機械工程簡史內(nèi)容簡介

本書講述機械工程的發(fā)展歷史,是為本、專科生和研究生的選修課（或講座）編寫的學生用書。本書以介紹機械發(fā)明、機械科學與技術的發(fā)展為主線，也涉及到機械工業(yè)的發(fā)展。本書將機械的發(fā)展分為三個時代介紹：古代（遠古至歐洲文藝復興）、近代（主要包括兩次工業(yè)革命）和當代（第二次世界大戰(zhàn)以后）。本書既注意講清科技本身的發(fā)展，也要揭示出科技背后的推動力： 經(jīng)濟的發(fā)展、國防事業(yè)和人類科學探索活動的需求；揭示出科技與社會、科技與自然的關系。

我的專著《機械工程史》剛剛由清華大學出版社出版。如果有學校開設“機械工程簡史”這門選修課，它應該是一本可用的教師參考書。這本《機械工程簡史》的篇幅小了一半，是作為學生用書而編寫的。

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(yǎng)。我很贊同這種意見。學習一些科技發(fā)展史，有利于培養(yǎng)文理滲透、理工結合的人才。我主張為機械類專業(yè)的本科生開設“機械工程史”的選修課（學時8~16）或講座（學時4~8）。這件事目前做起來的難度主要是沒有教材?，F(xiàn)在，只有個別學校開設了機械史的選修課或講座。我期望本書的出版能有助于把機械史的教育在稍大的規(guī)模上開展起來。

本書編寫的宗旨和思路已經(jīng)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(fā)展放到社會的發(fā)展、經(jīng)濟的發(fā)展和整個科技進步的大背景下加以論述。

和專著《機械工程史》比較，本書刪去了兩章（毛坯生產(chǎn)、機械工程教育）；并在各章中都刪減了一些內(nèi)容，所涉及的事件、人物也都減少了一些?！稒C械工程史》當然是支撐這本教材的最重要的參考書。本書只在后面列出了最重要的參考文獻。讀者要對一些史實做進一步了解，則可閱讀《機械工程史》，并進一步查閱文獻。

書后附錄A給出了書中所出現(xiàn)的人物的列表，盡可能地列出了其生卒年、國籍。人物依其姓的字母順序排列。政治界、宗教界、文學藝術界人士不出現(xiàn)在這幾個人名表中，而直接在正文中列出其姓的原文（對俄文的姓給出其對應的英文）。

本書一般是依照時間順序分成幾個階段來敘述史實的，但個別地方為出于敘述的完整性等原因，并不嚴格地遵照這一原則。

機械工程史選修課教材的撰寫在中國還是首次嘗試，錯誤和不當之處肯定不少，歡迎大家提出寶貴的修改意見。

張策

2015年4月于天津大學新園村

第1章概論

1．1機械發(fā)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(yè)革命結束)

1．1．3當代(19世紀末的新物理學革命以來)

1．1．4科學革命、技術革命和工業(yè)革命

1．2自然、社會、科學和技術間的幾個重要關系

1．2．1社會、科技和自然

1．2．2科技發(fā)展背后的推動力

1．2．3經(jīng)濟、科技的發(fā)展和整個社會的發(fā)展、變革密不可分

1．2．4自然科學基礎與相關科技領域的作用

1．3為什么要學習一些科技發(fā)展史？

1．3．1擴大知識面要從橫向和縱向兩個方向進行

1．3．2回溯歷史，了解社會，理工結合，文理滲透

1．3．3回溯歷史，激發(fā)創(chuàng)新精神

第2章古代機械的發(fā)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(fā)展的三個主要區(qū)域

2．1．3中國的輝煌與落伍

2．1．4歐洲發(fā)展中的曲折

2．2各種古代機械發(fā)展簡介

2．2．1簡單機械

2．2．2鼓風器

2．2．3舟與車

2．2．4農(nóng)業(yè)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古代的機械制造技術

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

2．4關于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(chuàng)造

2．4．3古代與現(xiàn)代相通

2．4．4關于中國古代科技的兩個深層次問題

第3章工業(yè)革命前歐洲社會和科技的進步

3．1文藝復興至工業(yè)革命期間的社會發(fā)展

3．1．1資本主義生產(chǎn)方式的出現(xiàn)

3．1．2地理大發(fā)現(xiàn)

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(chǎn)階級革命

3．2文藝復興至工業(yè)革命前歐洲的機械科學技術

3．2．1列奧納多·達·芬奇

3．2．2力學和機械理論的若干進展

3．2．3工業(yè)革命前的機械技術

3．3經(jīng)典力學的創(chuàng)立和發(fā)展

3．3．1天文學的突破和科學精神的解放

3．3．2經(jīng)典力學創(chuàng)立之前的理論準備

3．3．3經(jīng)典力學的創(chuàng)立

3．3．4經(jīng)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(fā)展

第4章第一次工業(yè)革命

4．1第一次工業(yè)革命發(fā)展概況

4．1．1英國發(fā)生工業(yè)革命的背景

4．1．2第一次工業(yè)革命概述

4．2蒸汽機的發(fā)明和交通運輸革命

4．2．1瓦特改進和發(fā)明蒸汽機

4．2．2蒸汽機發(fā)明的劃時代意義

4．3第一次工業(yè)革命中的機械發(fā)明

4．3．1蒸汽動力的廣泛應用

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(nóng)業(yè)機械

4．3．5流體機械

4．3．6武器

4．3．7信息機械

4．4近代機械制造業(yè)的誕生和早期發(fā)展

4．4．1瓦特時代機械加工的狀況

4．4．2機床的改進和發(fā)明

4．4．3互換性生產(chǎn)的出現(xiàn)

4．4．4標準化的開端

4．5永動機問題的理論解決

第5章第二次工業(yè)革命

5．1第二次工業(yè)革命發(fā)展概況

5．1．1第二次工業(yè)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(yè)革命期間機械發(fā)展概況

5．1．5第二次工業(yè)革命的特點

5．2內(nèi)燃機的發(fā)明和新的交通運輸革命

5．2．1內(nèi)燃機的發(fā)明和進步

5．2．2汽車的發(fā)明和早期發(fā)展

5．2．3飛機的發(fā)明和早期發(fā)展

5．2．4交通工具方面的其他變革

5．3第二次工業(yè)革命期間的機械發(fā)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(yè)革命期間的機械制造業(yè)

5．4．1機床的發(fā)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(chuàng)的大批量生產(chǎn)模式

5．4．6標準化、系列化的發(fā)展

5．5機械產(chǎn)品發(fā)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

第6章工業(yè)革命期間力學的進一步發(fā)展

6．1分析力學

6．2連續(xù)介質力學

6.2.1固體力學

6．2．2流體力學

第7章近代機械工程學科的誕生和發(fā)展

7．1機械工程學科的誕生

7．1．1機構學的誕生

7．1．2機械工程師學會的成立

7．2近代機構學學科的發(fā)展

7．2．1機構學的德國學派和俄蘇學派

7．2．2連桿機構的應用和理論

7．2．3凸輪機構的演進、分析與設計

7．3機械振動理論與應用的發(fā)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關于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(xiàn)和發(fā)展

7．6近代的機械設計學科

7．6．1機械設計發(fā)展的幾個階段

7．6．2畫法幾何學誕生

7．6．3機械設計從應用力學中獨立出來

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近代的機械制造學科

7．7．1概述

7．7．2關于金屬切削理論的研究

7．7．3提高機械加工精度的理論與技術

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信息論、控制論和系統(tǒng)論的誕生

8．1．3非線性科學的誕生和發(fā)展

8．2第三次技術革命的背景和概貌

8．2．1第三次技術革命的背景

8．2．2第三次技術革命的概貌

8．2．3第三次技術革命的特點

8．3第三次技術革命的主要內(nèi)容

8．3．1概述

8．3．2信息技術

8．3．3新材料技術

8．4與機械工程相關的數(shù)學、力學的新進步

8．4．1數(shù)值計算方法的巨大進步

8．4．2振動理論的新進展

8．4．3多體動力學的誕生

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(fā)展的四大因素

9．1．2新時期機械工程的全面大發(fā)展

9．2新時期機械產(chǎn)品發(fā)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(chǎn)品的性能價格比

9．2．6降低機器對環(huán)境的不良影響

9．2．7機器應安全、舒適、宜人

9．2．8產(chǎn)品的多樣化與個性化

9．3新時期機械的重大發(fā)明與改進

9．3．1機電一體化產(chǎn)品

9．3．2機器人

9．3．3高速鐵路車輛

9．3．4盾構隧道掘進機

9．4機械制造業(yè)幾個重點領域的迅速發(fā)展

9．4．1汽車工業(yè)

9．4．2航空航天工業(yè)

9．4．3大型發(fā)電設備制造業(yè)

9．4．4IC制造業(yè)

9．4．5機床制造業(yè)

9．5關于復雜機電系統(tǒng)

第10章新時期機械學理論的發(fā)展

10．1機構學

10．1．1新時期機構學發(fā)展概況

10．1．2機構運動學

10．1．3新的機構類型

10．1．4機構動力學

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新型嚙合傳動的發(fā)展

10．2．4其他機械傳動

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(fā)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(fā)展

10．5．3智能結構與健康監(jiān)測

10．6摩擦學

10．6．1近代關于摩擦、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的應用前景

10．7．3關于微機械系統(tǒng)的研究

10．8流體傳動與控制

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(fā)展

11．1．2設計理論和方法學

11．2機械創(chuàng)新設計的理論和方法

11．2．1創(chuàng)造學在美國的誕生和發(fā)展

11．2．2蘇聯(lián)的TRIZ理論和方法

11．2．3機械創(chuàng)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(chǎn)品主要性能的現(xiàn)代設計方法

11．4．1優(yōu)化設計

11．4．2可靠性設計

11．4．3保值設計

11．5動態(tài)設計與振動控制

11．5．1靜態(tài)設計與動態(tài)設計

11．5．2動態(tài)設計方法的發(fā)展

11．5．3振動控制技術的發(fā)展

第12章新時期機械制造的全新面貌

12．1新時期機械制造概述

12．1．1新時期對機械制造技術提出的新挑戰(zhàn)

12．1．2新時期機械制造技術發(fā)展的總趨向

12．2自動化——先進制造技術發(fā)展的主線

12．2．1數(shù)控加工和數(shù)控機床的誕生和發(fā)展

12．2．2工藝編制技術的進步

12．2．3CAD/CAPP/CAM的集成

12．2．4柔性制造系統(tǒng)

12．2．5機器人在制造中的應用

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干式加工技術

12．3．6關于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機床技術

12．4特種加工技術的出現(xiàn)和發(fā)展

12．5增量制造技術

12．6綠色制造技術

12．6．1綠色制造——從認識到行動

12．6．2綠色制造技術的內(nèi)容

12．6．3再制造技術

12．7企業(yè)活動的信息化、智能化和網(wǎng)絡化

12．7．1計算機集成制造系統(tǒng)

12．7．2制造活動的網(wǎng)絡化

第13章近當代中國的機械工程

13．1洋務運動中的機械工程

13．1．1鴉片戰(zhàn)爭以前西方機械技術的傳入

13．1．2洋務運動概況

13．1．3中國近代機械工業(yè)的誕生

13．1．4中國近代高等工程教育的誕生

13．1．5洋務運動的失敗

13．2民國時期的機械工程

13．2．1民國時期的機械工業(yè)

13．2．2民國時期的機械工程教育與研究

13．2．3中國機械工程學會的成立

13．3當代中國的機械工程(改革開放以前)

13．3．1新中國成立后的機械工業(yè)與機械科技

13．3．2新中國成立后的高等機械工程教育

13．3．3文化大革命中的機械工業(yè)和教育

13．4當代中國的機械工程(改革開放以來)

13．4．1改革開放以來中國機械工業(yè)的跨越式發(fā)展

13．4．2改革開放以來中國的機械科學與技術

13．4．3改革開放以來中國的高等機械工程教育

附錄A人名表

參考文獻2100433B

機械工程及其自動化以有關的自然科學和技術科學為理論基礎，結合生產(chǎn)實踐中的技術經(jīng)驗，研究和解決在開發(fā)、設計、制造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。機械是現(xiàn)代社會進行生產(chǎn)和服務的五大要素（人、資金、能源、材料和機械）之一，并參與能量和材料的生產(chǎn)。

石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅。

幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用于提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發(fā)展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械 。鼓風器對人類社會發(fā)展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。17世紀以后，資本主義商品經(jīng)濟在英、法等國迅速發(fā)展，許多人致力于改進各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機械和研制新的動力機械——蒸汽機。18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉和冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發(fā)展成為有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命和資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術因素。

動力機械的發(fā)展

17世紀后期，隨著機械的改進，煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應生產(chǎn)提高的要求，于是在18世紀初出現(xiàn)了T.紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。1765年，J.瓦特發(fā)明了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年，瓦特又創(chuàng)制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展，促進礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用不便。19世紀末，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動機；20世紀初，出現(xiàn)了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀后期發(fā)明的內(nèi)燃機經(jīng)過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱并可隨時啟動的原動機。內(nèi)燃機最初用于驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械（如拖拉機、挖掘機械等）和輪船，20世紀中期開始用于鐵路機車。內(nèi)燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機和噴氣發(fā)動機，還是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一。 機械加工技術的發(fā)展

工業(yè)革命以前，機械大都是由木工手工制成的木結構，金屬（主要是鋼和鐵）僅用以制造儀器、鐘表、鎖、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作以達到需要的精度。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，所用金屬材料由銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。機械加工（包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術及其設備以及切削加工技術和機床、刀具、量具等）迅速發(fā)展，從而保證了發(fā)展生產(chǎn)所需要的各種機械裝備供應。同時，隨著生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術的發(fā)展，也促進了大量生產(chǎn)方法（零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等）的形成。

機械工程基礎理論的發(fā)展

18世紀以前，機械匠師全憑個人經(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎無關。直到18～19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎理論。動力機械最先與科學相結合，如蒸汽機的發(fā)明人T.薩弗里和瓦特應用物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論，物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎上建立起一門新的學科——熱力學等。19世紀初，研究機械中機構結構和運動等的機構學第一次列為高等工程學院（巴黎的工藝學院）的課程。從19世紀后半期起已開始設計計算考慮材料的疲勞。隨后斷裂力學、實驗應力分析、有限元法、數(shù)理統(tǒng)計、電子計算機等相繼被用在設計計算中。

《全國高職高專藝術設計類專業(yè)規(guī)劃教材·設計簡史》主要內(nèi)容為：關于設計歷史的書，或史料詳盡，不易把握設計發(fā)展的整體脈絡；或過于簡化，缺少分析，對設計實踐的指導作用較弱。所以，我們嘗試在梳理設計的觀念沿革、風格演進的主要詠絡時，對代表人物、經(jīng)典作品進行分析、對比，發(fā)掘史實的現(xiàn)實意義，于是誕生了這本《設計簡史》。

《設計簡史》盡力刪繁就簡、宏微兼顧，雖只是簡史，但設計歷史框架基本完整。內(nèi)容上力圖述其精要，各章節(jié)環(huán)環(huán)緊扣，線索清晰，同時突破以往僅專注于產(chǎn)品設計史的局面，適時增加平面設計史、環(huán)境設計史、多媒體設計史等；形式上力圖使文本的可讀性與圖片的可視性互動。

《設計簡史》可供高職高專院校及本科設計類各專業(yè)師生使用，也可作設計師和有意了解設計問題的廣大讀者的參考書。通過理論分析與案例解讀，相信《設計簡史》會對讀者的設計實踐與理論水平的提升有所裨益。

關于設計歷史的書，或史料詳盡不易把握設計發(fā)展的整體脈絡；或過于簡化，缺少分析，對設計實踐的指導作用較弱。所以，我們嘗試著梳理設計的觀念沿革、風格演進的主要脈絡時，對代表人物、經(jīng)典作品進行分析、對比，發(fā)掘史實的現(xiàn)實意義，于是誕生了這本《設計簡史》。本書盡力刪繁就簡、宏微兼顧，雖只是簡史，但設計歷史框架基本完整。內(nèi)容上力圖述其精要，各章節(jié)環(huán)環(huán)緊扣，線索清晰，同時突破以往僅專注于產(chǎn)品設計史的局面，適時增加平面設計史、環(huán)境設計史、多媒體設計史等；形式上力圖使文本的可讀性與圖片的可視性互動。本書可供高等院校專、本科設計類各專業(yè)師生使用，也可作設計師和有意了解設計的廣大讀者的參考書。通過理論分析與案例解讀，相信本書會對讀者的設計實踐與理論水平的提升有所裨益。