5.6.2. Развитие промышленного производства
в 16–19 веках

В средние века промышленные товары создавались ремесленниками, жившими (преимущественно) в городах, на основе индивидуального ручного труда. Существовала специализация: были прядильное, ткацкое, швейное, обувное, гончарное, ювелирное, оружейное и многие другие производства, каждый ремесленник изготовлял законченную вещь, выполняя все необходимые операции. Многие из них были искусными мастерами, но свои навыки держали в секрете, передавая их по наследству. Это свидетельствует о скрытой борьбе между ремесленниками. В работе использовались простейшие приспособления, производительность труда была низкой. Существовали цеховые организации гончаров, ювелиров, оружейников и т. д. Основной задачей этих организаций была защита членов своей группы от проникновения «посторонних», которые могли бы составить конкуренцию, а также от проникновения на рынок «чужих» товаров.

Источниками энергии служили: мускульная сила животных и человека, иногда применялись водяные колеса и ветряные мельницы (в основном — в мукомольном деле). Когда нужна была тепловая энергия (металлургия, кузнечное дело, обжиг гончарных изделий, отопление), применялись дрова, древесный уголь, использование каменного угля ещё только начиналось.

Очень значительная часть ремесленной продукции шла на удовлетворение верхушки общества — знати, состоятельных купцов, а также армии. Самые массовые и бедные слои — крестьянство — вели хозяйство, близкое к натуральному, стремились по возможности сами производить те нехитрые товары, которые им были абсолютно необходимы.

Но численность населения росла, и развитие шло таким образом, что низкая производительность ремесленного труда никак не могла удовлетворить растущий спрос. Поэтому стали появляться мануфактурные производства, в которых трудились десятки, иногда сотни рабочих, вербовавшихся из разорившихся свободных крестьян и ремесленников.14 Это был первый шаг к промышленному капиталистическому производству, пока ещё без серьёзной механизации. Если ремесленник использовал принадлежащие лично ему орудия труда, работал в своем собственном помещении (дома) и сам распоряжался произведенной продукцией, то мануфактурный рабочий работал орудиями, принадлежащими хозяину, в его помещении, произведенный продукт принадлежал хозяину. Роль владельца заключалась в создании мануфактуры, включая все виды затрат на закупку оборудования, помещение и т. п., организации и поддержании производства, приобретении сырья, продаже продукции. Он нёс весь коммерческий риск. Для этого требовался немалый начальный капитал, но такие средства к тому времени накопились в руках купечества и знати. Некоторые энергичные предприниматели прибегали к кредитам, начинала складываться финансово-банковская система. Владельцы мануфактур, а затем и пришедших им на смену гораздо более крупных фабрик и заводов с тысячами рабочих, безусловно были заинтересованы:

К вопросу об эксплуатации мы вернемся чуть позже, а сейчас рассмотрим, как развивались технические средства в промышленности, а потом и вообще во всех сферах жизни.

Постепенно люди стали понимать, что с помощью машин, устройств и приспособлений, а также соответствующей организации, можно механизировать почти любой труд, значительно облегчив его, обеспечив при этом резкое повышение производительности и улучшение качества продукции. И во всех передовых странах Европы как из рога изобилия посыпались изобретения новых машин, для всех отраслей производства, технологий, средств транспорта и связи, предметов бытового назначения, ну и, конечно, военной техники.

В 16, 17, 18 веках технический прогресс возглавляла Англия, за ней следовали Франция, Германия, другие страны Европы. В 19 веке на передовые рубежи по многим направлениям вышла Германия, в 20 веке почти по всем направлениям первенство захватили США. Рассмотрим несколько подробнее развитие по отдельным отраслям.

Машиностроение. Токарные и сверлильные станки появились ещё в 16 веке. В дальнейшем они непрерывно совершенствовались, в 1770 году была создана современная форма сверла (Д. Пристли, Англия), в 1794 г. появился токарный станок с механическим суппортом (Модcли, Англия). К 1800 году были созданы все основные виды механических станков, инструмента, оборудования — фрезерные, строгальные, расточные, заточные, шлифовальные, появились разнообразные специализированные инструменты, прессовое оборудование, которое стало применяться для ковки, штамповки, прессования. С 1600 года началось широкое строительство машиностроительных заводов, производивших все виды станков для механической обработки и машин для других отраслей промышленности. Машиностроение стало определять уровень и темпы промышленного развития всех других отраслей.

Очень большое значение в машиностроении и вообще в промышленном производстве имела стандартизация — система, позволившая отделить изготовление деталей и узлов от окончательной сборки. Благодаря стандартизации отпала необходимость в индивидуальной подгонке при сборке изделий, открылся путь к конвейерной сборке, которая начала применяться с конца 19 века. На этом прогресс не остановился, он продолжался ускоренными темпами. В 19 веке были созданы станки и инструменты для особо точной обработки, станки-автоматы. С освоением электричества (20 век) облик станков для механической обработки претерпел очередное кардинальное изменение: вместо распределения энергии от общего механического двигателя с помощью леса трансмиссий, они получили индивидуальные электрические приводы.

Были освоены новые технологические процессы — электросварка, искровая обработка. Прогресс в этой области продолжается, и не видно, чтобы темпы его замедлялись.

Энергетика. Об источниках энергии в момент начала промышленной революции уже упоминалось. Разумеется, этого было недостаточно, поэтому всё время, в разных странах делались попытки создания паровых котлов и паровых двигателей — поршневых и роторных. Так, работавший в Англии француз Д. Папен совместно с голландцем Х. Гюйгенсом пытался создать паровой, а затем пороховой двигатель ещё в 1673 г.; в 1681 году он же создал один из первых паровых котлов, а в 1689 г. — центробежный насос. Однако, все эти попытки по разным причинам терпели неудачу. Лишь в 1765 г. англичанин Д. Уатт создал достаточно совершенный паровой двигатель, который начал своё победное шествие по странам Европы и в Америке, непрерывно совершенствуясь и завоевывая всё новые области применения. Преимущества нового двигателя очевидны: он устранил зависимость промышленных предприятий от рек (водяное колесо) и от непостоянной силы ветра. Паровые установки, содержащие котёл и паровую машину, были достаточно компактными и смогли применяться на транспорте. Для отопления и в металлургии с 17 века, а затем и в паровых котлах начал применяться каменный уголь и его добыча непрерывно росла. Только за 10 лет (1681–1690 гг.) в Англии было добыто 3 миллиона тонн каменного угля.

Паровые машины оказались не последним словом в области энергетики. В 19 веке после многочисленных удачных и неудачных попыток были изобретены паровые турбины (Дж. Френсис США, 1849 г., Ч.А. Парсонс, Англия, 1884 г. и др.) и гораздо более удобные для транспорта двигатели внутреннего сгорания — четырехтактные (Н. Отто, Г. Даймлер, К. Бенц, 1876–1877 гг., Германия) и двухтактные (Р. Дизель, 1893, Германия).

В 1859–1860 гг. в Пенсильвании (США) началась промышленная добыча нефти, сначала с целью получения керосина для освещения, а затем и бензина для двигателей внутреннего сгорания. Новые двигатели оказались удобнее паровых, они не нуждаются в двойном преобразовании тепловой энергии угля в пар, а затем энергии пара в механическую. Кроме того, калорийность бензина выше, чем угля. Поэтому их вес, приходящийся на единицу мощности, значительно меньше, КПД — выше, вес запаса горючего — меньше. Все это обеспечило преимущество бензиновых двигателей перед паровыми не только в наземном транспорте, а затем и в авиации, но и во многих других энергетических установках малой и средней мощности. Но и это тоже было не последним словом в энергетике.

На протяжении всего 19 столетия учёные разных стран изучали электрические явления, казалось бы, мало связанные с практическими задачами. Но в результате были открыты такие физические законы, на основе которых удалось создать преобразователи механической энергии в электрическую (генераторы) и устройства для обратного преобразования электрической энергии в механическую (электродвигатели), работающие почти без потерь энергии (т. е. с очень высоким КПД). Кроме того, были открыты способы преобразования электрической энергии в свет (тоже с малыми потерями) и в тепло (совсем без потерь).

Электрические генераторы и двигатели оказались очень простыми по конструкции и, следовательно, дешевыми, в них использовалось только равномерное вращательное движение; они могли строиться на самые разные мощности, в том числе очень маленькие (микродвигатели); скорость вращения могла легко регулироваться в широких пределах, в отличие от паровых машин и бензиновых двигателей, они почти не требовали обслуживания.

Были открыты способы передачи электрической энергии на большие расстояния — при этом не требовалось никакого движения, никаких труб, никакой перевозки. Электростанции, вырабатывающие энергию (тепловые, гидростанции), могли строиться в удобных местах, вдали от города, а энергия поступала потребителям по проводам. Если к этому добавить способность к мгновенной передаче энергии (и сигналов), то становится совершенно очевидным, что электричество — идеальный источник энергии, и человечеству больше не о чем мечтать. И действительно, на рубеже 19–20 веков электричество проникло во все сферы жизни и народного хозяйства, вытеснив совсем или существенно потеснив другие источники энергии. Невозможно представить существование современной цивилизации без электроэнергии. И все же электрические двигатели оказались не вполне универсальными. Это объясняется по крайней мере двумя причинами:

1. Основными первичными источниками энергии, по крайней мере, на современном уровне развития, являются запасы горючих полезных ископаемых — каменный уголь, нефть и её продукты, горючие газы и др. Но запасённая в них потенциальная энергия (в виде химических соединений) может быть эффективно преобразована только в тепловую форму, путём сжигания. А непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую хотя и возможно, но очень неэффективно: осуществляется с малым КПД и требует сложных, дорогих установок. Поэтому на всех тепловых электростанциях электроэнергия вырабатывается по схемам:

  1. горючее (жидкое или твёрдое вещество) — энергия пара — механическая энергия — электроэнергия;
  2. горючее (жидкое) — механическая энергия — электроэнергия.

В этих цепочках необходимым звеном являются паровые машины (турбины) или двигатели, работающие на жидком топливе. Правда, существуют ещё гидростанции и некоторое количество ветросиловых установок, в которых электроэнергия вырабатывается по более простой схеме: механическая энергия — электроэнергия. По ряду причин такие системы могут удовлетворить только небольшую часть современных энергетических потребностей человечества.

2. Электрические двигатели нуждаются в подводке электроэнергии с помощью проводов. Это удобно в стационарных установках (на заводах и т. п.), в быту, но не всегда удобно на транспорте. Поэтому наряду с широким применением электродвигателей в городском транспорте (трамваи, троллейбусы, метро) и на железных дорогах (электровозы), где подвод электроэнергии осуществляется с помощью контактной сети, в автомобильном транспорте, тракторах и комбайнах, работающих в сельском хозяйстве, в водном и воздушном транспорте двигатели, работающие на жидком топливе, сохранили все свои позиции. Таким образом, электрические, паровые и бензиновые (нефтяные, керосиновые15 ) двигатели мирно сосуществуют и все они продолжают развиваться и совершенствоваться.

Для полноты картины необходимо добавить, что в 20 веке была открыта атомная энергия, и с середины столетия начала развиваться атомная энергетика, которая может обходиться без горючих полезных ископаемых. К этому вопросу нам ещё предстоит вернуться далее, возможно, неоднократно. Проникновение электричества в народное хозяйство и быт обязано трудам очень многих учёных и изобретателей. Справедливость требует, чтобы были упомянуты хотя бы некоторые из них, внесшие основной вклад.

Экспериментальное изучение основных физических закономерностей и разработку теории выполняли:

Разработкой практических устройств, основанных на использовании электричества, занимались:

Мы очень кратко рассмотрели только два направления развития техники. Очевидно, что термин «техническая революция» тут вполне уместен, но то же самое происходило решительно во всех отраслях.

В транспорте на смену конным экипажам и деревянным парусным судам пришли железные дороги с паровозами, затем с дизельными локомотивами и электровозами, автомобили для пассажирских и грузовых перевозок, электрифицированный городской транспорт, металлические суда разного назначения с паровыми и дизельными установками. Были построены сети железных и шоссейных дорог. Были изобретены велосипеды, мотоциклы. С начала 20 века появился и начал развиваться воздушный транспорт.

Сельское хозяйство получило множество разнообразных машин, многократно повысивших производительность и облегчивших нелёгкий труд крестьян. Лошадь как тягловая сила ушла в прошлое; её заменили трактора и комбайны с двигателями внутреннего сгорания. Было открыто значение минеральных добавок (калий, кальций, азот, микроэлементы), и широко стали применяться минеральные удобрения.

В области связи появился телеграф, телефон, радиосвязь.

Подобные же кардинальные изменения произошли во всех других сферах: металлургии, химической и горнодобывающей промышленности, в строительстве, в быту, военном деле — всюду. Не осталось ни единого уголка, который ускользнул бы от пытливой мысли изобретателей, рационализаторов, промышленников. Если бы человеку времен 1800 годов рассказали, как будут жить и работать люди через каких-нибудь 150–200 лет, он бы не поверил, счёл бы это фантазией, сказкой. Всё это и есть техническая революция.

В литературе [5.81; 5.83; 5.84 и др.] приведены подробные сведения об истории технических изобретений и промышленного развития. Анализ этой литературы позволяет выявить некоторые общие закономерности:

1. Научный и технический прогресс в последние столетия непрерывно ускоряется. Начиная с 1700 года любой его показатель: число открытий и изобретений, количество патентов, объём научно-технической литературы и др. увеличивается по крайней мере в геометрической прогрессии. Особенно крупными достижениями отмечены последние 80–100 лет. Это связано с общим ростом образования, увеличением числа людей, вовлекаемых в сферу научно-технического творчества, глубиной познания законов природы, созданием всё более совершенных технических средств, обеспечивающих исследовательскую работу.

2. Прогресс захватил все стороны жизни, все сферы человеческого бытия, посягает даже на интеллектуальную деятельность и искусство.

3. Каждое крупное, действительно новое изобретение переживает 4 стадии, напоминающие развитие живого организма:

На этапе скрытой подготовки формулируется и осознаётся задача и делаются первые, как правило, неудачные и несовершенные попытки её решения. Такие предшественники были у паровой машины, паровоза, автомобиля, самолета, буквально у всех пионерских изобретений.

Вновь созданное устройство, действующее и дающее ожидаемый эффект, никогда не рождается в законченном состоянии, как Афродита из пены волн. Наоборот, оно бывает крайне примитивным, подобным только что родившемуся младенцу. В дальнейшем на протяжении всей «жизни» непрерывно вносятся крупные и малые усовершенствования, в результате которых изделие преображается, иногда до неузнаваемости. Например, можно представить рядом первый самолет братьев Райт (1903 г.) более всего напоминающий детский змей с мотором и современный реактивный лайнер, пассажирский или военный. Пожалуй, одного этого примера достаточно. Усовершенствования продолжаются в течение всей «жизни» устройства.

Смерть технического объекта наступает, когда в результате развития технологии в подобных устройствах отпадает потребность или когда ему на смену приходит новое устройство, делающее то же самое, но работающее на ином принципе, более эффективно.

4. Большинство научных исследований и технических разработок выполняются одновременно в разных местах. Иногда результат достигается настолько одновременно, что возникают споры о приоритете. Хорошо это или плохо? С одной стороны хорошо, так как возникает конкуренция и соревнование и в результате выигрывает прогресс. С другой стороны — плохо, поскольку приводит к распылению сил, излишней трате ресурсов. Где тут золотая середина, пока не ясно.