饭饭TXT > 学习管理 > 《追求精确(出版书)》作者:[英]西蒙·温切斯特/译者:曲博文【完结】 > 追求精确.txt

伴随精密制造而生的机械大生产带来了一系列社会运动,其中最有名的就发生在距离朴次茅斯市以北数百千米的地方,而且发生在与航海完全不相关的行业里。这一社会运动之所以闻名,是因为它伴随着断断续续但又风起云涌的暴力活动。

今天所说的卢德运动,是一项针对新技术的短暂抵制活动。这场运动从1811年英国中部和北部地区开始,主要表现为工人们反对纺织业的机械化,当时工人们摧毁了袜子织机,后来蒙面暴徒闯入工厂,阻止机织蕾丝和其他机织物的生产。当时的英国政府感觉非常不安,并在一段时间内对任何涉嫌破坏织布机的人都判处死刑,大约70名卢德分子被处以绞刑,不过这些工人大多是因为犯下了其他暴乱和刑事破坏的罪行而被处决的。

到了1816年,暴乱者的声浪已经散去,运动普遍平息下来。然而它从未完全消亡,“卢德”一词在今天的词典中仍然存在,主要是作为一个贬义词来称呼那些抵制技术、认为技术是海妖之歌(siren song)的人。卢德主义的存在提醒人们,精密制造从诞生的那一刻起,就产生了不被所有人接受,也不受所有人欢迎的社会影响。从此,精密制造与机械化大生产的批评者和唱衰者粉墨登场,正如我们在后文中将看到的那样,时至今日卢德主义依旧拥有影响力。

莫兹利绝不会在搞定一种工业发明之后就此罢休。就在他的43台滑车生产专用机器在朴次茅斯顺畅运转、与海军的滑轮组生产合同订单顺利交付、“工业时代的创造者”这一威名稳固的时候,莫兹利提出了2个对于精密制造而言至关重要的构想,这些构想展现了精密制造所追求的那种复杂和完美。其中一个构想是一个概念,另一个构想是一种装置。这2个构想对于后世而言都是必不可少的,尤其是那个概念,即使经历了两个世纪的时光,它依旧影响着今天的工业生产。

这个概念就是平整度,它涉及塑造一个理想的平面。正如《牛津英语词典》中“平面”一词所描述的,“没有曲度,凹陷或凸起”。只有基于塑造出的一个理想的平整地面,所有精确的测量和制造才可以在这个平整的地面上得以进行。正如莫兹利所认识到的那样,只有当机床安装在一个完全平坦、完全平滑、完全水平,且几何形状是完全精确的平面上时,它才能制造出一台台精确的机器。

工程师对于一个标准平面的需求,就像航海家对于精确的航海表的需求。哈里森孜孜不倦地追求更精确的航海计时器,航海测量员追求一个更加精确的子午线,1786年在俄亥俄州绘制经纬线的测绘员尝试画出更加精确的美国中部地图……简单来说,其实制造一个完美的、平坦的表面,是精密的机械化生产的一个关键部分。为了实现它,只需要一点天赋的才智,然后等待直觉到来时,大胆迈出实践的一步。终于,这两种本能的火花在18世纪末期,在莫兹利的车间里,碰撞到了一起。

构造一个标准平面并不复杂,其背后的原理也是简明易懂的。《牛津英语词典》对于这一过程进行了很好的描述,字典这一词条引用了詹姆斯·史密斯(James Smith)在1815年首次出版的经典著作《科学与艺术博览》(Panorama of Science and Art),其中有这样一段话:“如果你想把一个平面磨得很平整,这里有个很好的方法……你必须同时研磨3个。”虽然我们要假定人们在几个世纪前就已经知道“3个一起磨”这一基本原理,但人们普遍认为莫兹利是第一个将它付诸实践的人,并由此创造了一个延续至今的工程标准。

“3”是个至关重要的数字。你可以拿两块钢板,让它们互相摩擦直到磨平,达到人们认为的完美平整度,然后在每一块钢板上涂上颜料,把两个表面擦在一起,看看哪里颜色擦掉了,哪里没有擦掉,就像牙医运用牙科咬合纸的方法一样。

由此,工程师就可以比较一块钢板和另一块钢板的平整度。然而这并不是一个万无一失的方法,运用这一方法不能保证两块钢板都是完全平坦的,因为一块钢板的缺陷可以被另一块钢板的缺陷所包容。让我们假设一个钢板是稍微凸起的,它在中间凸起1毫米左右,很可能另一块钢板在相同的地方是凹陷的,然后两块钢板整齐地结合在一起,让人觉得它们的平整度相同。只有将这两块钢板与第三块钢板比较,并进行更多的研磨和加工,去除所有凹凸不平的地方,才能确保它们具有绝对的平整度,显示出像我父亲的量块那种近乎神奇的、会粘在一起的特性。

精确的千分尺

莫兹利的另一种构想是一种测量器具:千分尺(见图2-3),也叫螺旋测微器。人们普遍认为莫兹利是第一个制造了这种工具的人,而且千分尺还是一种外观和质感都很现代的器具。

图2-3 千分尺

注:莫兹利的台式千分尺是如此精确,以至于被戏称为“大法官”,在当时没有人敢质疑这台仪器的权威。

为了公平起见,这里必须提一下,17世纪的天文学家威廉·加斯科因(William Gascoigne)已经造出了一台外观与千分尺完全不同,但能发挥与千分尺相似作用的机器。加斯科因在望远镜的两个眼镜筒中间上嵌入了一对卡尺,并用一个细螺纹螺丝来记录和调整镜筒之间的距离。加斯科因在镜筒的目镜当中装了一根针,观测者可以通过镜筒两侧目镜中的针,来标记目镜中出现的星体和天文景象,通常是月球的图像。利用螺丝钉的螺距(1圈就是1英寸)、卡尺上的针在目镜中完全“卡”在天体上所需的螺丝的圈数,以及望远镜镜头的精确距离,观测者就可以通过一个快速的计算,以弧秒为单位计算出月球的“大小”。

回到我们精密制造的故事中,台式千分尺可以精确测量物体的实际尺寸,而这正是莫兹利和他的同事们需要在机器的精密制造中反复实践的操作。他们需要确保在建造中的各个机器的部件都能装配在一起,各个零件的公差要控制在一定范围内,每台机器都是精密制造出的产品,并达到了设计时定下的标准。因此,千分尺应运而生。

就像一个世纪前加斯科因发明的带螺旋测距的望远镜一样,台式千分尺的测距靠的是一个细长且精致的螺丝钉。台式千分尺采用了车床的基本原理,只不过它没有装有切削工具或镗孔工具的滑座,而是有两个完全平整的金属块,一块连接在螺杆主轴上,另一个连接在尾架上,它们之间的间隙随着螺杆的转动而旋进或分离,这样就可以测量出这两个金属块之间的距离,即任何被这两个金属块夹在中间的物体的宽度。螺杆通体粗细越是一致,千分尺就越是精确;如果螺丝上的螺线切割得非常精细,并且对两端的金属块以最小的量程进行微调,那么这台千分尺就能发挥出它应有的精密测距功能。

莫兹利用他的新千分尺测试了他5英尺长的黄铜螺丝,发现它有个缺陷:在某些部位,每英寸螺丝有50圈螺纹;而在某些部位,每英寸螺丝有51圈;还有些部位,每英寸螺丝只有49圈。总的来说,这些多了和少了的圈数可以相互抵消,因此这个黄铜螺丝作为一个丝杠是能正常使用的。但由于莫兹利对于完美非常执着,不能忍受这样不精确的情况,所以他又一次次地切割了螺丝的螺纹,一连切割了几十次,直到最后认定螺丝完全没有瑕疵为止。在这种状况下,螺丝即使非常长,也依然能精确地保持每英寸50圈的单位螺纹圈数。

后来,人们发现所有这些用于测量长度的千分尺都如此精确,以至于有人,也许是莫兹利本人或是他的一名雇员,给千分尺取了一个名字:大法官。这纯粹是19世纪的笑话,那个时候没有人敢挑战大法官的权威。

令人十分欣慰的是,莫兹利发明的千分尺非常精确:千分尺可以测量到千分之一英寸,据一些人说,甚至可以测量到万分之一英寸,也就是说能测量出配件0.0001英寸的公差。

事实上,在莫兹利工坊最新推出的千分尺的螺杆上,螺线密度能达到惊人的每英寸100圈,对于前人而言,这是做梦都不敢想的数字。事实上,根据他的同事、工程师兼作家詹姆斯·内史密斯写的传记记载,莫兹利千分尺的最小量程可能达到百万分之一英寸。由于内史密斯对莫兹利非常崇拜,因此这样的记载未免含有夸张的成分。

对于莫兹利千分尺的精确度,伦敦科学博物馆后来进行了一项更为科学理性的分析,得出的结论是其精确度也不过能达到万分之一英寸,而这仅仅是在1805年。在未来的岁月里,制造和测量的东西只会变得更加精确,而且这种精确度会达到莫兹利和他的同事们永远无法想象的程度。

但仍然有些人对精密制造技术犹豫不决,他们暂时对机器抱有敌意,而这正是卢德运动所体现的价值观的一部分。这种怀疑和不信任的情绪让一些工程师和可能采购机器的客户在引进这些技术时迟疑了一段时间。

另外,贪婪这一常见的人性缺点也对精密技术的推广构成了阻碍,正是贪婪使得精密制造在19世纪早期的发展遭到了一些破坏。而现在,这个故事的视角转移到了美国。

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