UK 02“世界工厂”与被追赶的英国

万国博览会与美国的冲击、Enfield（1851—1857 年）

1851 年，处于顶峰的英国

在 1851 年 London 的万国博览会（Crystal Palace，水晶宫）上，机床的主角是 Manchester 的 Joseph Whitworth。他展出了车床、龙门刨床、牛头刨床、插床、钻床、螺纹加工和齿轮加工的机器、测长机、量规等共 23 件，其他 20 家公司各为 1—3 件^[1]。Roe 写道，他的机床靠的不是新奇，而是精度和做工，属于“另一个级别”^[2]。

在同一会场，展出了美国 Vermont 州 Robbins & Lawrence 的步枪。这是以互换式制造的枪，零件混装也能组装这一点引人注目，获得了奖牌^[2]。英国的机床，作为技艺高超的工匠用来什么都能做的“万能工具”是最好的。而美国展示的，是为一个零件的一道工序制造专用机器并排列起来，不依赖熟练、大量制造相同产品的方法。

1853 年，Whitworth 的美国考察

1853 年，作为政府委员被派往 New York 博览会的 Whitworth 与 Birmingham 美术学校的 George Wallis 走访了美国的工厂。在 Springfield 的国营兵工厂，他们按工序用钟表计时，观察枪托几乎完全由机器加工成形的过程^[3]。Whitworth 在 1854 年的报告中写道，美国劳动力少，这反而促使人们积极使用机器，成为美国繁荣的一大原因^[2]（同一次访问在美国第 1 章中也有出现）。同年，Nasmyth 成为负责重建 Enfield 步枪工厂的委员会委员^[4]。

1854 年，议会的步枪特别委员会

英国军队的步枪，此前是由 Birmingham 等地的工匠承包制造的。按零件分别向不同的业者订货，由检验官用量规检查，再由 Enfield 的小型国营工厂或承包商组装^[7]。然而 1851 年订购的 2 万 8,000 支新步枪到 1853 年 11 月才交付，其他订单也一再延误。军械局估计所需步枪超过 90 万支，于是规划了日产 500 支的国营工厂的建设^[7]。

1854 年 5 月 12 日的下议院特别委员会报告，就是这场讨论的记录^[7]。Woolwich 兵工厂的技师 John Anderson 作证说，英国步枪专用的机器还很少，但制造能力足够，应先购买美国的机器，他本人也想去美国学习^[7]。Whitworth 一方面说在 Springfield 枪托 23 分钟就能完成，另一方面作证说，他怀疑美国枪的零件是否真能互换，精细的修整还需要手工^[7]。Nasmyth 根据大约 4 年前向俄国政府交付制造枪械零件机器的经验，主张正是机械化才能让工厂主摆脱对工匠的依赖^[7]。委员会建议：保留承包制度，同时以小规模试办 Enfield 的国营工厂^[7]。

委员会赴美，机器运往 Enfield

军械局派 Burn 中校、Warlow 中尉和 Anderson 组成的委员会前往美国^[8]。1855 年提交议会的报告写道，在普通机床上英国更胜一筹，但在为单一工序制造的专用机方面，若不向美国人的巧思学习，就守不住在世界市场上的地位^[9]。报告还对英国尚未使用仿照样件切削枪托的机器表示惊讶。这种机器是从美国的 Ames 公司购买的^[9]。

1855 年，从美国运来 157 台制造兵器的机器供 Enfield 使用。主要是铣床和专用机，Roe 列出的明细为铣床 74 台、钻床 23 台等^[2]（美国人口普查的报告列出了另一种明细，见美国第 1 章）。Science Museum 的目录认为英国的铣床是从 Enfield 的机器开始普及的^[1]。车床和龙门刨床之国，从美国接过了用旋转刀具切削的铣床。据 BSA 的社史，Enfield 在 1855 年夏天开始用机器生产，到 1856 年 4 月议和时已超过每周 2,000 支。Science Museum 的目录则记为经过 719 道工序、每周 1,200 支^[12][1]。进入 Enfield 的机器之一、雕刻锁具零件的专用机（1857 年），至今仍是该馆的藏品^[1]。

通用机与专用机。英国的机床，已经发展成由技艺高超的工匠巧妙安排装夹、什么都能加工的通用机。美国兵工厂的机器，是只做固定零件的固定工序的专用机，与夹具和量规配合，让没有熟练技术的人也能做出相同的东西。即使在今天的小工厂里，多品种少量就靠通用机和手艺，同一产品大量生产就用专用夹具、专用机和自动化，这样的判断并没有改变。英国与美国的差别，与其说是技术的优劣，不如说是订单规模与人手状况的不同。

“世界工厂”的机床厂家（1856—1879 年）

Whitworth 的测长机与“端度量具”

1856 年，就任机械工程师学会（Institution of Mechanical Engineers）会长的 Whitworth，在 Glasgow 的演讲中带来了能分辨 1/1,000,000 英寸长度差的测长机。把工件夹在两块精确的平面之间，不是用眼睛，而是凭手感读取刚好轻轻接触的位置^[13]。Whitworth 主张，在工厂里用 2 英尺尺子上的刻线对准 1/100 英寸，不如用端面尺寸的标准（端度量具）对准 1/10,000 英寸来得轻松，配合应一律按端面尺寸来测量^[2]。次年 1857 年，他还提出把英寸按十进制细分、统一工厂的尺寸^[13]。这与今天的量块和极限量规的思路是相通的（今天的测量方法见量规，配合见配合）。

Manchester 与 Leeds 的厂家

1850 年代到 1870 年代，英国机床制造的中心是 Manchester 和 Leeds。这里聚集着制造机车、纺织机械和船用发动机的工厂，向这些工厂供应机床的厂家也成长起来。在 Leeds，曾在 Peter Fairbairn 工厂工作的 Thomas Greenwood 和 John Batley 于 1856 年创办了 Greenwood & Batley。这家公司制造兵器和纺织机械以及专用机床，留存下来的账簿后来成为 Floud 研究英国机床产业的核心资料^[14]。1878 年巴黎万博英国展区的目录上，列有 Sir Joseph Whitworth & Co.（Manchester）、Manchester 的 Gresley Iron Works 的 Smith & Coventry、标榜“专用机床”的 Greenwood & Batley 等^[15]。1862 年 London 的第 2 届国际博览会上，展出机床的公司增至 60 家，Whitworth 仍占据展区的四分之一^[1]。

Birmingham 的枪匠买机器：BSA

Enfield 的机械化把 Birmingham 的枪匠逼入了困境。据 BSA 的社史，Birmingham 在克里米亚战争期间为英国军队制造了多达 15 万 6,000 支步枪，但战后工作被 Enfield 夺走，被迫在“买机器还是关门”之间作出选择^[12]。1861 年 6 月，Birmingham 步枪业者的聚会决定成立用机器制造枪支的公司 Birmingham Small Arms Company（BSA），在 Small Heath 购买 25 英亩土地建起了工厂^[12][16]。第一笔大订单是为 Turkey 政府制造 2 万支 Enfield 枪，1866 年又接到英国政府把 10 万支前装枪改造为后装枪的工作，加开夜班，每周完成 3,000 支以上^[12]。工匠之城的造枪业，逐渐变成了工厂里的机器作业。

来自美国的警告与 Sheffield 的钢

这一时期，英国的技术人员每逢博览会就去看美国的工厂，反复发出同样的警告。Rosenberg 举出了 1867 年巴黎万博和 1876 年 Philadelphia 万博的英国报告。在 1876 年的报告中，Anderson 写道：不看美国工厂的专用工具，就弄不清即将到来的竞争的真面目；从家具、五金、钟表到弹药，都用专用工具做得又便宜又好，而且工人的工资还很高^[9]。

在刀具用钢方面，英国走在前面。1868 年，Robert Mushet 发现了一种不淬火也会变硬的钢，起作用的是钨。1871 年 Sheffield 的 Samuel Osborn 接手了其制法，以“R. Mushet's Special Steel”之名推广到世界各地的机械工厂^[17]。该公司的 Osborn 写道，用 Mushet 钢可以使一台车床的工作量提高到 2 倍、3 倍^[17]。美国的 Taylor 也写道，直到 1890 年代初，Mushet 钢都是工厂里备几根、用来切削硬材料的特殊刀具^[17]。这种钢成了 30 年后高速钢的出发点。

自行车与美国的机床（1880—1899 年）

从枪到自行车

1878 年，政府订单中断，BSA 的工厂从 8 月起停工 1 年。公司寻找兵器以外的工作，1880 年制造了 200 辆 Otto 式自行车，进入了自行车行业^[12]。1888 年因 Lee-Metford 枪的大批订单一度停做自行车，1893 年 11 月以自行车零件重返，订单 18 个月增至 4 倍，1895 年 5 月达到每周 4,620 英镑^[12]。为步枪而建立的精密批量生产工厂，原封不动地变成了自行车零件工厂。

Alfred Herbert 与 Coventry

在 Coventry 乘着这股自行车热潮成为机床厂家的，是 Alfred Herbert。他 1866 年生于 Leicester 的农家，1881 年到 1886 年底在当地的起重机公司当学徒，之后成为 Coventry 一家小工厂的经理，与朋友 William Hubbard 买下工厂，创办了 Herbert & Hubbard^[22][21]。起初制造药片和缎带的机器，随着自行车流行，转向制造生产自行车的机器。最早的自行车用机器是抛光用车床，其次是简易钻床，接着是带后齿轮和复式刀架的车床^[21]。Science Museum 保存着该公司 1889 年的车床^[1]。1894 年 Hubbard 离开，公司改为 Alfred Herbert Ltd.，凭六角车床（No.4）发展壮大，同时也开始采购并销售美国的机床^[22][21]。在自己的机器之外也经营美国机器，很好地体现了这一时代英国机床制造的特点。

“美国的入侵”

1890 年代末，美国的机床进入了英国。1901 年 McKenzie 的书《The American Invaders》写道，美国机床在英国各地使用，连刀具之城 Sheffield 也在用美国的机器和模具^[24]。据 McKenzie 说，契机是自行车热潮，英国公司为增加产量引进了美国的自动化机器，其他公司看到后也纷纷效仿。他还写道，1897—98 年机械工人的大罢工是美国产品进入的开端。尤其强势的是转塔车床和普通车床^[24]。不过 McKenzie 是记者，没有给出进口量的数字。量到底有多大，要靠下一节介绍的研究来确认。

1887 年 Whitworth 去世。遗产中约 60 万英镑捐给了 Manchester 的 Whitworth Institute、Owens College、技术学校等^[2]。他是孕育了机床的那一代人中的最后一位。

高速钢与标准（1898—1915 年）

从 Mushet 钢到高速钢

1898 年，来到美国 Bethlehem Steel 整顿机械工厂的 F. W. Taylor 重新开始刀具钢的比较试验，比较了 Mushet 钢和美国的 Midvale 钢。次年起他与 M. White 进行热处理实验，于 1898—1900 年发现，把铬钨钢加热到接近熔点，就能完成其他刀具 2—4 倍的工作量^[17]。在 1900 年的巴黎万博上，用与 Bethlehem 试验相同的车床，公开演示了这种“Taylor-White 处理”刀具高速切削的情景^[17]。Taylor 把到 1894 年为止划为碳素钢时代，到 1900 年为止划为 Mushet 等自硬钢的时代，此后为高速钢的时代^[17]。据 Science Museum 的目录，切削速度从 1850 年碳素钢的每分钟 40 英尺（约 12 m），提高到 1900 年高速钢的每分钟 120 英尺（约 37 m）^[1]。

Sheffield 的 Osborn 在 1906 年 Taylor 论文的讨论中反驳说，高速钢是 Mushet 钢的自然延伸，本公司在 Taylor-White 处理之前就已推荐高温淬火^[17]。1903 年，Manchester 的机械技术人员协会进行了车刀的比较试验，以 Mushet 钢为基准比较了新的钢种。Osborn 在会上主张，热处理与成分同样重要^[17]。

刀具变了，机床也随之改变。高速钢使切削速度提高到 3 倍后，靠皮带塔轮驱动的车床动力不足，主轴和导轨也都太弱。于是出现了齿轮变速的主轴箱、每台单独配备的电动机、粗壮的主轴和床身。机床的形态在刀具材料进步的推动下不断变化。30 年后硬质合金刀具出现时也发生了同样的事（车床的变化见第 5 章）。今天切削条件的思路见切削加工页面。

工程标准委员会与 British Standard Whitworth

1901 年，土木、机械、造船、钢铁、电气 5 个学会联合成立了 Engineering Standards Committee（工程标准委员会）。这是后来 British Standards Institution（BSI）的起源，1918 年作为 British Engineering Standards Association 成为法人^[25][26]。据美国标准局的资料，该委员会于 1905 年把 Whitworth 螺纹定为 British Standard Whitworth（BSW）标准^[27]。1919 年的暂行报告写明，螺距表原样保留 Whitworth 制定的数值，规定用“通端、止端”的极限量规检验量规，基准量规由英国国家物理实验室（NPL）检定^[26]。1841 年一位机床厂家提出的螺纹，用了 60 年成为国家标准（今天的螺纹标准见螺纹，标准的查法见标准）。

大战前夜

1910—11 年，英国机床厂家的团体 Machine Tool Trades Association 成立，Alfred Herbert 是核心人物之一（1919—34 年任会长）。其目的之一，是遏制展会过多、厂家被迫参展的问题，整合为每 4 年举办 1 次的自办展会^[29][30][22]。1915 年 4 月，Herbert 受陆军部邀请，出任负责机床生产的部门负责人，后来担任军需部的机床监督官^[22][21]。战争与机床管制的故事在第 3 章中继续。

英国的机床落后了吗

“孕育了机床的英国，在 19 世纪后半叶被美国和德国超越了。”这种看法当时就已存在。Anderson 在 1855 年和 1876 年的报告中反复发出的警告就是其一^[9]。美国的 Roe 在 1916 年写道，Whitworth 的做法支配了英国机床好几代，这反而可能是英国失去领先地位的一个原因，此后 50 年的许多新动向都发生在美国^[2]。1901 年 McKenzie 那本谈“入侵”的书，也反映了同样的情绪^[24]。

经济史研究试图用数字来检验这一点。Saul 在 1968 年发表了一篇通盘考察到 1914 年为止英国机床产业的论文^[35]。Roderick Floud 1976 年的著作《The British Machine Tool Industry, 1850–1914》考察了产业结构和在国际贸易中的表现，并分析 Leeds 的 Greenwood & Batley 的大量账簿，测算了一家公司的效率和生产率。据出版社的摘要，该书的结论不支持对英国工业表现的悲观看法^[14]。英国厂家制造的是适合自身市场（制造多品种机车、船舶、纺织机械的客户）的机器，没有大量制造美国式专用机，与其说是落后，也可以看作是顺应市场的判断。

谁对谁错无法一言以蔽之。不过，把本章所见的史实排列起来就会发现，英国的弱点与其说在制造机器的手艺，不如说在大量制造相同产品的市场及其使用方法上。Portsmouth 的滑轮工厂（1808 年）在世界上较早实现了互换式的批量生产，却没有推广到英国的其他工业（第 1 章）。正是这个英国，1855 年从美国购买 Enfield 的机器，1890 年代又为自行车引进美国的转塔车床。一旦有了需要，英国也会迅速采用美国式的做法。

从小工厂的角度看。“我们靠通用机和手艺什么都做”，还是“只有这个零件用专用夹具和机器流水生产”？英国与美国的差别，恰恰就是这种判断的差别。订单的数量和种类一变，正确答案也会随之改变。历史学家的争论告诉我们，评价一项技术，比起技术本身，更要看使用这项技术的市场。

⛩与日本的关联

Whitworth 奖学金获得者来到日本

明治时期的日本，首先以英国为工业的样板。1873 年，Henry Dyer 从 Glasgow 应聘来日，在工学寮（后来的工部大学校，今东京大学工学部的前身之一）担任都检（教务长）兼土木、机械教师，直至 1882 年。他把 6 年的课程分成预科、专门、实地各 2 年，实行理论与现场实习相结合的教育^[18]。Dyer 在 1870 年还是 Glasgow 大学的学生时，被选为 Whitworth 设立的奖学金的获得者^[18]。用 Whitworth 的钱学成的英国技术人员，为日本的工程教育打下了基础。

赤羽的工厂与龙门刨床

据 Dyer 1880 年在 London 出版的书，机械工程专业的学生在 Dyer 管理的赤羽工厂，按与普通学徒相同的规则工作。Dyer 写道，这家工厂不是学校附属的“玩具工厂”，而是真正的工厂，约 300 人在这里工作，在熟练工、材料、机器都不足的情况下完成多种多样的工作。毕业时还要求提交 3 种以上机床的图纸和论文^[19]。这家赤羽工厂（工部省赤羽工作分局）于 1879 年制造的 6 英尺龙门刨床，作为现存最早期的国产机床之一，保存在明治村博物馆（机械遗产第 67 号）^[20]。

从英式到美式

1889 年在东京创立的池贝工场有英式车床，池贝庄太郎以它为样板制造了英式 9 英尺车床。它用后齿轮实现 6 级变速，为加工大件在床身上开有缺口，是英国式的结构（机械遗产第 53 号，日本国立科学博物馆）^[23]。然而在 1905 年，池贝转向按美国技师 Francis 的规格书批量生产美式车床^[28]。本章后半部分所见的“英国机床被美国追赶”的潮流，也发生在遥远的日本工厂里（国产机床档案第 1 章《国产车床的谱系》）。而在第一次世界大战期间，池贝也向英国出口车床，1915 年送去了 5 台^[28]。明治初年以英国机器为样板的日本机床，40 多年后已经能出口到英国了。

常见问题

英国为什么要从美国购买制造步枪的机器？

克里米亚战争前后，英国军队的步枪由工匠承包制造，订单一拖就是好几年。在 1854 年的议会委员会上，Woolwich 的技师 Anderson 作证说应购买美国的机器并加以学习，于是派委员会赴美订购机器。1855 年，美国向 Enfield 的国营工厂运来 157 台机器，英国把这称为“美国体系”（American System）并加以引进。

铣床是什么时候在英国普及的？

Science Museum 1966 年的目录认为，1855—57 年美国的铣床进入 Enfield 的国营步枪工厂，铣床由此在英国普及。此前英国的机床以车床、龙门刨床、牛头刨床这类用单刃刀具切削的机器为主。

Alfred Herbert 是一家怎样的公司？

它源于 Alfred Herbert 在 1880 年代末与朋友在 Coventry 创办的 Herbert & Hubbard，随着自行车热潮转向制造生产自行车的机器，1894 年改为 Alfred Herbert Ltd.。它靠六角车床发展壮大，也经营美国机床，到 Herbert 去世的 1957 年，已成为在国内拥有 4 座工厂、员工超过 5,000 人的公司。Coventry 的 Herbert Art Gallery & Museum 是 Herbert 捐资设立的博物馆。

“英国的机床落后了”是真的吗？

当时就有看过美国专用机的英国技术人员发出警告，Roe（1916）也写道英国失去了领先地位。另一方面，Floud（1976）分析了 Greenwood & Batley 的账簿等资料，得出不支持对英国工业表现持悲观看法的结论。也有观点认为，英国厂家制造的是适合本国市场的通用机，评价至今仍无定论。