技术创新概论第三讲,技术创新方法概论

('第三讲技术创新的历史演进一、工场手工业经济时代的技术创新工场手工业经济时代，推动工业生产力发展的，最初不是发明家和企业家，而是商人。商业的需要，推动着产品的产量增加和手工工具的改良。当时，手工工具的发明和创新，依靠的是工匠的经验和技艺，工匠集发明者与创新者于一体，其成果便直接在手工业工场得到应用。工场手工业时代的工具创新是由许多工匠渐进式创新集成的，以至从现有的资料中无法分清是怎样发明的。如玻璃产品的制造和工艺创新。二、机器工业经济时代的技术创新机器工业时代的技术创新首先出现在英国，英国的工业革命是从纺织机的发明与应用开始，历经蒸汽机的发明与应用，机床的发明与应用，形成了较为完整的机器工业技术体系。这一过程是工具机、动力机、传动机的发明与创新交互作用的过程。这一时期机器的创新同时伴随着产业化的过程。（一）纺织技术——工业革命的源头1733年英国钟表匠凯伊（J.Kay,1704—1774）发明了飞梭，使织布效率提高了一倍，并使布面加宽。结果纺纱与织布不协调，长期发生“纱荒”。曾当过木工的织布工人哈格里沃斯（J.Hargreaves约1720—1778）发明了竖锭纺车，以他女儿的名字命名为“珍妮机”并于1770年登记了专利。消除了纺纱和织布的瓶颈，成了产业革命的火种。1769年理发师阿克赖特发明了水力纺纱机，生产率提高了10倍。如此动力问题引起广泛的关注。（二）蒸汽机的发明、制造与使用发明蒸汽机的动因蒸汽动力机的发展公元前120年，古埃及亚历山大的希罗，制成用蒸汽的力量带动的简单的机械传动装置。1679年，法国工程师巴本(1647一1712年)研制出了一种“蒸煮器”，蒸煮器”就是现代人们常用的高压锅。1690年，巴本制成了第一台单缸活塞式蒸汽机。4、1698年，英国工程师萨弗里(1650—1715年)又发明蒸汽泵。它的直接目的是抽水。蒸汽泵是第一台投入实用的蒸汽机。5、1705年，英国工程师纽可门(1663—1729年)与萨弗里一起探讨改进方案，造出了一台蒸汽机。6、1769年，瓦特造出了第一台样机并不断改进蒸汽机纽可门的蒸汽机瓦特蒸汽机的发明原因到了工业革命时期，由于工业生产对于动力机的需要空前增长，但纽可门蒸汽机只能用于矿山抽水，不能满足新的需要；加上力学，机械学的发展，钢铁冶炼和制造工艺的提高，瓦特蒸汽机应运而生。瓦特蒸汽机发明的进程1765年，瓦特想出了在汽缸之后再加一个冷凝器的主意。1769年，瓦特造出了第一台样机，并获得发明冷凝器的专利。1781年，瓦特改变了蒸汽机只能直线做功的状态。1782年，瓦特进一步设计出了双向汽缸，使热效率又增加了一倍。1790年，瓦特机几乎全部取代了老式的纽可门机瓦特后来又发明了离心调节器，它使输入的蒸汽不致太多或太少。瓦特与他的蒸汽机瓦特蒸汽机发明的进程1766年罗巴克与瓦特签订合同，赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。博尔顿赞助瓦特，1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。１７８２年，瓦特根据这一设想，试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单项汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃，纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。1784年，瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第四项专利。1788年，瓦特发明了离心调速器和节气阀；1790年，他又发明了汽缸示工器，至此瓦特完成了蒸汽机发明的全过程。蒸汽机的使用与影响1807年美国富尔顿制造了木制蒸汽轮船。1814年英国的发明家史蒂芬森设计成功第一台蒸汽机车，这台能牵动30多吨货物的机车用来运煤。1790年首次采用了蒸汽动力鼓气炼钢。工程师贝塞麦发明了大炮炮筒的来复线结构，为了炼出合格的钢铁作炮筒，他在1856年发明了转炉炼钢。1864年德国西门子（W.Siemens,1823—1885）和法国人马丁发明了平炉炼钢。(三)机器制造技术各种机器的出现，带动着机器制造技术的发展。1775年工程师威尔金森改革了斯米顿制造的镗床，提高了加工精度，用它加工的汽缸内径的误差只有1毫米。1797年，英国机械师享利·毛兹利制造出了全金属的大型车床，车床上装有滑动刀架，改变了以往用手拿工具进行加工作业的方法，克服了手工操作很难按尺寸要求加工的缺陷，使得一般工人也能迅速而准确地加工部件。这两项发明在机床发展史上占有重要地位，标志着金属加工技术发生了质的飞跃。到19世纪50年代，龙门刨床、铣床、钻床、打孔机、开槽机等机床先后问世，机器制造业完成了从手工向机器操作的过渡，并且进入了用机器制造机器的时代。(四)钢铁冶炼技术英国18世纪以前用木炭炼铁，18世纪后由于木炭短缺改用煤炼铁。但英国煤炭中含有硫等杂质，所炼出的铁质地很脆，难以使用。1735年，英国人达比首先发明了把煤炭炼焦炭，再用焦炭炼铁的方法。燃料问题的解决使英国的铁产量迅速增长。到1750年钟表匠享兹曼发明了用坩埚炼钢的方法，坩埚用耐火泥制成，将生铁投入坩埚后将埚封闭，由于铁水与空气隔绝，炼出的钢相当纯净。1784年，工程师享利·科待又发明了搅炼法，让铁水在不停的搅动中脱碳，冷却后锻压即成熟铁。搅炼法的出现为精炼优质铁开辟了一条广阔的道路。到18世纪末，英国已成为欧洲重要的钢铁出口国，率先进入钢铁时代。(五)化工技术1746年，英国医生罗巴克发明铅室制造硫酸的方法，由此开始了硫酸的工业化生产。1791年，法国医生路布兰发明了以氯化纳为原料的制碱方法。19世纪40年代，德国、英国等欧洲国家陆续建立了磷肥厂、氮肥厂、钾肥厂，使化肥工业获得发展。1856年英国人帕金建成了世界第一个合成煤焦油染料工厂。机器工厂制18世纪下半叶以蒸汽动力产生与运用为标志的产业革命诞生了现代意义上的工厂制度，也产生了与之相适应的大工业生产方式。工业的管理创新。标准化，互换式生产，流水作业，大规模生产。第一次工业革命技术创新的特点三、科学工业经济时代的技术创新科学工业经济时代的突出特点是技术发明与创新不是依赖经验与技能，而是依赖科学知识和科学实验。工业实验室这一创新组织形式诞生了。电磁理论的确立，开启了电力时代的到来。（一）电力的应用第二次工业革命以电力的广泛应用为显著特点。早在1831年，英国科学家法拉第发现了电磁感应现象，提出了发电机的理论基础。科学家们根据这一发现，从19世纪六七十年代起对电作了深入的探索和研究，出现了一系列电气发明。1866年德国人西门子制成发电机。19世纪70年代，实际可用的发电机问世。这一时期，能把电能转化为机械能的电动机也被发明出来，电力开始用于带动机器，成为补充和取代蒸汽动力的新能源。电灯、电车、电钻、电焊等电气产品如雨后春笋般地涌现出来。但是，要把电力应用于生产，还必须解决远距离输送问题。1882年，法国人德普勒发现了远距离送电的方法，美国科学家爱迪生建立了美国第一个火力发电站，把输电线联接成网络。电力是一种优良而价廉的新能源。它的广泛应用，推动了电力工业和电器制造业等一系列新兴工业的迅速发展。人类历史从“蒸汽时代”跨入了“电气时代”。（二）内燃机的创制和使用19世纪80年代中期，德国发明家戴姆勒和卡尔·本茨提出了轻内燃发动机的设计，这种发动机以汽油为燃料。90年代，德国工程师狄塞尔设计了一种效率较高的内燃发动机，因它可以使用柴油作燃料，又名柴油机。内燃机的发明，一方面解决了交通工具的发动机问题，引起了交通运输领域的革命性变革。19世纪晚期，新型的交通工具——汽车出现了。19世纪80年代，德国人卡尔·本茨成功地制成了第一辆用汽油内燃机驱动的汽车。1896年，美国人亨利·福特制造出他的第一辆四轮汽车。1903年，美国人莱特兄弟制造的飞机试飞成功，实现了人类翱翔天空的梦想，预告了交通运输新纪元的到来。另一方面，内燃机的发明推动了石油开采业的发展和石油化学工业的产生。石油也像电力一样成为一种极为重要的新能源。1870年，全世界开采的石油只有80万吨，到1900年猛增至2000万吨。（三）化学工业的建立化学工业是第二次工业革命时期出现的新兴工业部门。在无机化学工业方面，19世纪60～70年代发明了以氨为媒介生产纯碱和利用氧化氮为催化剂生产硫酸的新方法，使这两种化学工业的基本原料的综合利用得到迅速发展。有机化学工业也随着煤焦油的综合利用得到迅速发展。从80年代起，人们开始从煤焦油中提炼氨、苯、人造染料等。利用化学合成方法，美国人发明了塑料，法国人发明了人造纤维。化学工业的发展，极大地改变和丰富了人们的生活。（四）“钢铁时代”伴随“电气时代”而来的是“钢铁时代”。新的技术革命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”。（五）新通讯手段的发明有线电报贝尔电话马可尼无线电通讯第二次工业革命前，有线电报就已经问世。美国人莫尔斯1837年制成一台电磁式的电报机。后来，他在华盛顿与巴尔的摩之间架设了一条61千米长的实验性电报线，1844年5月24日正式完成了电报传讯的重大实验。特别是莫尔斯利用长短脉冲的不同组合，编出了至今仍在使用的英文字母电码，这被称为莫尔斯电码。第二次工业革命期间，通讯工具的发展又有了长足的进步。在1876年美国费城世界博览会上，从苏格兰移居美国的贝尔展示了当时被称为“远听器”的电话，引起轰动。电话技术得到改进和推广，迅速发展起来。1880年，贝尔电报公司成立，它就是今天美国电话电报公司（AT&T）的前身。19世纪80年代，德国物理学家赫兹证明了电磁波的存在，并测量出电磁波的波长和速度。意大利人马可尼利用赫兹的发现，制成无线电报通讯设备。1894年，他使用极为简陋的装置，开始了短距离的无线电报实验；1899年，他在英法之间发报成功；两年后，横跨大西洋发报成功。技术创新模式的变化19世纪晚期，在第二次工业革命的影响下，资本主义经济开始发生重大的变化。这种变化主要表现为：一方面，科学技术的新成果被迅速应用于工业生产，大大促进了生产的发展，使生产的规模越来越大，集中的程度越来越高；另一方面，在资本主义制度下，科学技术的发展和生产的发展，使大量的社会财富日益集中到少数大资本家手中。企业的规模进一步扩大，这自然会有利于劳动生产率的进一步提高。同时，它也使技术发明和改进的过程社会化了。资金雄厚的垄断组织能够提供条件，使科学技术研究能够更大规模和更有组织有计划地进行，科技研究取得的新成果，也能够较快地运用于生产。信息产业经济时代',)