第3章 每个家里都备有火枪，每个船舱都配有钟表 公差0.00001(10-5)
今天，我们学习枪械配件的名称。
昨天，我们学习枪械的日常保洁。
明天早上，我们学习开火后的注意事项。
但是今天，今天我们学习枪械配件的名称。
——亨利·里德(Henry Reed)《学习枪械配件的名称》(Naming of Parts)
他，是一名士兵，是一位不为人所知或早已被人遗忘的士兵，是约瑟夫·斯特雷特(Joseph Sterrett)所在的巴尔的摩第五团(Fifth Baltimore Regiment)的一名年轻志愿兵。那一天是1814年8月24日，正值夏末，我想这位年轻人当时大概满头大汗，他穿的那件二手羊毛制服打了补丁，很不合身，让他越发不能适应夏末的烈日。
他在等待战斗的开始，等待着加入战斗。此时他正躲在玉米田外一堵倒塌的石墙后面，并不完全确定自己身在何处，尽管他的中士曾指示他前往一个名叫布莱登斯堡(Bladensburg)的港口城镇，那里有一条波托马克河(Potomac)的支流通向切萨皮克湾(Chesapeake Bay)，由此汇入大海。情报显示英军已从船上登陆，现在正从东边迅速推进，直扑美国的首都华盛顿。这个国家与华盛顿本人一样，尚未达到不惑之年。一支6000人的部队被派来保护华盛顿，部署在他身后西边约13千米的地方。有消息称，詹姆斯·麦迪逊(James Madison)总统本人正在布莱登斯堡战场上，决心把英国人赶回自己的船上。
年轻人怀疑自己在即将到来的战斗中发挥不了多大作用，因为他没有枪，或者说他连一把能用的枪都没有。他的武器是一把足够新的春田1795式步枪。但在之前的一次战斗中，他把扳机掰断了，还损坏了保险，因此整个枪支都无法使用，而这一时期还只是被后世称为“1812年战争”的初期，他只是经历了一次较小的冲突。
虽然枪支无法使用，但是这位年轻人配备的弹药倒是很充足。他有充足的黑火药纸筒，还有一个装满圆球弹药的袋子。但是军械师告诉他，至少要3天的时间才能为他制造好一个新的扳机，在此之前他最好用刺刀奋力拼杀，而刺刀是他前天晚上刚刚磨好的。军械师笑着对他说，要是连刺刀都没准备好，他就只能用枪托狠狠地砸向敌人了，至少要把敌人的眼眶打黑。
要知道，在装备精良的英军面前只配备刺刀可不好玩。英军很快就在波托马克河东支流左岸附近集结，接近当天中午的时候，英军的炮兵开火了，首先用的是震耳欲聋的康格利夫火箭炮(Congreve rockets)，这是他们在征服印度的交战中，缴获并改良的一种可怕的武器。大片的泥土和石块在这位年轻人周围哗啦啦地砸下来，就在这一刻，他意识到了他的生命比这场战役的胜利更有价值，如果军队连他的火枪都无法保障好，他也不值得为这样的部队卖命。于是他转过身一头扎进了高高的玉米地，准备返回位于巴尔的摩的家。
这位年轻志愿兵很快就发现当逃兵的远不止他自己，在茫茫的玉米地里，他可以看到至少有50个甚至100个其他士兵也在逃跑路上，他们为了保全自己的性命，也从炮火轰鸣的战场上如潮水般退了出来。他认识其中的一些人，有来自安纳波利斯(Annapolis)的，有来自华盛顿海军基地(Washington Navy Yard)的，还有来自轻龙骑兵队(The Light Dragoons)的年轻战友们，这些人显然和他一样，都认为保卫布莱登斯堡的任务是不可能完成的。
他在美国的原野上一路飞奔，其他溃退的战友也和他一样在逃命。溃军很快跑进了哥伦比亚特区的地界，但他们没有停下，还在继续奔跑，有时甚至跑得喘不过气来。半小时后，华盛顿市的一些雄伟的建筑出现在他眼前，他所在国家的政府正在这些建筑内治理着这个幅员辽阔的新生国家。
他觉得自己现在终于安全了，于是放慢了脚步，可是华盛顿并不安全。整个夜晚，尾随而至的英国军队几乎将华盛顿洗劫一空。后来他才知道，英国人在华盛顿放出言论，告诫当地的美国人，他们之所以如此残忍，是因为几周前美国军队在北方加拿大的约克市肆无忌惮地损坏和捣毁建筑，英国军队此举是为了报复。他们烧毁了建了一半的国会大厦，捣毁了国会图书馆和里面的3000本藏书，还毁坏了众议院的大厅。那天晚上，英国军官在总统官邸里享用了原本给麦迪逊总统准备的餐饮。在确保对美国进行了足够多的报复性羞辱之后，英国人索性点燃了总统官邸，直到一场猛烈的暴雨（也有人说是龙卷风）扑灭了火焰。
1814年8月24日，历史将始终铭记这个日子。美军在布莱登斯堡战役中溃败，随后华盛顿和白宫也遭到焚毁，这是最具煽动性的美国国耻，也一直是美国历史上最臭名昭著的溃败之一，的确，这对美国而言是一个既可耻又可悲的事件。前文中，我们设想的这名溃逃士兵的经历，是在战争当天发生的众多故事的一个缩影，在战线被攻破后，美军在英军的猛攻之下惊慌失措地逃散。
造成这次溃败的原因有很多，在随后的很多年里，这成了老兵们的谈资。人们对于这次战败提出过一些司空见惯的原因，例如指挥失误、准备不足、人数不够等。然而那时的美国军队有一个最显著的弱点，这个弱点就是步兵配备的枪支，当时美军的枪支是出了名的不可靠，毕竟自独立战争以来，他们很少打仗。更为致命的是，当步枪损坏时，它们极难维修。
当枪支的任何零件发生故障时，用来更换的零件必须由一名随军铁匠手工制作。由于所有人的枪支都可能发生故障，因此损坏枪支积压的问题不可避免，等待枪支修复的时间可能长达几天。对一名士兵来说，他随后将面临战斗时没有枪可用的窘境，只能等待战友牺牲之后去捡枪，或者带上一把聊胜于无的刺刀上去拼命，要不然就只能像上文描述的那个年轻士兵那样溜之大吉。
当时美军的火枪军备有两个问题。美国陆军当时的标准步枪是一种滑膛燧发火枪，该火枪是法国制造的沙勒维尔式燧发枪的仿制品。第一批火枪直接从法国进口到新独立的美国，然后按照协议在马萨诸塞州斯普林菲尔德新建的美国国有兵工厂中制造这些武器。无论是法国原装进口的，还是美国本土仿制的，这两种型号的步枪大体上都可以正常工作。第一个问题是，当时所有的燧发枪都存在走火的问题，而且都有一些简单的制造缺陷，这些缺陷一直困扰着使用这些武器的军人们。然而由于战争的需要，这些手工制造的武器依旧会投入战斗，因此也就不难理解会发生枪管过热、枪管堵塞，或金属零件断裂、折断、弯曲、松动、丢失的状况了。
这就导致了第二个问题，因为一旦枪支在某种程度上受到实质性的损坏，那么整个武器就必须回原厂返修、让资深的枪匠翻新或更换组件。虽然到了19世纪，人类已经拥有了至少两三百年的火枪应用史，但难以置信的是在此期间，从没有人想过按照一定的标准量产枪支的每个零件。如果这样的话，当枪支有一个零件损坏了，制造者只需拆除损坏零件，并用军火库里另一个零件替换它即可。可惜，此前从没有人采用过这样的解决方案。
如果美军在1812年的战争中能够实现这一点，即依靠精密制造技术让所有的零件可以互换，那么如果一个士兵在战斗中损坏了扳机，只需要让这个士兵暂时撤退，然后在阵地后方找到军需官，让军需官把手伸进标有“扳机”的铁皮盒子里，取出一个新的扳机装到枪上即可。这样在几分钟内，一个完全恢复战斗力的步兵就可以返回前线作战，而不会选择溃逃。
然而除了少数一批人以外，没有人想到过这样的事情。倘若在布莱登斯堡战役惨败的30年前，人们就发明出了这种可替换配件的新制造工艺，并且于1814年在美国开始投入使用，那就很可能避免因士兵枪支失灵而导致的溃败，华盛顿也就不会被付之一炬了。只可惜这种想法不是诞生于华盛顿，也并非始于斯普林菲尔德和弗吉尼亚州哈珀斯费里的两家国有兵工厂，更没有始于美国独立战争期间和之后迅速兴起的大多数新兴枪支作坊，而是始于4800千米外的巴黎。
技术的“阴暗面”
在18世纪末，没有人谈论技术的“阴暗面”。这个词语是现代才出现的，对《牛津英语词典》来说也太新了。在这本书几乎所有的采访当中，有关超高精确度的仪器、设备和实验的信息表明了尖端实验室产生的精密技术会发展出什么样的应用，工程师和科学家经常会直接或间接提到技术的“阴暗面”正在进行什么样的尝试。我偶尔有幸遇到一个拥有参与涉密项目资质的人，也就是说如果这个人愿意，他能够更详细地讨论这类实验的结果、尖端设备的构造以及此类设备的发展趋势，但这样的人总是笑着说，不，他无法讨论技术的“阴暗面”在做什么。其实技术的“阴暗面”指的是美国军队，他们正在对新武器或难以想象的武器精确度进行研究，尤其是美国空军的研究项目。51区(Area 51)是阴暗面、美国国防部高级研究计划局是阴暗面、美国国家安全局是阴暗面。阴暗面在精密制造的发展过程中作用巨大，但对于当今世界的大部分人来说，技术的“阴暗面”只是谈资，他们并不知道具体情况。
技术史学家和哲学家刘易斯·芒福德是最早认识到军事在技术进步、精密制造的发展和标准化技术中起重要作用的人之一。他提出，在军事生产中通常需要反复加工相同的武器，而一个时代最先进的武器技术都必须应用到当时所能加工的、制程最小的技术，比如在当今时代，人们以纳米为单位进行加工制造，甚至需要掌控比纳米更微小的尺度。
在接下来的故事当中我们将会看到，实现标准化和基于精密制造来量产武器成为大西洋两岸军队的关键发展方向，这既证实了芒福德的先见之明，也强调了军队在精密制造的发展中所扮演的关键角色。在现代科学发展的早期阶段，精密制造的工艺和发展方向当然不是秘密，而在我们所处的当今社会，人们已经全面实现了精密制造，并且还在追求更高标准的精密制造和更精密的计量技术，然而精密制造的发展方向竟成为地球上最敏感和最机密的研究课题之一，最尖端的精密制造技术永远被笼罩在阴影之下，因为技术的“阴暗面”必然如此。
精密制造与战争
1785年，正是在法国首都巴黎，人们第一次实现了为枪支生产可互换零件的想法，并下令首次实施了相关精密制造工艺。然而我们有理由问，如果这个可互换零件的技术早在1785年就得以实现，那为什么在29年后的1814年，它没有应用于同样使用法式步枪的美军呢？
之所以在1814年的战役中，美军四散奔逃，遭遇大败，大城市被烧毁，相当一部分原因是军队的枪支没有按照应有的制造技术来生产。那么美军到底为何没有采用这个技术呢？这个问题的确有一个答案，一个并不令人欣慰的答案。
两个鲜为人知的法国人获得了率先将精密制造武器技术引入美国的机会，如果当时精密制造和可互换零件的武器技术得到及时应用，并在美军中广泛推广，那么美国军人本可以配备战斗力更强的武器。
这两个法国人中的第一个是让-巴蒂斯特·瓦凯特·德·格里博瓦尔(Jean-Baptiste Vaquette de Gribeauval)，他是一位出身高贵、社交广泛的人物，专门为法国炮兵设计大炮，并且为法军服务。虽然他的名字显示了他高贵的身份，但比起另一个法国人，却不太为人所熟知。据推测，格里博瓦尔在1776年研究出了大炮镗孔的方案，使用的技术几乎与约翰·威尔金森在英国采用的加工手法完全相同，即将旋转的镗刀插入大炮形状的金属铁筒中，钻出一个大炮内膛来。
威尔金森早在2年前，也就是1774年，就申请了与格里博瓦尔完全相似的炮筒镗床系统的专利，尽管如此，在接下来的30年里，被法国人称为“格里博瓦尔系统”的法国国产铸炮系统，还是一直主宰着法国的火炮生产。这一系统使法国军队获得了一系列高效、轻便但显然不完全符合最初设想的野战装备。格里博瓦尔确实使用了所谓的“通止规”，作为确保炮弹正确装载的一种手段，但这并不是革命性的工程，它在原则上已经存在了5个世纪。
另一个人是奥诺雷·布兰克(Honoré Blanc)，他把可互换零件的系统应用到了枪械制造中。他的技术和格里博瓦尔不同，而且是无可挑剔的。他不是一个士兵，而是一个枪械匠，在他的学徒生涯中，他非常了解格里博瓦尔发明的系统。他在职业生涯的早期就决定，为了战场上士兵的利益，应该为燧发枪也部署一套类似的标准化系统。
但是大炮和燧发枪还是有区别的。一门大炮又大又重又简陋，一个炮手只需先自己生火，然后点燃连着火门的引信，大炮就能开火了。这样简单原始的开火方式，使得大炮的部件很容易实现标准化。
然而对于燧发枪（见图3-1）来说，燧石擦片和枪机（火枪的重要配件，负责摩擦出火花，从而引燃引火药，引火药点燃主点火药，主点火药爆炸并将弹丸推出枪管）都是相当精细且复杂的工程产物，由许多形状奇特的部件制成，因此容易发生各种故障。
图3-1 18世纪晚期的燧发枪
注：在18世纪晚期，燧发枪上的燧石擦片和枪机的许多部件都是手工制作的，必须经过打磨才能正常使用。
对于不熟悉的人来说，单是燧发枪枪机上各个配件的名称就让人摸不着头脑。燧发枪有各种各样的部件，包括转轴、阻铁、扣簧、火药盘，还有许多弹簧、螺丝、螺栓和护板等，当然还有扣簧被敲击时产生火花的燧石块。要将这把燧发枪做成标准化的军事装备，而且确保每把燧发枪的所有部件都做得一模一样，需要极高标准的加工过程。
步兵的福利以及士兵们在战斗中的表现，都不是法国政府在规划装备时主要考虑的因素，降低成本才是。在18世纪80年代中期，法国政府认为法国火炮工匠的工资过高，并要求他们改进制造工艺或降低生产成本。面对这一无礼的要求，火炮工匠们并没有陷入两难境地，他们随即将自己的产品卖给大西洋彼岸的美国军需官和军火商，这一举动惊动了法国政府，因为法国政府担心自己军队将失去武器供应。
就在此时，“第二个法国人”布兰克登上了历史的舞台，他主动担任了负责军备质量把控的检查员，这是一份部队的文职工作。曾经跟他做同事的其他军火工匠都抱怨道，他们当中曾经的一员现在要站到他们的对立面了，就像一个偷猎者，一夜之间变成了猎场看守。布兰克不理会这些抱怨，持续推进自己的工作。他自己做这件事的动机与法国政府大不相同，他想改善前线士兵的福利，而不是配合政府削减开支。布兰克深受格里博瓦尔先生的影响，决定仿照他的标准化系统，确保每把燧发枪的部件都能如同由工匠大师打制一般精确可靠。
布兰克逐渐成为燧发枪制作大师，他小心翼翼地把所有配件的规格都精确地规定下来，使公差降低到相当于今天尺度上的0.02毫米左右。他用的是法国王朝时期神秘的测量系统，这一测量系统仍然使用古老尺寸的度量，如法厘、法尺、法寸。然后他制造了一系列夹具和量块，通过合理地使用锉刀和法国当时可用的车床，确保后续制造的所有燧发枪配件都与第一个精雕细刻的完美配件保持一致。布兰克雇来工人，要求他们按照自己的标准从事生产，把每把燧发枪制造得跟最初的样品一模一样。只要这些工人按照标准和流程生产，那么所有部件就会完美地装配在一起，而所有装配好的配件组成的完整枪机也会同样完美地嵌入每一把燧发枪里。
然而，只有一小部分造枪工匠愿意在这些严格的条条框框下工作，大多数工匠犹豫不决。他们认为简单地通过复制零件来制造枪支让工匠的匠心制作变得微不足道，从来没有造过枪的街头混混都可以代替工匠的工作。经过一番讨论，法国工匠们产生了与英国卢德主义者大致相同的情绪：精密制造和标准化生产正在剥夺他们手艺的价值。
随着精密制造和标准化生产在欧洲、美洲以及世界其他地方稳步发展，这种卢德主义的论调还将反复出现。半个世纪前在英国中部出现的那种叛乱情绪，现在正在法国北部的上空回响着。由于精密制造和标准化生产开始国际化，这种生产方式变化导致的后果还将波及世界上更远的地方。
事实上，法国国内对布兰克的敌意如此强烈，以至于政府不得不把他保护起来，于是布兰克和他那一小群忠心耿耿的精密枪械制造工人被转移到了巴黎以东的大文森庄园城堡地窖里。时至今日，这座巨大建筑物的大部分结构仍然矗立着，成为很多人参观的旅游景点。而在当时，它被用作监狱，历史上德尼·狄德罗(Denis Diderot)和萨德侯爵(Marquis de Sade)都曾被关在这里。在此之后的30年中，这座城堡成为法国大革命后最大的武器库之一，布兰克和他的团队一直在努力生产燧发枪，他们生产的所有的燧发枪都是一模一样的。布兰克研制出了全部必要的专用工具和夹具来辅助他从事生产活动。据说，为了掩人耳目，布兰克总要把这些金属零件在城堡马厩的马粪堆中埋上几周。
1785年7月，布兰克准备进行演示。他向首都的地方行政长官、高级军官和对他仍然怀有敌意的造枪工匠发出邀请，向他们展示标准化生产枪支的成就。演示当天来了许多官员，但造枪工匠来得很少，他们还对布兰克深感愤恨。然而此时，有一个对未来具有重大意义的人出现在城堡地窖的大门前：美利坚合众国驻法公使托马斯·杰斐逊（见图3-2）。
图3-2 托马斯·杰斐逊
注：托马斯·杰斐逊在担任美国驻法国公使期间，观察了早期燧发枪使用可互换零件进行加工的过程，并报告他在华盛顿的上级，建议美国的军械工匠也效仿法国的做法。
杰斐逊于一年前抵达法国，作为新生的美国政府的官方使者出访法国，与杰斐逊同行的还有本杰明·富兰克林和约翰·亚当斯。一个偶然的机会，富兰克林和亚当斯在7月离开了巴黎，其中亚当斯去了伦敦，富兰克林回了华盛顿，只留下了对新知充满好奇又博学多才的杰斐逊一个人，漂泊在大革命前政治形势风起云涌的法国。去参加一个可能应用于本国军工的技术展示，无疑是度过一个炎热的周五下午的理想方式，而且1785年7月8日的巴黎时值盛夏，楼里闷热难耐，而城堡的地牢里却凉爽宜人。
布兰克在杰斐逊面前布置了50把燧发枪的枪机，透过微开的地窖窗户，每个枪机都在阳光的照射下闪闪发光。当观众都在看台上落座后，在观众的密切注视下，布兰克迅速拆开其中的一半枪机，把随机挑选的25个枪机的各个部件扔进分类托盘里：这里有25个扣簧，那里有25个护板，那里有25个转轴，另一个盒子里有25个火药盘。
布兰克摇晃着每一个盒子，使每一个零件都尽可能地和同类型的不同零件随机混在一起，然后，出于对自己制造工艺的高度信任，布兰克镇定地走上前去，飞速地从这些混乱的部件中重新组装出25把崭新的燧发枪枪机，每一把都是由以前从未组合在一起的部件组装而成的。这样组装起来的燧发枪与拆解之前的燧发枪并没有什么区别，每一个零件都与其他的零件适配，原因很简单，因为每个零件都以相同的规格制作，按照同一标准精确地制造出来，并忠于最初的样品尺寸，所以每一件产品都是一模一样的。换句话说，这些部件完全可以互换。法国官员对此印象深刻。很快，军队把布兰克安排在一个由官方赞助的车间里，他开始为军队生产廉价的燧发枪零件，也为自己挣了很多钱，在接下来的4年里，一切似乎都进行得很顺利。
然后来到了1789年，法国大革命、格里博瓦尔之死和恐怖政策的三重打击摧毁了布兰克的生产。城堡遭到了冲击，布兰克的作坊被暴乱者洗劫一空。布兰克的赞助者——法国政府在革命中被打倒，再也无力保护他了，在“无裤党”(sansculottes)中出现了一种快速蔓延并趋于狂热的思想，他们反对机械化、反对中产阶级的效率观、反对使得老老实实工作的工人和手工匠人陷入不利境地的技术。到了18世纪和19世纪之交，可互换部件的观念在法国已经消亡。有人说，手工工艺技术的残存和面对现代化止步不前的态度，使法国得以成为保留旧式传统和浪漫风情的一个避风港。
然而在美国，人们的反应却大不相同，这都要归功于杰斐逊的远见卓识。他第一次描述他所看到的情景，是在8月30日写给当时的美国外交部部长约翰·杰伊(John Jay)的一封长信中。在信的一开始，他习惯性地参照上一次成功把信寄给美国外交部部长的那条邮路，写了一大串内容来解释这封信在后续将要寄往的地点和中转线路，这种麻烦事对于今天的人来说闻所未闻，毕竟洲际邮件对于现代邮政服务而言已经是家常便饭了。
我有幸在14日给您写信，信是在写完当天就发出的。康涅狄格州的坎农先生是这封信的收信人。信寄出时您那边的时间应该是7月13日。邮包启航的时间有些混乱，我想请弗吉尼亚州的费茨哲先生转交一下这封信件，因为他的船将在费城靠岸……
法国人在火枪的生产过程中采用了新的技术，如果国会在未来提出军购火枪的提案，那么届时国会议员们可能会对这个技术感兴趣。这个技术的亮点是每一支火枪的每一个配件都是完全相同的，军火库中每一个配件都可以配属任意一支火枪。
法国政府已经评审并支持了这种新的生产技术，当前正在依照这项技术筹备建立一个大型专业制造厂。到目前为止，这个技术的发明者布兰克只完成了该技术在火枪枪机部分的部署，他将很快采取同样的技术来改进枪管、枪托和其他配件的生产加工过程。参观途中，我发现这项技术对美国有用，因此我私下去找了一个工人，工人把50个枪机的零件拆开，分类展示给我。我尝试把枪机拼装起来，冒着把零件弄坏的风险拼装枪机，结果把零件完美地拼合在一起了。当武器需要修理时，可互换零件的优点是显而易见的。如果用工人们改进的专用工具来拆装枪支，更换配件和生产枪支的速度会更快，这样生产出来的每一支火枪比普通火枪的成本低两利弗。但是布兰克想实现规模化生产，还需要到两三年之后。我现在在信中向您展示这一技术，是因为这项技术很可能会对我们用法国火枪巩固我国国防的计划产生影响。
布兰克的新技术确实给杰斐逊留下了深刻的印象，因此杰斐逊多次写信给他在华盛顿和弗吉尼亚的朋友和同事，强调应该鼓励美国的军械生产商采用法国的新技术。因此，美国枪械制造商们应该开始接受这一新技术，尤其是在新英格兰地区，那里有最多的枪械工匠。如果说关于精密制造与机械化大生产的怀疑论调还停留在欧洲国家，那么美国则证明了自己完全符合新世界的思维模式，美国政府清除了所有对于新技术的抵制，决定大量采购新的火枪，但是这些火枪要符合杰斐逊的要求，即零件是可以互换的。
两家私人枪械制造厂参加了政府第一批火枪生产的竞标：一家投标10000支，另一家投标15000支。最终的中标者是来自马萨诸塞州的伊莱·惠特尼，与政府签订这个合同意味着他会立即收到一笔5000美元的现金，这在当时是一笔不小的财富。时至今日，惠特尼仍然是一个颇有名气的人，在今天的美国大多数受到良好教育的人都知道他，两个世纪以来，惠特尼的面孔经常出现在邮票上。
人们将惠特尼的故事写进课本，在课本中他与爱迪生、福特、洛克菲勒等发明家和商人并驾齐驱。对于美国今天的任何一个学童来说，惠特尼的名字只意味着一样东西：轧棉机。这个当时年仅29岁的新英格兰人，发明了从棉铃上摘除种子的装置，从而大大提高了种棉花的利润，让棉花产业给南方各州带来了丰厚的财富。
但要注意的是，棉花产业繁荣的前提是要用奴隶来种植棉花。然而对于与惠特尼处在同一时代的任何一个见过世面的工程师来说，惠特尼这个名字意味着一些跟教材中的赞誉截然不同的东西：自大狂、奸商、欺诈者、江湖骗子。而他的欺诈行为几乎源于他参与了军火贸易，想要在精密制造的红利中分一杯羹。惠特尼承诺向政府提供可互换零件的武器。“我为可替换零件的力量所折服，”惠特尼在为美国政府准备一批枪支时，用一种精心设计的严肃声调宣称，“我这里生产的不同枪支的相同配件，例如枪机的配件，就像用同一个铜质雕版反复印出的图案一般，别无二致。”
可是惠特尼在生产火枪方面是真的一无所知。当惠特尼在1798年成功中标并与政府签署合同时，他实际上对火枪根本不了解，对火枪的部件更是知之甚少。他赢得订单很大程度上是因为他在耶鲁的人脉以及老校友的关系网。是的，即使是在美国刚建国的时候，这些人脉关系也在华盛顿特区的权力走廊中蓬勃发展。一拿到合同，惠特尼就在纽黑文郊外建了一座小工厂，并立即对外宣称将在工厂里制造燧发滑膛枪。惠特尼生产的这种武器就像当时所有的美式滑膛枪一样，都是参考法国沙勒维尔的设计制造的。然而他在很长的一段时间内却只生产出了为数极少的火枪，合同规定惠特尼在1800年前至少要交付一部分火枪，然而实际上成品火枪只有寥寥几支，因此他在到期日前只能通过一场公关演示，来证明他所吹嘘的东西，即他的工厂名义上正在制造的枪的质量有多好。
惠特尼在1801年1月举行了一场声名狼藉的演示，用今天的话来说应该称其为“为了骗取政府信任而进行的作秀”。参加惠特尼作秀的观众都是当时的大人物，有时任总统约翰·亚当斯及副总统托马斯·杰斐逊，后者也是下任总统，他在15年前就开始了竞选，还有数十名国会议员、士兵和高级官员，所有这些人到场的目的只有一个，那就是确保宝贵的公共财富将投入一项真正有价值的事业。所有到场观众都被告知，他们将要在此见证惠特尼用一把螺丝刀来展示他生产的火枪枪机是如何做到可互换的。
房间里的每一个人都愿意相信他，由于轧棉机的发明创造，惠特尼早已名声在外。因此，对于所有在场的观众而言，展示时一切顺利是理所应当的。在展示中，惠特尼甚至连枪机都懒得拆开，只是拿了几支成品火枪，用螺丝刀把枪机从木枪托上拆下来，然后把枪机又整个塞进了其他枪托上的插槽里，这样就使那些并不懂行的观众觉得，惠特尼制造的步枪的零件就像他自己承诺的那样，是可以互换的。
惠特尼一边进行展示，一边讲述自己的发明有多么厉害，就连杰斐逊也没有冲上去质疑他，甚至都没有提出任何问题。杰斐逊曾于1785年在文森庄园的城堡里观摩过布兰克的演示，他完全可以凭借丰富的见识对惠特尼大喝一声：“等一下！”并质疑惠特尼的产品，然而结果恰恰相反：这位总统完全接受了惠特尼的说辞，并满怀热情地给当时的弗吉尼亚州州长写信，说惠特尼“发明了专用的模具和机器，把所有的枪机做得一模一样，惠特尼可以把100把枪机件拆成零件，把各个零件分类放置，然后随便抓起任何一件都能组装在一起”。
事实上，杰斐逊和当天在场的其他观众一样，被惠特尼骗了。因为惠特尼当时并没有专用的模具，也没有造出能把所有零件制造得“完全一样”的机器，甚至连他的新工厂还在靠水车驱动，而不是用蒸汽驱动，尽管当时蒸汽机已经很容易购得。也就是说惠特尼既没有专用工具，也没有能力制造精密设计的零件。惠特尼自己也知道这一点，对此，他雇用了一批工匠，安排他们用自己的锉刀、锯子和磨光机制作燧发枪机的零件，每一个零件都是手工制作的，然而即使这样生产也无法保证每个零件都可以相互替换。为了避免露出马脚，惠特尼在展示中不允许任何人亲自检查枪机，只允许观众把枪机装进枪托里。
所以惠特尼的火枪制造没有采用新技术，所有的一切都是以旧式的生产方式进行的，但是这场展示活动的主讲师惠特尼本人却靠着花言巧语努力使在场的观众相信，他们刚刚亲眼见证了一个革命性的、超群绝伦的创新现场，这一现场活灵活现地为他们展示了新技术。然而现场展示的一切都不是真的，没有一把枪机被当场拆开，甚至连枪托都是预先选定的，以确保每个枪托上的插槽足够大，足以嵌入10个枪机中的任何一个。惠特尼制造的火枪被收藏家保存至今，这些存世的火枪揭示了一个令人遗憾的故事：靠着“精确”的承诺挣快钱，只带来了欺诈和腐败。在这些火枪中，收藏家收藏至今的那些惠特尼生产的武器没有一件是精良的，惠特尼生产的火枪枪机配件也没有显示出任何精密制造或可替换的迹象。惠特尼的火枪很可能只是枪机和枪托的插槽可以兼容，但枪机内部的各个零件却不能相互兼容。
不过惠特尼的作秀还是奏效了，他愚弄了在场的观众，利用精心打造的展示说服了政府，再提供给他一笔急需的钱。而惠特尼的这场骗局，直到8年后枪支交付的时候才露出马脚，最终那些决定拨付款项的达官贵人遭受了首都失陷、大家落荒而逃的报应。
3位精密工程师
实际上，真正将布兰克在法国研究出来的精密制造与可替换零件技术在美国实现的功臣，是3位不太为人所知的工匠：枪械制造商西蒙·诺思(Simeon North)、约翰·霍尔(John Hall)，以及木匠托马斯·布兰查德。其中，布兰查德在美国实现了枪械木制配件的精密制造和相互兼容。诺思的铁匠铺就在康涅狄格州的米德尔敦，距离惠特尼的工厂不到40千米的地方。霍尔来自更远的缅因州南部，他早先开过一家制革厂，后来又陆续开了木制家具店和造船场，因此赚了不少钱。对霍尔而言，制作枪械是一项副业，或者说一种爱好。直到1811年，他申请了一项全新武器的专利：一种他自己发明和设计的枪械。这是一种单发步枪，可以通过枪膛后部装弹，而不是像传统的滑膛燧发火枪那样，通过枪管前端下压装填。
最终，诺思和霍尔都赢得了生产枪支的政府合同：诺思在康涅狄格州生产骑兵用的手枪；霍尔在波特兰为他的新式后膛装弹武器做准备，后来他加入了在弗吉尼亚州哈珀斯费里新成立的国有兵工厂。当时一共成立了两家国有兵工厂，一家在弗吉尼亚州的哈珀斯费里，另一家在马萨诸塞州的斯普林菲尔德（见图3-3）。
图3-3 斯普林菲尔德军械库堆放的枪支
注：在美国努力建立起庞大的军火库的同时，法国的精密制造与可互换零件的技术彻底改变了制造业。
相比之下，诺思和霍尔取得的突破更为重大。事实上，3人都取得了技术上的突破，尽管布兰查德在精密制造的历史当中起到的只是辅助性作用，他本人也只是个不那么出名的角色，但是他们3人都是第一次使用机器来制造枪械部件，这是一个重大的进步。当他们做出这一改变时，他们能靠机械来保证，而不是单纯地希望实现部件的相互兼容，而且每一件产品都是近乎完美、准确和精密的。那些最初希望实现零件可互换的人，比如法国的布兰克和格里博瓦尔，以及给美国政府提供步枪的惠特尼，都是通过人工制作来实现部件的可互换和相互兼容的，他们雇用工人手工制作枪支的部件，并严格要求工人，使工人生产的每个配件与一个完美的范例保持一致，而诺思、霍尔和布兰查德则靠更专业的机器来实现可互换的配件生产。
诺思、霍尔和布兰查德通过制作夹具、量块、母模等严格控制产品的规格，并取得了良好的效果。被他们雇来做各种工作的工人，一边抱怨自己辛辛苦苦练就的本领要被浪费了，一边还要用夹具制造新的零件，然后用量块测量尺寸，最后再将其与标准样品的尺寸进行比对，从而确保它们是完美的复制品，这样就保证了相当程度上的互换性。
但是无论工匠们的手艺有多么精湛，只要是人，就很容易犯错。人的双手用来打造配件，人的眼睛负责监督配件表面的平整度，人的大脑保障加工过程的正确，所有这些器官都确保工匠拥有足够的能力和认知来加工出完美的配件。然而所有人都可能犯错，并且只要时间够长，最终都会犯错或是陷入疲劳。相比之下，机器如果安装得当，且没有磨损，就几乎不会出错。那些能够完成“只有熟练工匠才能承接的棘手工作”的机器，例如莫兹利为朴次茅斯海军滑车工厂里制造的大量机器，几乎可以保证其产品的质量和标准化程度。机器加工实现了历史学家所描绘的那种“稳定可靠的加工”，生产的结果是预先确定的，一旦开始生产，成品就不可改变。
诺思和霍尔独立实现的创造，就是生产能稳定可靠加工的机床。诺思的铁匠铺制造了美国最早的金属铣床，有了它，人们就再也不用采取加工、检查、加工、检查这样重复而又烦琐的工作方式，取而代之的是由皮带驱动的刀具从金属坯上铣削多余的金属，在加工的同时使用油和水的混合物冷却刀具和工件，以保证铣削、打磨和塑形时一切顺利。
霍尔在诺思工厂以南800千米的地方工作，他先是在哈珀斯费里国有兵工厂旁边的一家政府转赠的五金店里工作，然后在这家店里改进铣床，并建造了配合车床加工的锻造机。锻造机就设置在车间铣床的上游，它把一块块处于红热状态的又软又韧的铁坯，在回火硬化的过程中打造成型。其中铁砧是静止的，而重锤则抬起并落下，反复重击铁砧，直到它们之间的铁坯（落锤锻造的对象）大致成型，例如，变成一个枪管的半成品，然后交给在铣床上负责下一道工序的工人。
霍尔也在铣削头上采用了各种别具匠心的刀具，这些刀具帮助工人们从锻造好的半成品枪管上磨去多余的铁料，完成加工和修饰工作，并将半成品枪管变成一根中空的铁管，然后再用工具打造枪管内部的螺纹膛线，使其成为火枪最有用的核心部件。在工作的每一个阶段，从枪管的锻造到步枪的车削，再到枪管的成型，霍尔的量块始终在发挥作用。霍尔采用了至少63个量块，比之前的任何工程师用得都多，这样才能尽量保障每把枪的每一个部件都完全相同。而且使用的所有量块都要比之前严格得多，因为一把枪机如果想要正常发挥作用，就需要将其零件的公差控制在0.2毫米左右；如果要确保所有零件不仅能正常使用，而且还可以随意互换，那么就需要把零件公差控制到0.02毫米以内。
符合严格出品标准的枪管一旦成型，就需要进行一次额外的检查，随后把燧石枪机装在枪管上，最后把枪管和枪机一并插入木质枪托里。而改进木制枪托的生产，并实现木制枪托精密制造的人，就是美国早期精密工程师三人组中的最后一位——布兰查德。
1817年，在家乡马萨诸塞州的斯普林菲尔德，布兰查德发明了一种可以制造鞋楦的车床。布兰查德对于鞋楦车床的发明构思算得上是一次天才的灵光闪现：他简单地把一只鞋的金属鞋楦范本放在他的机器里，车床一侧是触头，另一侧是铣刀，车床触头一侧与金属鞋楦范本相连，车床另一侧的铣刀落在被固定住的白蜡木木块上。只要转动金属鞋楦，用触头描出它的轮廓，然后让车床另一端将铣刀依次贴合在木材上，这样就大功告成了！只需要90秒甚至更短的时间，鞋楦车床就能将一个鞋楦范本精确复制出来，然后工人就可以从机器上把成品鞋楦取出，送到皮鞋匠手中。
时至今日，布兰查德发明的机器还在影响我们的生活，靠着这种机器，人们得以设置鞋子的尺码。因为布兰查德现在可以把一个形状较小的木块变成一个特定尺寸的鞋楦，并且可以反复制造鞋楦，所以他就可以给鞋匠提供多种尺码，提供每一个相同尺码都完全相同的鞋楦。一个7英寸长的鞋楦就是7英寸长的脚的尺寸，一个9英寸长的鞋楦就是9英寸长的脚的尺寸，以此类推。在此之前，鞋店里的鞋子都是随意地装在桶里，一个顾客进入鞋店之后，只能在桶里翻来翻去，从众多的鞋中找到一双相对来说最合脚的，这样选鞋的效率很低。而现在顾客逛鞋店时可以直接提出：我要一件七号的鞋、十一号的鞋或五号半的鞋。
与鞋子和鞋楦的原理相同，布兰查德在枪托的生产中也采用了一样的技术。不久，布兰查德就得到了附近规模已经十分庞大且还在扩大产量的斯普林菲尔德兵工厂的订单，军工厂要求布兰查德改造他的鞋楦车床，以制造枪支的枪托等木制部件。尽管枪支的木制部件必然比鞋楦复杂，但相比之下，也有更简单的地方，毕竟枪托只有一种尺寸。于是布兰查德制作了一个金属的枪托模型，并将它放在仿形车床里，和以前一样连接到触头上。要知道枪托的形状并不规则，当然脚的三维形状也各不相同。
当兵工厂的工匠启动布兰查德发明的这个奇异装置的发动机时，前者发现这个奇异装置看起来并不像是一个车床，而更像是某种原始的农机具，但正是这个看着有些原始的装置，开启了枪托标准化生产的历史进程，这种机器在兵工厂里又持续生产了半个多世纪。布兰查德明智地为他的车床原理申请了专利，附近的奇科皮镇的一家公司根据布兰查德专利许可证生产车床。布兰查德十分长寿，靠着源源不断的专利收入享受了一辈子优越的生活。
哈珀斯费里兵工厂的领导急于将所有的新发明都应用于生产。尽管在当时哈珀斯费里远离美国的经济中心，但是这里比布兰查德工作的地方，也就是更繁忙、更庞大、更古老的斯普林菲尔德兵工厂更能接受创新，诺斯是那里的常客。几乎可以肯定的是，哈珀斯费里兵工厂成了美国第一家，甚至是世界第一家，采用精密制造技术和工业化大生产为主权国家军队制造武器的机构。
为此，哈珀斯费里兵工厂采纳了一系列新技术和新思想。哈珀斯费里兵工厂使用了布兰查德的枪托生产车床以及霍尔的铣床、夹具和锻造机，在枪机生产中采用了由布兰克发明并由诺斯完善的技术。从康涅狄格州冶炼的铁，到散发着亚麻籽油（亚麻籽油在加工白蜡木枪托时用于润滑）气味和机油（机油用于枪管和枪机生产时的润滑）气味的成品枪械，这些都是第一批真正意义上的机械化生产线上制造的东西，同时这些最早的精密制造产物又恰好诞生于美国。正如刘易斯·芒福德所预言的那样，最先采用精密制造的产品就是军事装备（枪械）。而且这些枪械完全是由机器制造的，无论是枪机、枪托还是枪管都完全是机械化大生产的产物。
精确的钟表
那时，新生的制造业技术也在民用领域蓬勃发展：一个叫奥利弗·埃文斯(Oliver Evans)的人在同一时期研发出了面粉研磨机；艾萨克·辛格(Isaac Singer)将精密制造技术引入缝纫机的制造；赛勒斯·麦科米克(Cyrus McCormick)发明了收割机、割草机，后来又发明了联合收割机；阿尔伯特·波普(Albert Pope)正在研究量产廉价自行车的方法。尽管美国东北部地区长期以来以枪械制造而闻名，例如康涅狄格河宽阔的低地河段一直被人称为“枪谷”，因为枪械制造商们都在这里（时至今日也大多在这里）生产：柯尔特、温切斯特、史密斯
