机械化生产体系

机器制造业的出现

在蒸汽机发明以前，几乎所有机器的基础构件都是用木材制造的，制造机器也完全由工匠们凭自己多年形成的经验和技巧。这些机器强度很低，而且由于单件生产，零部件根本没有互换性，也给维修带来了困难。蒸汽机出现后，这种木制构件根本承受不了蒸汽机的巨大震动和强大的动力作用，因而随着当时炼铁业的进步，人们开始用铁来制造机器。这样一来，无论是按加工精度还是按加工难度要求，铁制机器不可能再由工匠们手工来制造了。用机器制造机器正是近代工业的起点，正如马克思所说的：“大工业必须掌握它特有的生产资料，即机器本身，必须用机器来生产机器。这样，大工业才建立起与自己相适应的技术基础，才得以自立。”①

18 世纪末，各种工厂纷纷建立，迫切需要有大量生产蒸汽机、纺织机的工作母机。瓦特蒸汽机成功的关键在于汽缸与活塞的加工精度。虽然威尔金森将加工瓦特的蒸汽机汽缸的精度提高了，但是，尺寸和形状精确的活塞是需要用车床加工的。机械制造业中最关键的设备——车床，是 1797 年前后由

工匠莫兹利（H.Maudslay 1771—1831 ）完成的。莫兹利年轻时受雇于锁匠、水洗便器的发明者布拉默（J.Bramah 1784—1814），在布拉默的工厂里秘密从事机床的改革工作。当时的车床很象现在的手工木旋床，工人用脚踏动脚踏板作为使工件旋转的动力，用手拿着车刀压在支架上进行切削作业。莫兹利首先将这种木结构的车床改为铸铁的，由此增加了床身的稳度和强度，并把脚踏板和弹簧摆改成皮带轮，用蒸汽机驱动。1797 年，他发明了带有丝杠的溜板刀架车床，这种车床结构与今天的普通车床已经没有什么不同了，床身上装有导轨，刀架可以沿导轨纵向和横向进刀。不久后，莫兹利又把这

① 恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1975 年版，第 18 页。

① 《马克思恩格斯全集》第 23 卷，第 421～422 页。

种刀架与机器的转动相耦合，以保持与中心轴线平行地作直线运动。这样一来，在车床上转动的工件就能很容易地加工成一只精密的圆柱体了。这一溜板刀架的发明，使工人在切削加工时不必再用手持车刀凭经验去切削，由此极大地提高了切削速度和加工精度。莫兹利不但是个出色的机械发明家，而且经他培养的徒弟在机械制造业中都有许多发明创造。他的徒弟惠特沃思（J. Whitworth 1803—1887） 1831 年设计了可以自动切削螺纹的车床，内斯米斯（J.Nas-mvth 1808—1890 ）制造出蒸汽锤和刨床。在 19 世纪 40 年代之前，机器制造业中的主要设备如车床、立式车床、钻床、铣床、刨床以及精确测量用的千分尺、卡尺、卡钳、环规、块规等都已经被发明出来，不少工厂还开始应用零部件互换原理，批量生产各种机械。

随着机器制造业的形成，各种机器、工具都可以精确、快速地被制造出来，不但满足了当时各工厂对大量生产纺织机、蒸汽机的需要，而且为近代生产的机械化奠定了坚实的技术基础。

一项重大的技术改革是为了满足社会在某一时期的需求而出现的，但是技术的存在和发展不是孤立的，正如日本技术评论家星野芳郎先生所说的： “一旦某种经济条件和技术条件成熟，在原有技术体系的某个重要领域引起新的原理性变化时，其结果便是立体地影响到整个技术体系。”①

总结英国纺织业的发展过程，由于飞梭的发明，使织布机得到了改革，增大了对棉纱的需求，新式的纺织机开始被发明出来。由于将人力作为动力过于繁重，有必要采用某种自然动力。开始是水力，但水力对于需要稳定动力的工厂是不适宜的，骡机的出现更要求有新的动力机以满足开办工厂的需求，复动式旋转式的可以作为普遍使用的动力机——蒸汽机就被发明出来。为了大量精确地生产蒸汽机和纺织机，以车床为代表的机床又陆续被制造出来。这些技术的发展，需要大量的钢铁结构材料，促进了冶金业的进步，同时也引起了交通运输技术以及化工技术的变革。

焦炭炼铁

产业革命前，英国主要从瑞典和俄国输入生铁，当时炼铁的燃料是木炭。由于生铁需要量的不断增加，到 18 世纪初，英国的森林就被砍伐殆尽。1713 年，英国炼铁业者达比（A.Darbv1677—1717）在伯明翰附近的铁工厂中曾尝试用烟煤和木炭用石灰混合炼铁，但由于煤中含的硫会与铁化合，使炼出的铁太脆而无法使用。达比的儿子经多年的试验研究，于 1735 年发明将煤先

炼成焦炭，然后再利用焦炭炼铁的方法，并于 1750 年获得成功。这种方法发明后，自古以来在林区建立的炼铁厂开始迁到了矿区附近，矿区逐渐形成为工业区。1760 年，小达比试验用纽可门蒸汽机驱动鼓风机炼铁。1776 年以后，瓦特的蒸汽机很快就在炼铁业中用作鼓风机的动力机，极大地降低了燃料消耗，还可以吹掉硫及其他杂质。焦炭炼铁方法简便，降低了成本，生铁产量开始迅速增加。1740 年英国生产生铁 17 350 吨， 1788 年增加到 68

300 吨，到 1791 年猛增到 124 097 吨。18 世纪末，英国由一个生铁进口国一

跃而成为生铁出口国，直到 19 世纪 70 年代，英国生铁产量一直占全世界生铁总产量的 50％左右，南威尔士成为欧洲的冶铁中心。

钢的生产规模虽然在 1740 年因英国的亨茨曼（B. Hunts man l704—

① 星野芳郎：《论技术革新的历史作用》，科学技术文献出版社，1979 年版，第 58 页。

1776）发明了坩锅炼钢（铸钢）法之后有了扩大，但产量始终不多，生产后仅用于制造弹簧、刺刀及其他高级工具方面。1783 年，英国炼铁业者考特

（H.Cort1740—1800）的两个发明，才使炼钢业有了突破性进展。这两个发明是：将生铁放入反射炉中，用煤炭加热使之熔化成糊状，然后在炉内搅拌，从而获得精炼的铁块（1784 年获专利）；再用铁锤锻打铁块，除去矿碴后再加热，最后用轧辊压延机压延（1788 年获专利）。用搅炼法生产的可锻铁（钢）有足够的强度又易于加工，而且生产方法简单，比旧法炼钢增加产量 50 倍之多，因此，钢的价格开始降低，大量用来制造蒸汽机、纺织机。同时，轧钢技术在 18 世纪 8O 年代开始出现， 1788 年考特发明了用蒸汽机驱动的轧钢机，开始大量生产钢板、型钢和钢轨。19 世纪上半叶在铁路、造船等方面已经大量应用钢材。

铁路热的兴起

技术革命引起了生产的发展，带来了商业的繁荣。随着工厂的增多，国内外市场的扩大，快速大量地运输原材料和产品成为当时社会的一个难题，运输系统的技术革新势在必行。英国产业革命时期在运输中发挥作用的主要是运河。到 19 世纪初，在英国内陆就形成了纵横交错的运河网。由于当时的陆路运输只有马车，公路路面很差，运费很高，因此公路建设也有了很大进步， 1820 年在公路建设中普遍采用了苏格兰工程师约翰·麦克亚当

（J.L.McAdam 1756—1836）发明的碎石加固法。同时，由于河流交错，建桥技术也得到了发展。

英国为了加强海外贸易和殖民掠夺，大力发展远洋商船，1760 年到 1800 年间，商船吨位增长了近 4 倍。1807 年美国人富尔顿（R.Fulton1765—1815）制造了世界上第一艘实用的蒸汽船“克莱蒙特”号后，英国于 1811 年开始仿造，1812 年苏格兰开辟了欧洲第一条定期轮船航线，在内河和沿海贸易上，开始大量使用轮船。184O 年，英国采用新发明的螺旋桨推进器，制成了第一艘全铁制的客轮“大不列颠号”，并于 1843 年 7 月从利物浦出发横渡大西洋，

仅用了 15 天就到达纽约，航速比在这之前所用的叶桨轮推进器轮船有了很大的提高（1819 年叶桨轮船“萨凡纳号”横渡大西洋用了 26 天）。随着英国海运业的发展，与航运有关的港口、堤岸、灯塔、船坞、起重设备逐步完善，造船业也成为一个独立的重要工业部门。

在陆路运输上，具有重要意义的变革是铁路的出现。早在 18 世纪初，在

煤矿中运煤就采用了木制路轨。但木制路轨很不结实，又容易磨损，从 1768 年起改用铸铁路轨后，铁轨马车的运载量有了提高。一匹马可以拉动相当于土路 50 倍的重物，但是行驶速度还是很慢的。1790 年这种铁轨马车还在城市里用来运送旅客。

蒸汽机发明后，一些人即试图用蒸汽机作为动力设计陆用车辆， 1769 年，法国炮兵军官居纽（N.J. Cugnot1726—1804 年）制成一台以蒸汽机为动力的“汽车”，用于拉炮。由于其燃料及蒸汽机占用空间大，且自身过重，并未实用。1797 年，英国牧师特列维西克开始研制高压蒸汽机和蒸汽机车， 1802 年获专利。二年后制成最早在铸铁路轨上行驶的蒸汽机车，有效载荷达

17000 公斤。由于传动机构不够合理及铸铁路轨易损坏而没能推广使用。

1814 年，矿工出身的史蒂文森（G.Stephenson 1781—1848）开始研制

蒸汽机车，后来几经改进于 1829 年完成了具有近代蒸汽机车基本形式的“火

箭”号机车，并在利物浦的列因希尔与其他型号的机车竞赛中取得优胜。早在这之前，史蒂文森担任了修建英格兰北部从斯托克顿到达林顿间的铁路的总工程师。在他的指挥下，这条铁路于 1825 年 9 月 27 日交付使用。这是世

界上第一条铁路，首次运行的列车拖了由 12 节装有煤和谷物的货车以及 20

节客车混编成的列车，时速达 18 公里。 1828 年，史蒂文森又开始领导利物浦到曼彻斯特的铁路筑路工程，并于 183O 年完成。这条铁路很快成为运送兰开夏棉纺织业原材料及成品的重要工具。由于铁路利润率很高，许多资本家纷纷向铁路投资，英国国会在 1825～1835 年的 10 年中，通过了 25 条铁路修筑案。

在 19 世纪 30 年代，全世界的铁路总长不过 332 公里，到 185O 年达到了

38 443 公里， 1870 年为 207923 公里。到 19 世纪末，世界铁路总长度达65 万公里。铁路成为近代工业化过程中陆地运输的主要工具。

铁路的修筑也对德国产业革命产生了很大的促进作用，直接影响到机械技术的确立。铁路的发展也促使美国加速了西部的开发。同时，在这些国家电磁式电报机很快成为铁路上普遍使用的通讯技术。

蒸汽机车和蒸汽船的广泛使用，为扩大材料来源和商品市场提供了方便廉价的交通工具，促进了机器大生产体制的完善。同时，它也为将英国技术革命成果迅速地在世界范围内普及提供了条件。