杰出的机械制造家——马钧

    马钧，字德衡，魏国扶风(今陕西兴平)人。仕魏为博士和给事中，长期住在洛阳。其生卒年代无考。据《三国志·杜夔传》裴松之《注》(以下引文凡未注明者皆据此)，他活动的主要时期当在公元227年(魏明帝曹睿即位)到公元249年(齐王芳时掌实权的曹爽被杀)之间。

    马钧在科技史上的杰出贡献主要在机械制造方面。

    一、 改进织绫机。我国丝织业素称发达，历史悠久。考古发现与文献资料已证实，我国在商代已有平纹织机，周代便己出现了提花织机，至迟在战国末期已开始使用足踏织机了。足踏织机即用脚代替手作上下运动来提综开□,解放出双手用来左右投梭，可使生产效率提高十倍以上，这是古代织机发展史上的划时代变革。但为了满足对提花技术要求日益增高的需要，织绫机上的综数越增越多，而每增一综，就要增加一蹑(踏板)，到汉代己有增至一百多综、蹑的织机。《西京杂记》载:西汉昭宣时代霍光主政时期，巨鹿人陈宝光妻所织散花绫的织机上用120蹑，两个月才能织成一匹，虽是“匹直万钱”，可织工劳动量大，生产效率低。三国时代，这种织绫机己逐渐被简化为“六十综者六十蹑”或“五十综者五十蹑”，但并未根本解决问题。“巧思绝世”的马钧，突破固有的一综必有一蹑的设计思想，另辟蹊径，不论织机综数，一律将其改成十二蹑，真正简化了织机的结构。这不仅大大提高了生产效率，降低劳动强度，而且可以随心所欲地织出各种奇特花纹图案，绚丽多彩，变化无穷，宛若天成。虽然《裴注》没有具体的设计资料，但据专家推断，当与宋代留下图纸的提花机相去不远。这是马钧在机械设计方面初露锋芒。

    二、 制成指南车。我国指南车，其来已久。相传，“黄帝战蚩尤于琢鹿之野，蚩尤起大雾，军士不知所向，帝遂作指南车”(《宋史·舆服志》)。据《西京杂记》，我国至迟在汉初已经发明指南车，东汉张衡再度制造过，但到三国时代已经失传多年。魏明帝时高堂隆等几位朝廷重臣都认为:“古无指南车，记言之虚也。”马钧持相反意见，说:“古有之，未之思耳，夫何远之有!”结果遭到这些大臣的奚落。他们借马钧的名字来讥讽他，说:“先生名钧字德衡，钧者器之模，而衡者所以定物之轻重;轻重无准，而莫不模哉!”马钧答道:“虚争空言，不如试之易效也。”于是闹到明帝那里，明帝诏令让马钧试制，结果马钧制造成功了。从此以后，“天下服其巧矣！”马钧制成的指南车的结构原理，《裴注》亦未详，但其后，南北朝姚兴、祖冲之，唐朝金公立，宋代燕肃、吴德仁均有制作。《宋史·舆服志》对燕、吴的制造方法、内部结构、各齿轮大小和齿数都作了详细记载。车上设计了一套简单的自动离合的齿轮系统，以保证木人手臂不受车轮前进方向改变的影响，和现代机械车辆后桥上的差动齿轮原理如出一辙。英国李约瑟博士称它是人类历史上迈向控制论机器的第一步，是人类历史上第一架体内稳定机。

    三、 创制翻车。先秦时期的灌溉工具桔槔和辘轳，它们能将水从低处提到高处以扩大耕地面积，但都是间歇式的提水，劳动效率很低。马钧住在京都洛阳时，“城内有地，可以为园，患无水以灌之。乃作翻车，令儿童转之，而灌水自覆，更出更入，其巧百倍于常”。其实，马钧所作的是“筒车”，而非今日学者误为的“龙骨车”。“翻车”作为提水机械之名始自东汉，《后汉书·张让传》载:灵帝时，掖庭令毕岚“作翻车、渴乌，施于桥西，用洒南北郊路，以省百姓洒道之费。”唐李贤注:“‘翻车’，设机车以引水。”马钧的这项发明，也以“翻车”为名，想必构造、性能相同。即把一个一个取水的简子，按一定角度和间距安装在一个大轮子的轮辋上，轮子下沿没入水中，设法使轮子转动起来，灌水的筒子就可轮流地从低处"翻"到高处，把水提到高于轮半径的地面上去，只要筒子装配的角度合适，灌了水的筒子一过最高点便会逐渐倾覆出来，用一水槽承接着，便得到连续不断的水流。只要轮子不断地转动，则灌水的筒子必是“更出更入”，实现连续运水动作，所以功效“百倍于常”，但它在本质上仍是一筒一筒地灌水，只是被大转轮连续"翻"上去了而已。古人讲究“循名责实”，所以取名“翻车”。而后世的“龙骨车”的设计思路则迥然不同，它的主要构造原理是将一长水槽斜伸入水源，用一整串括板（“页子”）沿水槽将水斜括上去，真正实现了连续运水，显然这是在翻车的基础上第二次出现的效率更高的连续运水机械，它不仅出水最大，而且容易安放，用完，一人即可扛走(在山区还可多级提水)，所以在我国一直用到解放后水泵代替它为止。它的动作与“更出更入”、“灌水自覆”显然不符，而且只有翻车(筒车)，因为是转动大轮子，不需要很大力气，才可“令儿童转之”，而龙骨车的正常运作，即使是后世几经改进了的，也非儿童之力所能及。筒车、龙骨车是水车的两种不同类型的机械。筒车既可用在湍急河流边用水力推动，也可用在湖池边用畜力或人力工作；而龙骨车则只有畜力、人力两种，很难使用水力推动。翻车是变间歇提水为连续运水的创始，在中国灌溉工具发展史上具有划时代意义。所以，马钧发明的翻车，功在百世，永不可没。

    四、 制成“水转百戏”。本来马钧的机械发明都是直接为减轻劳动强度、提高生产效率服务的，但当时的皇帝却要利用他的“绝世巧思”为自己的享乐服务。就在翻车制成后不久，有人给魏明帝进献了一种叫做“百戏”的木偶玩具，虽设计精巧，造型优美，可惜只是一种摆设，不能动作。明帝欲使它们动作起来，于是马钧“受诏作之，以大木雕构，使其形若轮，平地施之，潜以水发焉。设为女乐舞象，至令木人击鼓、吹萧;作山岳，使木人跳丸掷剑，缘纽倒立，出入自在;百官行署，舂磨斗鸡，变巧百端”。

    马钧创造发明处于巧思旺盛时期，正是蜀国诸葛亮连年对魏用兵的后期。他在洛阳见到了诸葛亮发明的“十矢俱发”的新连弩，认真琢磨了一番，说“巧则巧矣，未尽善矣”，认为可以改善使其发射效率增加五倍。同时他还计划改造当时攻城用的重型机械“发石车”为连续发射，并且开始作预制试验。正在这时，他遇到了麻烦。麻烦来自两个方面，一方面是文人相轻，一方面是当政者的漠视，终于使他一心想制作的这些“国之精器、军之要用”成为泡影。

    公元239年，明帝死，齐王芳嗣位，开始了洛阳城里两大政治集团的生死斗争。初期，曹爽独掌大权，尽力排斥司马氏父子。这时，深受曹爽赏识的名士裴秀与马钧同朝为官。裴秀出身山西望族，世代簪缨之家，对仅“以巧名天下”，以“异能”取信于前朝的马钧，颇生“相妒”之心，遂起“相害”之念。于是发挥他“博闻强记，无文不该”的优势，抓住马钧不善言谈、性不乐辩的弱点，在公众场合找岔和马钧辩论，“晒之”，“难之”，果然马钧“口屈不对”，以此打击马钧的威信和自信心。当时虽有性格刚劲亮直的傅玄起来为他辩护，直指裴秀:“子所长者言也，所短者巧也。马氏所长者巧也，所短者言也。以子所长，击彼所短，则不得不屈。”并且为此去游说安乡侯曹羲(曹爽之弟)，劝其不能“以言抑人异能”，因为“悬言物理，不可以言尽也;施之于事，言之难尽而试之易知也”，建议曹氏集团让马钧试验下去。如果因为一时讲不出道理来而不支持试制，“是不世之巧无由出也”，甚至会重演“美玉见诬为石、荆和抱璞而哭”的历史悲剧。曹羲本来是支持裴秀的，经过傅玄一番议论，有所醒悟，于是马上去见大将军曹爽，可这时的曹爽已完全被司马懿的韬晦不出冲昏了头脑，只对专权荒淫有兴趣，根本不理会这件事，马钧的科技创制的生命也就到此终止了。此后，政局大变，曹爽伏诛，司马氏独擅大权直至晋朝建立，裴秀官声文誉更著，马钧从此湮没无闻。裴松之曾对此感叹道：“此既易试之事，又马氏巧名已定，犹忽而不察，况幽深之才，无名之璞乎！”中国古代科技曾经灿若星汉，遥领风骚，但终致近代落后下来，什么原因？马钧的一生或许可给我们某些启示。