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提花机——中国古代“高科技”

2020年08月27日 11:34:22来源:今日头条 作者:佚名 浏览数:235 责任编辑:秦岩总编

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

据《自然科学大事年表》记载,在明代以前,世界上最重要的发明创造和科学成就大约有300项,而中国拥有其中175项,占据了“半壁江山”;

可以很自豪的说,光辉灿烂的中国古代科技直接影响和促进了整个世界科技文明的进程;

在中国古代科技中除了世人皆知的四大发明之外,其实还有很大一部分少有人知晓,那么今天给大家简单科普一下,影响计算机发明的中国古代提花机。

一、提花机

在中国古代器具中最为复杂的无疑是提花机,而提花机最为神奇的地方是堪比计算机程序的提花贮存技术

提花机就是能编织花纹的织机;

所谓的提花技术就是把复杂的图形编织次序贮存起来且还能反复使用的技术;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

对于古代绚丽多彩的绫罗绸缎上的花纹,我们最基本的了解便是刺绣,大家或许还见到过苏绣、湘绣、蜀绣和粤绣等各种织物上精美绝伦的花纹呈现;

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刺绣

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十字绣

再简单一些的便如当下非常流行的十字绣,绣一个十字交叉点便是一个花纹,虽然简单又美观,但要把整体的花纹绣下来却又相当耗费时间和耐心;

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提花技术的织锦

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提花技术的织锦

而早在两千多年前的汉代提花技术,就借助了一个个贮存好的编织次序,快捷地织出了一幅又一幅流传至今的错落有致的精美花纹。

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

普通织机

我国古代普通织机是利用一片或两片综(提升经线的部件),分别同时提升单数或双数的经线,形成梭口,以便送纬线并打纬,来织成平纹的织物;

经线(纵向线),纬线(横向线);

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

而提花机则是有许多综片,分别控制千百根经线作不同的升降运动,与交织综一起同纬线错综参差交织成具有各种花纹和文字图案的织物;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

这种复杂的提花贮存技术,是由代表经线的脚子线和代表纬线的耳子线根据纹样要求编织而成,再经织机上的提花装置将其贮存起来,以使得这种花纹编织法可以循环使用;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

在1995年10月,于新疆和田出土,被誉为20世纪中国考古学最伟大的发现之一:国家一级文物“汉代织锦护臂”,就是由汉代提花机经过二百多次的往复编织而成;

这块织锦在不足50厘米的宽度下,达到了10470根经线,密度非常之高,也就是说每厘米的织锦都要接纳两百多根经线;

这1万多根经线分为红黄蓝白绿5个颜色,为立体分层排列,一色在前,四色在后;

每次开口,要2000多根经线在上,8000多根在下,视觉效果蔚为壮观;从编织工艺来看,应为汉代织锦最高技术的代表;

“汉代织锦护臂”密度极大,织物纹样颇为复杂,以至于在出土后的20多年里,研究人员利用现代织机仅仅复制出了它的纹饰,但大部分复制品的密度根本达不到织锦护臂的原样;

直到考古专家复制出汉代提花机之后,“汉代织锦护臂”才终于重现其华美的纹路,负责这一项目的中国丝绸博物馆研究馆员罗群感叹:“我们直到现在才用汉代的世界最先进织机,复制出了汉代工艺最复杂的织锦,可见四川先民曾创造了多么辉煌的文化”。

“汉代织锦护臂”是中国首批禁止出国(境)展览的一级文物,可谓国宝中的国宝。

这么精美的花纹到底是如何编织而成的呢?下面我们来看看这神奇的提花技术。

二、提花技术

提花贮存技术就如同今天的计算机程序,在编算好这套加工程序之后,所有的工序操作都可以在程序的指导下进行,而不必将每次的操作都要重新进行计算和对比,这极大的节省了织布时间,并简化了加工过程;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

江陵马山楚幕出土的丝绸

从湖北江陵马山楚墓出土的战国织锦来看,很可能在2000多年前的战国时期,中国的提花机和提花丝织技术就已经非常成熟了;

但是,提花贮存技术并不是一蹴而就的,它经历了从挑花提花的一个漫长过程;

所谓的挑花,是指每次图案的织造操作都需人工重新挑起;

而所谓的提花,是指在整个织造过程中,只需要一次制作出花纹程序,就可以反复利用,循环织出有规律的图案;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

挑花

挑花时,要求操作者需眼看背面,手织正面,所以,必须对纹样及色彩要有娴熟的记忆和出色的加工能力。

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

挑花

那么,常用的挑花方法有两种:

一种是挑一纬织一纬;这种方法要求织者必须熟记纹路;

二是挑一个循环织一个循环,这种方法应用的更普遍一些;

但是,不管织者如何努力,这两种方法都不能有效提高织布效率;

这是因为挑花的信息无法长期贮存和反复利用,并造成了成品花纹的良莠不齐。

为了解决这一问题,古人摸索出了两条途径,由此走向了提花贮存技术:

一是保持挑花杆挑好的规律不变,并把其中的规律反复地传递给经丝,这样就出现了花本式提花机。

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

制图

“花”就是所谓的提线挑花:首先在图案纸样上画若干方格,并分成若干区块,这时要求设计者严格计算好每一区的经纬线数,精确计算间距分寸以及经纬交结情况;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

设计者将设计好的作品所包含的各种元素通过线条表现,然后用一竹片钩子,挑起代表经线的丝线脚子线,引入代表纬线的棉线耳子线;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

再按照我国最古老的结绳记事的方法,分数量编结好线团,即完成“结本”

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

结绳记事

“结本”使成千上万根经线有规律地交互上下提综,几十种纬线有次序地横穿排列,按照设计好的图案,编成一整套花纹记忆存储程序;

这时“花本”就结好了,随时可以上提花机来织造。

明代大科学家宋应星在《天工开物》中有一段十分经典的解释:

凡工匠结花本者,心计最精巧,画师先画何等花色于纸上,结本者以丝线随画量度,算计分寸秒忽而结成之。张悬花楼之上,即织者不知成何花色,穿综带经,随其尺寸度数提起衢脚,梭过之后居然花现。

二是将挑花杆“软”化,就是用综线来代替挑花杆,这样就演变成为多综式提花机:

汉代时就已出现了多综式提花机;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

汉墓出土的织机模型

在四川成都老官山汉墓出土的织机模型有四台,从残留综框的情况来看,是一种踏板式多综提花机,这是我国出土最完整的织机实物资料,也是世界上迄今发现最早的提花机实物资料。

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

多综提花机

在《三国志·魏书·方技传》中还有记载:“旧绫机五十综者五十蹑,六十综者六十蹑”,这种一蹑控制一综,并且综合蹑数量相等的织机,应为踏板式多综提花机;

织造时通常采用一蹑(脚踏板)控制一综(吊起经线的装置)来织制花纹,所以,为了编织出更繁密的花纹,就要增加综框的数目;

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斜纹

一般3~4片综框能织出斜纹组织,而5片以上的综框才能织出缎纹组织;

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红色缎纹

缎纹组织的外观与斜纹不相同,它的经纬纱上下交织的次数比斜纹组织物要少得多,在一根纬纱的两个相邻的经组织点之间,纬纱连续浮在几根经纱的上面,因而有较长的纬纱披覆在织物表面,因此织物质地柔软,表面平滑匀整,并富有光泽。

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紫色缎纹

缎纹组织的织物用途非常广,常用作被面、衣物、鞋面以及装饰布等;

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多综织机

因此,要编织复杂的、花形繁密且较大的花纹,必须把经纱分成更多的组,由此,多综多蹑的提花机就逐步形成了。

据《西京杂记》的记载:有巨鹿人陈宝光妻所用提花机,有一百二十综、一百二十蹑,织造出的精美蒲桃锦和散花绫,一匹(13m)需费时六十日,可值万钱(古代铜钱);

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

到了三国时期,魏国著名的机械制造专家马均以“旧绫机丧功费日乃思绫机之变”,改六十综蹑为十二综蹑,并采用束综提花的方法,既方便了操作又大大提高了织布效率;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

织布

织工在操作束综提花机时,脚子线与提升经线的纤线相连,此时,拉动耳子线一侧的脚子线就可以起到提升相关经线的作用;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

织造时需上下两人配合,一人为挽花工,坐在三尺高的花楼上挽花提综,一人踏杆引纬织造;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

东汉王逸《机妇赋》中,用"纤纤静女,经之络之,动摇多容,俯仰生姿"来形容织工和提花工合作操纵多综提花机的劳动场景。

三、提花机——电报机——计算机

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

科技史专家李约瑟

有一种说法是,欧洲的提花机是在约11~12世纪的宋朝时经由丝绸之路传入的;

中国人民的老朋友——科学技术史专家李约瑟在《中国科学技术史》中提到:中国传入欧洲的26项重要发明之一便是提花机;

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穿孔纸带提花

在1725年,法国纺织机械师布乔想出了一个“穿孔纸带”的绝妙主意,他首先用一排编织针控制所有的经线运动,然后在纸带上根据图案打出一排排小孔,并把它压在编织针上;

在启动机器后,正对着小孔的编织针能传过去勾起经线,其它针则被纸带挡住不动,这样,编织针就能自动按照预先设计的图案去挑选经线;

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穿孔卡片提花原理

到了1801年,法国机械师贾卡为纸带提花机增加了一种装置,并能够同时操纵1200个编织针,控制图案的穿孔纸带也换成了穿孔卡片;

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穿孔提花纹板

穿孔提花纹板是一种革命性的装置,这种纹板利用预先打孔的卡片来控制织物的编织式样,使得编织速度比老式手工提花机快了25倍;

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电报机

穿孔提花纹板的出现不仅颠覆了传统丝织业,更为人类打开了一扇信息控制的大门,并启发了电报信号的传送原理(也是早期计算机的雏形);

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英国数学家、哲学家、发明家巴比奇,被人们称为“计算机之父”

当英国数学家查尔斯·巴比奇了解了贾卡提花机的工作原理之后,一项伟大发明就此诞生了;

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差分机

在1822年,巴比奇先是设计出了一台机械式计算机,他把它叫做“差分机”;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

分析机

后来他又设计出了更为复杂的分析机(现代计算机前身),这种机器可以使用贾卡提花机那样的穿孔卡片来进行编程;

在这项设计中,他曾设想根据储存数据的穿孔卡上的指令进行任何数学运算的可能性,并预示了现代计算机所具有的大多数其它特性;

之所以说巴比奇是现代计算机史上的第一位伟大先驱,是因为他在19世纪就已经把计算机的概念上升到了通用计算机的概念;

这比现代计算机的理论思想提前了一个世纪,巴比奇的计算机并不局限于特定功能,而是可编程并可以用来计算任意函数,这个想法是构建在一堆齿轮之上的;

巴比奇设计的分析机主要包括三大部分

1、用于存储数据的计数装置,巴比奇称之为“仓库”(store),相当于现在CPU中的存储器;

2、专门负责四则运算的装置,巴比奇称之为“工厂”(mill),相当于现在CPU中的运算器;

3、控制操作顺序、选择所需处理的数据和输出结果的装置;

巴比奇的计算机架构设想与百年之后的现代冯·诺依曼架构计算机的五大要素:存储器、运算器、控制器 、输入和输出的原理是惊人的一致;

所以说,大家应该可以理解为什么巴比奇被称为“通用计算机之父”了;

可惜的是,这两种计算机的体积与投资都非常巨大,以致巴比奇并没能完成它们的最终制作;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

制表机

时间来到1889年,美国人赫尔曼·霍尔瑞斯学习并借鉴了贾卡提花机的工作原理,发明了基础的穿孔卡片数据系统,发明出制表机用于人口普查;

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

霍尔瑞斯

到了1911年,霍尔瑞斯将自己的公司与其他三家公司合并,成立了一家计算机制表公司;

1924年,公司改名为国际商用机器公司(International Business Machines)——简称IBM

提花机——中国古代“高科技”,没有提花技术就没有今天的计算机

IBM601

到了1935年,在计算机科技史上占据重要地位的IBM601诞生,据说这种穿孔卡片计算机可以在一秒钟内得出乘法运算结果;

之后,随着电子管的出现,计算机开始由机械向电子时代的迈进……

结语

古代自然科学的结晶与近现代科学的发展一直是结伴而行的;

中国是一个幅员辽阔、物产丰富、人才辈出的国家,中国文化对世界影响深远,并且跨越了国界疆域,以及时间的限制,中华民族的智慧结晶对全世界不同国家、不同民族的科技进步都有着直接或间接的影响。

所以,不要崇洋,也不要媚外,做一个自豪的中国人!

【本站总编:秦岩     微信号:shaanture      新闻热线:13384928744】


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