打开“技术黑箱”：技术进化视阈下近代中英棉纺织业的发展差异

方逸韬　杨德才

关键词：技术黑箱;技术进化;中英比较;棉纺织业

摘 要：在近代史中，工业革命常被认为是世界发展的“分水岭”。以科学技术为基础的第一次工业革命未发生在中国，近代中国棉纺织业陷入技术创新不足的困境，传统手工棉纺织业开始由兴盛转向衰落，这与近代英国棉纺织业的飞速发展形成了鲜明对比，如何解释这一差异成为学界的重要议题。相较于以往文献中多注重考察市场、地理等外生因素，本研究尝试从内生技术因素探寻其差异的深层原因，重点关注传统技术的演化规律及其“黑箱”特性。研究发现：第一，中英两国在传统纺织技术的延续性及适配性上存在差异;第二，中英两国在机床工业、钟表制造业等关联领域的传统技术上存在差异;第三，技术思想和技术发展观念深刻影响了近代中英两国的“创新孵化”。

中图分类号：F129文献标识码：A文章编号：1001-2435（2022）05-0079-12

Opening the "Technology Black Box"：The Development Differences of Modern Cotton Textile Industries between China and Britain from the Perspective of Technological Evolution

FANG Yi-tao，YANG De-cai （School of Economics，Nanjing University，Nanjing 210093，China）

Key words：technology black box; technological evolution; comparison between China and Britain; cotton textile industry

Abstract：In modern history，the industrial revolution is often regarded as the "watershed" of world development. The first industrial revolution based on science and technology did not take place in China，which led to the dilemma of insufficient innovation in modern China's cotton textile technology. The traditional handmade cotton textile industry began to turn from prosperity to decline，which is in sharp contrast with the rapid development of the modern British cotton textile industry. How to explain this difference has become an important issue in the academic world. Compared with previous literature，which paid more attention to exogenous factors such as market and geography，this study attempts to explore the causes of differences from endogenous technical factors. Focusing on the evolution laws of traditional technology and the characteristics of black box. The findings are as follows：First，there are differences in the continuity and adaptability of traditional textile technology between China and Britain; second，there are differences in traditional technologies in related fields such as the machine tool industry and watch manufacturing; third，technological thoughts and concepts of technological development had a profound impact on the "innovation incubation" of modern China and Britain.

棉紡织业是工业革命早期中英两国的核心产业，更是国家社会经济繁荣的重要基础。近世以降，英国棉纺织业发展迅猛且扩张快，而中国棉纺织业则发展缓慢且多波折。以严中平为代表的部分学者将中国棉纺织业的停滞归因于缺少经济需求的刺激。很长时间里，中国的纺织生产主要以农村家庭副业的形式出现，城镇纺织手工业规模很小，官营纺织工厂只为官用，产品并不进入市场交换。这种自给自足为主的小农经济长期居于统治地位，使得中国棉纺织产品的需求一直未出现过急剧增长，对于棉纺织业发展也就没有17至18世纪的英国那样具有强烈的紧迫感。1斯文·贝克特从战争资本主义角度对这一问题进行了解读，他认为15世纪末的地理大发现以及随之而来的跨大西洋贸易网络的建立开启了“战争资本主义”时代，英国及其他西欧国家凭借战争建立起来的全球贸易体制，将中国的棉纺织品排除在国际市场之外，为自己国家的棉纺织业发展奠定了基础。2事实上，对中英棉纺织业发展差异进行解释，如若不涉及技术进化、技术创新以及发明成果运用等情况的比较，则是远远不够的。棉纺织技术的进步不仅由于经济发展的需要，还在于来自技术内生动力的驱动。

所谓技术进化，是以生物进化论来借喻技术发展的机制和模式。19世纪中期，马克思首次提出将进化论引入技术史的研究。他认为：“技术发明是一种建立在许多微小改进基础上的技术‘累积的社会过程，而不是少数天才人物个人的英雄主义杰作。”3随后，萨哈尔在熊彼特所发现的“创新——模仿”扩散模式的基础上，提出技术创新扩散进化模式。4布莱恩·阿瑟也在熊彼特模式的基础上提出了完整的技术进化机制理论，强调新技术是在已有技术的基础上发展起来的，并试图从经济的角度重新审视技术进化的步骤。5显然，技术进化考量为理解中英两国棉纺织业的发展差异提供了一个全新视角。

棉纺织业是近代中国的第一大支柱产业，是中国近代工业化的象征。以“耕织结合”为主要特征的小农家庭棉纺织业一直是中国封建社会自然经济的基石。鸦片战争之后，与农业紧密结合的中国手工棉纺织业逐步解体。这是中国棉纺织史上的一次重大变革，变化的起点则是英国机制纱布的内销。英国产业革命最先发生在棉纺织领域，棉纺织业成为产业发展最为迅速、技术进化最为显著、新技术传播最深远且最早影响中国社会经济发展的近代工业。英国棉纺织制品远涉重洋来到中国，与中国传统手工业制品争夺市场，其核心竞争力就在于拥有最新的生产技术。近代中英两国在棉纺织技术上的差距，造成了英国棉纺织业快速发展与中国传统棉纺织业止步不前的局面，传统技术的“黑箱”特性成为关键影响因素。其一，传统技术的基本原理与创造过程长期被“遮蔽”，使得中国历史上大量传统纺织技术及关联技术未能延续其技术优势，核心原理未能引起足够重视，“黑箱”始终紧锁。其二，中国传统技术演进呈现非连续性，其演变机制变得模糊，传统技术与新技术的连结被阻断。其三，中国传统技术思想的某些历史局限通过潜移默化的传统文化影响和制约着技术发展观念的更新。因此，打开中英传统技术的“黑箱”，可以探究新旧技术的潜在关系，揭示两国传统纺织技术内部被“遮蔽”的真相。否则，我们很难看清新旧技术如何连结起来、如何起源以及如何演化的基本理路。

一、近代中英棉纺织业发展背景之异同

中英两国均有着悠久的棉纺织业发展史。中国棉纺织业在唐宋时期初露端倪，英国出现棉纺织品最早也可追溯至1352年。两国棉纺织业在起步阶段都继承了亚麻、毛纺织业的优良传统，包括其技术体系。同时，两国市场对棉纺织品的需求也与日俱增，工业革命前产生了同样庞大的市场需求。鸦片战争后，两国棉纺织业发展却呈现出明显差异。作为技术转移的排头兵，中国最早接受西方机器生产的是棉纺织业，然而，机器棉纺织业的技术发展，并不具备后发优势。中国近代棉纺织技术水平一直处于停滞状态，没有出现明显的技术创新过程。在技术体系与市场需求如此相近的情况下，中英两国在棉纺织技术上的发展差距却被逐漸拉大，其中一个不容忽视的是原因就是受制于传统技术“黑箱”特性的影响。

（一）中英棉纺织业均承接了亚麻、毛纺织技术体系

中国在历史上一度是棉纺织业较为发达的国家之一。中国的南部、东南部和西北部边疆，是世界上植棉和棉纺织技术发展较早的地区。自秦汉至宋代年间，中国纺织业的主要原料一直是麻、葛、丝、毛。这期间，手工机器纺织技术不断进化，到了宋代，纺织工艺与手工机器生产的造诣已相当之高，棉纺织品从宋代开始逐渐成为人们衣着的主要原料。棉纺织技术在起初的发展阶段，汲取了前代的纺织技术经验，纺纱与织造技术承接了亚麻、毛纺织技术体系。例如，在东汉之前，缫车、纺车、脚踏织机就相继发展成为手工机器，纺织原料则以亚麻、毛为主。纺车用于纺棉的记载是以《农书》的木棉纺车为最早。1此外，据出土纺织品和历史文献推断，在春秋战国时期就出现了原始腰机，起初用于麻织与毛织，原始腰机用于棉织是之后的事情。元初黄道婆对于棉纺织技术的革新，主要是对纺车的改良，棉纺织的技术体系并没有发生本质变化，依然以手工机器纺织为主。

“Manchester cotton”一词出现于14世纪，当时指英国的毛、棉、亚麻混合织物。直到17世纪初，棉纺织业才开始在英国正式发展，英国棉纺织工业的胚芽形成于兰开夏。在英国的纺织史上，棉纺织业与有悠久传统的毛纺织业相比是一个新兴行业。棉纺织品作为一种有别于呢绒的新产品，最初不是英国土生土长的产品，而是一种海外舶来品。在棉纺织业发展之前，英国的毛纺织业已经有了比较充分的发展，其生产规模、技术等都已经有了相对成熟的体系机制保障。传统亚麻、毛纺织业为英国棉纺织业快速发展奠定了充分的生产基础，二者在长期发展中形成的技术体系也为英国棉纺织业的发展提供了有力的技术支持，如毛纺织业技术中的梳理机和纺车就被沿用到棉纺织工业中。另据史料记载，英国的织机来源于古埃及，这种机器发明于公元前12世纪，一直沿用到18世纪。起初用于亚麻布和毛织物的生产，在17世纪转到用于棉布的生产。可以发现，18世纪之前的英国棉纺织业在沿用亚麻、毛纺织技术以及承接其技术体系方面与中国有着相同的历史过程。

（二）工业革命前中英棉纺织业存在同样巨大的市场需求

发端于英国的工业革命是影响棉纺织业发展的重要转折点，许多西方历史学家致力于解释工业革命在英国诞生的原因，他们试图通过大量的论证，说明工业革命源于一系列日积月累的经济变革。尼尔·麦肯德里克、约翰·布鲁尔等人的“消费革命”论就曾指出，英国在工业革命之前，因为家庭收入与需求、市场的扩大、城市人口的增长等因素，使得社会经济与思想观念上出现许多新的变化，涉及奢侈观念的变迁、奢侈品的普及以及流行时尚的勃兴等。英国的“消费社会”就此诞生，需求带动大量生产，为工业革命的到来铺平了道路。2英国棉纺织业的发展，其崛起确实离不开国内外巨大的市场需求的拉动。早期来自印度的粗格子和条纹棉布对英国传统纺织业产生剧烈的冲击。印度棉纺织品的进口，使得“妇女们不再满足坚硬、厚重且单调的毛织物，开始期望用印度色彩鲜艳且舒适的棉织物装扮自己”。3棉纺织品相较于毛纺织品，“轻薄、实惠且便于洗涤和染色。同时，增加了富人们的选择，更为妇女们增添了与众不同的时尚气息”。4棉织品开始成为英国市场上的时髦商品，引起强烈的市场需求。17世纪中晚期，棉纺织品的需求快速的增长，这从原棉的进口数量可以看出一些端倪，1644年，印度棉布的进口额占了英国东印度公司贸易总额的73%，到了1664年，这一比例高达83%。1

当我们从市场需求的角度来观察中国晚明时，会发现同样是因为出现了流行时尚的快速变迁与追逐时尚的潮流，促进了当时商品快速更替下的棉纺织品市场需求。巫仁恕曾在《品味奢华》一书中谈到，“以前被视为奢侈品的东西，逐渐成为一般庶民的日常用品，这种现象在服饰的消费方面最为明显。晚明的奢侈风气相较于前代，开始向社会中下层普及”。2晚明的消费已经脱离了维持生计消费的层次，人们不再固定喜好某一类消费样式，而是不断追求变化，渐趋形成了流行时尚。若以英国的标准来衡量晚明的话，这个时期可以说是中国第一个“消费社会”的形成时期。“消费社会”之所以在晚明产生，和18世纪英国的情形颇为相似，诸如国内市场的扩展与市场机能的成熟，使得人们在市场购物的频率逐渐提高。国际贸易与国外市场的扩大，不但促进国内外销商品的生产，舶来品输入中国也激活了新的消费品味与风尚。晚明《风俗志》中就常记载士大夫与民间衣帽服饰出现“舍故趋新”“随时异制”“月异岁新”与“倏忽变易”之类的现象，甚至也有流行“时装”的兴起。晚明江南的服饰风尚风靡全国，“当地所制之衣服向来重视华丽与新奇，所以才能成为全国的时装中心”。而江南的棉纺织业也相当发达，所制衣服的款式称全国之冠，所谓“四方重吴服，而吴益工于服”。3明中叶苏州的地方志中，也提及该地的手工业者懂得追随人们消费的流行时尚，及时推出最时髦的产品以适应市场需求。晚明平民服饰流行时尚的快速变迁，带动了市场需求，这在一定程度上促进了晚明时期棉纺织业的发展。

（三）近代中英棉纺织业发展差距显现

鸦片战争后，一方面，大机器生产使得近代英国棉纺织业迅速发展壮大，形成扩张之势;另一方面，中国传统手工棉纺织业在先进的棉纺织技术冲击下持续衰落，开始向资本主义机器工业过渡。在认识到与英国棉纺织技术的现实差距后，中国棉纺织业开始通过引进、模仿英国的技术、生产工具，促成了一定程度的改进，但始终难以形成自身的竞争优势，其技术水平一直处于停滞状态，技术创新更是乏善可陈。

19世纪50至60年代，英国已经完成了工业化，无论是在某一特定的工业生产领域还是在整体经济的工业化程度上，其他各国都难以望其项背。其中，英国棉纺织业更是“一骑绝尘”。马克思曾经指出1833-1847年英国工业的进步，胜过采行工厂制度以后半个世纪的进步，而1848-1867年间的进步，则又胜过1833-1847年间很多。纺织中心的兰开夏工厂数在1839-1850年间增加4%，在1850-1856年间增加19%。4先进的纺织机器不断被资本家传播、模仿，最新式机器棉纺织工厂在英国兰开夏快速扩张。相较于英国，中国棉工业革命发动时期之晚、发展状况之落后非常显著，约比英国晚了一个世纪。在第二次鸦片战争后的三十年时间里，销入中国市场的机制纱布憑借其较高的生产效率、较低的生产成本，不断开拓并占据中国棉纺织品市场。据统计，1911至1930年间，英国供给中国的纺织机数量，占纺织机总输入的48.53%，价值关银65 295 211两。1913年，英货输入更是达到历年之最，高达80.04%。5可以说，近代英国棉纺织业的发展与扩张，得益于工业革命时期的技术创新，大机器生产改变了以往手工机器的生产方式，极大推动了生产效率的提高。近代以来，英国的机制棉纺织品以及棉纺织生产工具牢牢占据着中国市场。

长期以来，耕织结合的小生产构成了封建时代中国国民经济的基础。61842年以后，列强的船坚炮利迫使中国国门洞开，传统中国经济的自给结构随之解体，自然经济趋于瓦解。英国在华机制棉纺织机器工业的建立促使中国原有的手工棉纺织业衰落。中国在经历鸦片战争的失败后，虽然迸发出“师夷之长技以制夷”的进步呼声，但在学什么、怎么学以及怎样引进、引进什么的问题上存在诸多误区，导致引进的一系列棉纺织新技术并没有在近代中国生根落地。19世纪60年代，洋务运动的兴起，无论是官营的华盛纺织总厂、湖北织布局、上海织布局等，还是私营的裕源纱厂、公益纱厂、业勤纱厂等，所用设备无不从英、美等国进口。1但是引进的机芯属于国外淘汰的旧机，部件破损，整体不配套，“每万锭纺机中，梳棉机之配合不足，以致梳棉功效不佳，影响成纱产品俱巨”。2虽然洋务派奏设广方言馆、新式学堂，遣送幼童出洋留学，期望通过这一系列途径掌握西方核心技术，3但属于中国自主的技术创新始终无法落地，近代中国棉纺织业发展只能受制于人。造成近代中英棉纺织技术创新差距的诸多因素中，最重要的因素莫过于市场需求与大宗消费等。布罗代尔就曾提出“技术革新显然听从市场的安排：必须在消费者的坚决要求下，技术革新才应运而生”。4以尼尔·麦肯德里克、约翰·布鲁尔为代表的英国学者也曾主张，在18世纪前中叶的英国，由于流行时尚的兴起与奢侈观念的普及，促进了商品快速更替的消费需求，需求带动了大批量生产以及技术进步，这对于英国棉纺织机器的革新具有重要影响。5通过对近代中英棉纺织业发展背景的比较可以发现，这种理论高估了需求与消费的作用。其实，在考虑市场需求和消费作用的同时，我们可能更应该关注两国棉纺织技术的演进历程，打开传统技术的“黑箱”，探究新旧技术的内在联系，充分认识传统技术对新技术的深刻影响，进而揭示技术创新的整个过程。

二、中英棉纺织传统技术比较

对于棉纺织技术来说，近代以来用机器代替手工操作、用蒸汽动力代替人力和畜力，使棉纺织业实现从手工工业向机器大生产的转变，属于一次历史性的技术变革。这次变革也打破了中英两国棉纺织业发展的平衡。从传统技术来看，中国棉纺织业在发展起步阶段，技术进步十分迅速，但自明代以后就没有出现过根本性变革。而英国则在工业革命时期完成了棉纺织技术的革新。究其原因有三：

（一）纺织优势技术与实际需求的脱离

南宋和元代，是中国古代麻织和丝织不断变革，并出现以棉织为主的转化时期。我国古代的棉纺织技术正是在借鉴和吸收传统丝、麻纺织技术的基础上不断发展起来的。宋元大纺车在这一时期生产中的作用，从其应用普遍程度和高效率加工产品中得到充分体现。就中国古代纺织技术而论，宋元大纺车的结构和设计原则与此前的任何纺车都不同。宋元大纺车之前的纺车，大多在1至5锭，均不能无间歇地连续工作，而且只能利用人力，不能利用畜力或水力，其技术含量远远不及大纺车。欧洲同时代的纺车就更为落后了。即使之后制造的畜力纺车、水力纺车，与宋元大纺车相比也有一定差距。

宋元大纺车较之其他纺车，具有许多不可比拟的优越性，但它为什么没有在棉纺织业中得到广泛应用？其原因主要在于宋元大纺车受到锭轮直径的限制，无论是纺麻还是纺丝，可加捻的范围都偏小。弱捻纱只适用于制织一般织物，不适用于制织较精细的织物。此外，它的纱锭虽然有能容纳较多絮条的优点，但其纱锭中间因为没有锭杆，对絮条的控制偏松，容易造成絮条的大量滑涌。特别是在加工长度大、表面光滑的丝纤维时，更容易出现这种情况，而且一旦出现，势必会造成退捻和增加整理絮条的时间，给生产带来许多麻烦。6所以，这种具有一定历史价值的机具，因无法高质量地完成牵伸拉细纱条的工作以及不适应棉纺织生产，渐渐失去其实用价值并退出历史舞台。

（二）中英棉纺织传统装置差异

除了传统的优势技术未被沿用之外，中国人也并没有在他们离取得突破咫尺之遥的技术领域砥砺前行。正如赵冈所指出的，“在苎麻上采用的多纺锤纺纱技术从来没有在棉织品中找到用武之地，小型手纺车只能纺三到四支纱，但从来没有纺更多支纱”。1在哈格里夫发明的珍妮机中有一个至关重要的装置是在中国棉纺技术中没有发现的，这就是拉杆。这个装置模仿人手，经由一根下垂金属丝把纺纱线引导到纺锤上，所驱动的不是单个纺锤而是多个纺锤，这样一来，在同一时间可以抽出大量的粗纱。这样一种简单的装置似乎没有被“具有创造才能的中国人想到”。2与此相似，尽管中国人在明代发明了脚踏织机，一定程度上加快了纺纱速度，但仍然需要三到五个纺纱工为一个织布工供应纱线。在此之后至19世纪以前，中国棉纺织技术的这方面问题依然没能得到有效解决。

英国棉纺织技术却在这一方面取得重要突破。早在1490年，达·芬奇在《大西洋手稿》中便设计了一种双锭翼的草图，可同时生产两根线，他还设计了水平安装多组锭翼的机器。1678年德里翰和海恩斯为这种手动装置申请了专利，它能代替多名纺纱工同时操作6-100个纺锭。伯明翰的保罗在怀亚特的配合下，首次尝试实际解决这个问题，他在1738年的专利说明中描述了一种罗拉牵伸系统，它是由一系列成对的罗拉构成，每一对罗拉依次都比前一对旋转得更快。3他还预备了一对或多对罗拉围绕纱的轴心旋转，轻捻纱线，或只使用单对罗拉，使纺纱的工作更方便、更快速，纺出的纱强度也变得更高。英国工业革命时期制造出棉纺织机器多设有此类装置。

（三）中英棉花种类与传统技术的适配性差异

棉花种类会影响传统技术形成。如果按纤维长度分类，棉花可分为三大类：前现代东亚地区的棉花，特别是中国、韩国和日本的棉花，纤维长度约为0.625英寸，纤维长度偏短;美国种植的棉花，俗称“陆地棉”，纤维长度为0.875英寸到1英寸以上，纤维长度中等;地中海沿岸和西印度群岛盛产的海岛棉，纤维长度则可达1.25-1.5英寸。4纤维长度在纺纱和织造中都是一个重要的变量，它通常与纱线的细度或“支数”有关。因而，中国棉纺成的纱抗牵强度较低，除非与其他棉花混糅。中国棉很难纺成高支纱，中国棉纱线的脆性使其在动力织机上的使用存在一定的困难。5

相比之下，英国棉纺织生产所用棉花主要是海岛棉，不仅纤维长度长，而且天然卷度较高。6同时，英国人赛缪尔·克朗普顿在1779年发明的骡机，将水力纺纱机的罗拉与珍妮纺纱机的移动式滑架相结合，把锭子置于滑架和罗拉上面。纺纱工将滑架以罗拉送出棉条相同的速度拉回，直到越过全部横向行程5/6的距离。然后，罗拉会停止，并起到像珍妮纺纱机上筘子的作用，滑架以相当慢的速度继续退回，锭子则继续捻转。当纱的伸展结束时，锭子以反方向转动片刻将纱脱开。随着锭子像在珍妮纺纱机上那样按原方向缓慢转动并借助于坠杆绕纱，滑架被再次推入。骡机的设计使得纱线在任何一个阶段都不会受到很大的拉力，大大减少了被折断的可能性。7在克朗普顿以前，英国纺出的棉纱还不够牢固，不足以充当经线，棉线需同其他纱线配合使用。骡机的出现不仅能够生产更便宜、更精细、更坚韧、更均匀的棉纱，使全棉织物成为可能，而且允许在锭子转速与罗拉和滑架的速度的相互关系上有较大的变化，使得各类的纱都可以纺，为后续在工厂中使用新式纺纱技术奠定了基础。8

三、中英棉纺织业关联技术比较

英国棉纺织业作为第一个实现机械化的产业，凭藉阿克莱特水力纺纱机和滚筒式纺纱机的发明以及蒸汽动力的引入，获得了突飞猛进的发展。那么，为何如此关键的技术没有产生于中国？除了与棉纺织传统技术本身的发展有关，更应关注的是，英国在其它领域的众多技术突破深刻影响了棉纺织关键技术的创新。通过对历史资料的考察，我们发现：第一，蒸汽动力在棉纺织行业中的应用与蒸汽机的发展取决于英国机床工业的技术成熟度;第二，在工业革命之前，英国在钟表设计和制造领域取得的进步对于棉纺织机械的发明及改良具有重要促进作用;第三，滚筒式纺纱机的关键技术发明与其他行业的传统技术联系紧密。

（一）蒸汽动力与中西机床的差异

第一次工业革命的标志是瓦特改良蒸汽机，而蒸汽动力在棉纺织机械中的应用极大地提升了生产效率，促进了英国棉纺织业的发展。至此，仍处于手工机器纺织阶段的中国已落后于英国。从蒸汽机技术进化的角度来看，活塞与缸体对于瓦特蒸汽机的正常工作是必需的，瓦特蒸汽机的制造十分依赖于1774年生产的威尔金森镗床，这种镗床能达到瓦特所要求的汽缸镗孔精度极限。1因此，蒸汽機的发展实际上取决于机床工业的技术进步。科大卫曾言：“中国缺乏机床工业的技术优势，使其不可能发明蒸汽机。”2

机床属于通用型机械，在制造机器的过程中将毛坯加工成零件，体现出精密的加工技术。英国机床技术的发展有赖于西欧传统机床技术的进化与传播，“西欧机床工业很早就在木质结构上发展出了一些关键技术，这些技术后来可以被移植到金属结构上去”。3此外，早在16世纪，西欧机床已经可以利用飞轮和曲柄来实现连续回转。4机械专家颜鸿森认为，“机械创造的其中一种模式是创造出与现有设计具有相同拓扑特性的更多的、或全部可能的设计的概念”。5“对于大多数机械装置而言，并不要求发明全新的设计，而是要求将现有设计进行修改。”6当时，威尔金森镗床的母型就已存在，通过镗床传统技术的不断积累进化，组合成了机床新技术。1775年，威尔金森在贝舍姆制造了一台新型镗床，其优点在于通过在两端支撑镗杆并固定缸体，可以镗出有足够精度的大型缸体。这就为瓦特成功开发能够驱动大型蒸汽机的发动机提供了可能。7在之后20年的时间里，瓦特蒸汽机所有的缸体都是由威尔金森铸造和镗孔的。从博尔顿在1776年写的文章中我们可以看出当时镗床的精度，他写道：“威尔金森曾为我们镗削过几个几乎没有缺陷的缸体，他为本特利公司加工的直径为50英寸的缸体，其误差不到旧英币1先令的厚度。”8

中国的传统机床技术也在很早就出现过。从现存的古代传统加工器具来看，陕西彬县大佛寺村尚保存着旋木工艺和传统的旋床。这种旋床属于弓车床，操作皆右弓左刀，结构比较简单，主要加工轴类木件，以外切割为主，其装夹工件运用双顶尖，比较原始。9大佛寺村旋床的存在表明中国古代确实出现过车床，但由于其结构简单，功能有限，因此它的存在并不能说明中国古代机床工业达到了一定的技术高度。尽管现存书籍中并没有关于机床的详细说明，但有关钻孔、锯断、刨平、剪切等机械加工工艺的记载早已存在，尤其是《天工开物》中所绘的琢玉车与传统旋木踏床结构有些许类似。《天工开物》载：“凡玉初剖时，冶铁为圆盘，以盆水盛沙，足踏圆盘使转，添沙剖玉，逐忽划断”。1这种琢玉车的基本结构是在长方形木架上支一横轴，横轴正中贯一铁质圆盘，圆盘两侧的横轴上用皮条反向各绕数圈，其下与踏板相连。2左、右脚分别踏动踏板，圆盘便可黏砂来回转动。对于皮条在琢玉床中的作用，有學者认为，皮条是“传递动力和运动”的，属于“牵引传动”。事实上，按照郭可谦先生的说法，这种皮条虽起到了牵引的作用，但这是一种驱动，而不是力或运动的传递，整个机构中并无主动轴、从动轴，与机械传动的定义是不相符的。3就本质而言，琢玉车是一种磨床结构。而欧洲17世纪发明的心轴车床是由一个或多个短螺杆控制，这些螺杆能在工件上来回移动几英寸，并且某种形式的固定刀具支架可以配合引导这些螺杆旋切小工件。4由此可见，无论就结构设计还是运动原理，中国传统机床都要比西欧早期机床简单得多。可以说，工业革命时期机器制造所需要的精密加工技术没有在中国出现。即使后来中国在机床设计上有了新的突破，但通过对相关文献的考察，均未发现相关技术、工艺或器械等收录的痕迹。而在16、17世纪的欧洲，有关机械设计的草图和设计图已广泛流传。英国汉学家伊懋可曾就此明确指出：“缺乏对机器的一种几何透视观影响了中国的技术进步”，“17世纪以后，正是这种能在机械中看到几何学的影子，看到机械背后的那些抽象的线条框架和角度，并日益在技术书籍中以机械绘图的形式加以表现的能力，使近代欧洲人与中国人相区别”。5中国在传统机床技术上的逊色以及在技术传承能力上的薄弱导致传统技术长期被“遮蔽”。

（二）阿克莱特水力大纺车与“来自钟表的灵感”

设计发明一架实用性能优越的纺纱机械，在细节设计层面遇到的问题十分繁杂。英国阿克莱特水力纺纱机在设计发明之初，技术难题是如何排列布置不同类齿轮组的空间位置，以使其既能同主动力杆无缝啮合，又能带动不同滚轮组旋转、且转速达到设计方案的既定要求。阿克莱特破解这一难题的灵感来源于类似于钟表的“发条装置”，并且借鉴了钟表设计原理，研制出相应的啮合组件。阿克莱特水力纺纱机的原创性一部分就体现在成功解决了这项细节设计层面的难题，最终使机器顺畅地运转起来。史料显示，在设计机械的过程中，阿克莱特雇用了多位擅长机械设计的钟表匠来协助他完成相关的结构改良工作。钟表加工业大量使用各种特型齿轮来实现精确计时，阿克莱特水力纺纱机充分应用多种特型齿轮来实现精确控制各部件的位移，于是动力可以通过齿轮传递给滚轮组，同时还可以利用不同齿数的齿轮进行变速，从而使三组滚轮组以不同的速率旋转。6如果没有钟表匠的大力协助与钟表设计理念的浸润，阿克莱特只凭借自己的力量恐怕难以设计出如此具有革命性的水力纺纱机。

英国在钟表设计和制造领域的技术积累和进化深刻影响着英国纺织机械设备和技术的改进。钟表的转动部件是一套颇为复杂的齿轮系统，其中每一个齿轮坯件在加工时都需要手工摆放在特定的位置上，然后通过手工操作机械工具进行切削、打磨。胡克最先设计出了一套能够自动完成上述工序的机器。7后来享得利研制出一款应用范围更广的机器，可以自动完成多种特型齿轮坯件的摆放、切削、打磨工序。至此，各类尺码精确的特型齿轮均可以低廉的成本批量化生产。廉价齿轮的登场在机械设计领域引发了一场革命性的转变。此后，老式纺车中用到的动力传送杆和传送带渐遭淘汰，进而采用齿轮组来变速、导引和传递动力。据史料记载，早在中世纪，就曾有一些机器采用过此类齿轮装置来传递动力，不过那时生产的齿轮外观笨重、加工工艺粗糙，而且均以木质部件组装合成。8而工业革命时期生产的齿轮则造型轻巧、做工精细，且均由铜质或铁质坯件加工而成。到了19世纪，齿轮发条装置被广泛用来精确控制机械动力的传递，成为各行各业广泛采用的一项通用技术，推动着工业生产朝机械化、自动化方向稳步迈进。英国钟表制造传统技术的“传递”促使阿克莱特将头脑中抽象的设计理念转变成结构复杂的实体机器。

齿轮机构在中国发明的年代不晚于汉代。文献记载东汉张衡“复创造”或“继作”指南车等机械，特别是他首创水运浑象这种水力天文仪器，就是应用了相当复杂的齿轮传动系统。1出土文物也证明了这一结论，在山西永济薜家崖出土过两个铜制齿轮，齿轮齿形瘦长，齿廓弯曲，两边大体对称，齿廓曲线与平径方向夹角较小，同时出土的还有战国到西汉的遗物。据此推断，两个齿轮应是西汉时代的物品。中国古代齿轮机构，按其主要功用分类，有传递运动和传递动力两类。传递运动的齿轮机构，主要用于指南车与计时仪器。中国古代有不少重要机械采用了一对以上的齿轮组成的传动装置，而且有些轮系的设计和应用具有很高的创造性。2这些传统技术蕴含了现代机械设计的一些重要原理。其实，在元末明初，中国的机械计时器技术发展迅速。1360年詹希元制造的“五轮沙漏”就是其典型代表。《宋学士文集·五轮沙漏名》中，对其“五轮沙漏”的形制和轮系配制作了详细记载，其传动轮系与西洋时钟非常相似。然而，这项传统技术没有能够实现进一步的飞跃，完成从古代计时器到现代机械钟表的转变。3这也导致中国传统齿轮技术虽存在已久，但无法为棉纺织机械的发明提供动力支持。王祯《农书》里描绘的中国元代水转大纺车在结构工艺上存在的明显缺陷就是在传动机构方面，工具机与动力机之间仅仅通过皮带来传动，而皮带运动不够规则，难以保证纱锭的均速转动。同时，在皮带之外别无调节机件，不能根据生产需要随时调整纱锭转速。此类技术难题始终无人破解，无法进行棉纺工作的元代水转大纺车也随之销声匿迹。4

（三）滚轮式纺纱机与其他领域传统技术的联系

怀亚特和保罗发明的滚轮式纺纱机，能够从粗纱条中抽取出棉花纤维的滚轮组堪称一种非常灵巧的机械装置，这项关键性的技术突破与其他领域的传统技术联系紧密，当时在纺织业以外的很多行业中已经得到广泛应用。例如冶金行业很早以前就已采用滚轮组作为重要的传送和定型装置，铁条、铁块、铁板、铁钉的生产都需要借助滚轮组完成定型工序。滚轮式金属定型机和滚轮式纺纱机之间在技术原理上存在很多相似之处，以至于瑞斯就曾声称滚轮式纺纱机的发明者一定是在金属冶炼厂亲眼目睹了滚轮式金属定型机之后才萌发了设计滚轮式纺纱机的念头。5在16至17世纪的英国谷物磨坊中，也可以找到采用滚轮组装置的实例。17世纪晚期的加工企业代表圣戈班公司，就采用过滚轮组来传送和打磨浇铸成型的玻璃产品。在布匹加工流程中，轧光这道工序需要借助能够产生巨大压力的滚轮组来完成。这一时期，利用滚轮组碾压法生产铅板的新工藝逐渐取代了原先采用铸造法生产铅板的老工艺。1670年，一种配有装订轴的滚轮组装置被研制出来，在造纸业中利用这种装置可以快速切去纸张边角不规整的部分。1696年，英国一些地区的铸币厂开始采用装配有滚轮组装置的机器来完成铸币工序。1720年，滚轮组在造纸业中开始被用来碾压平整纸张。此外，滚轮组装置一度还被用来碾碎石块。

在古代中国，与滚轮组类似的装置也可寻到。例如，用于谷物加工机械的石碾，石碾为圆轮形，《天工开物·攻稻》记载：“凡碾砌石为之，承藉、转轮皆用石，牛犊马驹，惟人所使。”6此外，石磙子作为中国北方的盖种工具，每当秋季作物收割、翻耕、播种之后，紧接着就要用石磙子碾压，使种子很好地着床，有利于出芽。石磙子工作时如《天工开物·乃粒》所说“用驴驾两小石团、压土埋表”。7还有用于丝织物整理的机械踹石，这种机械的构件主要有扶手架和踹石，重达千斤。工作原理即是利用滚动，碾压放在下端石内的织物。经过反复踹磨，织物就变得柔软、平挺、光泽。与踹石工作原理相似的制鞭炮机，也是利用悬吊的半圆形木摆轮，碾压置于轮下的鞭炮身，使鞭炮越碾越紧。陕西省扶风县法门寺地宫发现的一件鎏金团花银锅轴，就是用于碾茶的轮轴工具。1虽然在古代中国的众多领域都存在与滚轮组相似的传统技术，但始终未能与棉纺织技术相结合，用于棉纺织机械的创造发明。

四、技术进化思想和技术发展观念下的“创新孵化”

近代棉纺织技术和蒸汽技术的发展主要集中在18世纪的英国，其核心技术并没有“辐射”到近代中国或者是平均分散到英国以外的很多地方。通过对新技术产生过程的观察，技术有其自身的演化规律，技术进化的思想很大程度上可以反映技术创新的一般机制。技术思想家布莱恩·阿瑟在《技术的本质》一书中就谈到：“新技术通过进化，以某种精确的方式从以前的技术中‘诞生出来，在此过程中，还需要强大的精神助产士的支持。换句话说，如果我们能够理解进化，我们就能理解那个最神秘的过程——创新。”2与此同时，中英在技术科学范式与基础科学投入上的差异，深刻影响着两国发明人才的涌现与技术创新观念的形成。

（一）新技术是旧技术的新组合且是对“现象”有目的的编程

已有技术的存量在某种程度上提供给新技术组合所需的要素。也就是说，过往的技术形式会作为组合构成原创技术，原创技术又会作为新补充的组合建构出更新的技术。结合棉纺织技术的创新过程，可以理解成为一种对原有技术的“就地改良”行为。历史资料显示，珍妮纺纱机的研制过程就见证了“就地改良”行为所发挥的强大功效，其关键性的技术突破都建立在哈格里夫斯对身边老式纺车的长期观察、思考和改进的基础上。同时，回顾蒸汽机的技术变迁史，针对已有传统技术的“就地改良”也发挥了重要作用。很多发明成果都是参与者利用手头现有的一些器材反复进行搭配组合得到的，最典型的例子就是瓦特通过重新整合旧式机械零部件并改良设计方案，最终成功推出实用型回旋式蒸汽机。瓦特还对老式单向动力机进行若干项简单的技术改造，将其变为动力更为连续的新发明“双向动力机”。对于旧有传统技术或者已淘汰的技术，需加强保护及重视，因为发明的“灵感”往往来自于这些技术，新技术更是产生于这些技术的新组合。

无论是简单还是复杂的技术，它们都应用了某一种或几种现象。这里所描述的“现象”是技术进化理论中的“现象”，是指一种简单的自然效应。“现象”独立于人类和技术而存在，是技术赖以生成的源泉。布莱恩·阿瑟就指出，“技术要达到某个目的，总是需要依赖于某种可被开发或可利用的自然现象”。3英国棉纺织技术取得巨大突破的转折点在于蒸汽动力的发明与完善，水受热产生的蒸汽是推动棉纺织机械发动机工作的根本自然力。值得注意的是，蒸汽机的发明并不只在于发现了此类自然现象，更为关键的是将“现象”转化成相应的动力原理，再将原理进一步转化成机械物理组件，才最终完成了这项技术的发明，这可以看作是对“现象”的一系列有目的的编程工作。技术创新工作不仅要加强对世间“现象”的捕捉，更要重视对基础科学知识的研究，加快由“现象”转化为原理的速度。同时需要具备相应的试验能力，将理论联系至实践，创造出新的物件结构。

（二）“工业启蒙运动”与发明家的涌现

工业革命时期，英国涌现出大批发明家，推出了一系列新技术与重大发明，棉纺织行业中的新发明成果更是离不开发明家们的“智慧”。那么，为何中国在当时没有涌现出杰出的发明家？莫克尔在其多部著作中进行了详尽的阐释。他将促使各类新发明、新技术在工业革命期间次第涌现的原动力归结为科学革命和启蒙运动。两者相结合产生了“工业启蒙运动”。1围绕工业启蒙运动理论，所探讨的一个主要内容即为发明家们身处在一种怎样的社交网络当中。他认为，工业启蒙运动为知识分子和制造商、专家和工匠之间搭建起一座座沟通信息的桥梁。这类“桥梁”可以有很多种表现形式，包括各种正式与非正式的会议、讲座等，也包括共济会驻各地分会、专门性研究所、定期举办讲座的餐馆和咖啡馆等，这类聚会地点可供人们相互交流信息、取长补短。不同个体之间通过相互切磋技艺、交流心得体会，常常会获得重要的发明灵感。更为重要的是制造商通过与相关专家建立起私人性的友好关系，并保持通信往来，有利于他们迅速获得最前沿的科学知识和实用技术。2

工业启蒙运动促进了技术学科化的发展与基础科学的投入，这使得发明家们往往很早就可能具备了技术创新的潜在素质。1662年，科学家组织机构英国皇家学会的成立标志着科学研究在英国获得合法地位，政府点明皇家学会的宗旨是为了增进自然科学知识。皇家学会使新型科学家有了自己的专门机构和社团，也使新的科学研究范式制度化了。学会在成立之时更是强调需遵循《新亚特兰提斯》提倡的观察和实验方法。3此外，为了适应社会需要，当时在牛津大学和剑桥大学的课堂上相应增设了较多的基础科学课程，如几何、天文学、地质学等。蒸汽动力织布机的发明者卡特莱特就毕业于牛津大学。瓦特更是十二岁时就在格拉斯哥大学学习教学仪器的制作，这为他积累了一定的机械制造实践经验。随着工业革命的深入，众多新型高等教育机构应运而生，基础科学的投入不断增大。1735年成立的“奖励学会”、本杰明·汤普森创办的“皇家讲习所”、威廉·希普利组织的“工艺促进会”等机构都在为工人传授数学、物理、机械学和化学等基础科学知识。

明代中国没有出现欧洲式的研究范围包含自然科学的大学，技术传播方式非常单一。非常具有象征意义的是中国古代科技名著《天工开物》是在宋应星任江西分宜教谕起期间编撰的。他在书中描写到，“伤哉贫也！欲购奇考证，而乞洛下之资，欲招致同人，商略赝真，而缺陈思之馆”。4宋应星试图对所作研究加以验证但没有足够的资金去实施，更期望与同道者讨论真伪却没有适合的场馆，只得“炊灯具草”，日夜写书。5可见，当时的学术环境和缺少能够使学者专注于发展科技的研究机构对中国的技术发展带来极其不利的影响。同时，传教士利玛窦发现，中国人在当时不知道用几何的方式来图示宇宙和地球的表象，而且中国人的几何学和代数学也很贫乏。中国人对“使用象限仪就能够测出一个塔的高度，一个山谷或一条沟的深度，或一条路的长度”感到惊奇。6利玛窦在谈到一些中国学者想跟他学习几何知识时，认为中国缺乏一个作为方法论的数学体系，“算数能够采用笔算，对他们说好像也是稀奇的”。7此外，明末清初的中国，由于缺少学者与工匠阶层，实验的习惯很难在中国科学界形成。8“工业启蒙运动”也没有在中国发生，新技术知识的传播速度受限，人们普遍欠缺基础科学素养以及对先进机械技术技能的掌握，导致发明家无法持续涌现。

（三）作为“深奥的手艺”的新技术和技术创新“孵化”的被重视

中国棉纺织业发展在近代缘何落后于英国，其中原因纷繁复杂，前人对技术本身在二者差异中起到的关键性作用重视不够。从技术进化的角度去审视差异的成因至关重要。通过对比中英棉纺织业的技术发展进程，可以发现，一方面，英国在钟表设计和制造领域取得的进步以及英国机床工业的技术成熟度，是导致英国棉纺织机械化水平领先于中国的重要因素。另一方面，中国在技术学科化发展与基础科学投入方面的欠缺，使得中国始终没有产生系统性的科学体系。鸦片战争后，尽管中国认识到与英国在棉纺织技术方面存在很大差距，并通过引进、模仿英国的工具、技术，实现了一定程度的发展，但由于从英国引进的往往是已进入成熟期、衰退期、甚至是即将淘汰的技术工艺，使得我国难以发展出自身的竞争优势，技术差距与经济差距始终存在。引进的技术若超出原有体系与之协调的能力，这种“引进”和“模仿”便会失败。我国传统技术体系并非一片空白，所包含内容纷繁复杂，但传统技术往往呈现“路径依赖”的特征，外来技术的引入需要解决与本土环境不相协调的问题。要想顺利实现新技术对旧技术的迭代更新抑或实现二者的完美融合，势必要花费大量时间。并且，在这种技术跃迁的过程中，新技术可能会在一段时间内表现的不如旧技术，使得拥有更多旧技术使用经验的部门对新技术的引入表现出排斥和抗拒。此外，以英国为代表的技术领先国往往依靠控制技术优势来保持其在国际上的竞争地位，它们一般不会将核心技术转移给其他国家，或保留技术转移的时间滞后性以换取地位的稳固，作为技术落后国很难直接从技术外溢中获取原创性知识和核心技术。由此可见，核心技术作为一门“深奥的手艺”，若难以定位其来自哪套知识体系，就无法掌握其实现原理、操作程式，只能是简单地循环复制和机械模仿。

历史经验告诉我们，中国若想顺利实现从技术追赶到技术引领的飞跃，只有高度重视技术创新“孵化”。基础科学的发展、先进技术环境的优化、创新技术人才的培育是推进技术变革与进步的重要前提。

五、结 语

古往今来，技术创新一直是国家经济发展的重要引擎。通过对近代中英两国棉纺织业发展路径的考察，发现传统技术的“黑箱”特性深刻影响了技术创新的整个过程。技术创新往往得益于对传统技术的重视与积累，技术进化的原理及规律也印证了新技术多是由已有的传统技术重新组合而成。中国棉纺织传统技术的发展自明代开始出现停滞。而差不多同一时期的英国，其棉纺织技术却步入深度变革的进程，工业革命则是其对传统技术百年孕育的结果。两国技术发展的“一正一负”，拉开了中国与西方发达国家的差距。这种基于传统技术演进规律及其内生技术的研究观照，也为我们进一步讨论“李约瑟之谜”提供了一条可行的解释路径。

責任编辑：马陵合