以蒸汽机、机械棉纺织设备和煤替代木炭作为燃料的焦炉冶铁技术为标志性的工业革命是人类第一次突破肌肉力量获得更大的能量。工业革命不仅成就了英国日不落帝国的无限荣光，同时也让人类叩开了工业社会之门，不可逆转地颠覆了人们的思维方式和生活方式。
何为工业革命？套用阿什顿笔下那位大名鼎鼎的孩童的话来说“工业革命就是在1760年左右一波又一波发明和使用这类新式机械装置的浪潮，开始席卷英国各地”。美国发明家托马斯.爱迪生指出“所谓发明，就是一分灵感加之九十九分汗流浃背的劳碌”。罗伯特.艾伦将这些发明分为由灵感驱动的宏观性发明和由汗流浃背的劳碌驱动的微观性改良。以蒸汽机、机械纺织设备和焦炉冶铁技术为代表的极具创造性的宏观性发明为后续技术进步奠定平台、指明方向，微观性改良围绕天才性发明展开完善提高这些发明的稳定性、效率和可用性，促进它们可以被推广至更广的领域。
蒸汽机：实现能量来源从肌肉到机器的跨越
1700年前后英国煤炭工业的产量和产值分别占欧洲总量的87%和59%，但矿井排水长期困扰着英国煤炭业的快速发展。由水车和马车拖拽的机械带动抽水机运转是一直以来的解决方案，如何寻找更划算和更高效的动力供应方式是很多人探索的目标。
1698年托马斯·萨弗里依据“水蒸气冷凝后会在封闭容器内形成真空，随后借助外界的大气压力推动活塞移动实现抽水”的原理设计真空抽水机成功申请专利，首次将蒸汽动力技术投入实际应用领域。不过这种设备并没得到广泛应用。
1700年前后托马斯·纽卡门正式着手开展研发活动，1710年在康沃尔推出一款用于向外界展示的原型机，又过了两年在杜德利推出运转性能优异的成型机。纽卡门式蒸汽机的问世使得提供动力的生产要素从牲畜饲料转变为具备加热功能的燃料。由于在矿井几乎可以免费获得无限的煤炭，早期用于煤矿抽水的蒸汽机固有的耗煤量大的缺陷不会引起用户的顾虑，这也将纽卡门式蒸汽机早期的的应用领域锁定在煤炭业。1733年英国境内共有100台左右标压蒸汽机实现商业化运营。1800年英国境内申请的数量已增至2500台，其中60~70%为纽卡门式蒸汽机。
纽卡门式蒸汽机在当时无疑是一项尖端的技术，但若用日后标准来看只能算一款原型机。这种机器燃料消耗量极大，同时该机器的关键性部件往复运动的速度很不平稳无法成为一般工业生产设备的动力源。
以纽卡门式蒸汽机为起点，后续的技术改良对某些重要零部件和运转流程进行了诸多改变，最终定型的设计理念和最初的构想差别很大。回旋式蒸汽机降低了纽卡门原型机的造价和耗煤量，这帮助蒸汽机的使用范围从煤矿扩展到一些铜矿和锡矿。詹姆斯·瓦特发明的分离式冷凝器极大提高了蒸汽机的热效率。1800年理查德·特里维西克首先成功研制出耗煤量更低、结构轻便以及造价便宜高压蒸汽机，这种蒸汽机成为铁路和轮船运输领域中常见的动力设备。马修·博尔顿设法给蒸汽机加装一个飞轮在一定程度上解决了机器运转速率不够平稳的问题，詹姆斯·皮卡德设计出一种结构新颖的曲轴以获得更为平稳的动力。18世纪80年代，瓦特通过重新设计阀门的开合方式、采用并联驱动杆的动力传导系统、太阳系行星轮系和离心调速器等技术创新给蒸汽机带来了革命性的突破，使其可以下所有的机器提供非常匀速且平稳的动力。
1784年，博尔顿和瓦特为了向外界展示新式蒸汽机的优异性能，共同向阿尔比恩工厂注资协助该厂完成动力源转换，该工厂广场成为第一个大规模使用蒸汽动力的制造业企业。1785年，来自波波普威克的乔治·鲁宾逊和约翰·鲁宾逊率先将瓦特式蒸汽机安装到一个棉纺织厂。截至1800年博尔顿和瓦特两人累计出售308台新型回旋式蒸汽机提供各类工厂带动机器运转，还售出24台老式蒸汽机供某些企业用作鼓风机的动力源。蒸汽机技术经历了持续的改良和完善之后，开始带有的偏向性大为减弱。由于运转成本大幅降低，越来越多的工业部门和国家都使用蒸汽机作为动力源。1803年美国发明家罗伯特·富尔顿开辟出世界上第一条采用轮船开展商业运输业务的航线。
珍妮纺纱机与水力织布机：全球纺织业霸主的缔造者
英国棉纺织业充满戏剧性的发展史堪称奇迹。发轫之初的棉纺织业规模很小，若以18世纪中叶的国际标准来考量,英国棉纱的平均年产量与法国相当都为300万磅，但孟加拉棉的棉纱的年产量在8500万磅上下。到19世纪30年代，全行业雇工量已达425000人,占英国制造业雇工总数的16%，所创造的产值占英国国民生产总值的8%。持续涌现的技术创新是推动棉纺织业上演一幕幕跃进场景的核心要素。
工业革命之前布匹都用手工生产。首先将棉花弄干净（把棉籽、棉秆等杂质从棉胎中滤去），然后进入梳棉工序（这道工序须将棉花放置于满针排的手持式梳棉板中间,然后沿相反的方向来回挪动两块梳棉板，利用梳棉板上的针排将棉花梳理成排列一致的单根纤维条,这样得到的单根纤维条就是粗纱条，将若干条粗纱条首位拈连到一起,使其达到规定的长度），随后是纺纱工序，最终借助手工织布机来将其织成布匹。
棉纺织业的发展史是上述各道生产工序逐步实现机械化的过程，纺纱工序机械化是首先成为人们关注的问题。刘易斯·保罗和詹姆斯·怀亚特两人曾试图联手发明一种性能优越的纺纱机械，但最终未能完成。18世纪60年代中叶，詹姆斯·哈格里夫斯成功研制珍妮纺纱机，这是全世界第一架实用性能优异的纺纱机械。不久，理查德·阿克莱特发明了水力纺纱机。18世纪80年代这两种新式纺纱机器都得到广泛应用，珍妮纺纱机适合纺纬纱，水力纺纱适合纺经纱 。
这两种新式纺织机仍然围绕优化棉纱生产过程中每道工序所用机器的性能和综合两种机器的优点等两个方面进行微观改良。
18世纪70年代萨缪尔·克隆普顿经过长期努力研制出一款集珍妮纺纱机和水力纺纱机各自优势于一身的“骡机'。采用“骤机”纺出的高支(特细)纱简直可以同印度人手工纺出的最上等纱线相媲美， “骡机”的登场为英国棉纺产品在19世纪以后称雄世界市场奠定了坚实基础。随着各道工序陆续经历了一系列重大技术改良，机械化棉纺厂逐渐从用过本土扩展至欧洲大陆和北美。时至今日，仍有许多人将两百多年前英国发生的工业革命直接等同于棉纺织业革命。
焦炉冶铁技术：助铁腾飞
焦炉冶铁技术有效降低了冶铁成本,对于铁路和轮船运输业的发展以及铁质机械化工业生产设备的广泛运用发挥了至关重要的作用。亚伯拉罕·达比在1709年成功研制出一种采用焦炭代替木炭作为燃料的鼓风炉。焦炭鼓风炉所用到的技术在问世之初带有明显高耗能、产品质量差以及很难同熟铁生产工艺中以木炭为原料炼出的铁锭相媲美等问题。1709-1755年间涌现出一大批创新技术使得采用焦炉冶铁、锻造半成品铁锭的成本降到前所未有低水平。
18世纪30年代早期，理查德·福特为了规模化生产市场前景广阔的装配萨弗里-纽卡门式蒸汽机所需的各种铸铁部件发明了新式抽水蓄能蒸汽机，这让鼓风炉得以在水车的带动下以最大功率连续不停地运转，摆脱了之前受天然河流因素影响而使生铁产量具有季节性差异的困扰，极大增加了生铁的产量，同时也降低了生铁的生产成本。
1755年霍斯海冶铁厂的第一台焦炭冶铁炉投入运转，这种冶铁炉具有更宽厚的炉宽以及由蒸汽机抽水蓄能实现持续旋转的大水车进行鼓风的特点，这不仅增大了产量，还通过缩减冶铁炉检修周期和减少要素消耗等进一步降低了成本。
英国冶铁业于1755年最终摸索出一套较为完善的除磷工序，这样可以生产出质量上乘的生铁锭。这使得拥有丰富而廉价的煤炭资源的英国在金属加工领域获得了大显身手的机会，英国铁制品在世界市场上所向无敌的时代即将来临。
历经百余年改良之后,新式焦炉冶铁技术带有越来越强的中性意味。到19世纪中叶,就连煤炭资源相对匮乏的国家的制铁厂也发现以矿物燃料煤炭取代有机物燃料木炭作为冶铁燃有利可图，法国、德意志地区程国的金属加工行业直接从英国引进了当时最先进的焦炉冶铁技术。19世纪中叶大卫·托马斯所发明及推广的热鼓风技术加快了美国金属制造业转向矿物燃料的步伐。
技术革新的演化逻辑
单个技术沿着“以需求为驱动力，以宏观性发明和微观性改良为革新方式，以性能稳定高效、成本降低和扩大应用市场规模为目标”的逻辑深入发展
英国煤炭工业快速发展所需解决的矿井排水问题催生了蒸汽机的发明，棉纺纱业巨大的市场空间以及印度棉纺织业在技术水平和生产效率的差异为纺纱机械的革新提出了现实要求，英国丰富的煤炭资源则为利用焦煤替代木炭作为冶铁原料提供了动力和可能。这三种技术的宏观性发明具有一定的偶然性或是天才的发现，但后续的改良都首先以煤炭抽水、棉纺业和冶铁业为应用场景，提高技术产出的效率和效果，最终实现了煤炭、布匹和生铁成本的下降。与此同时，这三项技术经过改良改变了开始时所具有的高耗煤——这一浓厚的英国要素禀赋的痕迹走向中性化，为这些技术扩散至更广的地区、行业提供了可能并最终引发了欧洲和北美众多国家生产、生活方式的重大变革。
市场外溢效应激发了技术间的协同效应有利地促进了技术创新
蒸汽机、纺织机械和焦炉冶铁技术并不相互孤立，焦炉冶铁技术在通过利用蒸汽机输入作为动力输入源之后不仅极大提高了生铁的产量和质量，而且降低了生铁的平均成本。焦炉冶铁技术所提供的生铁和蒸汽机一起催生了铁路和轮船运输业的发展，这又进一步扩大了棉纺业和蒸汽机的市场空间。棉纺织业和蒸汽机的扩张带动衍生对生铁的需求又拓展了冶铁业的市场空间。这种良性的市场多向扩张机制为厂商提供了广阔的利润空间，充分利用技术研发的规模经济效应，促进技术的不断进步。
本文内容由罗伯特·艾伦所著的《近代英国工业革命揭秘：放眼全球的视角》改编、拓展而来。
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