关于中国机械工程技术史研究的若干问题

机械是人类生产和生活的基本要素之一，是人类物质文明最重要的组成部分。机械的发明是人类区别其他动物的一项主要标志，机械技术在整个技术体系中占有基础和核心地位。机械技术与人类社会的历史一样是源远流长，它对人类社会生产和经济的发展起着及其重要的作用，是推动人类社会进步的重要因素。中国的机械工程技术不但历史悠久，而且成就十分辉煌，不仅对中国的物质文化和社会经济的发展起到了重要的促进作用，而且对世界技术文明的进步做出了重大贡献。但是由于种种原因，中国的机械工程技术史的研究还相对比较薄弱，发展也不平衡。微观研究方面的工作较多，而宏观研究方面的成果较少。一些最基本的概念和范畴的探讨没有受到应有的重视，这方面的工作也亟待加强。本文主要探讨古今的机械概念及其演变、中国机械工程机械史的范畴与方法、中国古代机械史的分期与研究现状等问题，提出一些初步的看法，以就正于专家学者。


一、 机械的概念规定与机械技术史的范畴

1、机械的现代定义

研究机械工程技术史，首先需要明确机械的观念规定。在我国现代的机械学著作中，“机械”一词是机构（mechanism）和机器（machine）的总称。尽管各种机械的构造、性能和用途各异，但从它们的组成和运动形式来看，却有两个共同特征：

1） 它们是一种人为的实物构件的组合。

2） 它们各部分之间具有确定的相对运动。

凡同时具备上述两个特征的构件组合体便称为机构或机械。机器除了具备上述两个特征外，还必须具备第三个特征：能代替人类的劳动以完成有用的机械功或转换机械能。所以机器是能转换机械能或完成有用的机械功的机构。从结构和运动的观点来看，机构和机器并无区别，因此泛称它们为机械。

机构和机器的定义来源于西方机械工程科学，它们都是现代机械原理中的最基本的概念，但在现代西方机械学著作中，并没有一个作为机构（mechanism）和机器（machine）的总称的专门名词或术语。在日本的机械工学中，机械概念是如下定义的：①

凡符合下述三项条件的，则定义为机械。

①它是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形。

②这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动。

③把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功。

这里，“机械” 一词定义的是machine概念，这一定义与我国机械原理著作对机器的定义相同。mechanism一词，在日本机械工学中译为“機構”，或音译为メカニズム。

考虑到机构和机器均属现代机械学的基本范畴，我们采用能够同时涵盖机构和机器的机械概念，也是有其合理性的。

设计机械的目的是完成预定的机械运动及完成特定的动作，一般来说，一种复杂机械都由三大部分组成。一是原动部分，它是机械动力的来源。二是工作部分，它处于传动路线的终点，完成机械的预定动作。三是传动部分，它是把原动机件的运动和功率传递给工作部分的中间环节。近代机械中又有第四个部分，即自动控制部分。


2、机械的古代涵义及其演变

（1）中国古代文献中“机械”一词的涵义

“机械” 一词由“机”与“械”两个汉字组成，探讨该词的涵义，首先须了解这两个字在古汉语中的意思。

“机” 在古汉语中原指某种或某一类特定的装置，后来又泛指一般的机械。

古代常以“机”指弩上发箭的装置，即弩机。《尚书·太甲》有“若虞机张,往省括于度，则释”。但此篇可能作于西汉。《庄子·齐物论》：“其发若机括。”《释文》称：“机，弩牙；括，箭括。”按此言张弩发箭，以括入机，机动则发。东汉时成书的《说文解字》对“机”的解释是“机，主发者也”，说的也是弩机。由弩机延伸，触发式捕兽器也称为“机”。《庄子·山林》道：“丰狐，文豹……不免于网罗机辟之患。”即指夹子一类的装置。后来的“机防阱”和“机关”也是这个意思。

古代又以“机抒”指织布机。《淮南子·氾论》载“伯余之初作衣也，……手经指挂，其成犹网罗。后世为之机抒胜复以便其用。”《史记·郦生传》有“农夫释耒，二女下机”。南北朝《木兰词》有“不闻机抒声，唯闻女叹息”。《说文解字》：“抒，机之持纬者也。”宋《集韵》也说：“机以转轴，抒以持纬。” 抒就是梭子，而机为转轴部件。“机抒”二字各表织机一个特征部件，因而后有只用一个“机”字代表织机的说法。①

由以上所述可知，“机”之本义当指机械装置中构成转动副的转动构件。

《尚书》：“在璇玑玉衡以齐七政。”伏胜《尚书大传》云：“旋机者，何也？传曰：旋者还也，机者几也，微也。其变几微，而所动者大，谓之旋机。”这里“机”为轴动之物。《管子·形势解》也载：“奚仲之为车器也，方圆曲直皆中规矩钩绳。故机旋机得，用之牢利，成器坚固。”这是讲车的部件生产的质量检验工序，“机旋机得”是指达到转动配合的精度标准要求。②

“机”还引申为许多机械发明的泛称，《战国策·宋卫》说：“公输般为楚设机，将以攻宋。”注称：“机，械，云梯之属。”《荀子·议兵》有“固塞不树，机变不张。”注称“机变，谓器械变动攻敌也。”《后汉书·张衡列传》说；“衡善机巧。”《南齐书·祖冲之传》：“初，宋武平关中，得姚兴指南车，有外形而无机巧，每行，使人于内转之。”“机”字实际可以泛指各种灵巧和关键的机械装置。

“机” 的涵义由此延伸，出现了更具抽象的词义。《韩非子·十过》：“此存亡之机也。”《逸周书·大武》：“此七者，伐之机也。” “机”在 这里指事物之枢要、关键。《庄子·至乐》载：“万物皆出于机，皆入于机。”疏曰：“机者，发动，所谓造化也。”这是指事物变化之所由。“机”还指事物变化之迹象、征兆等等。这样，衍生出大量相关词汇，如机巧、机先、机兆、机密、机会、机缘、机要、机谋、机关和机衡等。

“械”在古代是指器械、器物等实物。《庄子·天地》载“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多。”“械”在这里为一般器械或器具。《墨子·公输》：“公输般为楚造云梯之械。”这是指兵器。《汉书·司马迁传》载：“淮阴（韩信），王也，受械于陈。” “械”在此指刑具。

与“机”原指局部的关键机件有所不同，“械” 在中国古代原本便指某一整体器械或器具，。这两字连在一起，组成“机械” 一词，便成为为一般性的机械概念了。

在先秦时期的文献中，已经讨论了抽象的机械概念。《庄子·外篇·天地第十二》有一段关于机械技术思想意义的讨论：

（子贡）见一丈人方将为圃畦，凿隧而入井，抱瓮而出灌，然用力甚多而见功寡。子贡曰：“有械于此，一日浸百畦，用力甚寡而见功多，夫子不欲乎？”为圃者仰而视之曰：“奈何？”曰：“凿木为机，后重前轻，挈水若抽，数如汤，其名曰槔。”为圃者忿然作色而笑曰：“吾闻之吾师，有机械者必有机事，有机事者必有机心。机心存于胸中，则纯白不备。纯白不备，则神生不定。神生不定者，道之所不载也。吾非不知，羞而不为也。”子贡瞒然，俯而不对。

这段文字是中国技术思想史的重要史料，后面将进行专题讨论。这里我们感兴趣的是，子贡与老人的对话给出了机械的概念界定：机械是能用力甚寡而见功多的器械。

关于机械的概念，在《韩非子》卷十五《难》二中有类似的论述：“审于地形、舟车、机械之利，用力少，致功大，则入多。”这里还有了初步的经济观点。①

由此可知，中国古代早在战国时期就已形成了与现代机械学中“机械”一词涵义比较相近的机械概念和术语了。

（2）西方古今的机械概念

英文的“machine”一词，其涵义要比现代机械学界定的“机器”（machine）概念要广。在一般使用上，它与汉语的“机械” 一词类同。美国罗伯特·欧布林（ Robert Obrien）所著《机器》一书中指出：英文的“machine”（机械）一词来源于希腊文mechine及拉丁文mecina，两者原意都指的是“巧妙的设计”。Machine作为一般性的机械概念的出现，主要是为了区别与手工工具。在西方，一般性的机械概念的提出，可追溯到古罗马时期。

西方最先提出机械定义的是古罗马的建筑师维特鲁威（Vitruvii）。他在其著作《建筑十书》（约成书于公元前32－33年）给出了这样的定义：“机械是把木材结合起来的装置，主要对于搬运重物发挥效力。”他对机械和工具作了区别：“机械（machane）和工具（organon）之间似乎有着以下的区别。即机械是以多数人工和很大的力量而发生效果的，如重弩炮和葡萄压榨机。而工具则是一名操纵人员慎重地处理来达到目的的，如蝎形轻弩炮或不等圆的螺旋装置。因此工具和机械都是利用上不可缺少的东西。”②

亚历山大利亚城的希罗（Hero of Alexandria，公元1世纪）最早讨论了机械的基本要素，他认为机械的要素有五类：轮与轴，杠杆，滑车，尖劈，螺旋。希罗的论文只是关系到提升和推动重物，虽不够全面，但却反映了古典机械的特征。③

1724年，德国莱比锡的机械士廖波尔特（Leopold）给出的定义是：“机械或工具是一种人造的设备，用它来产生有利的运动；同时在不能用其他方法节省时间和力量的地方，它能做到节省。”④