§ 3. Історичні етапи розвитку техніки
Історія техніки вивчає розвиток засобів праці в системі суспільного виробництва. З точки зору природничих наук історія техніки показує, в якій мірі людина оволодіває законами природи і наскільки може використовувати і застосовувати ці закони, а з позиції соціальних наук історія техніки розкриває рушійні сили в розвитку суспільства й техніки, економічні умови розвитку техніки та вплив і роль окремих винаходів на весь суспільно-історичний процес.
Історія техніки являє собою історію опанування різних джерел енергії, форм руху матерії, використання різноманітних процесів, від яких залежать конструкції технічних засобів і особливості технології та її ефективність.
Техніка розвивалася під впливом суспільних, в тому числі й виробничих, потреб. Вирішальний вплив на неї справляв спосіб виробництва, виробничі відносини в суспільстві. До найбільш вагомих подій у розвитку техніки відносять:
Виникнення і розповсюдженні простих знарядь праці в умовах первіснообщинного способу виробництва.
Розвиток і розповсюдження складних знарядь праці в умовах рабовласницького способу виробництва.
Розповсюдження в умовах феодального ладу складних знарядь праці, що приводяться в рух мускульною силою людини або тварини.
Виникнення в умовах мануфактурного періоду виробництва машинної техніки.
Поява і розповсюдження робочих машин на основі парового двигуна у провідних країнах
світу.
Розвиток системи машин на основі електричного двигуна в період монополістичного капіталу.
Період доавтоматичної системи машин у першій половині 20 ст.
Роботизація і комп’ютеризація виробничих процесів на сучасному етапі розвитку суспільства.
Техніка первіснообщинного способу виробництва характеризується розвитком примітивних знарядь праці на основі каменю, кісток, пізніше міді. Найбільшим відкриттям того часу стало винайдення вогню, виготовлення керамічних виробів і виплавляння та формоутворення металевих виробів. Спочатку людина користувалась диким вогнем, а потім прирученим, навчилась добувати вогонь самостійно. Це дало великі переваги в осоенні природного середовища. Першими знаряддями праці стали кам'яні рубила. Поступово відбувся перехід до використання знарядь праці, виготовлених з міді і мідних сплавів.
Із появою в 4 тисячолітті до н.е. перших рабовласницьких держав відбувся широкий поділ праці, заснований на експлуатації рабів. Розвивається тваринництво, землеробство, ремесла - мистецтва - будівельна справа (техне), а також такий напрямок як військова справа. В часи Юлія Цезаря з'являються перші спеціалізовані форми людської діяльності, започатковуються майбутніх майстерені
ковальско-слюсарна, кам’янотесна, шкіряно-обробна.
Отже техніка пройшла історично тривалий шлях розвитку: від примітивних знарядь первісної людини до найскладніших засобів сучасного виробництва.
В історії техніки звичайно вирізняють три етапи: ручних знарядь, машинний, автоматичної системи машин. Ці періоди різняться між собою функціями людини і техніки у виробничому процесі.
На першому етапі людина в процесі праці застосувала прості, а пізніше дещо складніші знаряддя. їх приводила в дію або мускульна сила людини, або сили природи (вода, вітер тощо). У цей період техніка являла собою, як правило, тільки виконавчий механізм.
На другому етапі ручна праця із застосування знарядь замінюється машиною. Машина замінює не тільки живу працю, й самого працівника та його ремісничий інструмент. Винахід прядильних робочих машин та створення універсальної парової машини дали поштовх промисловому перевороту кінця XVIII - початку XIX століть, який ознаменував перехід від мануфактурного способу виробництва до машинного. Удосконалена парова машина дала можливість приводити в рух цілий ряд робочих машин. Це стало передумовою створення різних передавальних механізмів, що утворювали в багатьох випадках досить розгалужену механічну систему.
Подальший розвиток промисловості став можливим завдяки тому, що вона оволоділа найбільш характерним для неї засобом виробництва - самою машиною. Поступово з’являються не тільки робочі машини (машини-знаряддя), за допомогою яких змінюють форму, розміри та властивості предметів праці. Винайдені машини-двигуни, які перетворюють один вид енергії на інший. Замість одного виконавчого механізму в машині стає три: рушійний, передавальний та виконавчий. Причому, якщо спочатку механічні верстати, парові та інші машини створювалися окремими умільцями кустарним способом, то надалі, з появою рушійного та передавального механізмів і робочих машин, їх ускладненням, з появою нових матеріалів, які важко піддаються обробці, виникла об’єктивна необхідність масового промислового виробництва і застосування машин у промисловості.
Почавши виробництво “машин машинами”, велика капіталістична промисловість створила тим самим їхній адекватний технічний базис. Протягом ХІХ-ХХ століть технічні засоби праці проникли не тільки в окремі ланки виробничих процесів, а й послідовно завоювали всі галузі промисловості, витіснивши традиційні форми виробництва, які грунтувалися на ручній праці й ремісничій техніці. Машинне виробництво дістало винятково широке розповсюдження в усіх індустріально розвинутих країнах світу. З розвитком великої промисловості удосконалювалися конструкції, збільшувалася потужність і продуктивність технічних засобів. Наприкінці XIX ст. парова машина поступово замінюється більш економічним і компактним двигуном внутрішнього згоряння, який дозволив створити нові типи робочих і транспортних машин (автомобілі, трактори, літаки тощо). Були винайдені нові засоби перетворення енергії на основі застосування парових і гідравлічних турбін, з’єднаних з генераторами електричного струму. Удосконалення електричних двигунів привело у 1-й половині XX ст. до повсюдного використання їх для групового та індивідуального приводу робочих машин (у металорізальних, деревообробних, ткацьких та інших верстатах, у ковальсько-пресових, гірничих, підйомно-транспортних машинах, у прокатних станах тощо).
Поступово на зміну машинам приходять технічні системи машин (третій етап). У системі машин з’являються механізми автоматичного керування: механічні, електричні або на основі електронно-обчислювальних засобів. Причому, якщо при переході від ручних знарядь до техніки машинної машинам передавалися безпосередньо виконавсько-технологічні та енергетичні функції, то подальший ступінь - автоматична система машин передбачає заміну людини машиною в інтелектуальних функціях контролю й управління.
У системі машин предмет праці послідовно вступає в ряд пов’язаних між собою часткових процесів, котрі виконуються сукупністю різнорідних, але взаємно доповнюючих одна одну машин. У розвинутій формі система машин створює передумови для безперервно-потокового виробництва, дедалі більш широкого застосування автоматів - робочих машин, які самостійно, без безпосередньої участі людини виконують усі основні й допоміжні операції (наприклад, перемикання швидкостей і подач, реверс, установку виробів і знімання їх після обробки, підведення і відведення робочих органів тощо).
Автомат являє собою складний агрегат, який включає один чи декілька двигунів, ряд передавальних механізмів, декілька робочих органів і спеціальні пристрої контролю, регулювання, керування тощо. У процесі автоматизації виробництва створюються машини-автомати, в яких одночасно можуть діяти десятки робочих органів, виконуючих найскладніші технологічні операції. Автоматична техніка вивільняє людину від напруженої праці по виконанню трудомістких функцій, забезпечує значне зростання продуктивності праці і високу якість роботи зберігаючи однорідність, точність і сталість параметрів випущеної продукції.
Проте рабовласницький клас не був зацікавлений у розвитку техніки, використовуючи рабів як “живі знаряддя”. Будь-якою складною технікою раби не могли керувати, до того ж вона в їх руках могла б стати небезпечною зброєю проти рабовласників. Праця рабів настільки дешева, що заміна її механізмами була б економічно невигідною. Праця раба може бути тільки ручною, цього вимагає його соціально-політичний статус. Розуміючи це, американські плантатори XIX століття використовували чорношкірих невільників саме на тяжких сільськогосподарських роботах, а не у промисловості.
В 2380 р. до н.е. в Китаї вперше з’явився такий матеріал як “залізо”. Одним із головних винаходів була обробка заліза сиродутним способом. Первісним металом була криця. Були винайдені такі способи обробки заліза, як цементація, поверхневе гартування і навіть була винайдена сталь із збільшеними механічними властивостями. Сталь широко застосовувалась в Греції, відіграла велику роль у розвитку будівельної справи, військової техніки.
Природні умови крайнього Сходу створювали необхідність штучного зрошування, виникла мережа зрошувальних каналів, а також заявилися перші міста - що потребувало розвитку будівельної техніки. У це період побудовані піраміди Хеопса, Велика Китайська стіна. Основним будівельним матеріалом було каміння, деревина, цегла. На будівництві використовувались такі механізми як важіль, блок, катки, кругляки. Розвивалась військова справа. Будувались для нападу облогові башти, свердлильні споруди для стін, тарани, драбини. Перші військові машини - катапульти. Розвиток військової техніки сприяв розвитку техніки для пересування - транспортної техніки. Розвивається водний транспорт. З’являються бойові кораблі - триєри.
Історично першою машиною по праву можна назвати водяний млин. Він складається з основного колеса і робочого органу, рухомого і нерухомого жерновів. Перші млини з’явилися на гірських річках і мали велике розповсюдження. Цей винахід став революційним, через те що важку фізичну працю переклали на машину.
Вільні ремісники і землероби в античну та феодальну добу також не потребували іншої техніки, ніж знаряддя ручної праці. Ось чому складні технічні механізми, за винятком млинів та вітряків, не дістали помітного застосування протягом сімнадцяти століть.
Феодальне господарство носило замкнутий, натуральний характер. Товарно-грошові відносини були слабкими і практично малорозвинені. Але феодальні відносини були більш прогресивні на відміну від рабовласницького способу виробництва і викликали певну зацікавленість в підвищенні продуктивності праці, у вирощувані плодових дерев, тваринництві. Особливістю техніки в цей період є застосування простих знарядь праці, що приводились в рух за допомогою м’язової сили.
Виникають міста з великими майстернями. Майстри селяться навколо феодальних замків, маєтків, щоб обслуговувати їх. Одне з найбільших феодальних міст - Лондон (біля 40 тис. жителів). З часом переходять до цехової організації ремесла. Технічний розподіл праці збільшився.
Особливістю розвитку техніки в феодальний період є широке застосування металу. Потреба позбутись сиродутного способу призвела до збільшення висоти горну, крім того була посилена система штучного дуття шляхом застосування водяного колеса. Ці винаходи змінили процес виплавляння металу. У верхній частині горну температура сягала 700 - 800 °С, що давало можливість залізній руді відновлюватись раніше ніж вона перетворювалась у шлак. Завдяки цьому залізо сильно насичувалось вуглецем. У печі температура сягала 1000- 1500 °С. В результаті отримувався рідкий чавун. З часом сиродутний процес був витіснений двоступеневим одержанням сталі: перша стадія - доменний процес; друга стадія - крицева переробка.
Розвиток металургії вніс великі зміни у техніку гірничої справи. Почали використовуватись підйомні механізми, коловорот для піднімання руди, а також новітні способи у розвідці і добуванні руди.
Одним з основних винаходів цього періоду є книгодрукування. Папір був винайдений в Китаї Чай - Лунем у 2 ст. до н.е. У 10 ст. папір став відомим у Вірменії, у 11 - 12 ст. з‘явився у Європі, а в 14 ст. у Київський Русі. Засновником книгодрукування у Європі став Іоган Гутенберг, який у 15 ст. створив власний розбірний шрифт, де кожна літера була з заліза. Літери складались у дерев'яну рамку, а потім клались під прес. На Русі засновником книгодрукування став Іван Федоров.
Другим важливим винаходом того часу було створення пороху. Вважають, що порох було винайдено у Китаї у 3 ст. У Візантії користувались “грецьким вогнем” (сірка, селітра, гірська смола, олія). У Європі згадки про порох відносять до 14 ст. Винайдення пороху поклало початок розвитку артилерії.
Третій важливий винахід - винахід колеса, що жало змогу розширити масштаби мандрівництва, як на морі так і по суходолу.
В умовах переходу до мануфактурного виробництва його дрібна спеціалізація і перетворення виробництва на механічний процес з диференціацією операцій означали створення нових виробничих відносин. Мануфактурний виробник вимушений доводити свої функції до такого автоматизму, що вони можуть бути передані машинам. Так виникли передумови до переходу до машинної техніки.
В умовах мануфактурного виробництва основним двигун залишалося колесо водяне колесо. Потужність його була доволі малою, не більше 10 кВт, ККД = 0,3 - 0,75%. В залежності від висоти води розрізняли 3 типи колес: нижньобійні, середньобійні, верхньобійні.
З кінця XVIII ст. по 70 роки XIX ст. відбувався процес переходу від мануфактурного до капіталістичного способу виробництва і домінування останнього у передових країнах. Феодальні держави перетворювались у капіталістичні. Починається промисловий переворот, який ініціювався капіталістичним способом виробництва. Особливою формою виробництва стає фабрика. Англія стала батьківщиною машинобудівного капіталізму. Промисловий переворот - процес переходу мануфактурного виробництва на рейки машинної техніки, від мануфактурної організації праці до фабрично-заводської. Його характерними ознаками стали:
а) розвиток машинної техніки текстильної промисловості;
б) поява універсального теплового двигуна;
в) розвиток машинної техніки в промисловості.
Індустріалізація починає свій розвиток з легкої промисловості. Прядильна машина була винайдена англійським столяром і механіком Джоном Уайтом в 1733 році. Бавовняна нитка утворювалась механічним способом. В 1787 році була побудована перша ткацька фабрика на 20 верстатів.
В 60 - ті роки XVIII ст. Ползунов винайшов перший універсальний двигун (водяна машина). Перша парова машина була побудована і запущена в 1766 році після смерті Ползунова. Англійський теплотехнік Джейм Уайт у 1769 році використавши ряд нових розробок вдосконалив двигун. Для цього він використав принцип подвійної дії; для подачі пари запровадивзолотник; для створення більш рівномірного обертового руху використав маховик і механічний відцентровий регулятор.
Було створено переворот і в гірничій металургії. Замість вугілля почали використовувати кокс (1713). Були зроблені значні відкриття, які визначили ряд нових галузей техніки. Ленуар у 1860 році винайшов практично працездатний двигун внутрішнього згоряння. Розвиток двигуна внутрішнього згоряння визначив такі напрямки техніки, як авто - літако - транспортно - будування.
До кінця XVIII ст. в основному були сформульовані уявлення про електрику і на початку XIX ст. в центрі уваги фізиків стояв електричний струм.
Розвиток техніки в період накопичення і монополізації капіталу вимагав великої кількості металу і покращення його якості. Кам‘яний кожух домни було замінено на металевий, що дало можливість здешевити процес одержання металу, зменшити витрати палива. На початку XX ст. домна перетворилась у складну технічну споруду. Було додатково включено багато допоміжних пристроїв: штучне охолодження, парова лебідка для підйому вантажів, апарати для закривання шахти. Продуктивність домни зростла в 10 разів.
Особливостями розвитку машинобудування в цей період стає випуск вузькоспеціалізованих верстатів, застосування індивідуального електричного приводу.
У другій половині XIX ст. одержує розвиток теорія різання металів. Бернадос і Славянов застосовували електричну дугу для зварювання металів. Електрика застосовується у всіх галузях промисловості. Відбувається передача енергії на відстані. Винайдено трансформатор. Особливий винахід - створення лампи розжарення. Розвиваються двигуни, що працюють від генератора постійного струму. Перша електростанція побудована в Сполучених Штатах в 1873 році, в Росії через два роки. В 1880 році був використаний електричний привід для звичайного вагону міської конки У 1892 році у Києві був пущений перший трамвай.
Суспільно-економічні умови розвитку суспільства у першій половині XX ст. сприяли суттєвим зрушенням для переходу від механічних до фізичних, хімічних і біологічних процесів виробництва.
Електрика в XX ст. стає універсальним видом енергії в техніці. Поряд з широким використанням електроенергії, широкого розповсюдження набувають двигуни внутрішнього згоряння. Розвивається автомобільна техніка. Сільскогосподарська техніка отримує трактор, а в 1917 році на заводах FORD з’являється колісний трактор FORDZONE. На початку 20-х років у Німетчині розпочинається випуск гусеничних тракторів. На основі двигунів внутрішнього згоряння створюється велика кількість робочих машин для лісомеліоративних, гідротехнічних, дорожних і будівельних робіт.
ПЕРЕВІР СЕБЕ
Що слід розуміти під історією розвитку техніки?
Яким чином виробничі відносини в суспільстві впливали на розвиток техніки?
3 яких етапів складається історія розвитку техніки?
У чому полягали передумови появи машинної техніки?
До яких змін у праці людини призвела поява машин?
Чим характеризується машинний етап розвитку техніки?
У чому полягають особливості системи технічних машин?
Як змінює виробничі функції людини система автоматичних машин?