Виникнення технічних наук та інженерної освіти (середина хvііі – 70-ті РР. ХІХ СТ. ).

 

1. Становлення технічних наук та інженерної діяльності.

2. Заснування і розвиток перших технічних закладів освіти.

1. Становлення і розвиток технічних наук відбувався паралельно з розвитком відповідних видів техніки і технологічних процесів. Теоретичні знання конкретної технічної науки відображають специфіку пристроїв того або іншого принципу дії та призначення. Однак об'єкт вивчення не протистоїть технічній теорії як щось, що існує за незалежними від пізнавальної діяльності законами, які лише "відкриваються" в технічних науках. Розвиваючись, технічна наука формує систему адекватних їй технічних пристроїв. Емпіричний базис технічної науки - сфера проектування технічних пристроїв певного типу – є одночасно і сферою "втілення в життя" її теоретичних положень.

Техніка - предметні структури практики, технологічні та виробничі процеси, інфраструктура виробничої і - ширше - господарської діяльності, з одного боку, - продукт інженерної діяльності, а з іншого - об'єкт технічного знання, на яке спирається інженерна діяльність. У технічному знанні відображається досвід практичної діяльності як з боку процесуальної, куди входить опис характеру і послідовності дій або технологічних перетворень, так і з боку опису властивостей предметних структур практики, технічних засобів, які функціонують у виробничо-технологічних процесах.

Технічні знання - це ті знання, якими керуються при здійсненні практично-перетворювальної, в т.ч. й інженерної, діяльності. Знання технічних наук - це певний вид технічних знань, який містить теоретичний опис предметних структур інженерної практики.

Завдання, які вирішуються в технічних науках (а, отже, і комплекс знань, які використовуються і виробляються для вирішення цих завдань) принципово відрізняються від проблем, що стоять перед природною наукою. Феномен технічної науки виникає як результат деяких процесів в рамках більш широкого цілого, яким є діяльність по створенню технічних пристроїв, оскільки виникнення технічних наук обумовлено потребами технічної практики, що розвивається. Технічна наука являє собою історично сформовану форму обслуговування знаннями інженерної діяльності.

Який же у загальному вигляді хід еволюції технічних знань, що призвів до формування технічних наук? У формуванні технічних наук можна виділити кілька етапів: етап донаукового розвитку технічних знань (до другої половини ХVІІ ст.); етап становлення і розвитку технічних наук "класичного" типу (ХVІІІ - початок ХХ ст.); етап формування комплексних науково-технічних дисциплін (з першої третини ХХ ст.).

Способи бачення та опис технічних об'єктів (пристроїв і процесів) визначаються рівнем розвитку техніки, завданнями інженерної проектувальної діяльності, рівнем розвитку інженерного мислення.

Виникнення технічних наук пов'язано зі становленням експериментального природознавства і перебудовою технічного мислення в соціокультурному процесі зміни суспільної свідомості при переході до капіталістичної формації: відбувається зміна способу бачення технічних об'єктів, що відкриває шлях до становлення технічних наук "класичного" типу. Технічні об'єкти починають розглядатися не просто як доцільно функціонуючі структури, а й як структури, що здійснюють, використовують певний природний процес. У технічних науках "класичного" типу принцип дії технічного об'єкта дається на природно науковій основі, а конструкція розглядається як спосіб його реалізації. Таким чином, з'являється наукове технічне знання, в якому технічні пристрої описуються як природно-штучні утворення. При цьому виділяються характеристики трьох типів: конструктивно-морфологічні (характеризують будову пристрою), процесуальні (характеризують природний процес, що протікає у пристрої, досліджуваному природознавством), функціональні (характеризують пристрій з точки зору його роботи як засіб доцільної діяльності, елемента технічної системи).

Дослідження технічних об'єктів призводить до формування в технічних науках специфічних теоретичних схем (зв'язаних сукупностей ідеалізованих об'єктів вивчення), що описують зв'язки зазначених характеристик для певних класів технічних пристроїв. Класичні технічні науки спираються на теоретичні уявлення природних наук. Причому базова природничо-наукова теорія може мати феноменологічний характер, але бути вельми корисною для технічної теорії з причини того, що для побудови розрахункових методів потрібні насамперед кількісні залежності, що фіксуються в математичному апараті природно наукових теорій. Завдання технічних наук - дати ефективні методи проектування і розрахунку інженерних об'єктів, режимів функціонування складних технічних систем.

У технічних теоріях їх функціонування постає як законообразний процес. Ця робота в технічних науках жодною мірою не підміняє і не заміняє інженерної діяльності, самостійне завдання якої - матеріальне втілення технічних ідей та проектів у певних умовах їх техніко-економічної доцільності.

Практичними передумовами формування технічних наук є поява великого машинного виробництва, яке вимагало для свого розвитку і функціонування свідомого застосування наукових знань. Історичні факти свідчать, що технічні науки сформувалися у зв'язку з ускладненням технічних засобів виробництва в період становлення машин і стали свого роду інструментом, який істотно змінив спосіб конструювання машин.

Процес формування технічних наук розпочався з формування на рубежі XVIII-ХІХ століть технічних наук механічного циклу - теорії машин і механізмів, деталей машин, балістики, теплотехніки та інших. Машина стала розумітися як реалізація природного процесу, технічні засоби відтепер могли бути використані як особлива форма упредметнення явищ і процесів природи.

Безперечна заслуга у становленні технічних наук належить Саді Карно - творцю термодинаміки, який абстрагувався від конкретних конструкцій парових двигунів, створив ідеальну парову машину або теоретичну модель цієї машини і розглянув принцип одержання руху з тепла. Реальні парові машини зводилися до системи фізичних величин, взаємодія вузлів і деталей машин - до фізичних процесів, що протікають в них. Ці фізичні величини і процеси міг використовувати інженер у своїй конструкторської та технологічної діяльності, що дало величезний поштовх розвитку великого машинного виробництва, в горнилі якого викристалізувалася нова система науково-технічного знання - технічні науки, включають ряд наук механічного циклу, теоретичні основи конструювання. Виникає технологія як науково-технічна дисципліна і ряд галузевих технологічних дисциплін.

Зародження, становлення і розвиток інженерної діяльності та технічної освіти є важливими віхами в процесі формування людської цивілізації, значними етапами в розвитку техніки, науки та культури. Тому найважливішим завданням кожного фахівця і насамперед інженера є оволодіння величезним запасом досвіду і знань, накопичених попередніми поколіннями, а також їх використання стосовно до потреб і запитів сучасного виробництва, науково-технічного прогресу.

Історичний процес становлення і розвитку інженерної діяльності та інженерної освіти можна умовно розділити на п'ять етапів, що відповідають п'яти основним історичним етапам розвитку техніки: 1 - інструменталізації (праінженерний), 2 - механізації (предінженерний), 3 - машинізації (власне інженерний), 4 - автоматизації (розвинений інженерний), 5 - кібернетизації (постінженерний). Кожен з цих етапів визначається рівнем розвитку науки і техніки, виробництва і споживання, соціально-економічним і суспільно-політичним устроєм суспільства, його освітнім рівнем; кожному відповідає свій рівень і характер розвитку інженерної діяльності та відповідної технічної освіти.

Перший - праінженерний - етап відповідає розвитку інструментів і знарядь праці в умовах ручного виробництва і названий етапом інструменталізації. Він починається з появою писемності і відділенням розумової праці від фізичної при переході від варварства до античної цивілізації і закінчується зародженням технічних знань в умовах ремісничого виробництва і поділу суспільства на класи.

Другий - предінженерний - етап відповідає періоду розвитку механізмів і механізації виробничих процесів, що почалися ще на попередньому етапі, але які стали значущими для виробництва з настанням нової ери. Потужним поштовхом для розвитку машинної техніки стала зміна рабовласництва феодалізмом, що позбавила виробництво рабської безкоштовної робочої сили, що стала дефіцитною і вимагала економії за рахунок її механізації. Процес механізації особливо інтенсифікувався в епоху Відродження (XIV-XVI ст.), в умовах бурхливого розвитку ремісничого виробництва і подальшого формування феодалізму.

У той період з'явився і отримав потім широке розповсюдження в Європі термін «інженер» (фр. Ingenieur від лат. Ingenieum - розум, винахідливість, вроджена здатність).

Третій - власне інженерний - етап, етап машинізації, став періодом становлення інженерної професії в соціальному плані, набуттям нею свого суспільного статусу. Основою для такої трансформації став перехід з винаходом парового двигуна від мануфактурного до машинного виробництва в епоху розкладання феодально-кріпосницьких та затвердження капіталістичних виробничих відносин.

Розвиток машинного виробництва призвів до того, що робітник став «придатком машини», остаточно втративши функції раціоналізації технічної діяльності. Вона остаточно перейшла до відокремленої групи науково-освічених працівників - інженерів.

Розвиток науки, техніки та інженерної діяльності був пов'язаний з різким збільшенням потоку винаходів, особливо різкий стрибок яких спостерігався напередодні промислової революції. Винахідництво стало одним з найбільш яскравих проявів інженерної думки, а винахідники перетворилися на справжні «двигуни технічного прогресу», своєю геніальністю часто випереджали час. Надзвичайно різкий сплеск винахідницької інженерної думки викликав соціальне замовлення на тепловий універсальний двигун (парову машину) і особливо велосипед (5 тис. патентів в Англії в 1896 р.). Видатними інженерами свого часу були творці парової машини - російський винахідник Іван Іванович Ползунов і англієць Уатт; не можна обійти увагою винахідника токарного супорта А.К. Нартова і знаменитого механіка І.П. Кулібіна.

Друга половина розглянутого етапу збігається з епохою індустріалізації, коли мануфактура остаточно поступилася місцем великій, технічно розвиненій промисловості. Такі галузі, як машинобудування і приладобудування, металургія, енергетика, гірнича справа, хімічна промисловість і транспорт, отримали пріоритетний розвиток. Вони стали провідними і визначали технічний прогрес в цілому, характер інженерної діяльності та стан інженерної освіти зокрема. Основною функцією інженерної діяльності став при цьому прогрес техніки, викликаний громадськими та технічними потребами і який забезпечував максимальний прибуток капіталу.

В умовах становлення та розвитку фабрично-машинного способу виробництва, індустріалізації господарського устрою і зміцнення капіталізму як соціально-економічного механізму розширеного виробництва наука перетворюється на економічний чинник. Це знаходить вираз у появі корпусу технічних наук, безпосередньо пов'язаних із вирішенням конкретних проблем в тій чи іншій галузі масової інженерної діяльності. Технічні науки охоплюють різні види технології, виробничих і технічних засобів та різні аспекти діяльності інженерів, забезпечуючи розрахунково-проектувальну, конструкторську, експлуатаційну сфери науково-обгрунтованими знаннями, методиками, правилами.

Певним гальмом подальшого розвитку інженерної справи в нових умовах були пережитки цехового ладу, які всіляко обмежують свободу праці та підприємницької діяльності. Тому вже в ХVII ст. робляться перші кроки скинути кайдани старого промислового законодавства. В Англії у 1623 р. парламент вотував Закон про недійсність всіх хартій і патентів, виданих королями на предмет монопольного виготовлення та продажу різних продуктів. У Франції Тюрго - міністр фінансів - проводить послідовну політику законодавчого освячення принципу свободи промислів. Скасувавши у 1775 р. різні утиски у промисловості, Тюрго видає у 1776 р. едикт, згідно з яким будь-яка особа, не виключаючи й іноземця, має право вільно займатися всяким промислом. Корпоративна реміснича організація (цехи), таким чином була скасована.

Вводяться патенти на винаходи, тобто юридично закріплюються права користування новими розробками у сфері промисловості. Закони про патенти з'являються спочатку в Англії (1623 р.), а потім у Франції (1791 р.). Слід зауважити, що якщо в умовах цехової системи організації промисловості основною формою охорони авторського права винахідника був законодавчо не підкріплений секрет, виробнича таємниця, що закривала майже всі технічні інновації, то тепер видача патенту узаконила винахід як форму власності. Нові технічні ідеї стають товаром і приносять чималий дохід. Формується новий погляд на авторські права винахідника. Важко переоцінити введення законів про патенти на винаходи, вплив їх на подальший розвиток інженерної професії.

Якщо раніше, аж до ХVIII ст., отримання доходів від винаходу було рідкістю, то тепер інженери були зацікавлені в активній інноваційній діяльності. Закон надавав винахіднику право користування тимчасовим привілеєм на п'ять, десять чи п'ятнадцять років; засновувати власні заклади; переслідувати осіб, що займаються підробкою. Після закінчення терміну патенту способи виробництва опубліковувалися і винахід переходив у загальне володіння. Тому закон вимагав повного і вірного опису винаходу під загрозою позбавлення прав і привілеїв. Несумлінність тягла за собою недійсність патенту. Цей захід належить до ряду революційних актів, оскільки сприяв активізації інноваційної діяльності. З цього періоду розвиток патентного захисту йде рука об руку зі зростанням промисловості, а кількість винаходів свідчить про інтенсивність технічного прогресу.

Винахід стає немов би особливою професією, а впровадження науки у безпосереднє виробництво стає для неї одним з визначальних і спонукають моментів.

З другої половини ХVII ст. людей ніби охоплює пристрасть до винаходів, гарячка нових промислових відкриттів. Один із сучасників (Лампрехт) зазначає: "Шукали perpetum mobile, намагалися створювати всякого роду хитромудрі пристосування, вражаючу суміш у вигляді фонтанів у садах або годинників з музикою і появою фігур в певний час; фантастично розвивалися нові прагнення механіки в області винаходів ".

Якщо раніше панувало уявлення, що зробити винахід може кожен, незважаючи на професію, то тепер все більше починають цінуватися спеціально навчені працівники. У прагненні створювати у себе нові галузі виробництва одні уряди займаються постійним зманювання зарубіжних майстрів, інші ж забороняють еміграцію таких робітників. Такі заборони еміграції зустрічаються в Англії 1719 і 1750 рр., Вони стосуються всіх кваліфікованих робітників, зайнятих у найбільш технічно розвинених галузях промисловості. Одночасно забороняється вивіз інструментів і верстатів.

Не менш запеклу боротьбу з міграцією фахівців і майстрів вела Франція: у 1669 р. виїзд за межі країни загрожував засланням на галери та конфіскацією майна, а у 1682 р. - навіть смертю.

У XVIII ст. з'являється своєрідний тип людей, що винаходять що завгодно. Так, наприклад, Р.Реомюр винайшов термометр, особливе вироблення заліза, порцеляни, фарб, спосіб виробництва дзеркал, консервування яєць і т.д. Д. Пален винайшов насос, піч, вентилятор, парову машину, пароплав, спосіб штучного прискорення росту квітів та ін. І.Бехер сконструював апарати для ткацтва, в'язання панчіх, намотування шовку, спосіб будівлі млинів, вироблення смоли з кам'яного вугілля, винайшов термоскоп, піч, яка зберігає дрова, світову мова і т.д.

Стихійний, нічим не керований раніше процес надходження новаторських ідей у промисловість, тепер перестає задовольняти потреби господарства, що розвивається. Ще значна частина винаходів відбувалася непрофесіоналами - геніальними самоучками і практиками. Проте з'явилася і збільшувалася група спеціально підготовлених конструкторів.

Якщо до ХVII ст. інженерна справа була головним чином сферою діяльності геніальних вчених або ремісників-самоучок, то тепер запас наукових інженерних знань і фактів стає на стільки великим, що для його освоєння потрібна спеціальна технічна освіта. З кінця ХVII ст. у прискореному темпі розвивається прикладна наука, яка "поблажливо стьвиться" до потреб промисловості. З'являється багато технічної літератури. Створюються нові інститути - школи прикладних наук, які випускають новий тип інженера - професіонала, збагаченого не тільки різноманітними знаннями, а й усвідомленням своєї корисності.

Велике значення для інженерної справи мало створення у 1660 р. у Лондоні Королівського наукового товариства, а у 1666 р. Французької академії наук. З цього часу інженерна справа як професія стає залежною від формальних досліджень і цілеспрямованого навчання. Школи прикладних наук, які отримували поширення у Франції, також сприяли переходу професії на нову оформлену стадію. Тепер з'явилися інженери-професіонали, які мали формальні посвідчення своєї компетентності і прагнули захищати свої професійні права і привілеї.

Професійна інженерна асоціація виникла в Англії у 1771 р. і отримала назву "Товариство цивільних інженерів". Основною метою цієї організації було проголошено обмін думками в області інженерної справи. Однак це товариство не задовольняло професійних потреб молодих інженерів, які у 1818 р. утворили свій інститут цивільних інженерів, основною метою якого була допомога у придбанні професійних інженерних знань. Але розвиток і використання техніки в той час йшли настільки швидкими темпами, що інститут не встигав здійснювати взяте на себе завдання. Дж.Стефенсон - відомий в Англії винахідник паровоза - заснував у 1847 р. новий інститут інженерів-механіків. Згодом виник ще ряд інститутів: у 1860 р. - інститут морських архітекторів, у 1871 р. - інститут інженерів-електриків і т.п.

У Франції немає згадок про будь-які формальні інженерні організації аж до 1716 р., коли під керівництвом інженера Рудольфа Жана Перроне був утворений Корпус мостів і шосе. Цей корпус здійснював координацію всіх будівельних робіт зі спорудження мостів і доріг. А у 1747 р. була створена спеціальна школа для працівників цього корпусу. У XVIII ст. у Франції утворилися ще кілька подібних навчальних закладів: у 1778 р. - Вища національна школа мінерів, у 1749 р. - публічна трудова школа мінерів. Так починається формування перших наукових установ.

2. Формування професійної освіти починається у Німеччині де у XVIII ст. вперше виникла система середньої спеціальної технічної освіти. Її поява була пов'язана з гострою потребою промисловості, яка розвивається, у кваліфікованих інженерах, з одного боку, і нездатністю традиційної академічної системи освіти задовольнити цю потребу - з іншого. З'явилася нова форма навчального закладу - технікум, що створює скорочений шлях придбання технічних знань. Спочатку технікуми були плодом приватної ініціативи, а згодом також і уряд зайнявся організацією цілої мережі шкіл, які готують техніків. Ці школи вимагали від вступників скромнішої підготовки, ніж вищі політехнічні інститути, але на відміну від них учні технікумів повинні були перед вступом не менше року практикуватися на будь-якому заводі. Курс навчання у технікумах тривав від двох з половиною до чотирьох років. Випускникам присвоювалося звання інженера на відміну від випускників вищої політехнічної школи, що мали титул "akademisch gebildeter ingenier". Спочатку технікуми готували лише техніків-механіків і будівельників. Але зростання електротехнічної промисловості викликало необхідність підготовки фахівців електриків, що спричинило за собою відкриття майже у всіх технікумах спеціальних електротехнічних відділень. У ХІХ ст. в Англії та Америці інженерами називають техніків вищого розряду, а науково-освічені техніки іменуються "civil Engineer". Проте це звання часто не пов'язано з отриманням вищої освіти, що аж до ХХ ст., оскільки не давало ніяких привілеїв при влаштуванні на роботу. Багато хто з цивільних інженерів мав чисто практичну освіту.

У Франції інженери мали три ступені переваги: ​​ординарний інженер, старший інженер і генеральний інспектор. Інженерна освіта в Англії відрізнялася рядом специфічних рис. Тут інженери формувалися двома основними шляхами.

Перший шлях досить традиційний і зводився до проходження курсу в одному з вищих технічних навчальних закладів. Для отримання звання інженера необхідно було, крім проходження загального дворічного курсу, річної практики і отримання звання бакалавра, прослухати ще три курси. Тільки після цього інженер отримував звання бакалавра інженерних наук.

Інший шлях отримання інженерної освіти в Англії зводиться до наступного: робітник отримує деяку теоретичну підготовку у вечірній або недільній школі і практичний досвід роботи на заводі. Після цього він може вступити в одне з технічних товариств: інститут інженерів-механіків, інститут цивільних інженерів, інститут морських архітекторів і т.д., які видають диплом на звання інженера.

Подібні асоціації мали ієрархічну структуру членства:

- студенти - ті, хто мав намір домогтися звання і повного членства в суспільстві;

- випускники - ті, хто здав іспит даного інституту, але не мав ще достатнього практичного досвіду. Це звання прирівнювалося до університетського звання бакалавра;

- перше звання з повним голосом - член асоціації. Для отримання цього звання необхідно було пропрацювати за обраною інженерною спеціальністю належну кількість років;

- вищий ступінь - повноправний член. Це звання присуджувалося тільки старшим членам асоціації, які мали авторитет та усталену репутацію. Якщо таке суспільство домагалося Королівської Хартії, то всі його члени починали іменуватися королівськими інженерами.

Початком "нового освіти" було створення інженерних шкіл. Наприклад, Школа мостів і доріг та Школа військових інженерів у Мензьєрі, де з 1768 по 1784 рр. викладав видатний математик і організатор науки в революційній Франції Гаспар Монж.

Крім інститутів цивільних інженерів, продовжувала розвиватися і військово-інженерна освіта: у 1653 р. в Пруссії була заснована перша кадетська школа. У 1620 р. у Франції заснована артилерійська школа, яка була єдиною в світі протягом 50 років. У ХVII ст. в Данії з'явилося перше особливе училище для військових інженерів, а на початку ХVІІІ ст. такі училища були відкриті в Англії, Саксонії, Австрії, Франції та Пруссії; 1742 р. - Дрезденське інженерне училище; 1747 р. - Австрійська інженерна академія; 1750 р. - Аплікаційна школа у Мензьері; 1788 р. - Інженерна школа у Потсдамі.

Технічний прогрес, розвиток спеціальної інженерної освіти сприяли подальшому поглибленню всередині професійного розподілу праці. Осмислення технічної задачі, визначенням способів її вирішення стали займатися інженери - дослідники, проектувальники, технологи, праця яких вже майже не відрізнялася від праці вченого-прикладника. Конструювання виділилося як виняткова функція інженерів-конструкторів.

Роль освіти у період становлення і розвитку класичної науки особливо велика. По-перше, це була принципово нова і соціальна, і змістовна система, а, по-друге, у своїй основі вона зберігається і сьогодні. Освіта радикально впливала на змістовну структуру науки. В цей час (XIX ст.) вперше вводиться дисциплінарна систематизація (дисциплінарні) знання - перш за все, дидактичні вимоги. Для самої науки більш притаманна систематизація за проблемами. Дисципліна ж проявляється тоді, коли виходять у світ підручники (найбільш "достовірні" знання!) і утворюються відповідні університетські кафедри. Так, наприклад, професія фізика-теоретика з'являється в кінці XIX ст., а перші кафедри у Німеччині в той час очолювали Г. Гельмгольц, Г. Кірхгоф, Р. Клаузіус, Л. Больцман, Г. Герц, М. Планк.

Початок викладу технічних наук та їх викладання у вищих технічних навчальних закладах відноситься до XVIII ст. У 1777 році І. Бекман опублікував роботу "Введення в технологію". Знання, запозичені І.Бекманом з французьких і англійських джерел і використані ним у роботі свідчать про притягальної силі автора до нових відносин між теорією і практикою. Його "наукова" технологія багато що пояснює шляхом класифікації, хоча класична система машин, породжена промисловою революцією, знаходиться ще поза полем його зору. Бекманівське розуміння технології передбачало необхідність кооперування і комбінування спеціальних знань і умінь як вищого ступеня розвитку продуктивних сил. Технологія визначалася як наука, яка навчає переробці природних речовин або знання ремесел. Бекман писав, що якщо в майстернях тільки вказують що для виготовлення товару потрібно зробити, то технологія у систематизованому вигляді дає ґрунтовне керівництво як досягти цієї кінцевої мети виходячи з певних принципів і досвіду, як знаходити кошти, пояснювати і використовувати їх при роботі з тими чи іншими предметами.

Дотримуючись своїх політичних цілей, французька буржуазія почала реформу системи технічної освіти. У вересні 1794 р. у Парижі була заснована Політехнічна школа, що говорило про прагнення знайти нові, більш змістовні форми підготовки інженерів, дати спеціальному технічному утворенню теоретичну основу. Відносно високий розвиток у Франції технічної освіти і багаті традиціями школи французьких математиків і механіків створили міцну основу для того, щоб Політехнічна школа у короткий термін стала центром математики, а також теоретичної та прикладної механіки. У перші десять років свого існування випускники, професора, вчені Школи блискуче продемонстрували свою віддачу, необхідність у справі забезпечення національної безпеки Франції. У 1804 р. Наполеон надав Школі військовий статус, дарував прапор і девіз: "В ім'я Батьківщини, наук і слави". Першими викладачами цієї школи були: Ж. Лагранж (1736-1813), Г. Монж, К. Бертолле (1748-1822), дещо пізніше - А. Ампер, Ж. Фурье, П. Лаплас. Серед випускників школи були: Ж. Біо (1774-1862), Ж. Гей-Люссак (1778-1850), С. Пуассон, О. Френель, О. Коші (1789-1857), А. Навье (1785-1836), Л.Пуансо (1777-1859), Г. Коріоліс (1792-1843), С. Карно. Професія викладача була настільки престижною, що провідні вчені очолювали не тільки наукові та навчальні, а й державні установи, навіть міністерства. У Політехнічній школі була вперше розроблена лекційно-навчальна література з математики, механіки та математичної фізики.

Інше становище було у Німеччині. Феодальна роздробленість і економічна відсталість привели до того, що тут французький приклад унаслідували, не без вагань, лише через три десятиліття. У двадцятих роках ХІХ ст. в ряді німецьких земель виникли технічні навчальні заклади, у документах про освіту яких підкреслювалася необхідність математичної та природничо-наукової освіти майбутніх інженерів, проте рівень викладання в них був набагато нижчим, ніж у Політехнічній школі. Після зняття континентальної блокади у 1813 р. промисловість Німеччини опинилася під сильним тиском англійської конкуренції, що змусило вдатися до найпростішого рішення: готувати фахівців, які могли б копіювати англійські машини, проводити деякі поліпшення і, в кращому випадку, давати нові комбінації основних відомих типів машин. Однак у 30-40-х роках у Німеччині з'являються зачатки технічної освіти нового типу. У навчальних програмах частка фізики і хімії неухильно зростала. Машинознавство, яке спочатку було майже тільки емпіричним зібранням рекомендацій, набуло рис науковості. Будівництво та хімічна техніка потребували порад, які повинні були набагато перевершувати досвід звичайної для того часу практики. Стрімко розвивається будівництво залізниць і це вимагало наукових досліджень як для прокладки трас, так і для розрахунку відповідних залізничних об'єктів. У Німеччині центри, подібні французьким, були в Кенігсберзі і Геттінгені. Центр у Геттінгені спочатку очолив К.Ф.Гаусс (1777-1855), а потім - Б. Ріман (1826-1866).

У 1868 р. королем Людвігом Другим була заснована Політехнічна школа, що пізніше стала Мюнхенським технологічним університетом. У 1825 р. на базі декількох шкіл - Політехнікуму - великим герцогом Людвігом Баденський був заснований Університет Карлсруе. Цьому технічному інституту поклали основу створена у 1768 р. Архітектурна креслярський школа, приєднана до ліцею у 1774 р. Реальна школа і створена у 1807 р. інженерна школа. У 1865 р. політехнікум був перетворений великим герцогом Фрідріхом І у вищу технічну школу. У 1888 р. в університеті Карлсруе Генріх Герц відкрив електромагнітні хвилі, а двома роками раніше він зі своїм учнем Вільгельмом Халльваксом вперше систематично вивчив фотоефект. У 1860 р. на базі університету було проведено перший всесвітній з'їзд хіміків, на якому захисники хімічної атомістики в гострій боротьбі з її противниками здобули перемогу.

У Росії спеціальні навчальні заклади були створені на початку XVIII ст. В інженерній школі, заснованій у 1700 р., і в школі "математичних і навігацких наук", заснованій у 1701 р., викладалися прикладні дисципліни. Фахівців з гірничозаводської справі готували у спеціальних школах при заводах. Заснований у 1755 році Московський університет випускав спеціалістів, які мали серйозні знаннями з теоретичної та прикладної механіки. Проте створив основи російської вищої технічної школи Микола І. У 1828 р. – за його наказом було створено Санкт-Петербурзький технологічний інститут, 1830 р.- Московське вище технічне училище і у 1842 р. - Інститут цивільних інженерів в Петербурзі. Всі вони були засновані і довгий час функціонували як середні по своїй суті навчальні заклади, що готували кваліфікованих керівників виробничого процесу середньої ланки управління.

Навчальні інститути технічного профілю в Англії виникли у першій половині ХІХ ст. (Единбург - 1821 р., Лондон, Глазго -1823 р.). У 1841 році в Лондонському університетському коледжі були організовані три технічні кафедри: цивільного будівництва, механіки та машинобудування. У 40-50-х роках у Британії, в Кембриджі, почав формуватися аналогічний центр. Він був пов'язаний з іменами Дж.Стокса (1819-1903), В. Томсона, У. Ранкина (1820-1872) і, нарешті, з Дж. Максвеллом. Спостереження, вимірювання та фіксація, а точніше їх методологічне та інструментальне оформлення, грали вирішальну роль у становленні науки, одночасно даючи початок цілим технічних напрямкам. Уніфікація і стандартизація одиниць вимірювання також створювали нову форму міжнародної науково-технічної культури. Принципово новим процесом цього типу була оптична спектроскопія. Перший практичний спектроскоп був створений у 1859 р. Г. Кірхгофом (1824-1887) і Р. Бунзеном (1811-1899). Він відразу ж став потужним засобом якісного аналізу у різних областях науки. У хімії, наприклад, з його допомогою були відкрито багато хімічних елементів (цезій, рубідій, талій).

Своєрідна й складна історія розвитку вищої освіти у Новому Світі. З початком XVIII ст. у Північній Америці збільшуються масштаби наукових досліджень, переважно прикладних. Успіхи у вивченні електрики пов'язані з ім'ям Б. Франкліна. У 1727 р. він став засновником першого в країні наукового товариства - Клубу любителів науки (з 1743 року - Американське філософське товариство сприяння успіхам корисних знань). У 1763 році заснована перша в Сполучених Штатах астрономічна обсерваторія.

У розпал Громадянської війни, у липні 1862 р. Конгрес США прийняв закон, що давав право адміністраціям штатів виділяти (дарувати) великі ділянки землі з федеральних резервних фондів для життєзабезпечення вищих навчальних закладів. Ці вузи на дарованих землях виникали на нових територіях як за помахом чарівної палички і почали масову підготовку головним чином інженерів-аграріїв і інженерів-механіків. Всього було засновано 68 вузів на дарованих землях. Цим було дано відповідь на гострий агротехнічний, лісотехнічний, машинобудівний, і взагалі технологічний і інженерний виклик часу. Так задовольнялася потреба у кваліфікованих кадрах в країні, яка тільки но вийшла з трагедії громадянської війни.

У 1861 р. був офіційно заснований, а у 1865 р. почав функціонувати Массачусетський Технологічний Інститут (МТІ). Такий тривалий термін між оголошенням рішення про заснування і реальним початком діяльності інституту пояснюється тим, що всі ці роки массачусетські янкі були залучені до Громадянської війни.

Створення технологічного вузу назрівало з розвитком індустріального капіталізму в Америці. Відразу ж після закінчення війни інститут був реально відкритий. Справа в тому, що необхідність подолання післявоєнної розрухи, реструктурування народного господарства і відмова від колоніальної економіки, процес індустріалізації та урбанізації США вимагали наявності інженерних кадрів дійсно найвищої кваліфікації. Були потрібні не тільки хороші, грамотні, знаючі інженери - прекрасні виконавці, були потрібні інженери - творці, творці нового та керівники цього процесу.

З самого початку зо основними положеннями статуту підготовка інженерних кадрів високої кваліфікації в МТІ велася таким чином, щоб процес навчання органічно поєднував фундаментальне вивчення природничих, інженерних, гуманітарних і соціальних дисциплін з практичною діяльністю і учнів, і тих, хто їх навчає. Це було вперше, це було абсолютно новим у всій світовій історії традиційної, цивільної, невійськової, інженерної вищої школи університетського плану.

У перші десятиліття ХІХ ст. представники технічних наук повинні були задовольнятися вивченням процесів у емпірично створених технічних системах. У першій половині ХІХ ст. поряд з величезною масою техніків з ремісничої підготовкою інженери зі спеціальним технічною освітою були ще винятком і в цей період лише були закладені основи підготовки інженерів з вищою освітою. Важливою подією для Західної Європи стало заснування у 1854 р. Політехнікуму в Цюріху де одночасно проводилися фундаментальні природничі дослідження та науково-технічні розробки. Їх взаємовплив створив ґрунт для плідного розвитку технічних наук. Стали розвиватися ділові зв'язки політехнічних шкіл з університетами. Це знайшло відображення у додаткових заняттях відомих учених-техніків в університетах і в залученні університетських професорів до читання фундаментальних природничих циклів у політехнічних школах, що особливо було характерно для Німеччини. Особливо сильною ця тенденція стала після початку викладання електротехніки у навчальних закладах.

На початку XIX ст."старі" європейські академії - ці замкнуті кастові корпорації - переживали застій і були не адекватні часу ані з організації, ані за оснащенням, ані за кадровим складом. Центрами європейського наукового життя стають університети та новостворювані наукові організації - дослідницькі інститути. Їх фінансували як держава, так і приватні особи. Першу фізичну лабораторію, близьку за структурою до сучасної, створив у себе вдома Г.Кавендіш (1731-1810), але він був "великим самітником". Справжні лабораторії стали виникати там, де були наукові спільноти та учні. Як, наприклад, заснована 1874 р. Дж. Максвеллом знаменита Кавендішська лабораторія в університеті в Кембриджі (Універсальний центр фізичних досліджень).

Науково-технічний розвиток Європи і США створював природні форми комунікації. У науці, перш за все, відбувався взаємний обмін стажистами та публікаціями в галузі промислового і технічного розвитку - проведення регулярних міжнародних промислових виставок.

Технічний прогрес, розвиток спеціальної інженерної освіти сприяли подальшому поглибленню всередині професійного розподілу праці. Осмисленням технічної задачі, визначенням способів її рішення стали займатися інженери - дослідники, проектувальники, технологи, праця яких тепер майже не відрізняється від праці вченого-прикладника. Конструювання виділилося як виняткова функція інженерів-конструкторів.

Розвиток технічних наук привів не тільки до глибокої диференціації інженерів - розробників нової техніки, а й сприяв більшому зближенню з ученими. Виробництво технічних засобів з кожним роком ставало все більше пов'язаним з науковою діяльністю, а розвиток техніки - результатом зміцнілої взаємодії науки і виробництва, продуктом сукупної праці, компонентами якого є наукова та практична діяльність. Цей процес зближення породив групу фахівців, яку сьогодні називають науково-технічною інтелігенцією.

Слід також визнати, що інженери володіли, в цілому, високим суспільним статусом. Привабливими виглядали і характер праці, і високий заробіток, їх роль у створенні та розповсюдженні культурних цінностей. Найбільш потужний сплеск престижу інженерної праці припадає на другу половину ХІХ ст. До цього часу склалася специфічна соціально-професійна група інженерів з розгалуженою мережею власних інститутів, що регламентують як її відтворення, так і відправлення основних функцій. Склалася певна культура професії, ядро ​​якої становив техніцизм, що базувався на положеннях механістіской філософії (філософії техніки).

Отже, становлення і розвиток фабричного виробництва знаменував початок нової ери для інженерної професії. Скасування цехового ладу і перехід до вільного підприємництва стимулювали різке підвищення інноваційної активності - один за одним були зроблені винаходи, що змінили традиційні технології в різних галузях промисловості.

З розвитком промислового виробництва і подальшим поглибленням поділу праці відбувається не тільки галузева диференціація інженерів, а й поява функціональних підгруп: керівних і технічних фахівців, які все більше розрізняються за соціальним походженням, освітою, рівнем та характером доходів, престижу.

Поступово зростає престиж інженерної праці, з'являється мережа навчальних закладів, які готують військових і цивільних інженерів, особливо сплеск значущості професії інженера припадає на другу половину ХІХ ст., коли складається специфічна соціально-професійна група інженерів, диференційована за спеціальностями, з особливою формою світогляду, який проявляється у вигляді техніцизму.

 

Лекція 9. Розвиток науки і техніки у добу промислової революції (середина ХVІІІ – 70-ті рр.ХІХ ст.)

План

1. Причини та початок промислового перевороту у ХVІІІ ст.

2. Розвиток металургійної галузі та виникнення машинобудування.

3. Технічний переворот на транспорті та в засобах зв’язку.

4. Створення класичного природознавства.

1. На ХVІІІ ст. припадає початок якісного прориву у розвитку науки і техніки, який призвів до стрибка у розвитку виробничих сил, т.зв. промислового перевороту. Внаслідок цього революційного перетворення відбувся перехід від ручного мануфактурного виробництва до великої капіталістичної машинно-фабричної промисловості. У ХІХ ст. у своєму найбільш розвинутому вигляді технічне оснащення машинно-фабричного виробництва отримало вигляд сукупності технологічних машин, що приводились у дію від одного центрального парового двигуна через розгалужену мережу передавальних механізмів. Причому переворот не обмежився лише промисловістю, де він розпочався, але зачепив усі сфери праці та виробництва, у тому числі сільське господарство і транспорт. Він мав також важливі соціальні наслідки, зокрема появу нових класів суспільства, викликав явище урбанізації, зрештою здійснив вплив на всі сторони життя і побуту людей. Тому іноді, щоб підкреслити масштабність, глибину і швидкість процесу, його називають також індустріальною революцією.

Промисловий переворот розпочинався в різних країнах неодночасно, охоплював різні галузі економіки й в неоднаковій послідовності. У всіх країнах спочатку спостерігалось зародження елементів машинної техніки в умовах мануфактурного та ремісничого виробництва. Згодом розпочинався період безпосередньої підготовки перевороту, коли створювались передумови для нового технічного укладу.

Промисловий переворот відбувався у декілька етапів. Його перший етап розпочався в Англії, найпередовішій на той час країні світу, на межі 60-70-х рр. ХVІІІ ст. і був пов’язаний з винайденням та поширенням нових робочих машин в англійському текстильному виробництві. Однак розвинуте машинне виробництво ще не сформувалося, машини приводили у дію вручну або працювали на основі старих двигунів (за рахунок сили тварин або сили води). Другий етап розпочинається створенням у 80-х рр. ХVІІІ ст. другої парової машини Дж.Уатта – машини подвійної дії й універсального призначення, а згодом поширенням цього двигуна в різних галузях обробної та добувної промисловості.

Вирішальний третій етап припадає на перші два десятиліття ХІХ ст. і пов’язаний з технічними досягненнями в галузі металургії та металообробки. У цей час в Англії входять у практику процес переробки чавуну на залізо за допомогою пудлінгування, а також верстати Г.Модслі з самохідним супортом та ін. Змістом четвертого етапу (20-30-ті рр. ХІХ ст.) був переворот у засобах транспорту та зв’язку. У цей час панівними стають пароплав та паротяг, що працювали за допомогою парового двигуна та складних передаточних механізмів. П’ятий етап перевороту в Англії охоплює кінець 30-х – 40-і рр. ХІХ ст. і пов’язаний з впровадженням технічних удосконалень у гірничій промисловості та сільському господарстві.

На межі ХVІІІ-ХІХ ст. у промисловий переворот, крім Англії, включились й інші передові країни світу – Франція, США, Німеччина, Австрійська та Російська імперії. Але особливістю промислового перевороту в них було те, що кожен з етапів відставав на 10-20 років від передової Англії. У Росії це відставання було ще більшим.

Промисловий переворот закінчився тоді, коли відбувся перехід до машинної системи виробництва машин, що забезпечило необхідні технічні умови для перемоги великої індустрії. За нових обставин виготовлення виробів передбачало виконання трьох обов’язкових умов: 1) предмет праці оброблювався інструментом, що приводився в дію механізмом машини, а не людиною чи твариною; 2) обробка будувалася на основі поділу праці не за суб’єктивним принципом, як це було в мануфактурі, а на основі об’єктивного поділу технологічного процесу на такі складові частини, виконання яких можна передати технічним засобом; 3) виробничий процес здійснювався внаслідок кооперації не окремих робітників, а кооперації і взаємодії окремих машин, що в сукупності становили систему.

Машини змінили весь існуючий до цього часу спосіб виробництва й витіснили робітників: вони виготовляли товари дешевше й краще, ніж могли їх створити робітники за допомогою своїх недосконалих засобів праці. В умовах машинної індустрії технічні засоби, технологія та організація виробничого процесу були вільні від жорсткої орієнтації на можливості робітника. Розклад технологічного процесу на елементи операції був передумовою нової побудови виробництва, враховуючи перш за все його об’єктивні фактори. Тим самим створювались умови для того, щоб проблеми, які виникали, вирішувались на базі наукових досягнень. Процес виробництва почав базуватись на застосуванні науки, а сама наука перетворилась на фактор виробничого процесу.

Розвиток торгівлі Великої Британії з колоніями призвів до накопичення в країні значної кількості грошової маси. Її власники шукали можливості вигідного вкладання капіталів. З іншого боку, власники великих централізованих мануфактур намагались знайти кошти для їх розширення та вдосконалення. Коли розвиток мануфактур підготував створення машин (оскільки вже вичерпались можливості їх екстенсивного розвитку), наявність вільних капіталів забезпечила швидке розповсюдження машин та їх практичне використання.

Іншою причиною став аграрний переворот, який забезпечив робочі руки для промисловості. Політика огороджування призвела до суттєвого скорочення кількості англійського селянства. Колишні селяни, що втратили землю, переселились у міста, що призвело до формування ринку робочої сили, а також до збільшення попиту на продукти харчування й товари масового вжитку.

Технічний переворот розпочався у текстильній промисловості Англії й був пов’язаний з працею цілого ряду винахідників ХVІІІ ст., зокрема Дж.Уайєтта та Дж.Харгрівса. Створена Харгрівсом прядильна машина, названа на честь його доньки “Дженні”, була вдосконаленням машини Уайєтта, де витяжні валики були замінені рухомим зажимом, що складався з двох брусків дерева, розташованих на каретці. Ручна праця ткача була замінена механічною. Подальший розвиток прядильних машин був пов’язаний з іменем Р.Аркрайта. Його машина була розрахована на механічну рушійну силу, яка використовувала принцип безперервності роботи. Поєднати переваги машин Харгрівса та Аркрайта вдалося ткачу С.Кромптону. Повністю механізувати роботу текстильних машин вдалося Ричарду Робертсу, який винайшов автоматичну прядильну машину періодичної дії. Внаслідок цього була створена мюль-машина або сельфактор.

Майже одразу після створення текстильних машин їх почали встановлювати у великих будівлях і приводити у дію силою води. Однією з перших фабрик була прядильна фабрика, організована Аркрайтом у Крамфорді.

Вже у ХVІІІ ст. стало цілком очевидно, що подальший розвиток виробництва гальмується відсутністю універсального двигуна, оскільки використання водяного колеса примушувало будувати мануфактури на річках, а не поблизу джерел сировини або ринків збуту готової продукції. Перший паровий насос сконструював капітан королівського флоту Т.Севері для відкачки води з рудників і шахт. Цей насос працював без поршня: всмоктування води здійснювалось шляхом конденсації пари і створенням розрідженого простору. Співвітчизник Севері коваль Т.Ньюкомен удосконалив машину свого попередника. Він побудував паровий насос із циліндром і поршнем і відділив їх від котла, а для передачі і перетворення руху застосував балансир. Насоси Ньюкомена, крім Англії, працювали в Австрії, Бельгії, Франції, Німеччині, Угорщині та Швеції. Остання машина Ньюкомена була демонтована на вугільних шахтах Англії 1934 р. Але застосування машини Ньюкомена, яка не могла діяти без зв’язку двигуна з насосом, було можливим лише для підйому води. До того ж її ККД був незначним. Надалі прогрес залежав від корінних нововведень.

Подальшим етапом розвитку парового двигуна була праця англійського винахідника Джеймса Уатта. Два роки він працював над вдосконаленням машини Ньюкомена і зрештою знайшов розв’язання проблеми, створивши власну безперервно діючу машину. Нововведення Уатта полягало у розміщенні циліндра в паровій оболонці. Конденсація пари здійснювалась у самостійному конденсаторі, який постійно мав бути в холодному стані. Наприкінці ХVІІІ ст. ці парові двигуни Уатта використовувалися для відкачки води з шахт, а також для повітродувки на ливарному заводі. На двигуни Уатта з’явився попит з боку текстильної, металообробної та інших галузей промисловості. Винахідник зайнявся створенням машини для приводу механізмів обертання, наслідком чого було отримання ним п’яти патентів на пристрої, що вирішували завдання перетворення зворотно-поступального руху на обертальний. У підсумку Уатт розробив такий тип парової машини подвійної дії з безперервним обертальним рухом, який довгий час залишався незмінним і зазнавав лише часткових доопрацювань.

Винахід Уатта сприяв швидкому поширенню парових машин на початку ХІХ ст., особливо у бавовняній, металургійній, вугільній та металообробній промисловості. Будівництво парових машин налагоджувалося у багатьох країнах – Франції, Німеччині, Бельгії, Голландії, США, Росії, але Англія зберігала провідні позиції у цій галузі до середини ХІХ ст.

1800 р. дія патентів Уатта закінчилася. З’являється багато винахідників, у парову машину вноситься багато вдосконалень та змін. 1807 р. Г.Модслі побудував перший двигун без балансира. Зусилля, спрямовані на збільшення економічності парових машин призводять до успіху. У 30-ті рр. ХІХ ст. виникає ідея застосування перегрітої пари, яка на практиці була здійснена у 50-х рр. Г.А.Гірном. Він же теоретично розробив проблему перегріву і побудував перегрівач, який підвищував температуру пари на 100⁰С. Широке розповсюдження перегрів отримав у 60-ті й особливо у 90-ті рр. ХІХ ст., коли його почали застосовувати разом з високим тиском.

Майже протягом усього ХІХ ст. парова машина займала панівне становище в енергетиці великої промисловості та транспорту. Внаслідок поступових вдосконалень, зроблених багатьма винахідниками та конструкторами, потужність парової машини зросла з 20-30 к.с. у 1830 р. до 1000 к.с. у 1870 р., а ККД подвоївся (з 5 до 10%). Для такого успіху потрібно було мобілізувати всі практичні й наукові знання.

До створення теплового двигуна вся енергетична техніка була замкнена рамками тільки однієї – механічної форми руху. У гідравлічних і вітряних двигунах, що використовували природну кінетичну енергію, сутність процесів зводилась до трансформації механічних переміщень. У паровій машині енергетичні функції не обмежувалися трансформацією спрямування та швидкості сил, але включали ще й перетворення тепла в механічний рух. Поширення парової машини з часом наштовхнуло вчених на виключно важливу думку про єдність тепла і механічного руху та про еквівалентність тепла й механічної роботи і призвело до встановлення закону збереження енергії.

2. Після винайдення і створення універсального теплового двигуна основним завданням подальшого промислового розвитку стало технічне переоснащення машинобудування. Великі можливості, що відкривались перед промисловістю з впровадженням робочих машин та впровадженням універсального двигуна, могли реалізуватися лише тоді, коли машинобудування було здатне постачати всім галузям промисловості спеціальні машини у великій кількості. Перетворення машини на товар власне і поклало початок розвитку машинобудування як галузі промисловості.

Для того, щоб токарний верстат (основний технічний засіб при обробці металів) перетворився в робочу машину, потрібно було розробити та впровадити у виробництво різцеутримувач (супорт), тобто механізм, який заміняв руку людини при роботі на верстаті. Початок змін техніки виготовлення машин поклав англійський механік Г.Модслі, який 1794 р. винайшов хрестовий супорт до токарного верстату, що сприяв перетворенню верстата в робочу машину. З впровадженням супорта верстат почав діяти з досконалістю, недосяжною навіть для самої вправної людської руки. Супорт виявився придатним як для виготовлення найдрібніших деталей, так і великих частин різних машин.

1797 р. Модслі побудував токарно-гвинторізний верстат зі змінним ходом гвинта. Виготовлення гвинтів у той час було надзвичайно складною справою. Виготовлені вручну гвинти мали довільну нарізку, що значно ускладнювало ремонт верстатів. Модслі в першу чергу вдосконалював саме токарно-гвинторізні верстати за допомогою часткової стандартизації виготовлення гвинтів. Верстат Модслі незабаром виявився незамінною машиною у будь-якій токарній роботі. Він відзначався небаченою точністю й не потребував великих фізичних зусиль з боку робітника. Справу стандартизації гвинтових стандартів в Англії завершив учень Модслі Вітворт.

Внаслідок третього етапу технічного перевороту стало можливим виробництво машин машинами. Це дозволило швидко й у необхідній кількості випускати машини для всіх галузей промисловості та транспорту. Таким чином, велике машинне виробництво отримало матеріальну базу, що відповідала його природі.

Технічний переворот у галузі машинобудування став основним стимулом для розвитку металургії в епоху промислової революції. З розвитком машинної індустрії значення металу як основного матеріалу для виготовлення машин значно зросло, але існуючий при мануфактурі спосіб отримання заліза вже не міг задовольнити потреби виробництва. Технічний переворот в металургії полягав, по-перше, у винайденні та впровадженні у виробництво нової технології отримання чавуну; по-друге, в технічному вдосконаленні переробки чавуну в залізо.

Ще у ХVІІІ ст. в Англії було винайдено спосіб використання в доменному процесі замість деревного вугілля спеціально переробленого кам’яного – коксу. У Росії перші спроби застосувати кам’яне вугілля у доменному виробництві були здійснені у 1795 р. на Луганському чавуноливарному заводі. Організація виплавки чавуну на мінеральному паливі була розпочата 1845 р. в Керчі, де була побудована доменна піч для роботи на антрациті. 1870 р. на Лисичанському казенному заводі, який працював на мінеральному паливі, домна в перший рік дала 100 тонн, а в наступний – 510 тонн чавуну.

З початком ХІХ ст. почали впроваджуватися у виробництво нові системи повітродувок, що дало можливість значно збільшити розміри доменних печей та прискорити процес доменної плавки. Це в свою чергу призвело до різкого підвищення виплавки чавуну. Так, у 1809 р. Кальяр-де-Лятур винайшов нові повітродувки, що почали застосовуватися на багатьох заводах. Дещо пізніше Геншаль запропонував чоточні повітродувки. З середини ХІХ ст. широко починають впроваджуватися відцентрові повітродувки, які забезпечували доменне виробництво необхідною кількістю повітря.

Подальше зростання продуктивності доменних печей відбувалось за рахунок підігрівання повітря, яке подавалось у домну. Доменний повітронагрівач вперше був застосований Дж.Нілсоном (патент 1828 р.). Перші досліди нагрівання повітря до 150-300⁰ дозволили скоротити до 40% витрати палива й значно підвищити продуктивність доменних печей. Однак проблема підвищення ККД доменної печі була остаточно вирішена лише з винайденням способу використання відхідних газів доменної печі для підігрівання повітря в спеціальних пристроях – кауперах, запропонованих 1857 р. англійцем Е.Каупером. Цей винахід мав велике значення для чорної металургії й призвів до змін у конструюванні домен і технології доменного процесу.

Вдосконалення виплавки чавуну призвело до невідповідності між кількістю чавуну, який отримувався з домни, й можливості його переробки на залізо. Ця проблема була вирішена після винайдення процесу пудлінгування (змішування), який прийшов на зміну кричному процесу переробки чавуну на залізо, оскільки виявився у 10 разів продуктивнішим.

До 70-х рр. ХІХ ст. індустрія переважно споживала чавун і залізо. Сталь у цей час виготовлялась, але способи її масового виробництва не були відомі. Виготовлялась головним чином тигельна сталь, вартість якої у 5 разів перевищувала вартість заліза. Технічний переворот у металургії сталі відбувся тільки в середині ХІХ ст. Великих успіхів досягнув у цій галузі інженер Златоустівського заводу в Росії П.Аносов, який значно вдосконалив спосіб виробництва високоякісних марок сталі. Він запропонував метод одержання сталі, де поєднувались процеси плавки і насичення її вуглецем. Ним вперше у світовій практиці було застосовано газову цементацію металу. Сьогодні цей метод застосовується в усіх країнах. 1837 р. Аносов здійснив переплавку чавуну на сталь як з додаванням заліза, так і без нього.

Швидкий розвиток залізничного будівництва, перехід морського транспорту від дерев’яних кораблів до металевих, зростаючий попит на залізо і сталь з боку військової промисловості та машинобудування стимулювали збільшення виробництва заліза і сталі, висунули підвищені вимоги до якості металу. Однак існуючі у той час два види виробництва заліза (кричний і пудлінговий) та тигельний спосіб отримання литої сталі вже не могли відповідати зростаючим вимогам важкої промисловості.

Проблема масового отримання литої сталі була розв’язана у 1856 р. англійським винахідником Г.Бесемером, який запропонував переробку рідкого чавуну на литу сталь шляхом продування через нього повітря в конверторі. Чавун перетворювався на сталь внаслідок окислення кремнію, марганцю, вуглецю, що містилися в ньому. Тепло, яке виділялося при цьому, було достатнім для підтримання металу в рідкому стані.

Метод Бесемера полегшував працю сталеварів, зменшував витрати часу і палива на виплавку сталі. Але у виробничих умовах виплавлена у такий спосіб сталь виявилась крихкою. Протягом двох років Бесемер разом з науковцями проводив хімічні аналізи і виявив у металі фосфор і сірку. Сірку з чавуну винахідник навчився виводити, але способу боротьби з фосфором він не знайшов.

Втім, сучасники високо оцінили метод Бесемера, оскільки його винахід виплавки сталі збігся з тим періодом, коли в Європі та Америці швидкими темпами будувалися залізниці. Бесемерівська сталь відповідала усім технічним вимогам до рейок. Так, у США 14 молодих міст було названо Бесемер.

Витіснення пудлінгового металу литою сталлю призвело до утворення на металургійних заводах великих невикористаних запасів пудлінгового заліза, внаслідок чого з’явилась потреба його переробки на сталь. Це завдання успішно розв’язав у 1864 р. французький металург П.Мартен, який запропонував новий спосіб отримання сталі в регенеративних вогняних печах. Мартен використав розроблений у 1856 р. німецьким інженером Ф.Сіменсом принцип регенерації тепла продуктів горіння, застосував його для підігрівання повітря й газу. Винахіднику вдалось отримати температуру в печі, достатню для виплавки сталі. У мартенівській печі виплавляння чавуну із брухту (скрапу) супроводжувалося хімічною взаємодією металу, шлаку та газу.

Від бесемерівського методу виробництва мартенівський різнився перш за все невеликою продуктивністю, але давав можливість контролювати склад і якість готової сталі. Конкуренція між конверторним (бесемерівським) і мартенівським (пічним) методами виплавки сталі продовжувалось майже 100 років і завершилась на користь конвертора, який почали продувати (через розплавлений метал) не повітрям, а киснем. Відкриття в галузі металургії Аносова, Бесемера, Мартена знайшли широке розповсюдження у багатьох промислово розвинутих країнах світу.

Ще однією проблемою, якою займалися винахідники ХІХ ст., було досягнення повної однорідності металу, що мало забезпечувати певні його механічні властивості, але це було важко здійснити при пудлінгуванні. Виникла необхідність у додатковій операції – прокатці. При цьому процесі в металі, що знаходився у пластичному стані, знищувались первинні великі зерна, завдяки чому метал ставав більш щільним та одноріднім за своїм складом. Операцію прокатки потрібно було механізувати внаслідок масового отримання заліза. Крім того, прокатка мала важливе значення під час виробництва сортового фасованого металу (рейки, швелери та ін.). Великим досягненням у галузі прокатки було створення й практичне використання у 60-х рр. ХІХ ст. безперервних прокатних станів. Цю ідею реалізували англійські механіки з Манчестера Дж.Бедсон і Ч.Уайль. 1862 р. Бедсон побудував безперервний прокатний стан, який відзначався великою продуктивністю завдяки автоматичному поданню металу від однієї пари валків до іншої та більшій швидкості їх обертання.

При пудлінгуванні широко застосовувалися обжимні та кувальні молоти з метою віджимання шлаку та ущільнення металу. На початку ХІХ ст. для цього використовувались досить недосконалі важелеві молоти. Англійський механік Д.Несміт 1839 р. запропонував паровий молот, що значно збільшило його потужність. Подальше вдосконалення парових молотів після Несміта йшло шляхом механізації та ще більшого підвищення потужності. Загалом, винайдення прокатного стану, який приводила в дію парова машина, і створення парового молота завершили технічне переоснащення металургії на цьому етапі.

Однак розвиток великих парових молотів виявив низку їхніх недоліків, які в першу чергу полягали в сильних ударах, що стрясали ґрунт навколо цехів і заводів. Проблему могли розв’язати гідравлічні преси, що не мали перерахованих недоліків. Вже у 60-х рр. ХІХ ст. були застосовані перші гідравлічні преси для виготовлення великогабаритних труб та профілів. 1861 р. інженер Дж.Газвелл побудував і встановив у залізничних майстернях Відня свій перший прес для штампування паровозних деталей. Перші преси Газвелла мали потужність 700, 1000 та 1200 тонн.

3. Початок ХІХ ст. ознаменувався роботами зі створення принципово нових сухопутних засобів пересування – парового залізничного транспорту. На цей момент виникли не тільки економічні, але й технічні умови, що дозволяли вирішити цю складну проблему. Вже був накопичений значний досвід застосування парової машини Дж.Уатта. У багатьох країнах Європи використовували різні типи рейкових шляхів, якими рухалися спеціально спроектовані для них вагонетки. У першу чергу це стосувалося гірничої промисловості та металургійного виробництва.

Розвиток залізничного транспорту йшов трьома основними напрямами: 1) виникнення та поширення рейкових шляхів; 2) зміни способу тяги; 3) розвиток спеціально пристосованих для рейкового шляху вагонів. Роботи в цих напрямах велися одночасно у багатьох країнах світу.

Першим до ідеї застосування парових локомотивів на спеціально облаштованих рейкових шляхах прийшов шотландський інженер Р.Тревітік на початку ХІХ ст. Він відкрив для загального користування невелику кільцеву залізницю поблизу одного з лондонських скверів, але через пошкодження колії та нестачу коштів був змушений припинити свої досліди.

Заслуга у вирішенні проблеми створення парового залізничного транспорту належить Дж.Стефенсону, який першим розглянув рухомий склад і шлях в їх нерозривному зв’язку. Свій перший паровоз “Блюхер” він сконструював у 1814 р., а через десять років вже 16 різних паровозів Стефенсона перевозили вантажі на невеликих приватних дорогах, які обслуговували потреби одного заводу, фабрики чи рудника. Найвідомішим винаходом дослідника була славетна “Ракета” (1829), яка при власній вазі в 4,5 т вільно тягнула потяг загальною вагою 17 т зі швидкістю 21 км/год. Швидкість руху “Ракети”, що мала машину потужністю 13 к.с., з одним пасажирським вагоном на 36 осіб становила 38 км/год.

Перша залізниця (61 км) була побудована у 1818 р. між містами Стоктоном і Дарлінгтоном і дуже швидко довела свої переваги перед старими способами пересування. 1830 р. була відкрита для пасажирського руху друга в Англії залізниця Ліверпуль – Манчестер (45 км), а у США – перша залізнична лінія Чарльстон – Огеста (64 км). У найближчі роки залізниці з’явились у Франції, Бельгії, Німеччині, Австрії, Росії (1837 р., Петербург – Царське Село).

Залізниці стимулювали зростання багатьох важливих галузей виробництва. Вони споживали у великій кількості метал та паливо, що сприяло розвитку вугільної та металургійної промисловості. Виникає нова спеціалізація – транспортне машинобудування. Залізниці поєднали старі промислові центри. З другої половини ХІХ ст. за допомогою залізничного транспорту почалось освоєння віддалених територій і залучення їх у сферу економічного розвитку.

Іншим напрямом розвитку транспорту у ХІХ ст. було намагання застосувати паровий двигун у судноплавстві. 1796 р. американський механік Дж.Фітч побудував два невеличких судна: одне з гребними колесами, друге – з гребним гвинтом. Але коштів на побудову великих пароплавів винахідник не мав.

Досягти успіху зміг Р.Фултон, який 1803 р. побудував та випробував ще досить недосконалий пароплав на річці Сені у Парижі. Судно проплавало 1,5 години зі швидкістю 5 км/год, але коштів для спорудження великого парового судна уряд Франції не надав. Фултон виїхав до США, де у 1807 р. побудував новий пароплав “Клермонт”. Успіху сприяло те, що Фултон не став сам робити двигун, а замовив його в Бермінгемі у фірми Болтон і Уатт, яка мала тоді найбільший досвід створення парових двигунів. Свій перший рейс “Клермонт” здійснив по Гудзону з Нью-Йорка до Олбані (278 км) при зустрічному вітрі і течії при роботі лише парового двигуна потужністю 20 к.с. Згодом пароплави Фултона вдосконаленої конструкції здійснювали регулярне сполучення по Гудзону, що дало поштовх швидкому прогресу у суднобудуванні. Вже на 1840 р. тільки на Міссісіпі та її притоках курсувало понад 1000 пароплавів.

Після винаходу річкового пароплава робилися спроби технічно вдосконалити морський транспорт. 1819 р. на трансатлантичній лінії з Америки в Європу з’явився перший пароплав “Саванна”, який долав шлях за 26 діб.!825 р. англійський пароплав “Ентерпрайз” здійснив рейс з Лондона у Калькутту за 113 діб. Важливе значення для вдосконалення морського флоту мав перехід до залізних і сталевих корпусів пароплавів. 1822 р. було побудовано перший залізний пароплав, який обслуговував лінію Лондон – Гавр. Однак масове застосування заліза і сталі у суднобудуванні починається лише з 40-х рр. ХІХ ст.

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 14; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!