一、动力的演变及机器动力主导的工程

工业革命及工业化是从动力机器的发明和使用开始的。以蒸汽机为动力的机器的发展是工程演化史中最重要的创新之一。蒸汽机的发明和应用，从机器动力和能源利用上，促使工业经济由工场手工业向机器大工业生产方式的演变。“生产方式的变革，在工场手工业中以劳动力为起点，在大工业中以劳动资料为起点”，“工具机，是18世纪工业革命的起点”^[17]。

动力是人类的许多工程活动中一直以来的一个重要问题，其演变经历了一个漫长的过程。从工程的动力源发展历史看^[18]，史前约10万年左右，人类的劳动为工具（装置）的发明和制造提供了可能，但在使用工具（或装置）的方式上是手工的，是以人力提供动力源。随着动物驯养和农业生产的进行，史前1万年左右，人类开始使用畜力。公元前2000年左右，水力或风力（如水磨、古帆船）成为重要的动力。 自古以来，人们对省力工具（或机器）的追求一刻也没停止过。18世纪，蒸汽动力的应用成为工业化最重要的因素。19世纪中叶，电力的发明和应用（伴随着石油能源的开发利用），20世纪40年代的核动力的出现，不断地节省人力，提供人类的工程能力和效率。随着对自然力的认识的深化，和对自然力控制的增强，太阳、雷电、潮水等自然力将成为不竭的动力。

工业化时期的两次技术革命，分别建立了以蒸汽动力机器和电力机器体系主导的工程阶段。

1.蒸汽机时代的工程

18世纪30年代，制造业的市场需求与落后的生产手段之间的矛盾日益突出，机器替代手工进行生产呼之欲出。作为工作机的机器最初是从纺织机的发明开始的，纺纱机和织布机的发明和应用大大提高了生产效率。飞梭、珍妮机、骡机的发明开启了纺织工程机械化时代。到18世纪末，英国的纺织工业基本实现了机器生产。可以认为，工作机的发明和应用是工业经济时代完整机器体系形成的第一阶段。

蒸汽机的发明和工业化应用是工业经济时代完整机器体系形成的关键阶段，也正是这一时期工程多样性分化（专门化）的催化剂，更是社会、商业、工业以及整个世界发生重要变化的催化剂。1712年，英国人托马斯·纽可门生产了第一台可实际应用的蒸汽机。1765年，瓦特对原有的蒸汽机进行了重大改进，发明了高效、可靠、功力大的蒸汽机。纽卡门、瓦特等人发明的蒸汽机带来了深远的影响，不仅为大规模的工业产品的生产提供了动力源，使工程理论与实践发生了本质的变化，而且使整个社会的工业基础很快也发生了变革。

制造机器的机器（工具机）的发明和使用也是工业革命时期的重要事件，使得机器制造“自身”成为可能。1774年，英国人约翰·威尔金森（John Wilkinson，1729—1808年）发明了世界上较精密的炮筒镗床。不久，他便利用这种炮筒镗孔精密加工技术，制造出蒸汽机的汽缸，为新型蒸汽机的制造和实际生产提供了手段。1797年，英国人莫兹利（Henry Maudslay，1771—1831年）对车床结构进行了一次重大创新，他研制出的第一台螺纹切削车床，由丝杆和光杆传动刀架，实现机动进给和车削螺纹。到20世纪初，原来单一的车床逐渐演化出了铣床、刨床、磨床、钻床等。而且，为了适应汽车和轴承等工业大量生产的需要，又研制出了各种自动机床、仿形机床、组合机床和自动生产线。这为20世纪工业生产的机械化和半自动化创造了条件。

蒸汽机之后，水轮机、内燃机、汽轮机以及燃气轮机等很快得以发明和使用，从而形成了以蒸汽动力为主的机器体系。而动力机、工具机和工作机等的机器化，一方面，实现了人类社会生产进入由机器“自身”组织生产的时代，另一方面，推动了现代机械工程的发展。

17世纪中期，以机器为代表的机械工程的出现，使得大机器生产取代了手工工具、中世纪的机械和铁器工具。除了机器的生产、装配和维修之外，机械工程还扩大了服务范围，包括气缸、阀门、连接器和流程控制器等的设计和制造。采矿工程也随着机器作业使得采矿深度不断加深、规模不断扩大，同时还考虑了岩体力学、隧道支撑、通风和运输等重要环节。此外，工业化时期出现的工程门类还包括结构工程（1770年）、海运工程（1807年）、铁路工程（1825年）等。(www.daowen.com)

全球性的交通网的构建及城市化促使各类工程不断演化。首先，材料工程在技术创新的不断推动下飞速发展，如1856年贝塞麦（H.Bessemer，1831—1898年）发明了酸性底吹转炉炼钢法，标志着现代钢铁冶炼技术的开端，它为铁路工程、蒸汽船的推广使用、汽车制造工程的发展提供了优质钢材。其次，化学工程在这一时期也取得了突破，合成染料的发明开启了有机化学工业的新篇章。硫化橡胶、炸药的发明，石油生产和通过化学聚合而成的合成材料都迅速发展起来。

此外，这一时期在工程所造之物、工程方法和工程过程等方面的重要跃迁产生了深远的社会影响。如涡轮机的发明为后来航空航天工程的出现带来了动力，泰勒制和福特制的出现，不仅使零部件的交互生产和流水作业带来了生产效率的提高，而且使人们对工程方式的理解有了新的认识，工程管理实现科学化；以哈伯—博施法（Haber-Bosch）生产的铵盐合成肥料更是产生了重要影响，“要是没有它，现今约1/3的世界人口将不会活下来”^[19]。

铁路、蒸汽机车、蒸汽轮船和汽车工程也是这一时期重要的工业代表。奥拓（N.Otto）循环的发现成为汽车工程发展重要的里程碑，它为汽车工业的出现提供了技术依据。早期的汽车工程设计主要包括奔驰、戴姆勒汽车和福特汽车等。火车、蒸汽轮船和汽车工业的发展使社会的交通运输事业进入了一个新的时代。

2.电气化的工程时代

近现代工程活动的扩张性发展促进了科学技术的发展，同时也不断地在新的科学推动下进入新的历史阶段。19世纪末20世纪初，基于电磁理论指导下的电力技术革命标志着“电气工程时代”的到来。其实从19世纪初开始，人们对电的认识就取得了一系列的突破性成果。伏打（A.Volta）、奥斯特（C.Oersted）、法拉第（M.Faraday）等人的发现为电的应用奠定了理论基础，提供了科学依据和先导。戴维（Davy）和爱迪生等人为照明电灯的发明做出了杰出贡献。铁路和郊区火车的发展需要解决电的远距离运输，从而催生了交流电的输送工程。电力最初只是用于工业，然后才向商业、城郊的用户以及乡村推广使用。从此，电气化成为那个时代的标志，居于重要的社会地位。例如，苏联在十月革命胜利后，甚至将电气化同政治相联系，提出了“社会主义＋电气化就是共产主义”的论断，从此拉开了依靠电力快速发展重工业的序幕。

电力的应用促使电信工程和一系列新兴的与电子通信相关的产业部门出现，如电报、电话、收音机、电视等的生产和使用。1837年，第一台电报机获得专利。同年，美国的莫尔斯（Samuel Morse）发明了更为简单的电码系统（莫尔斯电码）。在之后约一个世纪的时间里，电报在长距离通信中占主导地位。1876年，美国的贝尔（A.Bell）发明了电话。1878年，第一台商用交换机实现了同一城市之间运行，6年后，实现了不同城市间的连接。1901年，马可尼（G.Marconi）在众多竞争的发明与创新中，开启了无线电报传输、放大、接收和通信的时代。

此外，这一时期新的工程“物种”不断涌现，原有的工程“物种”也不断进化和建制化。1903年，莱特兄弟（Wilbur and Orville Wright）研制的飞机试飞成功，这开启了现代航空航天工程的新时代。钢铁冶金由原来的转炉炼钢（1856年），到平炉炼钢（1880年），再向电炉炼钢（1920年）演化。钢铁的大批量生产为铁路工程建设、军事装备建造、工具与机械制造、结构工程及交通工程提供了优质钢材，但由于长期以煤为燃料，产生大量的尾气和废渣对自然环境也造成了严重污染。塑料、聚氯乙烯等材料工业迅速发展；大型结构工程趋于功能的多元化，如大型桥梁（如金门大桥）、地铁和海底隧道、大型水坝（如胡佛大坝）、地标建筑（如埃菲尔铁塔）等。

工程的专业化、组织化和建制化趋于合理和规范，成立了许多工程协会或工程教育机构，如土木工程师协会、法国工程技术学院等。尤其是美国在这方面的发展非常快，从19世纪中叶开始的半个多世纪内，相继建立了美国土木工程师协会（ASCE，1852年）、美国采矿、冶金和石油工程研究所（AIME，1871年）、美国机械工程师协会（ASME，1880年）、电子电气工程师协会（IEEE，1884年）和美国化学工程师协会（AIChE，1908年）等。需要指出的是，这些在不同地区的工程组织并不是持有许可证的机构，仅行使地区委员会的职能。