运动的装置，用来完成有用的机械功或者转化成机械能。机构（machanism）是由多个构件组成，能实现预期的机械运动。如下图的内燃机的结构图中曲轴 、连杆、活塞和气缸组成了连杆机构；凸轮、顶杆和汽缸体组成了凸轮机构。由此可见一部机器可能由一种或者多种机构组成。强调一下机器实现的是能量的转化，而机构实现的是力与运动的转变。但是从运动的观点来讲，机器和机构并无差别。习惯上用“机械”（machinery）一词作为机器和机构的总称。2 世界机械发展的四个阶段世界机械的发展史与人类文明的发展史紧密相连，这里有必要简单介绍一下。根据人类文明发展，世界机械的发展史可以分为四个阶段：第一个阶段发生在大约200万年前至50万年前的这一阶段称之为原始阶段；第二个阶段发生在大约公元前 7000 年至 18 世纪初为古代机械发展阶段；从十八世纪中叶到二十世纪初为近代机械发展阶段，二十世纪初到现代为现代机械发展阶段。2.1 原始机械发展阶段在人类历史的长河中，发生了几次决定人类命运的大革命。第一次革命发生在大约200万年前至50万年前，人类学会使用了最简单的机械石斧、石刀之类的天然工具，劳动造就了人，人类发现并使用了火，食用熟食使人类更加聪明，而且延长人类的寿命。2.2 古代机械发展史根据考古学家发现公元前 7000 年，巴勒斯坦地区犹太人建立杰里科城，城市文明首次出现在地球上，最早的车轮或许是此时诞生的。公元前4700年，埃及巴达里文化进入青铜器时代，那时出现了搬运重物的工具：有滚子、撬棒、（如图a）、滑轮（如图b）和滑橇等，在建造金字塔时就使用这类工具。介绍古代的机械发展史不得不介绍中国，公元 14 世纪以前，我国的发明创造在数量、质量上以及发明时间上都是领先的。例如四大发明，指南车（利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，（如下图 c）等等。可惜 15 世纪后，中国仍然处于封建社会，而以英国、法国为代表的西方国家开始发展自然科学，兴办大学，培养人才。到公元15世纪，西方的机械科学已超过中国。1698 年英国的萨弗里制成第一台实用的用于矿井抽水的蒸汽机“矿工之友”。它开创了用蒸汽作功的先河。2.3 近代机械发展史18 世纪从英国发起的技术革命，是技术发展史上的一次巨大革命，它开创了以机器代替手工工具的时代。这不仅是一次技术改革，更是一场深刻的社会变革。这场革命是以工作机的诞生开始的，以蒸汽机（如下图 1.3.1）作为动力机被广泛使用为标志的。在这一时期内英国的瓦洛和沃恩先后发明球轴承；英国的威尔金森发明较精密的炮筒镗床，这是第一台真正的机床加工机器的机器。它成功地用于加工汽缸体，使瓦特蒸汽机得以投入运行；英国的卡特赖特发明动力织布机完成了手工业和工场手工业向机器大工业的过渡；英国的威尔金森建成第一艘铁船；英国的圣托马斯发明缝制靴鞋用的链式单线迹手摇缝纫机（如下图1.3.2），这是世界上第一台缝纫机；德国的德赖斯发明木制、带有车把、依靠双脚蹬地行驶的两轮自行车；美国的奥蒂斯设计制造单斗挖掘机械等等。1870年以后，科学技术的发展突飞猛进，各种新技术、新发明层出不穷，并被迅速应用于工业生产，大大促进了经济的发展。这就是第二次工业革命。当时，科学技术的突出发展主要表现在三个方面，即电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯手段的发明。在这一时期内，美国发明家爱迪生发明了电灯；德国机械工程师卡尔本茨制成第一辆汽车（如下图 1.3.3）；电话，飞机等等这些重要的使用工具被发明出来了。这两次工业革命都出现西方，而东方国家依然停滞不前，注定了落后的局面。世界机械发展史庞立摘要：本文按时间顺序从四个阶段叙述世界机械发展的历程，每个时期的机械都有各自的特色，都曾经使得人类社会飞跃发展，促进社会的向前发展，进一步证明了世界机械的发展史与人类文明发展史是紧密相连的，并且对未来机械的发展趋势进行猜想以及揭示机械发展背后的环境污染问题并且提出解决方案。关键词：机械发展史 原始机械 古代机械 近代机械 现代机械中图分类号：G642 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2011.09.2072.4 现代机械发展史20世纪60年代以来，一大批逐步形成的高技术群体2：如微电子技术、信息技术、自动化技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术、激光和红外技术、光纤技术等等与之前发展起来的机械结合起来，渗透到经济，军事各个领域，速度之快令人咋舌。例如我们平时用的手机用的是通信技术、微电子技术和机械技术的结合；试管婴儿是生物技术与机械技术的结合、太空探索是空间技术和机械技术的结合等等。3 世界机械发展的趋势未来机械的发展越来越离不开计算机来设计和控制精度。比如制作一个凸轮，用图解法来设计没有精度，用解析法来设计计算极其麻烦而且手工加工凸轮误差太大，这样设计出来的成品在20世纪来说不算落后，但是对于21世纪来说精度明显不够，因此用计算机辅助技术解析来代替人为解析就能达到精度要求，无论凸轮多么复杂。未来机械离不开智能化，智能化只能依赖于软件来实现。例如机械帝国里面的智能机器人，这是机械和软件的完美结合，机械中要把握自由度的控制，软件要把握程序语言的设计。未来机械还在于其微型化，纳米技术在机械中的使用会变得很重要，可以想象，搞军事侦察的时候如果用纳米技术制作的微型侦察器放在敌军指挥中心那会是什么结果。机械还会与新材料结合起来。在航天，航海等这些对材料本身有要求的领域，也离不开材料机械的发展。另外，机械还会朝着节约能源、新能源和减少污染等方面发展。人类的物质生活是发展起来了，同时地球温度在上升，空气中的污染加重，近年来的地震、火山、海啸等等自然灾害频繁发生无不与能源的过度开发和使用、对环境的污染有着直接或间接的关系。4 对人类机械发展的思考未来机械发展与各方面技术结合起来，需要的不仅仅是传统意义上的机械设计人才，而是复合型人才。比如材料机械人才，软件机械人才，计算机运用机械人才等等，这需要我们新一代的青年通过学习各方面的技术来达到这个要求，同时也离不开社会，国家的大力支持。另外我们每个人都知道现今工厂仍然冒着浓浓的黑烟；汽车的尾气依然充斥着整个大气，石油天然气等资源面临匮乏的境地。对于这些我们都见怪不怪了。因此未来机械在发展趋势是发展“绿色环保节能机械”。这其中包含对减少环境污染，对提高机械的能源使用率、使用新能源，比如太阳能，风能等等之类有较高要求。因为世界的资源已经所剩无几了，地球污染越来越严重，如果再不采取措施来减缓和避免这种无止境的滥用资源和污染环境的行为，人类将会灭亡。例如现在之所以不把太阳能，风能作为主要能源是因为对这些资源的使用率不