復原古機械與中華自主創(chuàng)新思維

復原古機械與中華自主創(chuàng)新思維

根據(jù)歷史記錄，中國的國內(nèi)生產(chǎn)總值和科學和技術(shù)在1500年前是世界的首要地位。難怪李約瑟在深入研究中國古代科技史后驚嘆一問:世界工業(yè)革命為什么不發(fā)生在中國。要回答這一問題確也不易,還與中國長期封建制度統(tǒng)治,科舉制度盛行,讀書做官泛濫,不重視科學技術(shù)的深入研究等等因素有關(guān)。隨著改革開放的不斷深入,中國經(jīng)濟在30年來已有飛躍發(fā)展,迫切希望將中國制造改變?yōu)橹袊鴦?chuàng)造,中華民族喊出了響亮的口號:要實現(xiàn)中華民族的偉大復興。復興者就是重新站立到世界先進的行列。為了實現(xiàn)中華民族的偉大復興,我們應該認真剖析各種各樣具有較高水平的古機械,解讀前人、古人的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設計方法,弘揚中華民族敢于創(chuàng)新和敢于奮斗的大無畏精神,建立信心超越先進國家,立志重新成為世界先進科學技術(shù)強國。先進的機械在古代是一個國家強盛的條件,同樣對于現(xiàn)代國家也是生產(chǎn)發(fā)達、國防強大的重要手段。中華復興從研究復原古機械出發(fā)。古為今用,發(fā)揚光大,把中國建設成為自主創(chuàng)新的強國。1“奇器”與“神器”中國古代常將機械稱之為“奇器”,其目的是省力、提高效率,將創(chuàng)“奇器”者稱為“奇人”,亦即是古代一批發(fā)明家,而將“奇人”所做的設計構(gòu)思稱之為“巧思”。歷史上的“奇器”是由“奇人”的“巧思”所做出的巨大貢獻?！捌嫫鳌笔怯伞捌嫒恕钡摹扒伤肌彼炀偷?。中華古機械面廣量多,有農(nóng)業(yè)機械、手工業(yè)機械、起重運輸機械、戰(zhàn)爭器械以及其他機械。涉及的領域十分廣泛。中華古機械另外一個特點:古機械的水平很高,具有當時的世界先進水平。例如,指南車,記里鼓車、被中香爐、木牛流馬、水運儀象臺等等。同時,在研究中華古機械時,不能見物不見人,見人不見思。中華古機械創(chuàng)造過程中,涌現(xiàn)出無數(shù)優(yōu)秀的發(fā)明家,也產(chǎn)生了許多創(chuàng)造性的思維和創(chuàng)造性的方法。這也是掌握智慧寶藏時絕對不能忽視的一個方面。1.1國到明代中國的車種中華古機械,面廣量多,有農(nóng)業(yè)機械、手工機械、起重運輸機械、戰(zhàn)爭器械以及其他機械。在我國秦漢時期(約公元前3世紀至公元3世紀),古機械的發(fā)明已趨成熟,并傳入其他國家,有龍骨水車、水排、風扇車和簸揚機、手織機和提花機、繅絲和紡織機、獨輪車、指南車、記里鼓車、被中香爐、地動儀等等。從三國到明代(公元3世紀至公元15世紀),中國古機械還是保持高水平,這個時期,有不少優(yōu)秀的發(fā)明,如:灌溉用的驢轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)九磨、活塞風箱、腳踏紡車、木牛流馬、水運儀象臺等等。由此看來中華古機械文化遺產(chǎn)內(nèi)容豐富,深入挖掘這一寶藏可以起到溫故而知新,學習前人的智慧在開拓我們創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力發(fā)揮重要作用。1.2地面滾動軸承值得總結(jié)。中華古機械不但內(nèi)容豐富,更重要的有不少古機械的發(fā)明水平之高在當時是首屈一指,其創(chuàng)新性實用價值也是舉世無雙的。例如,指南車(圖1)相傳有5000年的歷史,黃帝憑著指南車在大霧迷漫的戰(zhàn)場戰(zhàn)勝了蚩尤。而據(jù)考證,三國魏馬鈞于公元235年創(chuàng)造指南車。指南車是一輛雙輪獨轅車,車上有一木人,伸臂指南。除兩個沿地面滾動的是足輪外有大小不同的7個齒輪,以保證木人指向不變。為了解決大轉(zhuǎn)彎指向失靈而增設繩輪離合裝置,這種復雜輪系組成的指南車具有很高的技術(shù)水準。又如,被中香爐(圖2)最早記載為西漢司馬相如的《美人賦》,相傳至今已有近2000年。它由球形外殼和位于中心的半球形爐體之間有三層同心圓環(huán)。爐體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和外殼內(nèi)壁的支承軸線呈三維直角坐標式的布置。相當于現(xiàn)在的陀螺儀的型式。爐體由于重力作用,不論球殼如何滾動而中心的爐體始終保持水平狀態(tài)。在陜西省扶風縣法門寺內(nèi)就有一個被中香爐的稀世珍品。而在歐洲最先提出類似設計的是文藝復興時期的大畫家、科學家達.芬奇,晚于中國被中香爐1000多年。再如,水運儀象臺(圖3)是有蘇頌于1092年制成。它的上層放渾儀、中層放渾象,而在下層除放水輪、齒輪等內(nèi)部機械外,還有用木人自動報時、報刻的裝置。整個水運儀象臺結(jié)構(gòu)巧妙,功能精準,具有很高的設計水平和創(chuàng)造水平。由上述三例,說明中國古機械具有很高的水平,發(fā)掘和消化它們創(chuàng)造性成果,將會有利于學習智慧,推動當今自主創(chuàng)新活動向廣泛深入方向發(fā)展。1.3國內(nèi)專家對中國科技的貢獻魯班是春秋戰(zhàn)國時代杰出的機械發(fā)明家,發(fā)明了木工工具、木車馬、云梯等等。丁緩是漢代的能工巧匠,用現(xiàn)在的話來說是一位能干的工程師。發(fā)明了常滿燈、九層博山香爐、七輪扇、被中香爐等。馬鈞是三國時杰出的機械專家,發(fā)明了指南車。祖沖之是南北朝的杰出科學家,研制了指南車、千里船、水力驅(qū)動的硾與磨。同時他在天文、數(shù)學方面也有不小的成績。郭守敬是元代博學多才的科學家,主持設計了圭表、水運渾象、玲瓏儀等等。中華民族自古以來涌現(xiàn)出一批批杰出的科學家、發(fā)明家,不乏有一批領軍人物。包羅萬象的中華古機械推動了中華文明的發(fā)展,使當時中國的GDP世界領先;高水平的中華古機械使中華文明雄踞世界之首,為人類的科技發(fā)展作出了很大的貢獻;人才輩出的機械科學家、發(fā)明家引領中華古機械文化蓬勃發(fā)展,說明中國并不缺乏優(yōu)秀人才。如此豐富多彩的智慧寶藏,值得我們?nèi)ラ_發(fā)和發(fā)揚。2強國之夢,顯神通于古中華如何將復興中華從一句響亮的口號落實到扎實的行動,將古中華的輝煌成就的光芒照亮我們?nèi)崿F(xiàn)強國之夢。研究和復原古機械過程中至少有三方面給我們重要的啟示:2.1創(chuàng)造歷史的態(tài)度古人對古機械的創(chuàng)造發(fā)明過程,遠比我們想象的困難很多,經(jīng)歷了很長的時間。例如指南車,從周公(周武王之弟)開始,經(jīng)過西漢一直到三國馬鈞,其間有1300多年。如果從中國出現(xiàn)齒輪的時間算起,也是經(jīng)歷了400～500年時間在不斷完善。又如木牛流馬從提出到投入使用至少也有十多年的時間。說明古人創(chuàng)造發(fā)明一種古機械是歷盡了辛苦,克服了重重困難最終才取得成功,流芳百世,達到世界先進水平。要成為創(chuàng)新型國家,首先應有敢于創(chuàng)新的精神,不能唯西方文明是好,不能永遠緊隨別人之后。要創(chuàng)世界一流首先應具備敢為天下先的大無畏精神。超越別人,有自己特色才是創(chuàng)一流的根本。2.2諸葛孔明創(chuàng)新的思維中華先賢對于辯證創(chuàng)新思維和經(jīng)驗創(chuàng)新思維的能力是很強的,我們從諸葛亮的“做木牛流馬記”中看到這位奇人的巧思,他考慮到在崎嶇道路上運糧,不能簡單改變外形,采用獨輪車,而是采用具有簡單的四足步行功能的新車,這既是功能上的突破,又是結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。聯(lián)想到諸葛亮的巧妙思維四處洋溢,他的“草船借箭”、“空城計”都是古今聞名的典型創(chuàng)舉。諸葛孔明的創(chuàng)新思維來自于辯證思維和經(jīng)驗思維,來源于形象思維。當然創(chuàng)新的基礎是豐富的知識,孔明有豐富的天文氣象和心理學知識。2.3還原過程的歷史資料復原古機械的工作是一項復雜、艱巨的研究工作。先人的記載往往是“惜字如金”,令人難以理解,再加上不少古機械均已年久失傳,其功能、結(jié)構(gòu)往往無從考證。在復原過程中,對于古代文獻的總體描述要嚴格遵守不能走樣失實。對于細節(jié)問題要按歷史條件加以再創(chuàng)造。因此,復原古機械的過程也是一個增強我們創(chuàng)新能力的過程。3古代中國的創(chuàng)新思想復原古機械的根本目的不僅僅是復制形形式式的古機械,通過展示來宣揚中華悠久文化,更重要是探索中國古代有什么自主創(chuàng)新思想體系,有哪些創(chuàng)新方法,從根本上尋求古人創(chuàng)新思想的種種表現(xiàn),以便發(fā)揚光大,提升中國人的創(chuàng)新思想體系。3.1世界一流:齒輪系傳動,記里鼓車復原古機械中,我們可以發(fā)現(xiàn)象指南車、記里鼓車等都是求新突破舊框框的結(jié)構(gòu),指南車中采用齒輪系傳動,記里鼓車采用定傳動比齒輪及撥輪和連桿實現(xiàn)定距離擊鼓,在當時條件下兩項發(fā)明均稱世界一流。求新精神是自主創(chuàng)新的動力,沒有求新精神難以設計出各種各樣獨一無二的古機械。發(fā)揚光大中華自主創(chuàng)新思想體系是我們復原古機械中應該傳承的精髓。3.2輪車學派的研究復原古機械中,可以看到木牛流馬是三國諸葛亮為了攻魏運糧而研制的運輸車輛。根據(jù)研究,目前有三種觀點:一是獨輪車學派;二是四足步行學派;三是輪-足混合車輛學派,如圖4曹勵華復原的木牛結(jié)構(gòu)。從古文獻的記載來看,第三種形式的可能性較大。制作木牛流馬的需要十分明確,使用時的客觀條件也是清楚的。需求是創(chuàng)造發(fā)明的動力,滿足使用環(huán)境和使用要求是創(chuàng)造發(fā)明的依據(jù)。這種古機械發(fā)明者的務實精神,是發(fā)揚光大中華自主創(chuàng)新思想體系的重要內(nèi)容。3.3種活動軸相聯(lián)在復原古機械中我們發(fā)現(xiàn)古人的創(chuàng)新手段是采用直覺和經(jīng)驗設計,追求創(chuàng)新對象的最優(yōu)。例如被中香爐,根據(jù)《西京雜記》記載是由漢代丁緩發(fā)明,兼有熏香與取暖兩種用途。被中香爐做成球形,有三層活動環(huán)形環(huán),通過互相垂直的三維活動軸相聯(lián),能保證爐體繞三個互相垂直的軸線轉(zhuǎn)到自如,爐體在自身重力的作用下方向穩(wěn)定不變而不會翻傾。這種結(jié)構(gòu)就是當今廣泛應用的陀螺儀。我們先人在2000年前就已發(fā)明應用,實在不易。這不得不歸功于那時已有較先進的直覺設計和經(jīng)驗設計思想,在不斷實踐中得到最優(yōu)的解答。4對中國文化遺產(chǎn)的研究中華民族能屹立在世界民族之林,是由于有悠久的歷史、燦爛的文化、杰出的貢獻和獨特的中華文明。我們要實現(xiàn)中華民族偉大復興,應該對中華民族的歷史有更深入的研究,對中國文化遺產(chǎn)有透徹的了