简述那些改变世界的工业技术
发布时间：2012-9-20 09:35
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工业革命又叫做产业革命，工业革命是以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技革命。由于机器的发明及运用成为了这个时代的标志，因此历史学家称这个时代为“机器时代”。 从整体的世界历史来看，由于英国首先完成了资产阶级革命，随着市场需求的日益扩大，各行业兴起了技术革新的热潮，因此工业革命主要是有英国兴起的一场技术变革，它是与18世纪下半叶。 历史上的工业革命主要有两次：第一次工业革命始于18世纪60年代结束于19世纪中期，1765年珍妮纺纱机的发明标志着第一次工业革命的开始，第一次工业革命的标志是蒸汽机的使用； 第二次工业革命始于19世纪70年代结束于20世纪初，第二次工业革命的显著标志是电力的使用、内燃机和新交通工具的创制和使用、通讯手段的发明和化学工业的建立。 经历了两次工业革命的洗礼，我们的社会已经发生了巨变，但是就目前来说我们正处于第二次工业革命和石油世纪的最后阶段，新的通讯技术和新的能源系统结合将再次出现——互联网技术和可再生能源将结合起来，将为第三次工业革命创造强大的新基础设施。同时3D打印技术等新的生产技术正在向我们逼近，以新能源为主导的第三次工业革命即将到来，下面我们就来看一看那些改变人类社会的工业技术。 珍妮纺纱机 在1733年，英国的一个钟表匠约翰·凯伊发明了飞梭。在这之前人们织布都是用的普通的梭子，得有两个人配合，自从约翰·凯伊发明了飞梭之后一个人就能完成织布工作，而且能织比以前更宽的布。飞梭的发明，大大提高了织布效率，但这个时候棉纱又供不上使用了，这个时候人们迫切要求发明一种机器，来提高纺纱的速度，提供更多的棉纱。 在约翰·凯伊发明了飞梭大大提高了织布的速度之后，织布用的棉纱的需求出现了供不应求的状况，但在这一时期棉纱却还是依靠众多家庭手工业的纺车慢慢纺出来。1764年英国兰开郡的纺织工詹姆斯·哈格里夫斯发明了以他女儿珍妮命名的纺纱机。“珍妮机”是真正意义上最先完成从工具到机器的转变的机械，同时“珍妮机”的出现，也推动了与此相关的织布、动力、运输等一系列行业发明和使用机器，从而揭开了英国工业革命的序幕。也就是说珍妮机的出现才是工业革命开始的标志！ 
万能蒸汽机 1776年詹姆斯。瓦特制造出了第一台有实用价值的蒸汽机，以后又经过一系列重大改进，并与1789年获得了专利是第一次工业革命的主要标志。 其实，瓦特并不是蒸汽机的发明者，在他之前，早就出现了纽可门蒸汽机，但它的耗煤量大、效率低。瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种蒸汽机 的毛病所在。 从 1765 年到 1790 年的二十多年的时间里，瓦特进行了一系列发明，比如分离 式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的 3 倍多，纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。这时现代意义上的蒸汽机才算是真正的出现了。 通过三次技术飞跃，瓦 特走过了二十多年的艰难历程， 终于完成了对纽可门蒸汽机的三次革 新，使蒸汽机得到了更广泛的应用，成为改造世界的动力。工业革命 的产生一部分原因是因为蒸汽机， 这使得英国成为世界上第一个工业 化国家，开创了影响深远的自由主义经济模式，并建立了一个地跨全 球的日不落帝国，在十八世纪中期到十九世纪中期引领着世界的发展。 蒸汽机作为工业城市之母，蒸汽动力的出现加快了工业化的速度，同时也带来了交通运输也的革命，1814年铁路的出现，标志着铁路时代的到来。铁路的兴建普遍加快了工业革命的进程，还对当时的社会关系造成了冲击。蒸汽轮船也与1807年问世。就第一次工业革命而言，纺织和铁路成为领先的部门。 
直流发电机 1831年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。法拉第电磁感应定律的提出为后来的人们提供了广泛的思维。一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。 1834年德国人雅可比最先制成了世界上第一台电动机。与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。 1866年西门子的创始人维尔纳.冯.西门子制成了直流自激、并激式发电机，并制成了一架大功率直流电机。1867 年在巴黎世界博览会上展出第一批样机。这样，西门子就首次完成了把机械能转换成为电能的发明，从而开始了 19 世纪晚 期的“强电”技术时代。 1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机。在设计上，直流发电机和电动机很相似，但是这种直流发电机的优点在于当人们向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来。格拉姆发明的直流发电机标志着第一台实用直流发动机的问世，这时候电动机才广泛应用起来。 
1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。 1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。 同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，便转子绕组用直流供电，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。 内燃机 1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。 1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦（4.4马力）的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转/分，压缩比为2.66，热效率达到14％，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。此后奥托内燃机获得推广，性能也在提高。人们把奥托发明的内燃机成为奥托循环机，这是内燃机划时代的进步。 
1956年，内燃机发展史上出现了一项革命性的新设计，这就是德国人万克尔（F．Wankel）发明的旋转活塞发动机，也称转子发动机。这种发动机直接使输出轴旋转，大大减小了振动，同时革除了曲轴连杆和配气机构。其零件数减少了40%，重量减轻了50%，体积小了一半，转速高、功率大、油耗小，因而引起各国重视。 钢铁时代 伴随“电气时代”而来的是“钢铁时代”。电气技术革命在欧洲广泛兴起的同时也推动了老工业部门的发展，最突出的是钢铁工业。 19世纪上半叶，由于房屋结构和铁路的需要，熟铁和铸铁的产量提高极快，但钢的产量裹足不前。英国是当时世界上钢产量最多的国家，1850年年产量不过6万吨，同年它的铁产量却达到250万吨。由于冶炼工艺的限制，钢产量不高，价格昂贵，其用途局限于工具和仪表。 19世纪下半叶，由于西门子、托马斯等人在钢铁冶炼技术方面的贡献，钢得以大量生产且质量大幅度提高，因而逐渐代替熟铁，作为机械制造、铁路建设、房屋桥梁建筑等方面的新材料而风行全球。钢铁工业的发展如日中天，导致重工业在工业中的比重直线上升，史称“钢铁时代”。 机器人 日本是当今的工业机器人王国， 既是工业机器人的最大制造国也是 工业机器人的最大消费国。但实际上工业机器人的诞生地是美国。1920 年捷克作家卡雷尔恰佩克发表了剧本 《罗萨姆的万能机器人》 剧中叙述了一个叫做罗。萨姆的公司将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事，引起了世人的广泛关注。于是在 1959 年美国的一家汽车公司，工业机器人应运而生——美国人英格伯格和德奥尔制造 出了世界上第一台工业机器人， 他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动， 而 且不需要报酬和休息任劳任怨。接着他们两人合办了世界上第一家机器人制造工厂，生产 unimate 工业机器人。 与此同时， 十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。毫无疑问，在美国诞生并已投入生产 的工业机器人给日本带来了福音。1967 年日本川崎重工业公司首先从美国引进机器人及技术，建立生产厂房，并于 1968 年试制出第一台日本产 unimate 机器人。经过短暂的摇篮阶 段， 日本的工业机器人很快进入实用阶段， 并由汽车业逐步扩大到其它制造业以及非制造业。 1980 年被称为日本的“机器人普及元年” ，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓 解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。 再加上日本政府采取的多方面鼓励政策， 这些机器人受到了广大企业的欢迎。 除过美国和日本外，其他一些制造业较发达的国家也开始使用工业机器人。据统计，1993年末全世界安装的工业机器人有61万台，其中日本占60%，美国占8%，欧洲占17%，俄罗斯占12%。 当然相较与制造业的庞大的用工量，机器人在全世界范围内的安装量还不算大，但是近年来随着人力成本、人口因素的影响，使用工业机器人代替人力劳动的呼声不断加大，相信工业机器人在未来的将会用广阔的市场前景。 3D打印技术 3D打印机出现在上世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。 
如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。 在3D打印技术可以打印器官、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。著名的《经济学人》最近描述了3D打印技术的前景是一种新型的生产方式，能够促成新的工业革命。史玉升也表示说：“3D打印技术将来会促进传统的设计和制造模式，只是如今还没有大范围的推广和应用。随着3D打印技术的成熟和社会的发展，制造业的跨越式发展指日可待。” |
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