其他 北宋全自动水运仪象台—世界时钟的鼻祖。汉代全自动计算机—自动计算机的鼻祖。

[乡村中医师傅]

世界时钟的鼻祖

水运仪象台是北宋时期苏颂、韩公廉等人发明制造的以漏刻水力驱动的，集天文观测、天文演示和报时系统为一体的大型自动化天文仪器。

苏颂，担任总设计师，也是总负责人，他在北宋朝的支持下，招贤纳士，团队里有当时来自全国各地最顶尖的数学家、天文学家和工匠。

设计团队采用了自汉唐以来诸家对于浑仪、浑象、激水运输原理，将此三者合而为一，仪象装置分别置于-台中之上下隔，而枢机轮轴等隐藏于木台中;司辰、击鼓、摇铪、执牌等的报时设备连于输轴之上且出没于五层木阁内，以水力激输的方式使仪象运作。袭成中国当时唯一有说明的自动水运天文(浑)仪(浑)象及自动报时天文台，名为「水运仪象台」。

全自动水运仪象台，代表了当时世界最顶尖最先进的技术水平。

后来有人评价说：“苏颂把钟表机械和天文观察仪器结合以来，在原理上已经完全成功”，因此，水运仪象台也被誉称为“世界时钟鼻祖”。

 

[乡村中医师傅]

汉代可编程可存储计算机

这台老官山出土织机，其实就是一台汉代计算机。

所有花纹的信息和图案都已经被储藏在84片纹综中，它把‘程序’都编好了。

你只需要简单的四步：踩下踏板、投梭、引纬、打纬，重复这4个步骤，就能完成织造。

提出问题：织机上有10470根经线，每一根都需要穿过综片，要是断了一根怎么办呢？所有程序都编码好了，如果想织造另一个图案又该如何操作？

答案：原来，织造的过程中，经线断裂的情况是时有发生的，而一旦发生断裂就必须从一万多根经线中将它找到然后重新接头接好，否则就会在织物上形成一个织疵，纹样出现差错。
　　
“而如果你想织就一个新的图案，就要将10470根经线重新再穿过综片，按照花纹规律重新编排才能制造一个新的图案，相当于重新编码。”。

这也是最让人惊叹的地方。“早在两千年前，就已经有将提花信息储存起来的意识，这就像计算机的编程，经线提起来的时候是1，不提起来的时候是0，1和0组成了二进制的概念，进而设计出图案。”。

老官山提花织机运用自动化计算的方法已经可以重复进行批量工业化生产。
代表了当时纺织技术世界最尖端水平。

 

[乡村中医师傅]

。

 

[乡村中医师傅]

东汉铜卡尺

汉代的铜卡尺。这种铜卡尺不管是形状还是实用性都非常接近现在所使用的游标卡尺了，因为这个铜卡尺太过于和现在所使用的游标卡尺接近，所以有很多人都不敢相信。

这件“矩尺”,青铜制,长11.6厘米,有刻度,分为五格,每格约2.31厘米,正合汉代长度的一寸,我们称为“五寸矩尺”。
安徽省曾出土过一件战国时的青铜矩尺,边长为一尺(战国一尺),国家博物馆也收藏有汉代的青铜矩尺,边长也是一尺(汉一尺)。史料《荀子·不苟》有“五寸之矩,尽天下之方”的记载,意思是说小小的五寸矩尺,可以测量各种大小不同器物的直角。
《史记·夏本纪》有大禹治水“左准绳,右规矩”的记载,“准”是测水平的工具,“绳”是打直线的(墨线)工具。汉代画像石中,常见有女娲、伏羲手举规矩的画像。
　　正是有了这样的工具,才能造出古代高大建筑,汉以前的大型水利工程,甚至更古老的造车技术。徐州龟山汉墓,两条长达56米的平行石凿甬道,沿中线直线偏差仅5毫米,精度达1/10000,两甬道相距19米,夹角误差为20秒,误差仅为1/16000。这样精确的测量技术,无不出自这些古老又准确的测量工具。　

 

[乡村中医师傅]

古代齿轮

出土的汉代青铜齿轮。

从时间上来看，秦朝时，就已经有青铜齿轮，而到了东汉时期，齿轮的制作工艺和应用，也要更加复杂和普遍，比方说，在晋朝时期，齿轮就已经被作为水轮的动力系统，用来进行使用石磨了。
齿轮是重要的机械传动装置。据说古代制作的机器人采用了齿轮技术。
以下是现在的机械传动装置。

山西陶寺遗址出土的铜齿轮形器，距今4300-3900年，是迄今已发现的世界上最古老齿轮。传说中著名的黄帝制作指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。可见齿轮的应用已经很古老了。

山西陶寺遗址出土齿轮。

东周王城的战国棘轮

《礼记·王制》曾经记载：“国无九年之蓄，曰不足;无六年之蓄，曰急;无三年之蓄，曰国非其国也”，这说明至少在周朝就有粮仓了。
那么，只有3cm的青铜齿轮到底有何作用呢？它是粮仓吊运设备的止逆零部件，通过这样的齿轮，可以很好的减少人力消耗，不得不说它和现在的齿轮的相似度竟高达百分之九十九。

在各种形态齿轮被广泛运用到于磨、里程计、弓弩瞄准器和天文钟等方面。就连大型的水车发明，机械齿轮起到了重要作用。

使用了木头制作的齿轮的暗弩装置

指南车齿轮装置

 

[乡村中医师傅]

古代机关工具

孔明锁，也叫八卦锁、鲁班锁，是古代土木建筑固定结合器，曾广泛流传于民间的智力玩具，还有"别闷棍""六子联方""莫奈何""难人木"等叫法。反映了古代机关术和数学的密切关系。

相传最早由春秋末期到战国初期的鲁班发明。

孔明锁，相传是三国时期诸葛孔明根据八卦发明的一种玩具，曾广泛流传于民间。逐渐得到人们的重视，它对放松身心，开发大脑，灵活手指均有好处。它是老少皆宜的休闲玩具。孔明锁看上去简单，其实内中奥妙无穷，不得要领，很难完成拼合。

鲁班锁，起源于古代中国建筑中首创的榫卯结构。

 

[乡村中医师傅]

记里鼓车—古代的自动化工程测绘车

利用车轮的转动距离而自动报告车行里程的车子，其功能和原理和现在汽车交通工具上的“计程表“一样。

关于记里鼓车的最早文字记载亦是在汉朝《西京杂记》中，其云“记道车，驾四，中道”。其后各代史书亦都有记述。《宋史·舆服一》记有天圣五年内侍卢道隆和大观元年吴德仁所造的记里鼓车，对车子的型制、大小、齿轮传动结构等都有较详细的记载。

其制为独辕双轮车，车箱分上下两层，下层有木人执槌司鼓，上层有木人执槌司镯(或钲)。车箱里设置有一套减速齿轮系，并分别与上下两木人相联。当车子每行走一里时，控制下层木人的齿轮转动一周，木人击鼓一次；当车子每行走十里时，控制上层木人的齿轮转动一周，木人击镯(或钲)一次，从而达到报告行程里数的效果。可见，经过了严密的数学计算和验证。

记理鼓车的出现至少是汉朝，甚至还要往上推。

母齿轮齿数为18而传动轮齿数为54。铜旋风轮的齿数为3，而下平轮的齿数为100。小平轮齿数为10，而上平轮齿数为100。车轮的圆周长 1 丈 8 尺(18尺)，车轮转一圈则车行 1丈 8 尺，古时以 6 尺为一步，则车轮转一圈车行3步。车行一里 (即为三百步) 车轮和母齿轮都转100圈，传动轮和铜旋风轮才转100/3 圈，下平轮和小平轮才转1圈。而上平轮才转1/10圈。也就是说，行车一里，竖轴 B才转一圈；行车十里，竖轴C才转一圈。而在这两个竖轴上，还各附装一个拨子。因此行车一里，竖轴B上的拨子便拨动上层木偶击鼓一次；行车十里，竖轴C上的另一拨子便拨动下层木偶击鼓一次。暂时不理解的同学可以在草稿纸上演算下齿轮转动圈数与齿数的关系，加深印象，并且需要用到除法运算。

 

[乡村中医师傅]

汉代最先进的水力驱动的天文计算机

浑天仪，是浑仪装置和浑象装置的合称。属于天文计算机。
浑仪装置是测量天体球面坐标的一种仪器。浑仪的制作者有记载的是西汉时期的落下闳。
浑象装置是用来演示天象的仪表。周朝战国时的石申、甘德是有记载最早制作浑象装置。

东汉张衡对前人的装置进行了改进。创制了一台靠水力推动的浑天仪。

浑天仪用精铜铸成，主体是一个球体，代表天球，球体可以绕天轴转动。天球表面画有二十八宿、赤道、黄道及二十四节气等。天球外有两个圆环，一个是地平圈，一个是子午圈。天轴支架在子午圈上，和地平斜奔36°，这是洛阳地区的北极仰角，也是洛阳地区的地理纬度。天球半露于地平圈上，半隐地平圈下。

张衡又利用当时成熟的机械方技，巧妙地把计量时间用的漏壶与浑象仪联系起来，即以漏水为动力，利用漏壶的等时性，通过齿轮传动，使浑天仪每日均匀地绕轴旋转一周。

这样，浑天仪就能自动地、模拟地把天象演示出来，几乎可达到逼真的程度。

这件仪器被安放在灵台大殿的密室之中。夜里，室内人员把某时某刻出现的天象及时报告给灵台上的观天人员，结果是仪器上、天上所现完全相符。

在此仪诞生的前一年，张衡先用竹篾制成一个模型，名曰“小浑”，进行了一系列的试验和校正，然后才铸作大仪。他接着写了《浑天仪图注》和《漏水转浑天仪注》两本说明书，又撰成《灵宪》一部，绘制《灵宪图》一份。

也就是说浑仪和浑象二者是联合在一起使用，以象征天球的运动，表演天象的变化。上面的各种刻度和细节能使人不受时间限制，随时了解当时的天象。
看起来就像我们看到的地球仪。

以下是近代以来的宇航仪器，机械齿轮传动地球计算机。和浑天仪技术水平也差不了太多。有区别的是一个是水力驱动，一个是机电驱。

 

[乡村中医师傅]

古代自动化装置的先进动力系统

古代的机关自动化技术非常成熟，其发动机技术也很高超。常见的是水力发动机，水力发动机是利用机械传动装置，将水力转换为动力能量的激水传输技术。还有利用杠杆原理的助力发动机。以及其它的动力装置。

三国时期，诸葛亮发明的木牛流马，就使用的是杠杆原理配合齿轮传动的助力装置。

汉中市勉县的黄沙镇，史料记载这里是诸葛亮当年造木牛流马的地方。据考证，诸葛亮当年在8年北伐中，木牛流马总共用过3次，木牛流马就是从这里出发，走过250公里的栈道，到达前线祁山五丈原。有个当地的老人曾经描绘了传说中的木牛流马：“木头做的马头，再有其他零星的小块组成马身子，再组上马腿，肚子中间安上齿轮，木马后边有一个扳手，操作时一压走一步，再一压走一步。”从这个传说中可以看出，木牛流马是有齿轮的，而且运用了运用了杠杆原理达到省力目的。也就是人只要对扳手轻轻一压，木牛流马就能把几百斤的货物往前运输一段，停下来后，再继续压，实现了小力运重物的目的。

因此，木牛流马原理：它采用了助力机构，里面加有飞轮机构，采用的有齿轮机构，曲柄连杆机构。人推动木牛时，里面的曲柄连杆机构通过齿轮带动飞轮，飞轮运行起来后，又因为飞轮的惯性，给木牛以助力，这样，就达到了省力的目的。

木牛流马虽然不是全自动，但也是非常先进的助力系统。类似现在的“机械助力骨骼“，也是这个原理。
以下是现在的助力骨骼装置。

 

[乡村中医师傅]

古代的机器人
古代关于机器人的研究说法众多。

《列子·汤问》记载，周穆王西巡途中，一位名叫偃师的能工巧匠献上了一个和真人一般大小的歌舞伎。它能自动跳舞，最后发现是用皮革、木料、胶漆等制成的“机器人”，里面有很复杂关节和齿轮构成。

春秋末年，墨翟是技艺高超的匠人，据记载，他曾在闲暇时制作了一只“木鸢”，“木鸢”能飞在空中“三日不下”，令人称奇。从描述上看，说“木鸢”是风筝似乎太过简单化，它听起来更接近于一种“机关鸟”。

马钧还发明了一套水力驱动的百戏木偶人，这种木偶人不但能击鼓吹箫，还能做出抛剑、攀绳、倒立、叠罗汉等高难度动作，可谓巧矣。

唐朝张骛在《朝野金载》中记载道：洛州的殷文亮曾经当过县令，性格聪巧，喜好饮酒。他制造了一个木机器人，并为其穿上绫罗绸缎；让这个机器人为他到酒。这个“女招待”酌酒行觞，总是彬彬有礼。

王琚发明了会抓鱼的木头水獭，马待封发明了自动梳妆台，郭守敬发明了可照明和计时的灯漏等等。明朱由校热衷于制造各种机关器械，据说他曾发明了利用水力运转的旋转机械。
……
这些机器人或者自动装置，使用水力驱动还好理解，但有的并不是靠水提供动力，这就很奇怪了。

一种说法是使用了“发条“。1976年，考古工作者在殷墟遗址西南发现了一种像发条的玉人。这应该是一种跳舞机器人的模样。

发条用手旋转后，的确可以给机器人提供动力。
还有的认为使用了热动力装置，比如孔明灯。

还有利用风能，比如古代航海帆船。

还有的使用牛马动物拉动。
古人的奇思妙想，还有很多未解之谜。

 

[乡村中医师傅]

古代的测量工具

1.土圭

圭表，别名土圭，也叫量天尺。是根据正午时表影长度变化定节气、定年长的计算测量仪器。年代不可考，已经很古老了。“圭表”由“圭”和“表”两个部件组成。每天正午，太阳光照在横梁上的影子投射在量天尺上。通过测量一年当中影子长度的变化，可以确定1年的长度。

《周礼•地官•大司徒》：“以土圭之法， 测土深，正日景，以求地中。日南则景短多暑，日北则景长多寒，日东则景夕多风，日西则景朝多阴。日至之景，尺有五寸，谓之地中。”。

所谓"测土深"，是通过测量土圭显示的日影长短，求得不东、不西、不南、不北之地，也就是"地中"。夏至之日，此地土圭的影长为一尺五寸。之所以作如此选择，是因为"地中"是天地、四时、风雨、阴阳的交会之处，也就是宇宙间阴阳冲和之中心。

通俗理解“地中“，就是这里风水好，口岸好，风调雨顺，阳光足够，有利于长期生活和工作。这就是古人一种环境择优的选择方法。

圭表的种类繁多，还有以下圭表：

建筑型圭表。圭表测时的精度是与表的长度成正比的。这个硕大的“圭表台楼”，使测量精度大大提高。以下是古代的大型圭表工程，天文观象台：

4000年前的陶寺遗址古观象台模型：

用圭表测影，也叫立杆测影。表为直立的标杆，圭是平卧的尺．用其测量正午日影，可定节气和一年时长。古人利用圭表测量正午日影，来定节气和一年时长，利用的是太阳的回归运动的规律．连续两次测得表影最长值的时间间隔大致为一个回归年。

古人还采用测“日影”的方式来推算实地距离：在同一天的中午，在南北方向两地分别竖起同高的表杆(通常高8尺，相当于1.88米)，然后测量表杆的影子，并根据“寸影千里法则”(日影差一寸，实地相距千里)推算南北两地距离，并把夏至日影长为1.5尺的地方视为大地的中心。这种测量两地距离方法，由于误差大，得到的结果往往是粗略经验值，没有进一步推广或者被更好的方法替代。

附录：古代土圭、土会、土宜三法。
土宜，《逸周书•度训》，“土宜天时，百物行”，谓各地不同性质的土壤，对于不同的生物各有所宜。《周礼•地官• 大司徒》中有“以土宜之法，辨十有二土之名物”。不同的作物有自己的生长特点，耐肥耐瘠性不同，对土壤的要求也存在一些 差异。土宜是进行作物区划、土地利用区划和因土种植的理论基础。土会，是统计山林、川泽、丘陵、坟衍、原隰五类土地的产物。《周礼·地官·大司徒》：“以土会之法，辨五地之物生。”。

2.日晷
日晷(gui三声)由圭表发展而来，便于计时。“表”就是直立于圭的杆子，“圭”就是放在地面上的土堆，用圭表测影，也叫立杆测影。
日晷按照晷面放置的位置不同，可以分为地平日晷、赤道日晷、立晷、斜晷等。最常见的是赤道日晷和地平日晷。

这种很像我们看到的钟表，古人用来计时。

洛阳金村出土的玉盘日晷。玉盘日晷是一尺见方的石板，中央有一个圆孔，圆孔外有一半径近4寸的大圆。圆周上刻有69个浅孔，孔间距离相等，共占了圆周2/3多。每个浅孔有一条直线到中心孔，浅孔边上有数码，从一到六十九，顺时针方向排列，以小篆体书写。根据出土及文字判断为秦汉时期之物。如下：

《随书 天文志》中记载，开皇十四年，鄜州司马袁充发明的短影平仪，这是一种地平日晷，晷面圆周均分为十二辰。据记载，司马袁充利用这个日晷和漏壶相比较，求出冬至、夏至、春分、秋分时太阳移动一辰的漏刻数，发现太阳在晷面上每移动一辰而得到的漏刻数相差悬殊。

 

[乡村中医师傅]

古代的测量工具
3.规和矩

有句古话叫“不以规矩，不能成方圆”。
在古代，规是规，矩是矩，它们分别是古人用来测量和画图的两种工具：“矩”是一种标有刻度的折成直角的曲尺，而“规”是专门用来画圆的圆规。
矩尺可以用来画方形，以及测量。
规，主要是画圆。
《史记》里提到大禹治水时，“左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道”。
以下就是矩尺：

以下就是规：

周代数学家商高曾总结矩的多种使用方法：“平矩以正绳，偃矩以望高，覆矩以测深，卧矩以知远。”“平矩以正绳”意思是把矩的一边水平放置，另一边靠在一条铅垂线上，就可以判定绳子是否垂直；“偃矩以望高”意思是把矩的一边仰着放平，就可以测量高度；“覆矩以测深”意思是把上述测高的矩颠倒过来，就可以测量深度；“卧矩以知远”意思是把上述测高的矩平躺在地面上，就可以测出两地间的距离。

伏羲女娲图，一个拿规，一个拿矩。

《荀子•不苟》中记载，“五寸之矩，尽知天下之方”，意思就是说，只要有一把小小的五寸直角矩尺，就能测量天下所有方形东西的反正和大小。
以下是出土龟山汉代青铜矩尺。

经过专业人士测算，发现五寸之矩的测量误差正是1/16000，而且又拿着矩尺实地的将墓室测量了个遍，最后对测量的数据进行统计和分析，最终确定这把矩尺是当时的工匠在修建龟山汉墓时用到了矩尺。上面有精确刻度。

最厉害的是山东计量院的东汉矩尺，经过测量，该矩尺长11,6厘米，上面刻度清晰且均匀，共分5格，每格约2,31厘米，而这个长度也正是汉代时期一寸的长度，因此这就是一把标准的五寸之矩。

 

[乡村中医师傅]

4.准、绳
“准”是测高低的，“绳”是量距的，“规”画圆，“矩”则是画方形和三角形的，都是古代计量工具；
准—测量水平的仪器。
“凖者，所以揆平取正也。“。《汉书·律历志上》绳——测量距离、引画直线和确定平面的工具。
出土4000年前水平仪复原图

古代测绘仪器“准”图古代水准仪

现在是随着光电技术出现，才有激光测准仪。

绳，“绳”实际上是一种尺度。
类似卷尺。

后来，木匠用的墨斗被广泛应用。