Завод без людей

Промышленная революция

чего начиналось капиталистическое производство и чем при своем рождении оно отличалось от своего предшественника? По существу, очень малым, потому что переход от ремесленного способа производства к капиталистическому сперва проходил очень медленно и незаметно. Методы изготовления товара, методы обработки материалов, сами орудия производства, короче, все то, что определяется словом «технология», при возникновении капиталистических производственных отношений оставались прежними. Но так было лишь в самом начале. Затем появилась мануфактура.

Что такое мануфактура? Для меня, в детстве, этим словом определялись разнообразные ткани: ситец — мануфактура, сукно — тоже. Сейчас ткани почти никто уже не называет мануфактурой, а лет двадцать — двадцать пять назад почти все так говорили. Когда в школе мы начали изучать историю и услышали, что слово «мануфактура» обозначает совсем другое, мы даже были удивлены.

Вы знаете, что мануфактура — это капиталистическое предприятие, основанное на ручном труде. Слово «мануфактура» происходит от двух латинских слов: «manus» — рука и «facere» — делать. Мануфактура — по существу, мастерская, где занято какое-то количество рабочих. Техника, которой пользуются рабочие, не отличается от ремесленной техники. Но есть громадная разница. Разница в том, что ремесленник, производя какую-нибудь вещь, делал все сам, а каждый рабочий мануфактуры изготовляет всегда какую-то отдельную определенную часть вещи. Разница очень большая и далеко идущая. Ведь в мануфактуре впервые в больших масштабах было применено разделение труда внутри определенного производственного процесса.

Такое разделение труда не замедлило сказаться. Так, например, в XVIII веке ремесленник-игольщик мог выработать от силы двадцать иголок за день труда. Игольная же мануфактура, а попросту небольшая игольная мастерская с десятью рабочими, из которых каждый производил только одну операцию, выпускала в день 48 тысяч иголок!

Вот какая разница! Чем же она объясняется? В первую очередь разделением труда. Каждый из десяти рабочих выполнял теперь только одну операцию: один, например, заготавливал куски проволоки, другой затачивал концы, третий пробивал ушки и так далее. Каждый рабочий мог очень хорошо натренироваться на выполнении своей операции, мог наиболее выгодно организовать свой труд и, следовательно, значительно повысить его производительность.

Большую роль сыграло и то, что все рабочие зависели от одного хозяина. Хозяин же, как мог, усиливал эксплуатацию, жестоко штрафовал и карал за простои, за плохо выполненную работу; заводил надсмотрщиков, до предела удлинял рабочий день. Над ремесленником же никто непосредственно не довлел, и он мог работать с меньшим напряжением.

Мануфактурное производство резко повысило производительность труда, снизило издержки производства. Разделение труда позволило раздробить производственный процесс на отдельные элементы, настолько простые, что уже не трудным стало догадаться, что каждый производственный процесс состоит из таких простейших элементов — операций, а вслед за этим и придумать орудия труда, приспособления, инструмент и машины, специально предназначенные для производства таких простых операций.

В этом смысле заслуги мануфактуры огромны.

Мануфактурное производство оказалось очень выгодным. Количество мануфактур росло. Росло и число рабочих на мануфактурах. Все более заметно изменялись орудия труда и сама технология производства.

В последней трети XVIII столетия спрос на товары возрос в такой степени, что простое мануфактурное производство уже не в силах было его удовлетворить. Необходимо было переходить на машинное производство.

Но, несмотря на всю выгодность производства с помощью машин, их сперва было еще очень мало. Основной труд оставался ручным. Дело в том, что для своей работы машина требует двигателя. Должна быть какая-то сила, которая будет приводить машину в движение. А какой силой располагали люди в начале развития капитализма? Да той же самой: мускульной силой человека, животного, энергией ветра, воды. Ветер — явление очень непостоянное и капризное. Вода более удобна для использования, но не везде были пригодные для этого реки, да и энергию воды люди не умели отбирать достаточно эффективно и полно.

Но все-таки ею широко пользовались. В основной отрасли мануфактурного производства — в текстильной промышленности (отсюда-то, видимо, и стали называть ткани мануфактурой) — вода приводила в движение появившиеся прядильные машины.

Прядильные машины… С них-то и началось. Началось то, что все теперь называют «промышленной революцией». А началось это так.

В годы начала промышленной революции Англия была наиболее развитой промышленной и торговой страной. В это время в Англию стали завозить новое, до тех пор не применявшееся в ткацкой промышленности сырье — хлопок. До этого хлопчатобумажные ткани не умели выделывать в Англии и завозили их из Индии. Но потом хлопок стали выращивать на плантациях в Америке.

Обработка хлопка-сырца, получение из него пряжи и тканей сильно отличались от производства тканей из шерсти. Поэтому, когда в Англию стали завозить хлопок, там начала создаваться новая, не связанная никакими привычками, традициями и старыми орудиями производства промышленность. Однако это еще не значит, что сразу же были изобретены машины. Сперва в хлопчатобумажной промышленности тоже применялся ручной труд. Но вот в 1733 году был изобретен так называемый «самолетный челнок». Он повысил выработку ткача вдвое. И получилось так, что ткать умели быстро, а подготавливали пряжу из хлопка все так же медленно. Доходило до того, что ткацким станкам из-за отсутствия пряжи часто приходилось простаивать.

Вот тогда-то и начали изобретать машины для изготовления пряжи. В 1764 году Харгревс изобрел первую прядильную машину. Следом за ним, в 1769 году, Аркрайт изобрел прядильную ватерную машину; а затем, в 1779 году, Кромптон изобрел мюль-машину. Теперь уже получилось наоборот. Ткачи продолжали работать по-старому и не успевали перерабатывать всю пряжу. Снова нужно было разрешать противоречие, назревшее в ткацкой промышленности. И оно было разрешено в 1785 году, когда Картрайт изобрел механический ткацкий станок.

Это были великие изобретения. Они механизировали целую промышленность, перевернули устоявшиеся веками методы производства и явились как бы «затравкой», которую опускают в насыщенный раствор, чтобы ускорить образование кристаллов. Переворот в ткацкой промышленности привел к тому, что необыкновенно быстро стали меняться все отрасли промышленности и создаваться новые важные отрасли, такие, как машиностроение. Эти изменения, видимо, уже давно назревали, но для того чтобы они свершились, людям нужно было сделать еще одно, чрезвычайно важное изобретение.

Казалось бы, после того как были изобретены первые машины и все поняли выгодность их применения, все должно пойти очень гладко. Но не тут-то было. Для привода машин по-прежнему использовали энергию воды. Но скоро все сколько-нибудь пригодные для этого речки были бы использованы. Новых машин нельзя было бы устанавливать: все равно их нечем было бы приводить в действие. И снова в промышленности создалось большое противоречие: есть машины, есть сырье, но нет силы, которая заставила бы машины работать. Требовался новый, гораздо более мощный, более стойкий и более удобный источник силы — двигатель.

И такой источник силы появился. Это была паровая машина, или «огнедействующая машина», как назвал ее первый изобретатель паровой машины Иван Иванович Ползунов.

Паровая машина Ползунова.

Произошло это всего лишь около двухсот лет назад, 23 мая 1766 года, когда начались испытания машины Ползунова.

Сам изобретатель не дожил всего лишь недели до этого события. Он умер 16 мая 1766 года от скоротечной чахотки. Машина не надолго пережила своего создателя: в ноябре 1766 года котел дал течь и машину остановили. Больше она не работала. Затем ее уничтожили, и долго еще то место на берегу Барнаульского пруда, где стояла машина, народ называл «Ползуновским пепелищем».

Что ж, об этом тяжело и грустно говорить, но удивительного здесь ничего нет. Труд Ползунова, его идея «огонь слугою к машинам склонить», его мечта «облегчить труд по нас грядущим» не нужны, более того, опасны были для правителей и хозяев феодально-крепостнической России. Для них человек был дешевле машины.

Умер в нищете и Дени Папен, который также работал над изобретением паровой машины. Ему пришлось претерпеть даже, может быть, больше, чем Ползунову. Ползунов хоть построил свою машину. Папену не удалось и этого, хоть он, изобретая паровую машину, шел по правильному пути. В 1708 году Папен просил у секретаря Королевского общества (английской академии наук) пятнадцать фунтов стерлингов на проведение «важного эксперимента», но получил отказ.

Англичанин Джемс Уатт оказался более счастливым. Вероятно, потому, что его изобретение было сделано тогда, когда промышленность уже задыхалась, не имея подходящего двигателя. Уатт, так же как и Ползунов, не начинал работы на голом месте. В то время уже применялись на шахтах для откачки воды громоздкие и неудобные насосные паровые двигатели.

Стремясь усовершенствовать машину Ньюкомена, Уатт сделал много важных открытий. Он работал очень тщательно и упорно. Его знаменитая паровая машина была создана не сразу. Уатт начал работать над ней еще в 1763 году. Первый патент на паровую машину нового типа он получил в 1768 году. И только в 1784 году Уатт получил патент на универсальный паровой двигатель, именно тот, который мы теперь и называем паровой машиной Уатта.

Паровая машина Уатта.

Эта машина была очень совершенной, настолько совершенной, что наши современные паровые машины, хотя они, конечно, и много лучше, принципиально ничем не отличаются от машин Уатта. О том, как нужен был промышленности новый двигатель, о том, что паровая машина действительно оказалась таким двигателем, который мог удовлетворить промышленность, говорят такие цифры: к 1800 году только завод Уатта и Болтона изготовил более 250 паровых машин.

А в 1826 году в Англии уже было около 1500 машин, суммарная мощность которых составляла 80 тысяч лошадиных сил.

Джемс Уатт сделал великое изобретение. И мы помним это и благодарны ему. Сам Уатт сравнивал мощность машины с мощностью лошади. Мы тоже пользуемся таким методом сравнения. Но мы пользуемся и другой единицей мощности, называемой «ватт» или «уатт», именем великого изобретателя.

Мне хочется обратить ваше внимание на два интереснейших устройства, введенных Уаттом в паровую машину. Я имею в виду золотниковый механизм и центробежный регулятор.

К паровой машине Ньюкомена был приставлен специальный человек для того, чтобы открывать и закрывать клапаны при каждом ходе поршня. Машина Ньюкомена была очень тихоходная, и человек вполне успевал справляться с такой работой. Наверное, он еще и уголь в топку мог подкладывать.

Уатт не добился бы успеха, если бы и он для переключения клапанов паровой машины оставил человека. Волей-неволей, для того чтобы успевать переключать клапаны от руки, пришлось бы машину сделать тихоходной, а значит, и малоэффективной. И Уатт, конечно, отказался от такого метода. Человека он заменил парораспределительной коробкой с золотником.

Золотниковая коробка паровой машины.

Как устроен золотник, вы знаете, и я не буду напоминать вам о нем. Скажу я лишь о его значении. Ведь золотник, соединенный через систему рычагов и эксцентрик с валом машины, есть чистейший автомат!

Да, автомат. Это, конечно, очень здорово. Но ведь и маятник с храповым колесиком в часах — тоже автомат. Правильно. Однако золотниковый механизм — автомат особого рода. Посмотрите-ка, как он работает.

Давайте впускные отверстия в золотниковой коробке назовем входом машины. Это действительно так: через эти отверстия в цилиндр подается рабочее тело — пар, толкающий поршень. Пар давит на поршень. Шток поршня передает усилие на шатун и кривошип. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Это как раз то, что требовалось. Это и есть нужный результат — выход паровой машины. Сила на выходе паровой машины большая, и ее практически не убудет, если мы ее же заставим передвигать золотник. Так на самом деле и происходит.

Когда машина останавливается, то золотник может находиться в любом положении относительно впускных отверстий. Как только пар вновь будет подан, он создаст давление на одну из сторон поршня, поршень сдвинется, начнет поворачивать вал, и вместе с вращением вала начнет двигаться золотник. Вот и получается, что вал приводит в движение золотник, а золотник, меняя парораспределение, приводит в движение вал. Машина сама поддерживает свое движение, сама, как говорится, поднимает себя за волосы.

Но все-таки шутка осталась шуткой: поднять себя за волосы нельзя. Так и с машиной. Без пара она работать не будет, и никакие золотники не помогут. Но уж если пар подан, движение в машине действительно будет поддерживать само себя, без помощи человека или каких-либо других внешних причин.

В часах переключение тоже производилось автоматически, но такой связи, как в паровой машине, не было. Парораспределительная коробка с золотником, — пожалуй, первое устройство связи между выходом и входом. Такая связь, когда часть мощности на выходе используется не для производства полезной работы, а отбирается и вновь подается на вход системы для того, чтобы управлять процессом, называется «обратной связью». Обратная связь чрезвычайно важна в технике сегодняшнего дня. Трудно даже представить себе такую область техники, где она теперь не начинает применяться. Но ее широкое использование и особенно понимание ее глубокого физического смысла и универсальности стали распространяться совсем недавно, не более двадцати — тридцати лет назад.

Теперь о втором важном устройстве, введенном Уаттом в паровую машину, — о центробежном регуляторе. Его назначение — регулировать подачу пара в цилиндры машины таким образом, чтобы машина, независимо от нагрузки, давала всегда постоянные обороты.

Центробежный регулятор Уатта.

Как работает центробежный регулятор Уатта, вы знаете. Вал регулятора прикрепленными к нему на шарнирах грузиками приводится во вращение от вала паровой машины. Под воздействием центробежной силы грузики расходятся в стороны. Расходясь, они тянут за собой рычаг, который связан с дроссельной заслонкой, установленной в паропроводе. Чем быстрее вращается машина, тем больше расходятся грузики и тем больше заслонка перекрывает паропровод. Машина начинает вращаться медленнее.

Если заслонка закроется очень сильно, машина сбавит обороты больше, чем нужно. Тогда грузики регулятора снова опустятся, и заслонка увеличит проход пара. Машина снова прибавит обороты. Так работает регулятор. Но это вовсе не значит, что паровая машина будет все время резко изменять свои обороты. Нет, такой регулятор как раз и позволяет поддерживать обороты машины неизменными, если, конечно, он правильно сконструирован и налажен.

И еще мне хочется, чтоб вы подумали вот над чем: что же такое представляет собой центробежный регулятор Уатта? Часть ответа кроется в его названии. Это — регулятор. Он регулирует обороты машины, или, иными словами, управляет работой машины таким образом, что ее обороты остаются постоянными и при изменении нагрузки на валу машины и при изменении давления пара. Но как, с помощью чего регулятор управляет машиной? Если мы подумаем над этим, то мы довольно скоро с вами придем к выводу, что и регулятор — тоже устройство обратной связи.

И правда. Ведь положение грузиков регулятора определяется только скоростью вращения вала машины, то есть тем, что происходит на ее выходе. Мощность, необходимая для приведения регулятора в действие, также отбирается с выхода машины. С грузами регулятора соединена заслонка, помещенная в паропроводе, на входе машины. Вот и получается, что регулятор связывает выход машины с ее входом. Только применен он не для приведения машины в действие, а для управления ее работой, для поддержания постоянства оборотов.

Уатт очень хорошо понимал всю важность своего изобретения — паровой машины. Он, наверное, даже знал, что ее ждет великое будущее. Ведь уже на его глазах машина была принята всеми и оценена по заслуг гам. Но ни Уатт и никто другой из его современников, пожалуй, не догадывались о том, что принципы, заложенные в парораспределительную коробку и в центробежный регулятор, приведут к изменениям в промышленности и во всей нашей жизни не меньшим, чем привело изобретение самой паровой машины. В те годы еще никому не приходило в голову, какую огромную роль в истории человечества предстоит сыграть автоматике и одному из важнейших ее принципов — обратной связи.

Больше, пожалуй, нечего говорить о паровой машине. Скажем только, что было создано с ее помощью.

Прежде всего паровая машина почти повсеместно заменила собой водяное колесо. Ведь паровая машина была значительно удобней. Для ее установки не требовалось громоздких сооружений. Она могла работать там, где не было воды. Отбирать силу от паровой машины и передавать ее на небольшие расстояния просто: с помощью вала, трансмиссии, шестеренной передачи. Водяной двигатель был прочно привязан к месту установки. Паровая машина могла работать где угодно.

И, конечно, многие начинали задумываться, нельзя ли эти очень ценные свойства паровой машины использовать, установив ее не на неподвижных объектах, а на тех, от которых требуется именно движение.

Так появились пароход и паровоз.

Первый пароход построили в США, в 1807 году. Он назывался «Клермонт». Его изобретателем был Роберт Фультон. Пароход был колесный и очень тихоходный. Его скорость была около пяти миль в час. Первый пароход в России был построен всего лишь восемью годами позже. Назывался он «Елизавета» и тоже был колесным. У него была высокая кирпичная труба, а мощность машины всего 4 лошадиные силы.

Первый русский пароход «Елизавета».

В 1825 году чешский изобретатель И. Рессель применил гребной винт в кормовой части судна. Это резко повысило мореходные качества паровых судов.

Первые пароходы казались чудом их современникам. И это действительно было чудом для того времени. Но какими маленькими и смешными кажутся они нам теперь! Четыре лошадиные силы против ста тысяч, десятки тонн водоизмещения против десятков тысяч тонн, пять узлов против сорока!

Современный океанский пароход.

Паровоз изобрели позже, в 1829 году. Его изобрел сын рудничного кочегара, самоучка Джордж Стефенсон. Паровоз назывался многозначительно и героически: «Ракета».

Мощность «Ракеты» была двенадцать лошадиных сил, а скорость, как и подобало ракете начала XIX столетия, — между двадцатью и тридцатью километрами в час.

«Ракета» Стефенсона.

В России первый паровоз был изобретен и построен на Нижне-Тагильском заводе. Его создателями были отец и сын Ефим Алексеевич и Мирон Ефимович Черепановы, крепостные Демидова. Свою деятельность они начали со строительства паровых машин. Много разнообразных машин и станков построили они. Удалось им даже побывать за границей, в Швеции и Англии.

И вот в 1833–1834 годах они приступили к строительству паровоза. Но называли тогда его не паровоз, а… пароход.

Паровоз Черепановых.

Помните: «В чистом поле мчится, мчится пароход…». Эта замечательная песнь Глинки посвящена не пароходу, а паровозу. Вероятно, многие из вас, прослушав эту песню, удивлялись, что, мол, это за пароход, который едет по чистому полю. Просто так называли в ту пору паровоз.

Первый паровоз Черепановых перевозил руду по рельсовому пути длиной около 800 метров. Он мог везти груз в 200 пудов (около 3200 килограммов) со скоростью до 15 километров в час.

Нынешний паровоз может вести составы со скоростью более ста километров в час, а вес нормального товарного состава в наше время достигает 3–4 тысяч тонн!

Так изменилась техника за сто с небольшим лет!

Современный паровоз.