前言

一

笔者毕生从事机械原理与机械设计类课程的教学和机构学与机械动力学领域的研究工作。2006年退休后转向机械工程领域发展历史的著述，先后出版了《机械动力学史》［ZC2］和《机械工程史》［ZC1,ZC8］。现在撰写完毕的《机构学史》，是笔者的最后一部著作。

本书简要地描述了几千年来古代机构的发明历史，并较详细地介绍了近代机构学和现代机构学诞生和发展的历史，以及机构学的各分支领域在近代和现代发展进步的历史。

在古代，人类创造和使用了许多机构，但没有产生机构学理论，这可以从一些机械史类的书籍中得到了解。同时，作为一门重要学科的“机构学”的全部历史，笔者也仅见到数篇文章加以描述［AI2,AJ,KT］，其中最长的一篇文章［KT］也仅有20页，限于文章的篇幅，这种描述当然是粗略的。

美国机构学家A.Erdman撰写的《四十年来现代运动学的发展》一书［EA2］是有代表性的、篇幅较长的一部著作，但它只描述了现代机构学从20世纪50—90年代初的发展； 虽然也涉及古代和近代的一些问题，但描述甚为简单。显然，应该有专门论述世界机构学的形成和发展历史的专著，才能把学科发展的背景、史实、人物、代表性的学说和论著、研究范围的扩展和变化等基本问题讲清楚。但是，几十年来一直在机构学领域工作的笔者，却始终没有见到这样的专著。也就是说，迄今为止，还没有一本针对整个机构学史进行全面、细致地阐述和研究的史书。

依笔者之所见，国内外在机构学史方面开展的研究中存在着如下一些缺陷和不足。

（1） 关于近代机构学，目前对其发展史的论述尚少，而且不够细致、存在偏差。第一，在现有文献中介绍了一些近代机构学的孤立的史实，但缺少对史实之间逻辑联系的描述； 第二，关于机构学在近代诞生和发展的历史脉络的研究中，对于机构学的称谓，是theory of mechanism and machine（TMM），还是kinematics，在现有的文章中也还存在着分歧［EA2,AI2,AJ,KT］； 第三，还存在着由于政治因素导致的彼此的偏见（这种情况并不是太多，主要存在于苏俄和西方之间）。笔者已经注意到这些问题，并通过研究形成了自己的独立见解,在本书中提出了鲜明而清晰的论点。

（2） 关于现代机构学，虽然个别文献（如［EA2］）对20世纪50—90年代初机构学的发展作了较为详细的介绍，但是对中国学者的贡献只是星星点点地提及一些。这也难怪，中国的现代机构学研究在20世纪80年代才刚刚崛起。但是，中国很快就形成了世界上最大的机构学研究队伍，涌现出以黄真、杨廷力、戴建生等为代表的一批已站到世界机构学顶级位置的高水平学者。现在，中国已成为和美国、欧洲形成鼎足之势的机构学研究大国［DJ2］。文献［ZH,ZH8,LR］对中国机构学的进步作了较全面的介绍，但对全球机构学的论述尚显不足。总的来说，目前对现代机构学的发展作出了完整论述的文献尚少。

（3） 现在几乎所有涉及机构学史的文献（无论是近代的，还是现代的），对推动机构学发展的社会、政治、经济和科技背景缺少足够的描述。对于机构学这样一个与机械工程的发展紧密联系的学科，应该用唯物史观去指导其发展历史的研究。

本书沿用笔者始终采用的科技史的“外史写法”［LB］，即在社会的政治与经济的发展，以及基础科学和相关科技领域发展的大环境下，来描述一门学科的发展史（见第1章）。

本书注重描述机构学发展的历史脉络，试图揭示一些历史事件之间的联系。本书对近代机构学的诞生，提出了一个新的观点： 近代机构学的诞生，从安培（AM Ampère）的命名（kinematics）开始（1834），到雷罗（F.Reuleaux）建立机构结构学的基本概念（1875），是一个持续了40余年的历史过程。本书对国际机构学界多认为“安培的命名标志着机构学的诞生”的意见提出了异议（详见第4章、第5章）。

二

此书撰写中最费周折，而完成后笔者的自我满意度又偏低的部分是第9章，即有关现代机构学在中国的起步和发展的一章。写作之初，脑子里就有这样一个念头： “虽说是写世界的机构学史，但毕竟是中国人在写，所以中国的部分当然要加强些。”但加强到什么程度？怎么掌握这个分寸？笔者预先缺少一个明确的、可执行的界定，结果越写越多。又担心，写得多了如何掌握平衡？把不太重要的写了，比较重要的遗漏了怎么办？

于是，商量出了现在用的办法： 选出11个在机构学领域贡献较多的学校和团队。重点把这几所学校的机构学研究历史写出来，这样，中国机构学发展中最重要的事件应当不会有太多的遗漏。但这样一来，在现代机构学的部分，中国的分量就显得太过偏重了。也曾想给这本书加个副标题，想了想，不好加，算了，就这样吧。

这些学校和团队机构学研究简介的篇幅一般在1400~2000字，载于9.4节中，主要撰稿人如下：（依校名和团队名的汉语拼音顺序排列）： 

（1） 北京工业大学机构学研究简介 （余跃庆撰稿）

（2） 北京航空航天大学机构学研究简介 （于靖军撰稿，丁希仑审定）

（3） 大连理工大学机构学研究简介 （王德伦撰稿）

（4） 哈尔滨工业大学机构学研究简介 （郭宏伟撰稿）

（5） 华南理工大学机构学研究简介 （张宪民撰稿）

（6） 南方科技大学机构学研究简介 （戴建生撰稿）

（7） 清华大学机构学研究简介 （谢富贵撰稿，刘辛军审定）

（8） 上海交通大学机构学研究简介 （郭为忠撰稿，邹慧君审定）

（9） 天津大学机构学研究简介 （陈焱、刘海涛、孙涛、戴建生等撰

初稿，黄田、张策补充审定）

（10） 燕山大学机构学研究简介（黄真撰稿）

（11） 杨廷力团队机构学研究简介（杨廷力、沈惠平撰稿）

此外，关于IFToMM（国际机器与机构理论联合会）技术标准化委员会的部分（7.2.3节）由福州大学张俊教授撰写，关于IFToMM中国委员会简介的部分（9.2.4节）由天津大学吴芝亮副教授撰写，11.2.3节折纸机构的部分特请天津大学陈焱教授撰写。

应该说明，以上参与了部分章节撰写的同志并未参与全书总体方案的研究，而笔者却参与了他们所撰写的内容的修改，故全书整体内容的疏漏与存在的缺陷的责任均由笔者承担。

三

本书最后附有人名表和术语的汉英对照和索引。人名表列有出现在正文中的人物，以机构学领域的人物为主，也包括一些相关领域（但不包括政界）的人物。术语的汉英对照和索引给出了出现在各章中的技术术语和其他相关词汇。

作为一本科技史书，本书对参考文献比较重视。为了便于编辑和查找，本书采用了一种新的编辑文献号的方法，详见参考文献中的说明。

笔者的毕生事业可使笔者算作机构学的圈内人。但是，机构学的范围较大，笔者真正从事的研究工作只不过局限于一个不大的领域。关于整个机构学范围的知识都是学习得来的，甚至很多都是在写书过程中学习而得来的。因此，在史实和观点上肯定存在着一些谬误之处，恳请各位读者不吝指出。

四

本书的撰写得到了国家自然科学基金委员会的项目和资金支持，这也极大地增强了笔者的信心，在此，首先向国家自然科学基金委员会和有关的同志们表示衷心的感谢！

本书的撰写也得到了国内很多同仁的帮助。

笔者在构思和撰写的全过程中，曾不止十数次地与杨廷力教授进行讨论。从全书的整体布局到大多数章节的内容，再到一些具体技术问题的提法与描述，杨廷力教授都提出了很多宝贵的意见。

戴建生教授多年来提供给笔者很多关于机构学发展，特别是关于旋量理论的资料。这次他知道我在撰写此书，又提供给我多份在国内难以找到的资料，并对本书的内容提出了一些修改建议。

天津大学机械工程学院刘建琴副教授是笔者撰写此书的合作者和助手，她与笔者一同申请了国家自然科学基金，帮助笔者撰写文章、撰写部分章节、研讨一些章节、审阅文稿并提出修改建议、查询资料，做了大量工作。

参与撰写11个学校和团队机构学研究的同志，国内机构学界的其他同仁，特别是余跃庆、于靖军、廖启征、王德伦、邓宗全、张宪民、刘辛军、邹慧君、郭为忠、黄田、陈永、黄真、李秦川、沈惠平、杭鲁斌等各位教授都对笔者提供了很多帮助，提出了宝贵的意见。邹慧君先生还曾多次向笔者介绍中国机构学的发展，包括很多细节。

此外，北京大学力学系教授武际可先生，天津大学机械工程学院力学系姜楠教授、刘习军教授，在笔者遇到力学问题时多次提供了帮助。武际可教授早在笔者的另一本著作《机械动力学史》的撰写中就曾给予指点。

IFToMM中国委员会前任秘书长项忠霞、现任秘书长吴芝亮在核实IFToMM组织状况以及IFToMM中国委员会的历史方面给予笔者很大帮助。

硕士生刘明军等也帮助寻找了资料。

天津大学图书馆的同志们在提供图书和文献传递方面总是给予笔者及时的帮助。

笔者对于上述同志给予的帮助表示衷心的感谢！

笔者还要感谢曾指导过的几位博士生，现任天津大学等校的教授和副教授，感谢他们在我的家庭遭遇重大变故的时刻给予我和我妻子的巨大帮助和安慰。他们是宋轶民、冯志友、王喆、杨玉虎、孙月海、刘建琴、王世宇、常宗渝和张俊等。他们在文献资料搜集方面也给予了我许多支持。

清华大学出版社接受此书的出版，副社长庄红权同志给予了大力支持，编辑龚文方同志极其认真地阅读修改了稿件，对此，笔者表示十分感谢！

对所有给予过我指导和帮助的诸位同仁表示衷心的感谢！

感谢我挚爱的夫人冯丽娜女士数十年来对我的事业给予的充分理解和极大支持！

张策

2024年3月