英國工業革命技術革新的軌跡及邏輯

以蒸汽機、機械棉紡織設備和煤替代木炭作為燃料的焦爐冶鐵技術為標誌性的工業革命是人類第一次突破肌肉力量獲得更大的能量。工業革命不僅成就了英國日不落帝國的無限榮光，同時也讓人類叩開了工業社會之門，不可逆轉地顛覆了人們的思維方式和生活方式。

何為工業革命？套用阿什頓筆下那位大名鼎鼎的孩童的話來說「工業革命就是在1760年左右一波又一波發明和使用這類新式機械裝置的浪潮，開始席捲英國各地」。美國發明家托馬斯.愛迪生指出「所謂發明，就是一分靈感加之九十九分汗流浹背的勞碌」。羅伯特.艾倫將這些發明分為由靈感驅動的宏觀性發明和由汗流浹背的勞碌驅動的微觀性改良。以蒸汽機、機械紡織設備和焦爐冶鐵技術為代表的極具創造性的宏觀性發明為後續技術進步奠定平台、指明方向，微觀性改良圍繞天才性發明展開完善提高這些發明的穩定性、效率和可用性，促進它們可以被推廣至更廣的領域。

蒸汽機：實現能量來源從肌肉到機器的跨越

1700年前後英國煤炭工業的產量和產值分別占歐洲總量的87%和59%，但礦井排水長期困擾著英國煤炭業的快速發展。由水車和馬車拖拽的機械帶動抽水機運轉是一直以來的解決方案，如何尋找更划算和更高效的動力供應方式是很多人探索的目標。

1698年托馬斯·薩弗里依據「水蒸氣冷凝後會在封閉容器內形成真空，隨後藉助外界的大氣壓力推動活塞移動實現抽水」的原理設計真空抽水機成功申請專利，首次將蒸汽動力技術投入實際應用領域。不過這種設備並沒得到廣泛應用。

1700年前後托馬斯·紐卡門正式著手開展研發活動，1710年在康沃爾推出一款用於向外界展示的原型機，又過了兩年在杜德利推出運轉性能優異的成型機。紐卡門式蒸汽機的問世使得提供動力的生產要素從牲畜飼料轉變為具備加熱功能的燃料。由於在礦井幾乎可以免費獲得無限的煤炭，早期用於煤礦抽水的蒸汽機固有的耗煤量大的缺陷不會引起用戶的顧慮，這也將紐卡門式蒸汽機早期的的應用領域鎖定在煤炭業。1733年英國境內共有100台左右標壓蒸汽機實現商業化運營。1800年英國境內申請的數量已增至2500台，其中60~70%為紐卡門式蒸汽機。

紐卡門式蒸汽機在當時無疑是一項尖端的技術，但若用日後標準來看只能算一款原型機。這種機器燃料消耗量極大，同時該機器的關鍵性部件往複運動的速度很不平穩無法成為一般工業生產設備的動力源。

以紐卡門式蒸汽機為起點，後續的技術改良對某些重要零部件和運轉流程進行了諸多改變，最終定型的設計理念和最初的構想差別很大。迴旋式蒸汽機降低了紐卡門原型機的造價和耗煤量，這幫助蒸汽機的使用範圍從煤礦擴展到一些銅礦和錫礦。詹姆斯·瓦特發明的分離式冷凝器極大提高了蒸汽機的熱效率。1800年理查德·特里維西克首先成功研製出耗煤量更低、結構輕便以及造價便宜高壓蒸汽機，這種蒸汽機成為鐵路和輪船運輸領域中常見的動力設備。馬修·博爾頓設法給蒸汽機加裝一個飛輪在一定程度上解決了機器運轉速率不夠平穩的問題，詹姆斯·皮卡德設計出一種結構新穎的曲軸以獲得更為平穩的動力。18世紀80年代，瓦特通過重新設計閥門的開合方式、採用並聯驅動桿的動力傳導系統、太陽系行星輪系和離心調速器等技術創新給蒸汽機帶來了革命性的突破，使其可以下所有的機器提供非常勻速且平穩的動力。

1784年，博爾頓和瓦特為了向外界展示新式蒸汽機的優異性能，共同向阿爾比恩工廠注資協助該廠完成動力源轉換，該工廠廣場成為第一個大規模使用蒸汽動力的製造業企業。1785年，來自波波普威克的喬治·魯賓遜和約翰·魯賓遜率先將瓦特式蒸汽機安裝到一個棉紡織廠。截至1800年博爾頓和瓦特兩人累計出售308台新型迴旋式蒸汽機提供各類工廠帶動機器運轉，還售出24台老式蒸汽機供某些企業用作鼓風機的動力源。蒸汽機技術經歷了持續的改良和完善之後，開始帶有的偏向性大為減弱。由於運轉成本大幅降低，越來越多的工業部門和國家都使用蒸汽機作為動力源。1803年美國發明家羅伯特·富爾頓開闢出世界上第一條採用輪船開展商業運輸業務的航線。

珍妮紡紗機與水力織布機：全球紡織業霸主的締造者

英國棉紡織業充滿戲劇性的發展史堪稱奇蹟。發軔之初的棉紡織業規模很小，若以18世紀中葉的國際標準來考量,英國棉紗的平均年產量與法國相當都為300萬磅，但孟加拉棉的棉紗的年產量在8500萬磅上下。到19世紀30年代，全行業僱工量已達425000人,佔英國製造業僱工總數的16%，所創造的產值佔英國國民生產總值的8%。持續湧現的技術創新是推動棉紡織業上演一幕幕躍進場景的核心要素。

工業革命之前布匹都用手工生產。首先將棉花弄乾凈（把棉籽、棉稈等雜質從棉胎中濾去），然後進入梳棉工序（這道工序須將棉花放置於滿針排的手持式梳棉板中間,然後沿相反的方向來回挪動兩塊梳棉板，利用梳棉板上的針排將棉花梳理成排列一致的單根纖維條,這樣得到的單根纖維條就是粗紗條，將若干條粗紗條首位拈連到一起,使其達到規定的長度），隨後是紡紗工序，最終藉助手工織布機來將其織成布匹。

棉紡織業的發展史是上述各道生產工序逐步實現機械化的過程，紡紗工序機械化是首先成為人們關注的問題。劉易斯·保羅和詹姆斯·懷亞特兩人曾試圖聯手發明一種性能優越的紡紗機械，但最終未能完成。18世紀60年代中葉，詹姆斯·哈格里夫斯成功研製珍妮紡紗機，這是全世界第一架實用性能優異的紡紗機械。不久，理查德·阿克萊特發明了水力紡紗機。18世紀80年代這兩種新式紡紗機器都得到廣泛應用，珍妮紡紗機適合紡緯紗，水力紡紗適合紡經紗 。

這兩種新式紡織機仍然圍繞優化棉紗生產過程中每道工序所用機器的性能和綜合兩種機器的優點等兩個方面進行微觀改良。

18世紀70年代薩繆爾·克隆普頓經過長期努力研製出一款集珍妮紡紗機和水力紡紗機各自優勢於一身的「騾機"。採用「驟機」紡出的高支(特細)紗簡直可以同印度人手工紡出的最上等紗線相媲美， 「騾機」的登場為英國棉紡產品在19世紀以後稱雄世界市場奠定了堅實基礎。隨著各道工序陸續經歷了一系列重大技術改良，機械化棉紡廠逐漸從用過本土擴展至歐洲大陸和北美。時至今日，仍有許多人將兩百多年前英國發生的工業革命直接等同於棉紡織業革命。

焦爐冶鐵技術：助鐵騰飛

焦爐冶鐵技術有效降低了冶鐵成本,對於鐵路和輪船運輸業的發展以及鐵質機械化工業生產設備的廣泛運用發揮了至關重要的作用。亞伯拉罕·達比在1709年成功研製出一種採用焦炭代替木炭作為燃料的鼓風爐。焦炭鼓風爐所用到的技術在問世之初帶有明顯高耗能、產品質量差以及很難同熟鐵生產工藝中以木炭為原料煉出的鐵錠相媲美等問題。1709-1755年間湧現出一大批創新技術使得採用焦爐冶鐵、鍛造半成品鐵錠的成本降到前所未有低水平。

18世紀30年代早期，理查德·福特為了規模化生產市場前景廣闊的裝配薩弗里-紐卡門式蒸汽機所需的各種鑄鐵部件發明了新式抽水蓄能蒸汽機，這讓鼓風爐得以在水車的帶動下以最大功率連續不停地運轉，擺脫了之前受天然河流因素影響而使生鐵產量具有季節性差異的困擾，極大增加了生鐵的產量，同時也降低了生鐵的生產成本。

1755年霍斯海冶鐵廠的第一台焦炭冶鐵爐投入運轉，這種冶鐵爐具有更寬厚的爐寬以及由蒸汽機抽水蓄能實現持續旋轉的大水車進行鼓風的特點，這不僅增大了產量，還通過縮減冶鐵爐檢修周期和減少要素消耗等進一步降低了成本。

英國冶鐵業於1755年最終摸索出一套較為完善的除磷工序，這樣可以生產出質量上乘的生鐵錠。這使得擁有豐富而廉價的煤炭資源的英國在金屬加工領域獲得了大顯身手的機會，英國鐵製品在世界市場上所向無敵的時代即將來臨。

歷經百餘年改良之後,新式焦爐冶鐵技術帶有越來越強的中性意味。到19世紀中葉,就連煤炭資源相對匱乏的國家的制鐵廠也發現以礦物燃料煤炭取代有機物燃料木炭作為冶鐵燃有利可圖，法國、德意志地區程國的金屬加工行業直接從英國引進了當時最先進的焦爐冶鐵技術。19世紀中葉大衛·托馬斯所發明及推廣的熱鼓風技術加快了美國金屬製造業轉向礦物燃料的步伐。

技術革新的演化邏輯

單個技術沿著「以需求為驅動力，以宏觀性發明和微觀性改良為革新方式，以性能穩定高效、成本降低和擴大應用市場規模為目標」的邏輯深入發展

英國煤炭工業快速發展所需解決的礦井排水問題催生了蒸汽機的發明，棉紡紗業巨大的市場空間以及印度棉紡織業在技術水平和生產效率的差異為紡紗機械的革新提出了現實要求，英國豐富的煤炭資源則為利用焦煤替代木炭作為冶鐵原料提供了動力和可能。這三種技術的宏觀性發明具有一定的偶然性或是天才的發現，但後續的改良都首先以煤炭抽水、棉紡業和冶鐵業為應用場景，提高技術產出的效率和效果，最終實現了煤炭、布匹和生鐵成本的下降。與此同時，這三項技術經過改良改變了開始時所具有的高耗煤——這一濃厚的英國要素稟賦的痕迹走向中性化，為這些技術擴散至更廣的地區、行業提供了可能並最終引發了歐洲和北美眾多國家生產、生活方式的重大變革。

市場外溢效應激發了技術間的協同效應有利地促進了技術創新

蒸汽機、紡織機械和焦爐冶鐵技術並不相互孤立，焦爐冶鐵技術在通過利用蒸汽機輸入作為動力輸入源之後不僅極大提高了生鐵的產量和質量，而且降低了生鐵的平均成本。焦爐冶鐵技術所提供的生鐵和蒸汽機一起催生了鐵路和輪船運輸業的發展，這又進一步擴大了棉紡業和蒸汽機的市場空間。棉紡織業和蒸汽機的擴張帶動衍生對生鐵的需求又拓展了冶鐵業的市場空間。這種良性的市場多向擴張機製為廠商提供了廣闊的利潤空間，充分利用技術研發的規模經濟效應，促進技術的不斷進步。

本文內容由羅伯特·艾倫所著的《近代英國工業革命揭秘：放眼全球的視角》改編、拓展而來。

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