系統工程的萌芽19世紀末，電力、石油等新能源的開發大大促進了工業的發展。電氣化工業和化學工業的出現又使生產技術設備日趨復雜，并進一步促使交通和通信系統大規模擴建。同時,物質的生產開始豐富,市場的需求成為制約生產發展的重要因素，企業間的競爭開始出現。在這種情況下，人們開始重視生產與經營之間的協調和綜合，即開始運用系統思想來研究這類問題。另一方面，經典物理學的最終完成使人們認識到，只有通過對客觀事物的數學描述才能深入分析事物的本質、了解它的構成機理和各種變異。人們開始用數學模型和分析的方法去研究工程、經濟、生物、軍事和社會等方面的系統。

排隊論的產生1910年，丹麥數學家A.K.埃爾朗受熱力學統計平衡理論的啟發而建立了電話系統統計平衡模型。1925年，美國電話電報公司成立貝爾電話實驗室時，就在該室內設立了系統開發部。貝爾電話實驗室發展了埃爾朗的電話系統模型，創造了一套電話系統分級復聯的科學方法，并利用概率模擬裝置，經過理論計算和實驗驗證來求出最佳通話服務方式。30年代，瑞典數學家巴爾姆和蘇聯數學家欣欽又對電話呼叫過程進行深入的數學分析，提出呼叫過程的普遍性、平穩性、有限性和無后效性等4個特征,奠定了關于系統中隨機聚散現象的基本理論──排隊論的理論基礎。在近代工程技術中對系統工程的產生和發展影響最大的首推電話通信工程。

企業管理的早期研究美國管理學家F.W.泰勒繼承前人對勞動工時的研究，從系統的角度來研究提高勞動生產率。他通過實驗發現減輕勞動強度能使生產量成倍增長以及計件工資和超產獎勵的優點，并在此基礎上制定勞動定額、合理安排工序。1911年，泰勒發表《科學管理》一書,創立了著名的泰勒制。1939年,蘇聯數學家Л.В.康托羅維奇發表《生產組織與計劃的數學方法》。他認為提高工業生產率的途徑除改進技術（即改進設備、工藝和尋找優質原料等）外，還需要在生產組織計劃方面尋求改進，即正確分配設備、訂貨、原料和燃料等。他采用了與經典數學分析求解極值迥然不同的解乘數法。這些工作與運籌學結合起來為現代管理科學的形成創造了條件。

經濟系統建模的早期工作19世紀出現的埃杰維斯合同曲線和瓦爾拉經濟系統平衡模型是運用數學研究經濟的早期嘗試。1936年，W.列昂捷夫把瓦爾拉供求模型的平衡方程應用到集中計劃經濟的情況，提出了投入產出模型。此后投入產出模型成為系統工程應用于經濟分析和經濟預測的重要工具。30年代初，荷蘭物理學家J.廷伯赫等人將建模和數學方法引入經濟學，建立了計量經濟學。1928年,數學家J.von諾伊曼在與維也納經濟學家討論經濟問題中競爭現象的博弈對策時，完成了對策論（又稱博弈論）的奠基性工作。1944年諾伊曼和經濟學家O.莫根施特恩合作發表了對策論的專著《競賽理論與經濟行為》。1936年諾伊曼和瓦爾德先后發表了關于經濟平衡方程與不動點原理的文章，為瓦爾拉模型建立了嚴謹的數學基礎。這項工作后來被發展成數理經濟學。

一般系統論、信息論和控制論30年代，生物學界提出了生命有機體論，把生命看成是一個有機整體用以解釋復雜的生命現象。 L.von貝塔朗菲用協調、有序、目的性等概念來研究生命有機體，并把系統定義為相互作用的諸要素的復合體，具有特殊的整體水平的功能和屬性。他還提出開放系統概念，認為要從有機體與環境的相互作用來說明生命的本質。1937年，貝塔朗菲首先提出一般系統論的原理，并于1945年發表《關于一般系統論》。他指出這個理論屬于邏輯和數學的領域，任務是建立適用于系統的一般原則。40年代以來，隨著通信技術的發展和工業自動化的興起，出現了研究系統中信息和控制的基本規律的信息論和控制論。N.維納提出的控制論和C.E.香農提出的信息論幾乎是與一般系統論同時出現的。一般系統論提出的對系統的描述性的研究方法為后來系統學的形成做了先導。而信息論和控制論則為系統工程的發展提供了養分。

軍事系統模型和運籌學在第一次和第二次世界大戰期間，軍事上的需要促使人們去研究提高作戰指揮能力和武器效能的方法。1914年～1916年期間，英國F.W.蘭徹斯特提出描述作戰雙方兵力變化過程的數學方程式，后稱蘭徹斯特方程。30年代后期，英國成立了世界上第一個運籌學研究小組，研究雷達配置和高炮效率。后來又在陸、海、空三軍分別設置研究組織，研究雷達的合理配置和運用、飛機出擊時間和隊形編列的效能以及有效的后勤保障等問題。美國和加拿大等國也相繼成立運籌學研究組織。美國數學家用概率論和數理統計方法研究反潛問題，提出了艦艇躲避或攻擊潛艇的最優戰術。第二次世界大戰以后，運籌學迅速推廣到經濟管理部門，為制定政策提供依據，取得了良好的經濟效果。1951年，美國P.M.莫爾斯和G.E.金布爾合著《運籌學》一書的出版標志著運籌學的成熟。

在第二次世界大戰結束前的半個世紀中，數學家、物理學家、工程師、經濟學家、生物學家們所作的大量開創性和學科交叉性的工作，為系統工程的誕生準備了充分的條件。其中特別是運籌學的產生更具有重要意義。運籌學研究實際系統的有效運用問題，可為系統優化提供一整套定量研究方法。運籌學后來成為系統工程方法論最主要的思想和方法的源泉。

系統工程的產生第二次世界大戰以來，科學技術迅猛進步，社會經濟空前發展，同時資源和生態環境也嚴重惡化。人們面臨著越來越復雜的大系統的組織、管理、協調、規劃、計劃、預測和控制等問題。這些問題的特點是在空間活動規模上越來越大，時間上變化越來越快，層次結構上越來越復雜，后果和影響上越來越深遠和廣泛。要解決這樣高度復雜的問題，單靠人的經驗已顯得無能為力，需要采用科學的方法。信息科學和計算機的發展又大大提高了信息的收集、存儲、傳遞和處理的能力，為實現科學的組織和管理提供了強有力的手段。系統工程正是在這樣的情況下，首先從軍事和大型工程系統的研制中產生和發展起來的。

美國微波中繼通信網美國貝爾電話實驗室在1940年開始建立橫跨美國東西部的微波中繼通信網時就充分利用當時的科學技術成就來規劃和設計新系統。這項工作因第二次世界大戰而停頓。戰后分別于1947年和1951年完成該網的TD-X和TD-2系統，并投入使用。貝爾電話實驗室遂于1951年正式把研制微波通信網的方法命名為系統工程。

蘭德公司和系統分析1945年，美國國防部和科學研究開發署與道格拉斯飛機公司訂立了稱為蘭德計劃的合同，為美國空軍研究洲際戰爭，并提出有關技術和設備的建議。1947年，在福特基金會的支持下，成立了蘭德公司，繼續為戰后美國空軍的發展戰略和規劃提供咨詢服務。50年代以后，擴大了工作范圍，成為一個非營利的咨詢機構。蘭德公司在多年積累的研究經驗的基礎上創立了系統分析。系統分析的目的是根據系統目標和評價指標來尋求最優方案。系統分析幾乎是同系統工程并行地發展起來的，這兩個名詞之間也常出現混用現象。蘭德公司創造的系統分析以及規劃計劃預算編制法（見規劃計劃預算系統）、特爾斐法、社會實驗法等方法豐富了系統工程方法論。

網絡技術和系統管理50年代末，為了管理大型工程項目，在線條圖的基礎上發展了用于系統管理的網絡技術。1957年，美國杜邦公司發展了協調大企業內各部門工作的關鍵路線法。1958年，美國海軍特別計劃局在執行“北極星”導彈核潛艇計劃中發展了控制工程進度的新方法──計劃協調技術，使“北極星”導彈提前兩年研制成功。這些方法用網絡技術來進行系統管理，可在不增加人力、物力和財力的情況下使工程進度提前、成本降低。

阿波羅工程美國1961年開始進行的阿波羅工程，由地面、空間和登月三部分組成，于1972年成功結束。在工程高峰時期有兩萬多家廠商、 200余所高等院校和80多個研究機構參予研制和生產,總人數超過30萬人,耗資255億美元。完成阿波羅工程不僅需要火箭技術,還需要了解宇宙空間和月球本身的環境。為此又專門制定了“水星”計劃和“雙子星座”計劃，以探明人在宇宙空間飛行的生活和工作條件。為了完成這項龐大和復雜的計劃，美國航空航天局成立了總體設計部以及系統和分系統的型號辦公室，以對整個計劃進行組織、協調和管理。在執行計劃過程中自始至終采用了系統分析、網絡技術和計算機仿真技術，并把計劃協調技術發展成隨機協調技術。由于采用了成本估算和分析技術，使這項無前例的龐大工程基本上按預算完成。阿波羅工程的圓滿成功使世界各國開始接受系統工程。

系統工程方法論的形成1957年，美國的H.H.古德和R.E.麥克霍爾合作發表了第一本完整的系統工程教科書──《系統工程》。麥克霍爾又于1965年發表了《系統工程手冊》一書。這兩本書以豐富的軍事素材論述了系統工程的原理和方法。1962年，A.D.霍爾發表的《系統工程方法論》一書反映了作者長期從事通信系統工程的成果，內容涉及系統環境、系統要素、系統理論、系統技術、系統數學等方面。A.D.霍爾還于1969年提出著名的霍爾三維結構，即系統工程形態圖。60年代末關于軍事和工程等硬系統的系統工程方法論已臻于完善。

系統工程教育系統工程教育始于50年代。當時已開始在高等院校開設有關專業課，成立系統工程系或者在公司企業內部辦培訓班來培養人才。60年代以來，許多國家已開始大量培養系統工程師、系統分析師和系統科學家。

系統工程的發展70年代以來，系統工程發展的趨勢是應用領域繼續向社會、經濟、生態等方面擴展和發展應用于軟系統工程的方法論。1972年在一些國家科學院的倡議下，在維也納成立了國際應用系統分析研究所。它是一個用系統工程方法研究復雜的社會、經濟、生態等問題的國際性研究機構。該所先后選擇了能源、環境、生態、城市建設、資源開發、醫療、工業生產等研究課題，在推動系統工程的發展和應用方面產生了重要影響。

系統建模和系統仿真系統工程作為一門定量技術，可概括為系統建模、系統仿真、系統分析和系統優化 4個方面。系統建模是將一個實際系統的結構、輸入輸出關系和系統功能用數學模型加以描述。系統仿真是在計算機上對系統模型進行實驗和研究。系統仿真便于改變模型參數以獲得各種方案，以便選擇最優方案和設計最合理的系統。隨著系統工程應用領域的擴展，首先需要發展系統建模和系統仿真，這項工作需要融合多學科的知識和不同領域的專家通力合作。60年代提出的模糊子集合理論，70年代出現的大系統理論、隊決策理論和以前建立的運籌學、對策論、控制論、現代控制理論、信息論以及有關應用領域的學科都可為系統建模提供素材、方法和原理。

1952年，J.廷伯赫提出了適用于靜態和平穩經濟結構的線性鎮定策略理論。1953年，A.塔斯庭首先采用自動控制理論的觀點來解決經濟問題。1954年，A.W.菲利普斯又采用 PID（比例-積分-微分）控制原理來改善經濟政策的穩定性。50年代中期，H.A.西蒙等人研究了宏觀經濟的最優控制問題。60年代，美國麻省理工學院教授J.W.福雷斯特應用控制理論和計算機仿真研究復雜系統時創立了系統動力學。它是一種適用于長期預測的建模和仿真方法，可用于對社會、經濟等復雜系統進行初步的研究。1965年，羅馬尼亞出版了《經濟控制論》一書。1978年,在第4屆國際控制論和系統大會上討論了控制論和社會的關系，提出了社會控制論。在經濟方面的主要建模方法已有投入產出模型、計量經濟模型、系統動力學模型和經濟控制論模型等。由于人們對經濟規律的掌握還不很充分，經濟系統建模尚處在初級階段。70年代以來，人們試圖對世界范圍內的資源、生態環境和經濟發展模式等重大問題進行定量研究和預測，構造了大量模型。J.W.福雷斯特和D.梅多斯分別在1971年和1972年提出著名的世界模型Ⅱ和世界模型Ⅲ。此后，不少國家的學者紛紛提出各種世界模型，諸如生存戰略模型、發展新景世界模型、重建新秩序世界模型、世界經濟模型、人類發展目標世界模型等。

在社會、經濟、管理等有人參與的復雜系統中，人的行為受心理、經驗等因素偶然變化的影響，使系統有很大的不確定性。人的思維本身也具有模糊性，需要用模糊子集合描述。在現代社會中，人類活動范圍日益廣闊，制定完善策略所需知識和信息迅速增加，已經達到任何一個決策人或機構無法完全收集和處理的程度。信息和決策功能的分散化勢在必行。社會系統是迄今為止最復雜的系統。1972年，何毓琦和祝開景把隊決策理論的研究范圍從靜態推廣到動態情況。隊決策理論可為大型分散控制（管理）系統的信息結構（即信息在處于不同層次和空間位置上的決策人之間的分配）和相應的控制（管理）策略提供設計的參考。對策論與決策論和行為科學等結合起來在主從對策(又稱斯塔克爾貝格對策)和激勵對策方面的研究，提供了一種適用于社會、經濟和管理系統的建模方法。這種建模方法反映了系統中的層次結構，可用于宏觀控制政策的制定。對策論就理論框架而言，是研究社會系統的理想工具。但是，對策論把人的社會性、復雜性、心理和行為的不確定性大大簡化了。對策論目前的成就還不能處理社會系統的復雜性問題。對于社會系統，需要采用定性和定量相結合的系統研究方法（見系統學）。

軟系統工程方法論70年代以來，人們開始重視對軟系統的系統工程方法論的研究。霍爾的系統工程方法論來源于硬系統。硬系統或稱良結構系統是指機理清楚，能用明確的數學模型描述的系統，如物理系統和工程系統。對于硬系統已有較好的定量研究方法，可以計算出系統行為和最優的結果。軟系統或稱不良結構系統是指機理不清，很難用明確的數學模型描述的系統，如社會系統和生物系統。軟系統的系統工程方法論一般處理較粗的信息，而且以定性為主。80年代，英國系統科學家P.B.切克蘭德提出了一套以學習、調查過程為主的軟系統工程方法論。常用軟系統工程方法有特爾斐法、智暴、想定情景法、生活質量法、層次分析法等。此外，模糊子集合理論、對策論、系統動力學和聚類分析、相關分析等數理統計方法以及心理學和社會學中的不少方法都可借鑒使用。

系統工程應用軟件70年代以來，計算機技術，特別是軟件工程的發展促進了系統工程的發展。人工智能的發展，特別是專家系統和決策支持系統的出現為系統工程的定性和定量研究方法提供了有力的工具。現在已出現許多高效率的系統工程算法和軟件。例如，已有線性規劃、非線性規劃、動態規劃、排隊排序、庫存管理、計劃協調技術/關鍵路線法、計劃協調實時控制、系統建模、實時仿真、作戰模擬、決策支持系統、決策室等成套應用軟件和完整的系統作為商品出售。系統工程采用網絡技術并配以大屏幕圖形顯示和實時控制系統，可以顯示全部或局部網絡,還可以實時地用光筆修改,經計算機網絡把修改過的網絡計劃傳送給各個執行單位。這種系統是上級部門進行決策和指揮協調的有力工具。

系統科學體系的形成70年代以來,一批數學家、物理學家、化學家、生物學家和計算機科學家從不同的側面研究系統的演化規律，取得了豐碩的成果。其中較有代表性的是70年代初聯邦德國理論物理學家H.哈肯創立的協同學，1969年比利時統計物理學家I.普里戈金創立的耗散結構理論和1971年聯邦德國生物物理學家M.艾根提出的超循環理論。這些理論和早在30年代由 L.von貝塔朗菲創立的一般系統論以及60年代由法國數學家R.托姆建立的突變論一起為系統學的建立提供了初步基礎。

1979年，中國科學家錢學森提出建立系統科學體系的完整思想。他認為系統科學是以系統為研究和應用對象的一個科學技術部門。如同自然科學和社會科學一樣，它是由三個層次組成的，即：①系統工程，它是系統科學的下層技術層次，是用系統思想直接改造客觀世界的技術；②系統科學的技術科學層次，包括運籌學、控制論、信息論等；③系統學，是系統科學的基礎科學。系統學是研究系統一般演化規律的學科，目前尚處于形成階段。系統科學與哲學之間的橋梁則稱為系統論或系統觀，它為發展和深化馬克思主義唯物辯證法提供素材。系統科學體系的形成標志著系統工程已經逐步成熟。2100433B

人們對于系統的認識，即關于系統的思想來源于社會實踐，人們在長期的社會實踐中逐漸形成了把事物的各個組成部分聯系起來從整體角度進行分析和綜合的思想，即系統思想。系統思想古已有之，但系統工程的誕生卻是近40年來的事。隨著科學技術的迅速發展和生產規模的不斷擴大，迫切地需要發展一種能有效地組織和管理復雜系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的技術，即系統工程。美國貝爾電話公司在建成美國微波中繼通信網后,于1951年正式提出系統工程這個名詞。1972年，歷時11年的美國載人登月的阿波羅工程自始至終運用系統工程取得了圓滿成功。此后，系統工程被世界各國普遍接受。它的應用范圍也逐漸地從軍事系統和工程系統擴展到經濟系統、生態系統和社會系統等，并從解決部門和國家范圍內的問題進展到探討全球性的重大問題。

系統思想的形成系統思想的形成可追溯到古代。中國古代著作《易經》、《尚書》中提出了蘊含有系統思想的陰陽、 五行、 八卦等學說。中國古代經典醫著<黃帝內經>把人體看作是由各種器官有機地聯系在一起的整體，主張從整體上研究人體的病因。古希臘哲學家赫拉克利特在《論自然界》一書中指出：“世界是包括一切的整體。”古希臘哲學家德謨克利特認為一切物質都是原子和空虛組成的。他的《世界大系統》一書是最早采用系統這個名詞的著作。古希臘哲學家亞里士多德提出整體大于部分之和的觀點。古代系統思想還表現在一些著名的古代工程中。埃及的金字塔和中國的長城、大運河、都江堰以及《夢溪筆談》中敘述的皇宮重建工程無不體現樸素的系統思想(見中國古代系統思想)。古代系統思想常用猜測的和臆想的聯系代替尚未了解的聯系，是自然哲學式的。

16世紀，近代自然科學興起。在當時的條件下難以從整體上對復雜的事物進行周密的考察和精確的研究。因此，近代自然科學的研究方法是把整體的系統逐步地分解,研究每個較簡單的組成部分,排除臆想的東西。這種方法后來被稱為還原論和機械唯物論。但是，在當時這種方法還是先進的。它的進步作用曾得到F.恩格斯的肯定。到19世紀，科學的系統思想才逐漸形成。恩格斯在《路德維希·費爾巴哈和德國古典哲學的終結》一文中指出：“一個偉大的基本思想，即認為世界不是一成不變的事物的集合體，而是過程的集合體。其中各個似乎穩定的事物以及它們在我們頭腦中的思想反映即概念，都處在生成和滅亡的不斷變化中。在這種變化中，前進的發展，不管一切表面的偶然性，也不管一切暫時的倒退，終究會給自己開辟出道路。”恩格斯的這段話標志著科學的現代系統思想的產生。

亂世演武，盛世修文。今改革開放，國泰民安；水利建設入列國家發展戰略，引酉二期工程也已相繼開工。撫今追昔，更加懷念當年官民同心以赴、共創現代水利神話的崢嶸歲月。回望工程上馬三十七載滄桑巨變，可紀念者三。

引酉者驚天地、泣鬼神之壯舉，前有幾代仁人志士為之踏勘籌劃、殫精竭慮，后有地方黨政領導果斷決策、勉力躬行，繼有十萬建設大軍前仆后繼、背水決戰，期間涌現出羅曲鐵姑娘排等。

今百年夢想成真，人工天河穿云破霧而前出，為千年旱區引得源頭活水，此足以告慰引酉先軀和烈士于地下，又可撫慰幾代工程建設者于當世。

自工程上馬以來，歷經十二年艱苦奮斗，1987年一期工程竣工驗收，又歷經多年延伸加固，于今引灌體系日臻完善，灌區生民賴引酉以安居樂業，我縣今日之富庶安定，端賴引酉工程甚巨。而況既為震古爍今之水利巨構，當如古之都江堰、今之紅旗渠，勢成不朽人造勝景，且為華陽景區必經，必將拉動旅游業和新農村建設，誠所謂功在當代、利在千秋，

歲月不居，來者可追，當年百里工地你追我趕、奮勇爭先的忘我勞動場面，早已織入這一片大地的記憶深處，然而以鮮血和生命鍛造而成的引酉精神，恰如一座光華四射的豐碑，時刻詮釋著“艱苦創業、樂于奉獻、頑強拼搏、敢于勝利”的精神內涵，將激勵來者從前人的標高起步，以強勢進取的姿態開創新紀擁抱未來。

爰立此碑，以彰其事；勒石作歌，鐫以永志。2100433B

第1章緒論

1.1機械發展的歷史分期

1.1.1古代(公元前5000年左右至歐洲文藝復興)

1.1.2近代(文藝復興至第二次工業革命結束)

1.1.3當代(19世紀末的新物理學革命以來)

1.2自然、社會、科學和技術間的幾個重要關系

1.2.1第一個重要關系： 社會、科技和自然

1.2.2第二個重要關系： 科技發展背后的推動力

1.2.3第三個重要關系： 經濟、科技的發展和整個社會的發展、變革密不可分

1.2.4第四個重要關系： 自然科學基礎與相關科技領域的作用

1.3關于技術革命和工業革命

1.3.1幾種革命的概念與關系

1.3.2關于第三次工業革命的提法

1.4為什么要學習一些科技發展史？

1.4.1擴大知識面要從橫向和縱向兩個方向進行

1.4.2回溯歷史，了解自然、社會和科技之間的關系

1.4.3回溯歷史，激發創新精神

1.5關于機械工程學科

參考文獻

第2章古代機械的發展

2.1概述

2.1.1古代人類使用工具的三個時代

2.1.2古代機械發展的三個主要區域

2.1.3中國的輝煌與落伍

2.1.4歐洲發展中的曲折

2.2各種古代機械發展簡介

2.2.1簡單機械

2.2.2冶煉設備

2.2.3舟與車

2.2.4農業機械

2.2.5紡織機械

2.2.6計時器與天文儀器

2.2.7起重運輸機械

2.2.8兵器

2.2.9禮儀與娛樂性機械

2.2.10各種機構與傳動

2.3古代的機械制造技術

2.3.1鑄造技術

2.3.2鍛造和其他壓力加工技術

2.3.3焊接技術

2.3.4切削加工技術

2.3.5熱處理技術

2.4關于古代機械的幾個問題

2.4.1古代機械的動力

2.4.2依靠直覺和靈感的巧妙創造

2.4.3古代與現代相通

2.4.4關于中國古代科技的兩個深層次問題

參考文獻

第3章工業革命前歐洲社會和科技的進步

3.1文藝復興至工業革命期間的社會發展

3.1.1資本主義生產方式的出現

3.1.2地理大發現

3.1.3文藝復興運動

3.1.4宗教改革運動

3.1.5啟蒙運動

3.1.6資產階級革命

3.2文藝復興至工業革命前歐洲的機械科學技術

3.2.1列奧納多·達·芬奇

3.2.2工業革命前力學、機械理論的若干進展

3.2.3工業革命前的機械技術

3.3經典力學的創立和發展

3.3.1天文學的突破和科學精神的解放

3.3.2經典力學創立之前的理論準備

3.3.3經典力學的創立

3.3.4經典力學的局限性

3.4微積分理論與微分方程理論的建立

3.4.1微積分理論的建立

3.4.2微分方程理論的建立和發展

參考文獻

第4章第一次工業革命

4.1第一次工業革命發展概況

4.1.1英國發生工業革命的背景

4.1.2第一次工業革命概述

4.2蒸汽機的發明和交通運輸革命

4.2.1蒸汽機發明的漫長過程

4.2.2瓦特的貢獻

4.2.3瓦特——優秀的創新型人才

4.2.4蒸汽機發明的劃時代意義

4.2.5鐵路時代

4.2.6蒸汽遠洋輪船

4.2.7交通運輸革命的重要意義

4.3第一次工業革命中的機械發明

4.3.1蒸汽動力的廣泛應用

4.3.2紡織和縫紉機械

4.3.3工程機械與礦山機械

4.3.4農業機械

4.3.5制冷機械

4.3.6流體機械

4.3.7武器

4.3.8信息機械

4.4近代機械制造業的誕生和早期發展

4.4.1瓦特時代機械加工的狀況

4.4.2機床的改進和發明

4.4.3互換性生產的出現

4.4.4標準化的開端

4.5永動機問題的理論解決

參考文獻

第5章第二次工業革命

5.1第二次工業革命發展概況

5.1.1第二次工業革命的歷史背景

5.1.2電氣時代

5.1.3鋼鐵時代

5.1.4第二次工業革命期間機械發展概況

5.1.5第二次工業革命的特點

5.2內燃機的發明和新的交通運輸革命

5.2.1內燃機的發明和進步

5.2.2汽車的發明和早期發展

5.2.3飛機的發明和早期發展

5.2.4交通工具方面的其他變革

5.3第二次工業革命期間的機械發明

5.3.1動力機械

5.3.2礦山機械

5.3.3工程機械

5.3.4泵和壓縮機

5.3.5信息機械

5.3.6武器

5.3.7其他機械

5.4第二次工業革命期間的機械制造業

5.4.1機床的發展

5.4.2刀具材料的進步和切削速度的提高

5.4.3測量水平的提高

5.4.4泰勒的科學管理制度

5.4.5福特首創的大批量生產模式

5.4.6標準化、系列化的發展

5.5機械發展的若干趨勢

5.5.1機械和運載工具的高速化和大功率化

5.5.2機械的精密化

5.5.3機械的輕量化

5.5.4機械的半自動化

參考文獻

第6章工業革命期間數學和力學的進一步發展

6.1與機械工程密切相關的數學領域的進展

6.1.1變分法

6.1.2微分幾何

6.1.3線性代數

6.1.4概率論

6.1.5圖論

6.2力學學科的進一步發展

6.2.1分析力學

6.2.2彈性力學

6.2.3塑性力學

6.2.4材料力學

6.2.5振動理論

6.2.6流體力學

6.2.7小結： 力學與數學的關系

參考文獻

第7章近代機械工程學科的誕生和發展

7.1機械工程學科的誕生

7.1.1機構學的誕生

7.1.2法國的理論運動學研究

7.1.3機械工程師學會的成立

7.2近代機構學學科的發展

7.2.1機構學的德國學派和俄蘇學派

7.2.2連桿機構的應用和理論

7.2.3凸輪機構的演進、分析與設計

7.3機械振動理論與應用的發展

7.4近代的機械動力學

7.4.1機械動力學分析方法的形成

7.4.2轉子動力學研究的起步

7.4.3關于機構動力平衡的研究

7.5機械傳動與液壓傳動的演進

7.5.1機械傳動的演進

7.5.2流體傳動的出現和發展

7.6近代的機械設計學科

7.6.1古代和近代機械設計發展的幾個階段

7.6.2圖紙設計法出現

7.6.3機械設計從應用力學中獨立出來

7.6.4近代的機械結構強度學

7.6.5主要機械零件設計方法的形成

7.7近代的機械制造學科

7.7.1概述

7.7.2關于金屬切削理論的研究

7.7.3機械加工精度理論

參考文獻

第8章第三次技術革命概貌

8.1第三次技術革命的科學基礎

8.1.1新的物理學革命

8.1.2信息論、控制論和系統論的誕生

8.1.3非線性科學的誕生和發展

8.2第三次技術革命的背景和概貌

8.2.1第二次世界大戰對新技術革命的催生作用

8.2.2戰后世界形成了有利于經濟和科技發展的環境

8.2.3第三次技術革命的概貌

8.2.4第三次技術革命的特點

8.2.5第三次技術革命的影響

8.3第三次技術革命的主要內容

8.3.1航天事業

8.3.2生物技術

8.3.3海洋工程技術

8.3.4新能源技術

8.4信息技術

8.4.1微電子技術

8.4.2電子計算機技術

8.4.3人工智能

8.4.4信號分析

8.4.5網絡技術

8.4.6傳感技術

8.5新材料技術

8.5.1新材料作用重大

8.5.2各種新材料的發展

8.6與機械工程相關的數學、力學的新進步

8.6.1數值計算方法的巨大進步

8.6.2振動理論的新進展

8.6.3多體動力學的誕生

參考文獻

第9章第三次技術革命中的機械工程概述

9.1新時期的機械工程概述

9.1.1新時期推動機械工程發展的四大因素

9.1.2新時期機械工程的全面大發展

9.2新時期機械產品發展的總趨向

9.2.1機械和運載工具進一步的高速化和大功率化

9.2.2對機械的精密化要求提高到更高的水平

9.2.3對機械的可靠性要求提高到更高的水平

9.2.4對機械和運載工具輕量化的要求更為迫切

9.2.5追求產品的性能價格比

9.2.6降低機器對環境的不良影響

9.2.7機器應安全、舒適、怡人

9.2.8產品的多樣化與個性化

9.3新時期機械的重大發明與改進

9.3.1機電一體化產品

9.3.2機器人

9.3.3高速鐵路車輛

9.3.4大型工程機械

9.3.5信息機械

9.3.6動力機械

9.3.7紡織機械

9.3.8農業機械

9.4機械制造業幾個重點領域的迅速發展

9.4.1汽車工業

9.4.2航空航天工業

9.4.3大型發電設備制造業

9.4.4IC制造業

9.4.5機床制造業

9.5關于復雜機電系統

參考文獻

第10章新時期機械學理論的發展

10.1機構學

10.1.1機構學的美國學派

10.1.2現代機構學的進展： 機構運動學

10.1.3現代機構學的進展： 新的機構類型

10.1.4現代機構學的進展： 機構動力學

10.1.5機構學在中國的發展簡介

10.2機械傳動學

10.2.1齒輪強度計算標準的建立

10.2.2齒輪動力學與減振降噪的研究

10.2.3嚙合理論研究的新進展

10.2.4新型嚙合傳動的發展

10.2.5其他機械傳動

10.2.6機械傳動的信息化和智能化

10.3機器人學

10.3.1機器人機構學

10.3.2機器人動力學

10.4機械動力學

10.4.1新時期機械動力學發展概述

10.4.2機械動力學分析模型

10.4.3動力學建模的精細化

10.4.4動力學分析與仿真的發展

10.4.5機械動力學在橫向形成幾個分支領域

10.5機械強度學

10.5.1疲勞設計方法的建立

10.5.2斷裂力學的發展

10.5.3智能結構與健康監測

10.6摩擦學

10.6.1近代關于摩擦、磨損和潤滑的研究

10.6.2當代的摩擦學研究

10.7微機械學

10.7.1MEMS的技術革命歷程

10.7.2MEMS的應用前景

10.7.3關于微機械系統的研究

10.8流體傳動與控制

參考文獻

第11章新時期機械設計的全新面貌

11.1新時期機械設計概述

11.1.1新時期機械設計的全面大發展

11.1.2設計理論和方法學

11.2機械創新設計的理論和方法

11.2.1創造學在美國的誕生和發展

11.2.2蘇聯的TRIZ理論和方法

11.2.3機械創新設計

11.2.4反求設計

11.2.5仿生設計

11.3計算機圖形學和計算機輔助設計

11.3.1計算機圖形學

11.3.2計算機輔助設計

11.4保證產品主要性能的現代設計方法

11.4.1優化設計

11.4.2可靠性設計

11.4.3保值設計

11.5動態設計與振動控制

11.5.1靜態設計與動態設計

11.5.2動態設計方法的發展

11.5.3振動控制技術的發展

11.6其他現代設計方法

11.6.1價值工程

11.6.2工業設計與人機工程

參考文獻

第12章新時期機械制造的全新面貌

12.1新時期機械制造概述

12.1.1新時期對機械制造技術提出的新挑戰

12.1.2新時期機械制造技術發展的總趨向

12.2自動化——先進制造技術發展的主線

12.2.1數控加工和數控機床的誕生和發展

12.2.2工藝編制技術的進步

12.2.3CAD/CAPP/CAM的集成

12.2.4柔性制造系統

12.2.5機器人在制造中的應用

12.3切削加工技術的進步

12.3.1刀具材料的新進步

12.3.2高速切削技術

12.3.3精密與超精密加工技術

12.3.4難加工材料的加工技術

12.3.5干式加工技術

12.3.6關于加工振動控制的理論與實踐

12.3.7與切削加工的進步相適應的機床技術

12.4特殊表面的加工技術

12.4.1自由曲面加工

12.4.2螺旋錐齒輪齒面的加工

12.5特種加工技術的出現和發展

12.5.1電火花加工

12.5.2電化學加工

12.5.3超聲波加工

12.5.4高能束流加工

12.5.5水射流加工

12.6增量制造技術

12.6.1快速原型技術

12.6.23D打印技術

12.7綠色制造技術

12.7.1綠色制造——從認識到行動

12.7.2綠色制造技術的內容

12.7.3再制造技術

12.8企業活動的信息化、智能化和網絡化

12.8.1計算機集成制造系統

12.8.2制造活動的網絡化

參考文獻

第13章毛坯生產技術的歷史發展

13.1鑄造技術的歷史發展

13.1.1工業革命期間鑄造技術的進步

13.1.2新技術革命中的現代鑄造技術

13.2壓力加工技術的歷史發展

13.2.1鍛造

13.2.2軋制

13.2.3沖壓

13.2.4擠壓

13.2.5冷鍛

13.2.6旋壓

13.3焊接技術的歷史發展

13.3.119世紀焊接技術的發展

13.3.220世紀上半葉焊接技術的發展

13.3.3第三次技術革命中的焊接技術

13.4其他毛坯成形方法和熱處理技術的歷史發展

13.4.1爆炸成形

13.4.2粉末冶金

13.4.3塑料成形

13.4.4熱處理技術

參考文獻

第14章近代的高等機械工程教育

14.1近代工程教育的誕生和發展(19世紀)

14.1.1英國： 走向落伍

14.1.2法國： 近代機械工程教育的先鋒

14.1.3德國： 建立現代大學，領先機械科技

14.1.4美國： 工程教育的崛起

14.2近代工程教育的發展(20世紀)

14.2.1蘇聯： 專才教育的極端化

14.2.2前所未有的知識難民潮

14.2.3美國成為當代科學技術和工程教育的中心

14.3近代的兩種工程教育模式

14.3.1通才教育和專才教育的基本概念

14.3.2實例對比

14.3.3兩種教育模式的區別和選擇

參考文獻

第15章近當代中國的機械工程

15.1洋務運動中的機械工程

15.1.1鴉片戰爭以前西方機械技術的傳入

15.1.2洋務運動概況

15.1.3中國近代機械工業的誕生

15.1.4中國近代高等工程教育的誕生

15.1.5洋務運動的失敗

15.2民國時期的機械工程

15.2.1民國時期的機械工業

15.2.2民國時期的機械工程教育與研究

15.2.3中國機械工程學會的成立

15.3當代中國的機械工程(改革開放以前)

15.3.1新中國成立后的機械工業與機械科技

15.3.2新中國成立后的高等機械工程教育

15.3.3文化大革命中的機械工業和教育

15.4當代中國的機械工程(改革開放以來)

15.4.1改革開放以來中國機械工業的跨越式發展

15.4.2改革開放以來中國的機械科學與技術

15.4.3改革開放以來中國的高等機械工程教育

參考文獻

跋

附錄A人名表

附錄B術語的漢英對照和索引

我畢生從事機械工程的教學與研究，同時也對社會科學，特別是歷史感興趣。

2006年，我從天津大學本部退休，到天津大學仁愛學院工作。我給學生開設的“機械創新設計”課程與所有其他學校都不同。我認為，歷史上的所有機械發明都是創新設計，機械創新設計這門課最好是結合機械發明史來講述。所以，我的課程的全名應該稱作“機械發明簡史與機械創新設計”。這門課我講了三輪，后來把講稿給了青年教師去講。當時便萌生了一個想法： 寫一本與眾不同的教材。

2013年初春，國家開放大學邀請我去給他們的教師培訓班做個講座，我就選擇了機械工程簡史這個題目，并準備以此為契機，開始寫一本專著。從那時起，專著的撰寫和講座的準備同時并舉。2013年6月在開放大學做的兩個多小時的報告受到歡迎，校方當即邀請我做一次5~6學時的講課錄像。于是，專著的撰寫又和錄像的準備同時并舉。

本書主要是給學校的教師和學生寫的，當然也可以供研究人員和工程技術人員參考。本書編寫的宗旨和思路已經在緒論中表達清楚。我特別注意不能就科技論科技，而要把機械工程的發展放到社會的發展、經濟的發展和整個科技進步的大背景下加以論述。

多年來，學界同人普遍認為，應對學生加強科技史方面的教育，加強人文素質方面的培養。我很贊同這種意見，教師和學生都應該知道一些機械發展的歷史，其理由在本書的緒論中做了論述。我主張對機械類專業的本科生應開設“機械工程史”的選修課（學時8~16）或講座（學時4~8）； 對研究生則要求自學相關的三級學科的發展史（不是所做課題的發展史），并撰寫讀書報告。這件事目前做起來的難度主要是沒有教材。如果有學校開設“機械工程簡史”這門選修課，本書應該是一本可用的教師參考書。反之，我也期望本書的出版能有助于把科技史的教育開展起來。筆者也已完成一本20萬字的學生用書，很快即可出版。

楊廷力教授、申永勝教授和戴建生教授等學界同人對本書的撰寫給予了熱情鼓勵和大力支持。

戴建生教授多次向筆者提供了機構學領域發展的書籍和其他文獻。天津第一機床廠原總工程師、天津大學兼職教授林漢元先生是從事螺旋錐齒輪研究數十年的專家。他將自己多年積累、且未曾面世的關于螺旋錐齒輪發展歷史的資料無私地提供給筆者，并擇其要者給筆者做了講述。天津大學胡繩蓀教授無私地將自己撰寫的內部講稿《高科技引領下的焊接前沿技術》提供給作者參考。北京大學武際可教授、天津大學王振東教授在力學資料方面給予了幫助。合肥工業大學王章豹教授，天津大學張世昌、林彬、張俊紅、李午申等各位教授也都對本書的撰寫給予了資料方面的支持和幫助。

清華大學出版社理工分社社長張秋玲同志對本書的出版給予了大力支持。責任編輯莊紅權同志為保證本書的如期出版、提高書的質量做了許多工作。

謹對上述同志給予我的鼓勵、支持和幫助表示衷心的感謝！

由于時間和精力有限，本書仍大有可提高之處，也請讀者多多理解，提出寶貴建議。

張策

2015年3月于天津大學新園村