“六王毕,四海一”:论秦代机械工程的发展
引言
秦代作为中国古代历史上首个统一的多民族国家,在政治制度、社会观念等多方面,对中国古代历史发展进程造成了深远的影响。相对于秦代对政治制度和社会生活的巨大影响,秦代在中国古代科学技术史上的地位,则通常容易被忽略,偶有讨论也主要集中在土木工程等方面,对于秦代机械工程的研究比较少见。
传统观点认为,秦代的机械工程技术主要为木制技术,比较典型的代表为木车马。但是近年来伴随考古发掘的不断出现,秦代对于铜制技术的掌握逐渐得到证实,尤其是陕西秦始皇陵出土的铜车马,标志秦代机械工程的发展已经达到了世界顶尖水准。
一、秦王扫六合,虎视何雄哉
和秦代土木工程技术的发展历程相似,秦代机械工程的发展,尤其是秦代冶金技术的发展,很大程度上依赖于秦国、秦王朝本身的发展。
春秋早期的秦国属于边缘型诸侯国,其综合国力和政治影响力都相当有限。但是经过包括商鞅变法在内的数次改革,战国早期的秦国已经发展成为重要的政治力量,最终在公元前221年成功统一中国。
《过秦论》:“奋六世之余烈 振长策而御宇内”
在秦国不断发展壮大的过程当中,秦国的机械工程同样获得了发展。应当明确的是,在整体生产力相当落后的中国古代社会,机械工程的发展必须依靠于国家力量的实现。尤其是机械工程的标准化,对于讲究个体技术传承的中国古代社会,如果没有国家的统一标准,是根本无法实现的。
因此,秦代能够实现机械工程的快速发展,很大程度是通过国家一级的强制命令实现的。秦代机械工程的主要发展为其标准化进程。能够实现机械工程的标准化生产,其根本在于秦始皇的统一度量衡政策。在拥有明确的度量衡标准的前提下,秦代的机械工程的规制得到了比较的确定,为机械工程的发展奠定了基础。
秦始皇统一六国之后,为满足个人的享乐需求和维护国家统一的需要,要求全国各地的工匠汇聚到咸阳。这部分工匠被纳入官方的工作系统当中,按照官方的要求完成机械工程的制造技术,极大地加速了秦代的机械工程标准化进程。
根据秦代的法律,任何机械的工艺水准均有对应的清晰要求,如果负责的工匠无法达到要求,将会遭受极其严重的处罚。虽然这种制度对普通工匠的人身自由造成了很大破坏,但是客观上也通过法律的形式,在最短时间内树立了标准化的机械工程理念。
同时,如果考察秦代机械工程的发展脉络,很容易发现秦代机械工程的发展,完全是在秦代国家需求的指导下进行的。
秦代的机械工程标准化首先体现在兵器的标准化。这种现象的出现,毫无疑问是秦国为了满足自身争霸战争需求导致的。依靠自身多年积累的优秀经济实力,秦代较早地在战国时期实现了武器的大规模标准化生产,并且在这一过程当中积累了大量标准化生产的经验,为之后机械工程标准化扩大奠定了基础。
二、小夫事机械,心甚山川险
中国古代科学技术的发展,往往依靠于长期经验的积累。秦代机械工程的发展同样是建立在战国以来长期技术发展之上的,是战国时期机械工程技术的延续和发展。战国时期机械工程发展最重要的标志,是冶铁技术的迅速扩展。
先秦时期尤其是西周时期,主要的冶炼技术为青铜冶炼技术。虽然西周时期的青铜冶炼技术已经相当成熟,并且出现包括司母戊大方鼎在内的大量具有极高艺术价值的青铜器,但是青铜器本身的金属特性,使得其可塑性等方面天然存在较大的缺陷。
战国中后期,受到长期诸侯争霸战争的推动,铁器冶炼技术的发展达到新的高峰。战国时期河北易县燕下都遗址出土的钢剑、钢戟,经鉴定是块炼加渗碳、再锻打而成;从长沙战国楚墓出土的铁铲,是采用“高温液体还原法”浇铸形成。其余陆续出土的铁器也均证实战国时期的铁器技术,较西周已经出现长足进步。
战国时期铁器冶炼技术的主要突破,体现在铁范的出现和可锻铸铁的使用。铁范相较于陶范,厚度更加均匀、使用更加耐久,为大规模的标准化生产奠定了坚实的基础。可锻铸铁的使用,极大地提升了铁器的使用寿命。
除却冶铁技术的快速进步,秦代器物的形制本身同样获得了较大的改进。在长期的实践积累当中,秦代逐渐对战车的制造有了更加科学的认识。通过规定战车内部各个构件之间的距离和角度、车轮外形的规整度等,秦代的战车性能获得了极大的提高,规避了以往战车稳定性差的缺陷。
同时,其他小型工具的形制也获得了快速的发展。包括斧、削、锯、锥、凿、锤等工具,秦代均在原有基础上对其进行了改造,使得其可以更加符合人体工程学的需要。冶铁技术和器物形制的发展,和秦代机械工程制造过程本身的发展息息相关。
先秦时期的中国古代社会,由于度量衡的不统一等问题,长期难以实现大规模的规范化标准生产。秦始皇统一六国之后,首先统一度量衡,使得机械工程的制造可以实现标准生产。
同时,机械工程制造过程的分工也更加细化,对于各过程的工艺要求也出现了非常清楚的划分,极大地推动了秦代机械工程的标准化进程。
三、日暮红尘合,车马乱纵横
秦代机械工程发展的高峰水准,在秦陵出土的铜车马上得到了充分的展现。秦始皇陵出土的铜车马,其零部件数量超过三千余个,涵盖铜、金、银等多种金属材料,使用工艺包括锉、磨、削、抛光、焊接、镶嵌等,制作和安装均有明显的流程。大部分零件的重量和尺寸均有明确的规定,同型号零件之间的差距被控制在极其微小的范围内。
相对于铜车马本身的精巧,其动态性更加值得我们关注。在铜车马以前的大多数机械工程产物,通常以比较静态的形式呈现。虽然尺寸同样也实现了比较初步的标准化,但是在可动性方面存在较大的不足。铜车马的出现,标志秦代已经充分掌握了基本的动态机械工程技巧。
经过初步的研究,铜车马的可动性和稳定性相当高。这表明秦代的机械工程对于动态力学的掌握已经拥有了比较成熟的理解。在铜车马的活动过程当中,可以发现其力学传输已经尽可能实现了效率的最大化,各部件之间的角度和比例均进行了有意识地设计,满足铜车马允许需求的同时减少不必要的力学损耗。
更加值得注意的部分在于,铜车马根据不同部分的承载力或动力需求不同,有意识地修改了不同零件的质地。如撑,因承受很大的固定载荷,强度要求更高,锡的含量比其他零部件就会高一些;立伞柄,为中空圆柱形,可以减轻了重量,同时增加强度与抗弯能力。
不同部件的安装技术也存在差异。要求稳定性的部件,采用不可卸连接法,如铸接法、焊接法、镶嵌法、铸补法、红套法与粘接法等;要求高机动性的部件,采用可卸连接法,如子母扣法、纽环扣接法、转轴连接法、开合口的策扣连接法与销钉连接法等。
可以说,秦代的铜车马是力学、数学、材料学等学科的结合。能够在科学技术水平落后的古代社会,制造出这样规范化的机械产物,可见秦代机械工程的先进程度。
结语
秦代机械工程的发展,虽然在技术上的突破整体有限,但是其树立的标准化理念,对于中国古代科学技术的影响是不可估量的。
得益于统一国家的建立,秦代有条件大力发展机械工程,促使其能够生产出大批世界一流水准的机械产物。这种举国机械工程体制,极大地影响了中国古代社会对机械工程的制造要求,成为中国古代国家机械工程的奠基。
参考文献
《史记》
下一篇:在成都,科幻遇见未来
大家都在看
-
我国古代的计时仪之最 时间是人类创造出来的一个概念。可能与光有关,也可能与生长有关,还可能与外星人有关……光影(图片来自网络,下同)很早,人类就发明了用来计量时间的设备。从粗糙到精致,从大概到精准。从时间计量仪器的演变就可 ... 机械之最11-07
-
新车停在机械车位,最担心的事情发生了…… 1刚买的“吉利银河” 被机械车位压坏杭州拱墅区有个富越香郡盈座何女士在这里租了一套公寓还租了一个机械车位说是取车时刚买来一个多月的新车被压坏了该怎么修怎么赔几方无法达成一致何女士:10月19号下午3点多我去 ... 机械之最11-06
-
给敌人递刀子?中企帮印度建最大最强炼铁高炉,将损害长远利益? 今年9月,在印度发生了一件大事,我国给印度修建的最高规格的钢铁高炉在印度塔塔钢厂2号高炉点火投产。为什么说这对于印度来说是一件大事呢?因为此次中国五矿集团旗下公司所研发的这款钢铁高炉非常不一般,它是世界 ... 机械之最11-06
-
每日数码科普之五十一:键盘的进化与现代趋势 在数码时代,键盘作为最基本的输入设备之一,已经从简单的文字输入工具,发展成了富有科技感和个性化体验的数码产品。从经典的机械键盘到轻薄的无线键盘,各类技术的进步为键盘带来了更好的手感、功能性和设计上的多 ... 机械之最11-05
-
2024年双十一机械键盘入门及选购推荐(含无线键盘、游戏键盘) #理想家生活#本内容来源于@什么值得买APP,观点仅代表作者本人 |作者:DMN多米诺各位好,我是多米诺。双十一到了,希望各位都能买到适合自己的键盘。长文预警,建议先赞再收藏慢慢看。需要注意,本文不含铝坨坨卷王 ... 机械之最11-04
-
山东一只“机器狗”火遍全网!确实厉害→ 这几天,泰山上一只机器狗火遍全网。它驮着重物,在陡峭山路上“健步如飞”,从泰山山脚的红门到山顶仅用了两小时,是普通人登山时间的一半,攀登泰山,轻松拿捏。据介绍,这是泰山文旅集团物业公司测 ... 机械之最11-04
-
太空“豪宅”!揭秘中国空间站的非凡性能→ 我国的空间站自2022年底完成在轨建造以来,已经成为了一座国家太空实验室,也成为中国航天史上目前规模最大、长期有人照料的空间实验平台。随着神舟十九号飞船航天员乘组进入太空,我国空间站应用与发展阶段的第四次 ... 机械之最11-04
-
机械行业最不缺的就是一线牛马!毕业生如何脱颖而出? #机械 机械行业的现状!1. 机械行业永远缺愿意干活的牛马,永远缺画图狗。本人作为一名机械工程师,在各种大厂待过很多年,从事机械设计行业已经 12 年了,月薪 32k 左右。2. 这十几年的经历整理了很多学习机械的书籍和资 ... 机械之最11-04
-
长沙工程机械何以走俏非洲? 中新网湖南新闻11月1日电 (记者 鲁毅 徐志雄)从肯尼亚“世纪工程”蒙内铁路,到非洲第一高楼埃及标志塔,再到非洲最大的露天铜矿赞比亚卢姆瓦纳铜矿……伴随这些非洲“超级”工程的稳步推进,中联重科起重机、三一重 ... 机械之最11-02
-
全球最宽轧机成功热试 记者从河南钢铁集团获悉,全球最宽轧机——河南钢铁集团周口基地5600mm轧机10月31日成功进行热负荷试车,轧制出第一块宽厚板。这是我国钢铁极限制造领域的又一次成功跨越,标志着世界宽厚板轧机迈入5600mm新时代。河 ... 机械之最11-01
相关文章
- 全球最宽轧机成功热试
- 十年磨剑破解城市地下超窄空间施工难题
- 机械设备最关心电缸什么
- 重回兵器谱排行第一名,迈凯伦F1继任者W1来了
- 用事实说话 盘点京东最热销的十大机械键盘
- 《尼尔:机械纪元》评测8.0分 顶配的屁股和低配的开放世界
- 寻访“两弹一星”亲历者丨最需要的地方
- “2024中国工程机械专业化制造商50强”发榜
- 在平凡中见证伟大!《环球时报》独家探访青藏铁路“天路卫士”
- 共享发展机遇 中捷机械工业合作潜力大
- 运动机械手表哪几个品牌最专业?
- 最低 99 元,这些机械键盘手感是真的好
- 意大利军用三蹦子—摩托古兹机械骡子”
- 机械类最吃香专业是什么?再看该专业2024年在浙江省分数线是多少
- 机械专业刚读大学最应该做的是什么 #学习计划
- 揭秘!这所“半步211”大学,与海为邻,机械专业傲视群雄
- 华特磁电添世界级科技成果,博阳机械粉尘回收率超99.9%!科创中国“试”出齐鲁样板
- 潍坊临朐:蓄势腾飞正当时 积厚成势勇前行
- 张雪峰谈机械类专业:最吃香的三个专业是什么?
- 从国之重器到日用百货 各行各业由大变强挺起发展脊梁
热门阅读
-
天下第一暗器暴雨梨花针,传说中的唐门暗器做出来了 07-13
-
世界十大大型船舶排名,第一能承重六十万吨! 07-13