機械是什么時候有的?

【專家解說】：">機械工程的發(fā)展歷程
人類成為“現(xiàn)代人”的標志就是制造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單粗糙的工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現(xiàn)代機械，經(jīng)歷了漫長的過程。
幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，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、傳動和工作三個部分的完整機械。
人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000~前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風。
15~16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經(jīng)驗和技術(shù)知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現(xiàn)，商品生產(chǎn)開始成為社會的中心問題。
18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產(chǎn)業(yè)。
機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術(shù)。機械工程是促成18~19世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。
動力是發(fā)展生產(chǎn)的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產(chǎn)提高到一個新的階段。
在英國，紡織、磨粉等產(chǎn)業(yè)越來越多地將工場設(shè)在河邊，利用水輪來驅(qū)動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產(chǎn)需要下，18世紀初出現(xiàn)了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅(qū)動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用于煤礦。
1765年，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)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，使礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用很不方便。
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(qū)動各種工作機械的基本動力。生產(chǎn)的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產(chǎn)發(fā)揮作用。
發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現(xiàn)了高效率、高轉(zhuǎn)速、大功率的汽輪機，也出現(xiàn)了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。
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。它先被用以驅(qū)動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用于鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內(nèi)燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內(nèi)燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機、噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)因素之一。
工業(yè)革命以前，機械大都是木結(jié)構(gòu)的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結(jié)構(gòu)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。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現(xiàn)的礦山、冶金、輪船、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，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。
機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術(shù)及其裝備，以及切削加工技術(shù)和機床、刀具、量具等，得到迅速發(fā)展，保證了各產(chǎn)業(yè)發(fā)展生產(chǎn)所需的機械裝備的供應。
社會經(jīng)濟的發(fā)展，對機械產(chǎn)品的需求猛增。生產(chǎn)批量的增大和精密加工技術(shù)的進展，促進了大量生產(chǎn)方法的形成，如零件互換性生產(chǎn)、專業(yè)分工和協(xié)作、流水加工線和流水裝配線等。
簡單的互換性零件和專業(yè)分工協(xié)作生產(chǎn)，在古代就已出現(xiàn)。在機械工程中，互換性最早體現(xiàn)在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產(chǎn)的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產(chǎn)方法生產(chǎn)火槍，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產(chǎn)方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產(chǎn)方法”。
20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產(chǎn)技術(shù)加上泰勒在19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產(chǎn)的機械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率很快達到了過去無法想象的高度。
20世紀中、后期，機械加工的主要特點是:不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴;提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度;利用數(shù)控機床、加工中心、成組技術(shù)等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產(chǎn)的生產(chǎn)效率提高到近于大量生產(chǎn)的水平;研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術(shù)。
18世紀以前，機械匠師全憑經(jīng)驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不發(fā)生聯(lián)系。到18~19世紀，在新興的資本主義經(jīng)濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產(chǎn)，而直接進行生產(chǎn)的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎(chǔ)理論。
動力機械最先與當時的先進科學相結(jié)合。蒸汽機的發(fā)明人薩弗里、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論;在蒸汽機實踐的基礎(chǔ)上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學--熱力學。內(nèi)燃機的理論基礎(chǔ)是法國的羅沙在1862年創(chuàng)立的;1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內(nèi)燃機而奠定了內(nèi)燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發(fā)展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉(zhuǎn)架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關(guān)于齒輪傳動瞬時速比與齒形的關(guān)系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之后方有理論闡述。
手搖把和踏板機構(gòu)是曲柄連桿機構(gòu)的先驅(qū)，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構(gòu)的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構(gòu)學的成就。機構(gòu)學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構(gòu)，包括復雜的空間連桿機構(gòu)的運動，并進而能按需要綜合出新的機構(gòu)。
機械工程的工作對象是動態(tài)的機械，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見;實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷;加工精度有一定的偏差，等等。
與以靜態(tài)結(jié)構(gòu)為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結(jié)合實踐經(jīng)驗進行工作。設(shè)計計算多依靠經(jīng)驗公式;為保證安全，都偏于保守，結(jié)果制成的機械笨重而龐大，成本高，生產(chǎn)率低，能量消耗很大。
從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數(shù)學方法的發(fā)展，使設(shè)計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現(xiàn)各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。
20世紀后半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用，使得對復雜的機械及其零件、構(gòu)件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對于掌握有充分的實踐或?qū)嶒炠Y料的機械或其元件，已經(jīng)可以運用統(tǒng)計技術(shù)，按照要求的可靠度，科學地進行機械設(shè)計。