【人类经济万年史】137 工业革命早期技术成就（上）
工业革命早期技术成就（上）
工业革命是一场以技术革命为先导的经济革命。英国最早研究工业革命的托因比，把1760年定为工业革命的起点。
18世纪制约英国工业发展的两个瓶颈是木炭的短缺和纺纱机的落后。整个重商主义时期的工业生产，使森林在所有西欧国家逐渐消灭。当时树木不仅是造船业和民用建筑的原料，而且是工业燃料，因为只有木炭才能产生高温。早在17世纪，英国多次尝试用煤炼铁，但没有取得有效结果。所以这个岛国只能出口煤，但不得不进口铁。其次是，18世纪初由于棉织机的革新，纺与织之间生产严重失衡，以至出现" 纱荒" ，导致织造部门停工待料。工业革命的巨大浪潮，就是在上述两重困境中开始的。
1.轻纺工业中的技术革命
英国轻纺工业中的一连串技术革新，是沿着一条由织机的革新推动纺纱机革新，纺纱机革新又推动织机革新的路线前进的。
1733年，机械工匠约翰.凯伊发明了飞梭，其目的在于推动当时更为重要的毛纺织业。过去，梭子在织机上两边对掷，因限于手臂长度，织物的门面不够宽。飞梭能使梭子在经线上自由往返，不但可织较宽的织物，而且可提高生产率一倍多。但这项发明在毛纺织业中的直接效果并不显著，工人害怕失去工作，制造商企图无代价使用。直到18世纪50年代，由于棉纺织品市场迅速扩大，飞梭才在兰开夏普遍推广。棉纺织业是个后起的工业部门，传统的阻力较小。
纺织业有纺与织两个部门，以前需要3-5 名纺纱工才能供应一名织工所需棉纱，飞梭的应用打破了织与纺的生产均衡，导致严重的纱荒现象。1751年，英国皇家学会悬赏征求" 发明一架能同时纺6 根棉纱而只需一人照管的机器".于是出现了一连串旨在改进纺车生产能力的发明。
1764年，兰开夏的纺纱工人兼木工詹姆斯.哈格里夫斯设计了一种多锭纺车，以他女儿的名字命名的" 珍妮" 机。哈格里夫斯不愧为机械方面的天才，一天他不慎将纺车碰翻，可是纺车轮子仍带动锭子转动。他由此而得到启发，在一个长方形木机的框架上装置一排垂直的锭子，最初为8 个，1770年增加到16个，1784年又发展到80个。珍妮纺机发明于1764年，1768年投入使用，1769年获专利权。到1788年，英国至少已有珍妮纺机2 万架。
珍妮机只能安装在农民或织工的屋子里，仍然以人力为动力，而且只能纺出用作纬线的软线。它只是缓和了传统手工织布机所需的纺纱生产。1769年，早年的理发师理查德.阿克赖特制成水力纺纱机。阿克赖特本人既不从事纺织，又不懂机械，1770年冒充钟表匠，取得了专利。后经人揭发，法庭宣布专利无效。但阿克赖特深知这项技术的经济价值，便在诺丁汉郊区建了一家工厂，利用德文特河的湍流作动力，他的纺纱机因而被称作水力纺纱机。阿克赖特本人也就成为当时英国最大的纱厂主，同时也是英国按工厂规模利用机器生产的第一人。
阿克赖特的线也可当经线用，但缺点是粗细不匀，只能织细棉布，不能织造光洁的平纹细布。1779年，兰开夏童工出身的萨缪尔.克隆普顿归纳珍妮机和水力机的优点，研制出走锭精纺机，由于是前两种纺机的杂交，也叫" 骡机".骡机能带动400 个纱锭，纱线精细，英国由此而织造出第一批优质平纹细布。
纺纱技术的进步，反过来又造成纺与织间新的生产失衡。因此迫切需要有高效的动力织机来消化过剩的棉纱。1785年，根特的牧师埃德蒙.卡特赖特在木工和铁匠帮助下，制造出一架动力织机，当年取得专利。卡特赖特织布机能代替40个织匠的劳动，使劳动生产率提高6 倍。1791年卡特赖特与曼彻斯特纱厂主格林兰兄弟合建了一个大规模棉织厂，装置400 架动力织机，利用蒸汽机推动，但不幸尚未开工就被人们放火焚毁。1804年，拉德克利夫对卡特赖特织机又作了改进，并为兰开夏所采用。1806年曼彻斯特建立了第一家用蒸汽机传动的织布厂。
棉纺织业中的技术革新也波及到毛纺织业以及与纺织有关的生产工序，如梳毛、漂白的技术革新。
1785年左右，走锭精纺机用于纺棉时，约克郡的家庭纺工开始大量使用珍妮机纺毛。卡特赖特继动力织机以后又发明了梳毛机，10个童工和一个工头用3 架梳毛机在12小时内可以梳出240 磅羊毛。18世纪50年代罗巴克以稀释硫酸代替奶酪，固然可使酸处理过程由两天缩短到几个小时，但这还是不够的。因为主要漂白过程，即在阳光下曝晒，要花几个月时间。1786年法国化学权威贝托莱试验把氯用于漂白布匹，但在法国革命以前，这种方法在法国没有前途。是科普兰教授和詹姆斯.瓦特把这方法在苏格兰漂白业中付诸实施，不久就传到兰开夏。如果没有漂白工序的革新，那么当水力机和走锭纺纱机代替纺车时，整个不列颠诸岛就找不到足够的草地来漂白兰开夏棉布。
2.煤炭工业
煤炭工业是英国最重要的工业部门，甚至在内战前，煤早已是国内贸易和向大陆出口的主要产品。到1750年。煤的生产已成为整个英国工业生产的基础。蒸汽机之所以首先在煤炭工业中突破，与以煤代木趋势从而必须解决煤矿积水问题有着直接关联。以解决抽水问题为开端，16世纪在矿井中使用的空吸泵，在制造水平上已有很大提高，铜和铁取代了木制部件。17世纪，由于空吸泵不断发展并得到日益广泛应用，这就使得伽里略、托里切利和帕斯卡尔开始致力于真空问题研究，开创了真空和大气压力的科学。他们的研究为发展蒸汽机创造了必要条件。许根斯的助手帕平运用这些科学制造了汽缸- 活塞蒸汽机的示范模型。1711年，铁匠托马斯.纽科门研制成第一台具有商业价值的蒸汽泵，在沃里克郡一个矿井中应用于抽排巷道积水。在1702年，这家煤矿要使用500 匹马力机器才能保持矿井无水。但纽科门的蒸汽机存在燃料消耗太多的缺点，它只适用于煤矿，因为那里容易获得廉价废弃燃料，应用到其他部门，燃料成本就显得过高。其次是效率太低。
18世纪50年代，随着工业的高涨，对动力的需求迫使人们在现有基础上对纽科门机作进一步改进。1770年斯米顿的改良机型可达到75匹马力，但它只能用于抽水，不适合驱动机器。詹姆斯.瓦特显然也是为了改进矿井抽水机而发现了纽科门机的根本缺陷。
瓦特是苏格兰人，早年在父亲的工场里学习模型制造。1756年，瓦特在格拉斯哥开设一个制造教具的作坊，并为格拉斯哥大学修理教具。就在瓦特研制蒸汽机时，由于格拉斯哥一些同业的排外而不得不求助于大学的庇护，他的朋友亚当.斯密支持了他。当时在这所大学里工作的约瑟夫.布莱克正在研究潜热理论(1761-1764年），测量热(不同于温度）的科学是格拉斯哥大学新开的一门学科。布莱克关于潜热和比热的理论使瓦特找到了蒸汽机效率不高的原因，从而发明和完善了关键性的分隔冷凝器。而汽缸与活塞的精密加工，则是在威尔金森的帮助下完成的。威尔金森曾是一名军械专家，在铁的镗孔技术方面素有研究。
1765年，瓦特发明的蒸汽机诞生。为了筹措资金，罗巴克成了瓦特的第一个合作者。1769年瓦特蒸汽机获得专利权。1773年罗巴克破产，马修.博尔顿买进了罗巴克的股份。1774年瓦特迁往伯明翰，与博尔顿和威尔金森开始了合作关系和业务活动。1776年试制出单动式蒸汽机，1782年试制出复动式蒸汽机。
蒸汽机的出现，成了英国工业革命的巨大杠杆。从此，煤矿可以更深地挖掘地下矿层。1750年英国煤生产量为477382吨，1790年增至7618728 吨，1795年达到10080300吨。当然，蒸汽机的历史意义绝不止于煤炭部门和英国一个国家。
3.重工业
18世纪英国重工业中的技术革命主要体现在以煤代木的炼铁技术和以机器代替手工制造机器的技术。
英国早在16世纪就开始用煤取暖。16世纪中叶以后，英国的许多工业部门都开始用煤炭作燃料。但炼铁部门直到18世纪初还没有实现以煤代替木材或木炭的转变。尽管煤的潜在用途是明显的，但如何选择适当的矿石和煤以及两者的合理比例，还存在严重的技术困难。
18世纪初，希洛伯郡柯尔布鲁克代尔一家炼铁厂的股东亚伯拉罕.达比想用铁制用具代替黄铜和铜做的家用器皿，从而对冶炼过程发生了兴趣。1709年，在经过多年试验后达比成功地产出焦炼铸铁，并开始用来制造家用铁器。
1717年老达比去世后，第二代达比领导的公司，于1722年成功地以铁代替黄铜，浇铸出纽科门蒸汽机汽缸。1735年公司发明了以焦煤混合生石灰的熔炼技术，1760年又采用鼓风方法吹去硫和其他杂质，至此终于发现了远比木炭冶铁经济的炼铁技术。
与此同时，斯米顿的铸铁圆筒代替了旧式风箱；威尔金森首次装置瓦特蒸汽机向熔炉鼓风，大大降低了燃料消耗。
在铁的精锻方面，1776年柯尔布鲁克代尔工厂的克雷尼奇兄弟借助一种特殊构造的反射炉，将生铁精炼成适合工程使用的熟铁，这一方法一直被使用到1784年。1784年，为海军部工作的船舶经纪人亨利.科特发明了以搅炼与轧制相结合的搅炼炉炼铁法。用这一工艺制造的熟铁，其质量相等于进口熟铁，于是英国有了以煤作燃料的大规模熟铁生产。
由于铁工业的革命，促进了英国铁产量的迅速增长，1788年英国铁产量是6.8万吨，1796年增至12.54 万吨，1806年达到25万吨，绝大部分产自采用焦炭的高炉。1812年条形铁的出口，超过了为维持国内消费的外国进口铁，英国成了铁输出国。
18世纪炼钢技术在冶炼业技术革命中的作用不大。渗碳工艺在这之前早已为人所知。1750年谢菲尔德的钟表匠本杰明.亨茨曼为改进钟表发条而发明坩堝炼钢法。亨茨曼工厂是近代炼钢业中第一家炼钢厂。
在工业革命中，新机器代替了旧有的简单工具。开始时，新机器都用手工制造，且多数是木制，如第一代纺织机器几乎全部是木制，后来随着金属加工业的进步，除蒸汽机外，纺织机器的部件也陆续改用金属。
制造机器的机器，俗称工作母机，也是各种不同功能的机床的总称。17世纪已有木制的车床，工业革命开始时，新的铁制车床纷纷出现，1775年后，近代机器制造业开始兴起。1775年威尔金森为第一台蒸汽机设计的镗床，标志着机床工业的开端。1787年应用于传动机的轴承取得了专利。1797年出现螺丝车床，在构造上已具有现代机床的特点。1798年摩德尔创造的镟床获得专利，并被广泛应用于欧洲金属加工业。从此，机器本身摆脱了手工业的羁绊，资本主义有了自己的技术基础。