История человечества – это прежде всего история подчинения человеком природы. Каждое изобретение – от палки с камнем до космического корабля – результат творческой деятельности человека, помогающей ему изучать мир. Но прежде чем приступить к созданию нового предмета, необходимо его спроектировать: придумать конструкцию, выбрать материалы, сделать необходимые расчёты. Всё это – задача современного инженера-конструктора, а в прошлом – часть работы ремесленников, изобретателей и мануфактурщиков. Погрузимся в мировую историю изобретений и инжиниринга?
Инжиниринг и изобретения древнего мира
Ingenium – латинское слово, от которого произошло современное «инженер». Оно означает «острая выдумка», «талант». Хотя инжиниринг долгое время не был оформлен как официальная профессия, ещё с древности к инженерам относились как к искусникам.
Впервые инженерами начали называть группу людей, работающую при древнеримской армии. Уже тогда работа инженера представляла собой умственный труд, основанный на теоретических знаниях учёного и опыте ремесленника. В римской армии существовало два типа инженерных задач: фортификационные и артиллерийские. Фортификационные инженеры занимались градостроительством, а артиллерийские конструированием военных машин.
Истории неизвестны имена создателей оружия древнеримской армии, но ей известны имена собирателей теоретических знаний. Так, в труде Герона Александрийского «Беллопоэтика» даны описания различных военных метательных машин. Герон описывал работу баллист так – машина для метания стрел и камней. Упоминался в трактате и гастрафет – прообраз арбалета.
Век паровых машин и инновационных изобретений
Феодализм стал новым витком в развитии инжиниринга. Ремесленники объединялись в мануфактуры. Открытия в металлургии, усовершенствование кораблей, изобретение пороха и огнестрельного оружия, появление книгопечатания – всё это подготавливало почву для отделения инжиниринга от ремесленного дела. Появляются первые отряды военных инженеров. Однако, рано ещё говорить о глобальном формировании инженерной интеллигенции – большая часть инженеров работает в ремесленных мануфактурах и цехах, государства неохотно поддерживают невоенные изобретения. Но всё меняет изобретение парового двигателя в 1777 году.
В Западной Европе второй половины XVIII – середины XIX вв. происходит промышленный переворот: паровая машина становится главным источником энергии, мануфактуры с ручным трудом ремесленников сменяются фабриками с машинным трудом, из-за чего растёт потребность в новых машинах и механизмах. Для стимулирования инновационной деятельности во Франции после буржуазной революции в 1791 году, а затем и в остальных странах Европы появляются новые законы о патентах, благодаря которым изобретения становятся товаром, принадлежавшим исключительно патентообладателю.
Инженеров XVIII - XIX вв. будто охватывает страсть к изобретениям. Расскажем о некоторых из них.
Бартелеми Тимонье в 1829 году изобрёл первую швейную машинку, имитирующую действия вручную. Она состояла из колеса, приводимого в движение с помощью педали, и иглы с крючком. Машина Тимонье делала только тамбурный шов.
После получения патента на изобретение Бартелеми открыл свою автоматизированную швейную мануфактуру. Однако, изобретение не распространилось широко: машинки были громоздкими, состояли из деревянных частей, делали непрочные швы, к тому же портные увидели в новом изобретении угрозу своей работе и сожгли фабрику Тимонье.
Но все эти недостатки и сложности стали поводом для дальнейшего усовершенствования машинки. Джон Бачелдер добавил машинке горизонтальный стол для работы, Аллан Б. Уилсон - поворотный крюк с катушкой для выполнения челночной работы, а Айзек Зингер довёл изобретение до идеала: изменил положение иглы, добавил лапку для фиксации ткани, регулировку натяжения нитей и ножной привод. «Машинка Зингера» благодаря доступности, ремонтопригодности и, конечно, хорошей рекламе стала той версией изобретения, которой мы пользуемся до сих пор.
Ричард Тревитик стал создателем парового двигателя высокого давления, который стал ключевым элементом для нового вида транспорта – паровоза.
Изобретателем было создано четыре вида паровозов: безрельсовый Puffing Devil («Пыхтящий Дьявол»), первый рельсовый паровоз Pen-y-Darren («Пен-и-Даррен), паровоз, развивавший скорость до 30 км/ч, Catch Me Who Can («Поймай меня, кто сможет») и локомотив, созданный для шахты в Ньюкасле. Изобретение Тревитика нельзя назвать успешным: паровозы были слишком громоздкими, часто ломались и сходили с рельс. В дальнейшем над усовершенствованием локомотивов работали Джордж Стефенсон, Уильям Брантон, Форстер и Хэкуорт, братья Черепановы. «Шагающий» паровоз Брантона использовали для транспортировки вагонеток с углём, «Пыхтящий Билли» Хэкуорта и Форстера более 50-ти лет работал на Вайлемских угольных копях, паровозы Черепановых использовали для перевозки руды.
Как дела обстояли в России?
До Петра I промышленность в России считалась делом ремесленников. По всей стране насчитывались единицы мануфактур: несколько железоделательных заводов около Тулы, Каширы, Москвы и Воронежа; несколько соляных, кожевенных, стекольных писчебумажных мануфактур, один медеплавильный завод.
Российский инжиниринг сильно отставал от европейского, на что указывали военные неудачи в первые годы правления Петра Великого. В первые пятнадцать лет своего правления император активно развивал металлургию: создавались железоделательные мануфактуры на Урале и в Олонецком крае, оружейные заводы. К концу правления Петра I Россия стала страной мануфактур: было создано 52 мануфактуры в чёрной металлургии, 17 – в цветной, 18 лесопильных, 17 пороховых, 15 суконных, 11 кожевенных мануфактур, а также предприятия по производству стекла, фарфора, бумаги.
Но на мануфактурах зачастую работали крепостные крестьяне, преступники, солдаты и военнопленные, изредка встречались квалифицированные ремесленники, которые чаще всего и руководили работой необразованной и неквалифицированной массы.
Крепостной характер производства, государственное регулирование тормозило внедрение инноваций в производство. Изобретения на мануфактурах чаще всего изготовляли сами рабочие кустарными методами из-за погони предприятий за прибылью. И чаще всего такими изобретениями отличались не кузнецы-профессионалы, а рядовые сотрудники.
К примеру, таким самородком считается Яков Батищев. Солдат Ораниенбауманского батальона изобрёл машину для обработки поверхности стволов пушек, а также машину для расковки стальных досок.
Подобные самородки на российских мануфактурах появлялись и после эпохи Петра I. Слесарь Егор Жепинский изобрел катальную машину – по сути первый прокатный станок, позволяющий изготавливать машинным способом полосы сортового железа. Механиком Ползуновым была изобретена «огенедействующая машина» - прототип паровой машины Уайта.
Но все создания «крепостных самородков» не получили хорошего практического применения, так как низкооплачиваемый крепостной труд был намного дешевле установки инновационных машин.
«Совместное действие деспотизма и свободы, просвещения и рабства это... загадка... доселе неразрешимая», - так описывал российские мануфактуры историк Василий Ключевский.
Однако, поистине большие успехи в петровскую эпоху были сделаны в корабельном инжиниринге.
В 1695 году войско императора потерпело поражение в походе на Азовскую крепость из-за плохого оснащения морской армии. В этом же году зимой началось активное строительство первого русского флота. Под Воронежем Петр I вместе с солдатами и инженерами создал модель Азовской крепости, проработал тактику нападения. Русскими инженерами за несколько месяцев было построено 2 корабля, 23 галлеры, 4 брандера, 1400 стругов. Новый русский флот позволил в июле 1696 года взять крепость.
С 1701 по 1719 года в Российской империи было открыто три школы, выпускающих военных инженеров. В школах обучались как дворянские дети, так и дети недворянского происхождения. Все они проходили курс арифметики, геометрии, тригонометрии и учились применять эти знания в артиллерии и фортификации. Однако, первые инженерные школы не давали хорошего практического образования и многому ученикам приходилось учиться уже на службе.
Новым витком развития корабельного инжиниринга было преобразование Балтийского флота во время Крымской войны. Впервые были применены пароходы.
С появлением новых суден менялась как тактика боя, так и обслуживание кораблей. Появлялись отдельные бригады инженеров, следящих за состоянием корабля. Дежурная бригада проводила осмотр корабля ежедневно, ремонт в основном выполняли только при обнаружении поломки.
Корабельные инженеры в ходе своей деятельности собирали «Корабельный устав военно-морского флота», в котором описывали методы оценки состояния корабля. Состояние механизмов специалисты проверяли с помощью органолептических методов: анализа шумов, восприятия вибрации определения степени нагрева – частичную разборку для проверки механизма выполняли редко.