劉夕慶

簡(jiǎn)單機(jī)械的發(fā)明應(yīng)該是人類學(xué)會(huì)利用原始工具的后續(xù)發(fā)展，而復(fù)雜機(jī)械及大型自動(dòng)化機(jī)器則是人類智慧和創(chuàng)造力的進(jìn)一步體現(xiàn)。在此期間，畫家們也不甘于落后，不但逐步練就了表現(xiàn)山水與建筑之美的能力，同時(shí)也學(xué)會(huì)了表現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)作的機(jī)械圖景的方法。

簡(jiǎn)單機(jī)械畫中見(jiàn)

我們?cè)谖锢碚n上學(xué)到過(guò)關(guān)于杠桿、齒輪、滑輪等簡(jiǎn)單機(jī)械的原理及其功用，而這些簡(jiǎn)單機(jī)械的廣泛使用，給人們提供了很多方便，帶來(lái)了不少好處。古希臘時(shí)期已有了圓柱齒輪，亞歷山大利亞·希羅在公元1世紀(jì)最早討論了機(jī)械的基本要素，他認(rèn)為機(jī)械的要素有五類：輪與軸、杠桿、滑車、尖劈、螺旋——這個(gè)論述反映了古典機(jī)械的特征。當(dāng)然，中國(guó)古代也在香爐中應(yīng)用了能永葆水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機(jī)件，但這些都屬于簡(jiǎn)單機(jī)械范疇。

古代文明社會(huì)就已經(jīng)開始使用物理學(xué)家如今所說(shuō)的“簡(jiǎn)單機(jī)械”，如杠桿、輪子、輪軸、斜面、楔形物、滑輪等。阿基米德很有可能是世界上第一個(gè)將兩個(gè)滑輪組合到一起投入實(shí)際使用的人。這種組合到一起的滑輪組裝置能夠產(chǎn)生巨大的作用力。滑輪組裝置一直沿用至今，在托舉或搬運(yùn)重物的時(shí)候經(jīng)常被用到。

按照有關(guān)記載，阿基米德是為了應(yīng)對(duì)國(guó)王的疑問(wèn)而設(shè)計(jì)了滑輪組裝置。阿基米德曾經(jīng)表示：給我一個(gè)支點(diǎn)，我能撬動(dòng)整個(gè)地球。國(guó)王覺(jué)得難以置信，給阿基米德安排了一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)——移動(dòng)一艘體積和重量都十分巨大的船體，并只為其提供幾個(gè)有力氣的勞工來(lái)協(xié)助。阿基米德最終只用自己的一只手就將裝載著船員和貨物的整只船拉動(dòng)了，這讓在場(chǎng)的所有人都大為震驚。事實(shí)上，在這次事件中，阿基米德使用的是簡(jiǎn)單的滑輪組機(jī)械，而不是杠桿。

應(yīng)用機(jī)械畫中見(jiàn)

任何機(jī)械的誕生說(shuō)到底都是以應(yīng)用為目的的。一些專家學(xué)者在談到工業(yè)社會(huì)（尤其是大工業(yè)社會(huì)）時(shí)說(shuō)，用機(jī)器生產(chǎn)機(jī)器的時(shí)代，無(wú)論從生活中接觸的各種物理裝置，如電燈、電話、電視機(jī)、冰箱、電梯等都包含有機(jī)械的成分，或者包含在廣義的機(jī)械元素之中；而從生產(chǎn)產(chǎn)品來(lái)看，各種機(jī)床、自動(dòng)化裝備、計(jì)算機(jī)、飛機(jī)、輪船、宇宙飛船等，都缺少不了機(jī)械元素。

所以，機(jī)械元素是現(xiàn)代社會(huì)的一個(gè)基礎(chǔ)。如果有人說(shuō)農(nóng)業(yè)是整個(gè)人類活動(dòng)的基礎(chǔ)的話，那對(duì)現(xiàn)代社會(huì)來(lái)說(shuō)，機(jī)械就可作為整個(gè)工業(yè)和各類工程的基礎(chǔ)——可以毫不夸張地認(rèn)為機(jī)械就是工業(yè)社會(huì)的一大支柱。不但任何現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和工程領(lǐng)域需要應(yīng)用機(jī)械，就連人們的日常生活，也越來(lái)越多地應(yīng)用各種含機(jī)械元素的機(jī)器設(shè)備了，如汽車、自行車、鐘表、照相機(jī)、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)機(jī)、吸塵器等。

大型、復(fù)雜機(jī)械畫中見(jiàn)

動(dòng)力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀(jì)后期，隨著各種機(jī)械的改進(jìn)和發(fā)展以及煤和金屬礦石的需求量逐年增加，人們感到僅依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個(gè)新的水平。在英國(guó)，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來(lái)越多地將工場(chǎng)設(shè)在河邊，利用水輪來(lái)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械。但當(dāng)時(shí)的煤、錫、銅等采礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來(lái)提升和排除。在這樣的情況下，用以驅(qū)動(dòng)礦井排水泵的紐可門蒸汽機(jī)出現(xiàn)了，但這種機(jī)械的燃料消耗很高，基本上只能用于煤礦。

1765年，瓦特發(fā)明了有分離冷凝器的蒸汽機(jī)，降低了燃料消耗率。1781年瓦特在其公司雇員的協(xié)作下又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力的蒸汽機(jī)，擴(kuò)大了蒸汽機(jī)的應(yīng)用范圍。蒸汽機(jī)的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運(yùn)都得以機(jī)械動(dòng)力化——它幾乎是19世紀(jì)唯一大型而復(fù)雜機(jī)械的動(dòng)力之源。但蒸汽機(jī)及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積十分龐大、笨重，應(yīng)用起來(lái)很不方便。

19世紀(jì)末，大型電力供應(yīng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)開始發(fā)展和推廣。20世紀(jì)初，電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機(jī)，成為驅(qū)動(dòng)各種工作機(jī)械的基本動(dòng)力。生產(chǎn)的機(jī)械化已離不開電氣化，而電氣化又是通過(guò)機(jī)械化才對(duì)生產(chǎn)發(fā)揮作用，包括現(xiàn)代最先進(jìn)的航天飛機(jī)、機(jī)器人、宇宙飛船等都是如此。

大自然的機(jī)械化圖景

17世紀(jì)科學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)有一點(diǎn)在于，一些人認(rèn)為自然界的變化也是通過(guò)一系列機(jī)械機(jī)制的作用才得以實(shí)現(xiàn)的。如星體和行星的運(yùn)動(dòng)、生物的生長(zhǎng)以及各種物理現(xiàn)象（如重力、空氣壓力、光和磁等）的作用，這一切現(xiàn)象都被看成是各種潛在的機(jī)械形式在發(fā)揮作用，而且是遵循科學(xué)家努力進(jìn)行量化后所得到的自然規(guī)律。從17世紀(jì)開始出現(xiàn)的那些少數(shù)精密機(jī)械的發(fā)明，已經(jīng)給人們留下頗為深刻的印象，讓他們以為自然界也是按照設(shè)計(jì)好的機(jī)械機(jī)制在發(fā)揮作用。

克里斯蒂安·惠更斯在17世紀(jì)50年代向人們證明，可以按照鐘擺原理設(shè)計(jì)出比以前更為準(zhǔn)確的時(shí)鐘裝置。這臺(tái)時(shí)鐘對(duì)許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有極為重要的意義，尤其是用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)。如果把這臺(tái)時(shí)鐘放在哲學(xué)范疇中考查，則可以說(shuō)它還具有另一層特殊意義，這就是：造世主在創(chuàng)造世界并使之運(yùn)作時(shí)，也是要遵從物理規(guī)律的。

意大利科學(xué)家喬萬(wàn)尼·阿方素·博雷利（Giovanni Alfonso Borelli）試圖將物理定律應(yīng)用于分析生物的動(dòng)作，這表明人們開始探索萬(wàn)物的運(yùn)作是否能比擬成機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型。他的《動(dòng)物的活動(dòng)》一書于1680年出版，書中除了用載荷、杠桿、應(yīng)力和滑輪機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)代替人體運(yùn)動(dòng)外，他還進(jìn)一步應(yīng)用機(jī)械觀點(diǎn)來(lái)分析人體內(nèi)部器官（如肺臟和心臟）的動(dòng)作。但他的這種機(jī)械論觀點(diǎn)，實(shí)際上只說(shuō)對(duì)了事實(shí)的一部分，這是由于當(dāng)時(shí)他對(duì)于人體內(nèi)部運(yùn)作的化學(xué)過(guò)程還一無(wú)所知。

大科學(xué)家笛卡兒也認(rèn)為，天體是一部又復(fù)雜又奧妙的物理機(jī)械。他對(duì)宇宙結(jié)構(gòu)提出了意義深刻的質(zhì)疑：“是什么東西維系著天體，使它們處于各自的位置呢？”身為一個(gè)堅(jiān)定不移的機(jī)械論者，笛卡兒簡(jiǎn)直難以設(shè)想這些天體會(huì)在虛無(wú)縹緲的空間內(nèi)隨意運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為，一定是有某種看不見(jiàn)的物質(zhì)形式在主宰著這些天體的運(yùn)動(dòng)，并提出：宇宙充滿了物理機(jī)械作用的微小而稀薄的物質(zhì)顆粒，而且在不斷地旋動(dòng)著，就像旋渦中的水一樣，這些物質(zhì)顆粒帶動(dòng)行星運(yùn)動(dòng)，而且每個(gè)星體都處于它本身旋渦的中心。

由此，笛卡兒提出了一種機(jī)械結(jié)構(gòu)的宇宙模型——他的這些理論基于預(yù)先設(shè)想的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在科學(xué)思維中具有非常強(qiáng)大的威力。按照這種模型，一切天體效應(yīng)都有其物理原因，因?yàn)橐粋€(gè)物體會(huì)受到另一個(gè)物體的影響。所以，他在解釋他所看到的事物時(shí)，提出了一種設(shè)想，即宇宙中存在許多看不見(jiàn)的機(jī)械，而這些機(jī)械的零件，由于太小或者太稀薄，以至于人們用肉眼很難觀察到。

綜上所述，雖然運(yùn)用純粹機(jī)械觀點(diǎn)來(lái)解釋萬(wàn)物運(yùn)行的觀念有失偏頗，但眾多科學(xué)家建立起的世界的機(jī)械化圖景還是對(duì)科學(xué)進(jìn)步起到了促進(jìn)作用。

人文關(guān)懷、可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)已成為機(jī)械行業(yè)科技創(chuàng)新的理念，機(jī)械產(chǎn)品作為人自身能力的延伸，一直與人類文明進(jìn)步共同發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人類對(duì)生活質(zhì)量的不斷追求以及對(duì)尊嚴(yán)的重視，人們又為工程機(jī)械發(fā)展提出了許多新課題。其中，產(chǎn)品的多樣化、智能化、綠色化等圖景正在逐步顯現(xiàn)。

知識(shí)鏈接

機(jī)械是指機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)械是能幫助人們降低工作難度或省力的工具裝置，像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機(jī)械（簡(jiǎn)單機(jī)械）。而復(fù)雜機(jī)械就是由兩種或兩種以上的簡(jiǎn)單機(jī)械構(gòu)成的。人們通常把這些比較復(fù)雜的機(jī)械稱為機(jī)器。機(jī)構(gòu)，指由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過(guò)活動(dòng)聯(lián)結(jié)形成的構(gòu)件系統(tǒng)。

從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來(lái)看，機(jī)構(gòu)和機(jī)器并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，現(xiàn)代中文泛稱為機(jī)械。機(jī)器具有以下三個(gè)特征：它們都是一種人為的實(shí)物構(gòu)件的組合；各部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；在生產(chǎn)過(guò)程中能代替或減輕人類勞動(dòng)，完成有用功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。機(jī)構(gòu)則具有機(jī)器的前兩個(gè)特征。