1.1 第一次工业革命

第一次工业革命大约发生在1760—1840年，其影响包括手工生产方式向机器生产方式的转变，新的化学制造和钢铁生产方法的引入，蒸汽动力的广泛使用，机床的发展，以及机械化工厂的兴起。

第一次工业革命开启了工业化的进程，使人类物质生产力与经济成果实现了爆炸式增长与持续性积累。经济史学家认为第一次工业革命是人类历史上自驯化动物和植物以来最重要的事件。在物质进步的基础上，随着社会体制的演进，人们的生活水平与平均寿命都得到了显著提升。

18世纪中叶，英国贸易的发展和商业的兴起是引发英国工业革命的主要原因之一。历史学家认为，六个因素促进了英国的工业化：高水平的农业生产力提供了过剩的劳动力和食物；殖民地开拓与贸易战争中积累了管理经验和创业技能；可用的港口、河流、运河和道路降低了原材料和产品运输的成本；从本土和殖民地获得了丰富的煤、铁和水力等自然资源；政治的稳定和支持商业发展的法律体系的完善；可用于投资的金融资本。

在第一次工业革命期间，发生了一系列显著的技术进步。在纺织技术方面，以蒸汽为动力的棉纺机械化使纺织品的产量增加了约500倍；动力织布机使一名工人的纺织品产量增加了40多倍；轧棉机将棉花脱籽的生产率提高了50倍；羊毛和亚麻纺织的生产率也有很大增长。纺织行业最早实现了工业化。

在动力技术方面，蒸汽机的效率得到了极大提升，其原料消耗降低到之前的五分之一到十分之一，这使得蒸汽动力技术在工业生产和交通运输场景中迅速普及、应用。炼铁技术也取得了巨大进步，使用焦炭代替木炭大大降低了生产生铁和熟铁的燃料成本，同时允许引进更大型的高炉提高了生产效率。蒸汽机为鼓风提供动力从而大幅提高了进风量；铸铁吹风筒的引入与改进造就了更高的高炉温度；混炼法相较于精锻法降低了成本；轧钢机比锤打熟铁快了15倍；采用热风也大大提高了炼铁的燃料效率。

机床的发明和发展，实现了低成本地制造精密金属零件。18世纪，钟表制造商和科学仪器制造商对金属零件的需求推动了机床的发明。在此之前，金属零件是用锤子、锉刀、刮刀、锯子和凿子等基本手工工具加工的。因此，金属机器零部件的使用保持在最低限度。手工制作方法不但非常费力、昂贵，而且很难保证精度。第一台大型精密机床是约翰·威尔金森于1774年发明的汽缸镗床，用来钻早期蒸汽机的大直径汽缸。亨利·莫德斯利是第一个使用丝杠、滑动架和变速齿轮的创新组合来建造功能车床的人。

在第一次工业革命期间，人们也开始了化学品的大规模制造。英国人发明了新的方法，使硫酸和纯碱（碳酸钠）的生产率大幅提升。这两种化学物质带动了许多其他发明，从而以更具成本效益和可控的工艺取代了许多小规模操作。碳酸钠在造纸工业、纺织、肥皂生产和玻璃制造中有许多用途；硫酸的早期用途包括酸洗钢铁和漂白布料；漂白粉的发明使纺织工业中漂白工艺所耗费的时间从几个月缩短到几天。1824年，英国建筑工人发明了波特兰水泥的化学工艺，很快就被用来修建泰晤士河隧道和改造伦敦市排水系统。1860年后，化学的创新集中在染料方面，德国成为化工技术的世界领导者，不仅建立了强大的化学工业，还向周边国家输送了大量化工人才。

18世纪初，多种农业机械的发明与应用使得英国的农业生产率大幅提升，从而解放了大量农业劳动力进入其他经济部门。工业革命期间机床和金属加工技术的发展也支持了农业机械的大规模生产。

1798年，可以在金属丝织物上生产连续纸张的长网造纸机成为主要的造纸设备。长网造纸机展示的连续生产方式影响了钢铁的连续轧制，还启发了其他行业的连续生产方式。

1812年至1820年间，第一批燃气照明设施在伦敦建立。19世纪初，欧洲发明了新的玻璃生产工艺。1832年，这种工艺被用来生产平板玻璃，改变了建筑形式。

在工业革命初期，内陆运输主要通过可航行的河流和道路，沿海帆船在海上运输重型货物，铁路将煤炭运送到河边以便进一步装运，当时运河还没有被广泛修建，动物在陆地上提供动力，风帆在海上提供动力。18世纪末，铺设了用于马车运输的铁路；19世纪初，蒸汽机车问世。1750年至1830年间，帆船技术的进步使平均航行速度提高了50%。第一次工业革命改善了英国的交通基础设施，包括收费公路网络、运河网络、水路网络以及铁路网络，使得原材料和成品的运输变得更快、更便宜，同时新思想也随着交通网络迅速传播。

工业革命期间，现代工厂体系的雏形得以建立。在工业革命之前，制造业是“没有产业主的产业”，彼此独立的工匠们在自己的作坊里工作，他们的家庭成员从旁协助，还有一些学徒也加入其中。被商业资本家雇佣的工人虽以不同的用工形式存在，但他们基本上仍在自己家中工作。工厂的出现改变了这一切，正如马克斯·韦伯对现代工厂的特征的描述，“车间里执行的劳动纪律、技术的专门化与协作，以及非人力的生产动力被结合起来。劳动场所所有权的集中意味着劳动、生产动力和原材料掌握在同一个人手中，这在18世纪之前很少出现”。昂贵的技术机器及其带来的令人无法拒绝的生产力的提升直接导致了商业资本向工业资本的转变，以及作为资本集中形式的工厂的出现。

在工业革命初期，纺织业、采矿业等行业率先吸纳从农业部门转移的劳动力。劳动者并不需要太复杂的技能以及文化水平，甚至连8岁的孩子都能为纺织业提供“有效工作”。到了19世纪，工业革命深化发展到一定水平，作为先驱的英国不仅需要能够处理技术指令和复杂情况的熟练工和工程师来深化自身发展，还面临着来自欧洲各地更廉价劳动力的竞争。因此，英国官员向议会建议推行面向大众的职业教育。同时，德国和美国对工程师和工程技术人员的培养，为他们在第二次工业革命期间的崛起做出了贡献。

比利时是欧洲大陆第一个经历工业革命的国家，也是世界上第二个开启工业化进程的国家。于1830年成为独立国家之后，比利时在列日和沙勒罗伊周围的煤矿区建造了许多工厂，包括焦炭高炉、炼铁厂和轧钢厂。这些事业是在移居国外的英国人约翰·科克里尔的领导下进行的，早在1825年，他就在比利时瑟兰的工厂整合了从工程设计到原材料供应的所有生产阶段。比利时的瓦隆地区聚集了密集的煤矿、高炉、铁和锌工厂、羊毛工业、玻璃工业、武器工业等，经济学家和历史学家认为，就领土和人口来说比利时是当时世界第二大工业强国。

德国凭借先进的大学和工业实验室在化工行业领先世界。德国统一前后，在全国进行的铁路工程建设极大推动了冶金和钢铁工业的进步。虽然在此之前德国本土缺乏蒸汽机、铁道等工程技术人才，但他们直接利用了来自英国的现成技术和硬件，许多城市的铁路车间也被作为工程技术人员的培训中心。到了19世纪末，德国在铁路里程、机车数量、客运量和货运量等方面已经全面超过了法国。

在18世纪末和19世纪初，当英国和西欧部分国家开始工业化时，美国还是一个主要依赖农业和自然资源生产和加工的经济体。道路和运河的修建、蒸汽船的引进和铁路的修建，对当时这个幅员辽阔、人口稀少的国家在处理农业和自然资源产品方面非常重要。美国在工业革命期间的重要技术贡献是机床和可互换零件系统的发展，后者得益于美国铣床技术的发展。机床和可互换零件系统的发展，是美国在19世纪末崛起并成为世界领先工业国的基础。来自美国马萨诸塞州纽伯里波特地区的商人弗朗西斯·卡伯特·洛威尔，在1810年参观英国工厂时记住了卡特莱特纺织机的设计，他意识到美国国内对成品布的需求正在增长，回到美国后，他成立了波士顿制造公司。洛威尔和他的合伙人还在马萨诸塞州的沃尔瑟姆建立了美国第二家可以完成从棉花到布料完整生产过程的纺织厂，该厂仅次于贝弗利棉纺厂。1817年他去世后，他的合伙人建造了美国第一个规划完备的工厂城，并以洛威尔的名字命名。

精密金属加工技术是由美国陆军部开发的，用于制造小型武器的可互换零件。开发工作在斯普林菲尔德兵工厂和哈珀斯镇兵工厂进行。使用机床进行精密加工的技术包括使用夹具将零件固定在正确的位置，来引导切削工具，以及使用精密块和量规来测量精度。铣床是一种基本的机床，据传是由艾利·惠特尼发明的，他是一名政府承包商，说服美国陆军部发起了利用可互换零件制造步枪的计划。另一项重要发明是由托马斯·布兰查德发明的布兰查德车床，它实际上是一个成型机，用于批量生产木制枪托。使用机器和技术来生产标准化的、可互换的零件，这一模式后来被称为美国制造系统。精密制造技术使得钟表机械的生产成为可能。1854年，在马萨诸塞州的沃尔瑟姆地区，沃尔瑟姆钟表公司开始了钟表的工业化生产，并开发了机床、量规和装配方法，以适应制造钟表所需的精度。