三国时代的机械设计大师——马钧

马钧，字德衡，三国时期魏国扶风（今陕西省兴平县）人，生活在东汉末年这一时期。生卒年代不详。他可以说是我国古代的机械设计大师。其许多发明创造对当时生产力的发展起了相当大的作用。因为他在传动机械方面有很深的造诣，所以当时人们对他的评价很高，称他为“天下之名巧”。马钧从小口吃，不善言谈，但是他很喜欢思索，善于动脑，同时注重实践，勤于动手，尤其喜欢钻研机械方面的问题。马钧早年生活比较贫困，长时间住在乡间，比较关心生产工具的改革，并且作出了突出贡献。

1．新式织绫机
我国是世界上生产丝织品最早的国家，也很早就发明了简单的织绫机。这种织绫机有一百二十个蹑（踏具），人们用脚踏蹑来操控它，织一匹花绫得用两个月左右的时间。到三国时，仍然是五十根经线的织绫机五十蹑，六十根经线的织统机六十蹑，非常笨拙。马钧看到工人在这种织绫机上操作，累得满身流汗，生产效率很低，就下决心改良这种织绫机，以减轻工人的劳动。于是，他深入到生产过程中，对旧式织绫机进行了认真研究，重新设计了一种新式织绫机。新织绫机简化了踏具，改造了桄运动机件（即开口运动机件）。原来的织绫机五十根经线的五十蹑，六十根经线的六十蹑，马钧统统将其改成十二蹑。经过这样一改进，新织绫机不仅更精致，更简单适用，而且生产效率也比原来的提高了四、五倍，织出的提花绫锦，花纹图案奇特，花型变化多端。新织绫机的诞生，是马钧一生中最早的贡献，它大大加快了我国古代丝织工业的发展速度，并为我国家庭纺织手工业的发展奠定了某础。

2．翻车（龙骨水车）
在没有实现电力提水浇灌农田以前，我国许多地区都广泛使用着一种龙骨水车，也叫翻车。它应用齿轮的原理使其汲水，非常好用。我国应用水车有着悠久的历史，据古籍记载，东汉末年有个叫毕岚的人曾有翻车的制造，但那时的翻车还比较粗糙。直到三国时期，机械发明家马钧重新发明创造了一种新式翻车，才使得翻车得到了广泛推广应用。
马钧当时在魏国作一个小官，经常住在京城洛阳，当时在洛阳城里，有一大块坡地非常适合种蔬菜，老百姓很想把这块土地开辟成菜园，可惜因无法引水浇地，一直空闲着。马钧看到后，就下决心要解决灌溉上的困难。于是他又在机械上动脑筋。经过反复研究、试验，他终于创造出一种翻车，把河里的水引上了土坡，实现了老百姓的多年愿望。据记载，马钧创造的这种翻车，“其巧百倍于常”，用时极其轻便，连小孩也能转动。它不但能提水，而且还能在雨涝的时侯向外排水，可见功效之高。这种翻车，一直被我国乡村历代所沿用，在人类发明水泵之前，翻车是世界上最先进的提水工具。


3．指南车的再现
指南车是一种辨别方向的工具。我们的祖先很早就创造了指南车。据我国古史上传说，4000多年前，黄帝和蚩尤作战，蚩尤为使自己的军队不被打败，便作雾气，使黄帝的军队迷失了方向。后来，黄帝制造了指南车辨别了方向，终于打败了蚩尤。又传说3000年前，远方的越裳氏（在今越南）派使臣到周朝，迷失了回去的路线，周公遂制造指南车相赠，以作为指向工具。这些故事，虽然是传说，特别是蚩尤作雾，更是一种神话，但是我国指南车的发明，实在是极为久远的事情。东汉时期，伟大的科学家张衡就曾利用纯机械的结构，创造了指南车，可惜张衡造指南车的方法失传了。
到三国时期，人们只从传说上了解到指南车，但谁也没见过指南车是啥模样。当时，在魏国任给事中的马钧对传说中的指南车极有兴趣，决心要把它重造出来。但当时的许多人都持怀疑态度，不相信马约能造出指南车。有一天，在魏明帝曹睿（曹操之孙）面前，一些官员就指南车和马钧展开了激烈的争论，明帝遂令马钧制造指南车。马钧在没有资料，没有模型的情况下，苦钻苦研，反复实验，没过多久，终于运用差动齿轮的构造原理，制成了指南车。事实胜于雄辩，马钧用实际成就，胜利地结束了这一场争论。马钧制成的指南车，在战火纷飞、硝烟弥漫的战场上，不管战车如何的翻动，车上木人的手指始终指南，引起了满朝大臣的敬佩，从此，“天下服其巧也”。

 
4．水转百戏
马钧在传动机械方面的研究，造诣是很深的，成绩也是极其卓著的。“水转百戏”的研制成功，足以说明这一点。
一次，有人进献给魏明帝一种木偶百戏，造型相当精美，可那些木偶只能摆在那里，不能动作，明帝觉得很遗憾，遂命马钧加以改造。没有多久，马钧就成功地创造了“水转百戏”。他用木头制成原动轮，以水力推动，使其旋转，这样，上层的所有陈设的木人都动起来了。有的击鼓，有的吹萧，有的跳舞，有的耍剑，有的骑马，有的在绳上倒立，还有百官行署，真是变化无穷。并且这些木人出入自由，动作极其复杂，巧妙程度使原来的百戏木偶无法比拟。“水转百戏”的研制成功，在我国古代木偶艺术中，应该说是非常卓越的创造。

5．改进连弩
马钧在兵器制造方面也有不少发明创造。从历史文献当中可以证明，他在兵器学方面的精深研究，足以和同时代的军事学家诸葛亮相比。那时候，魏国和蜀汉之间战火不断。蜀汉军事家诸葛亮在出师北伐时，曾发明了一种可以把箭接连发射出去的连发弩器——诸葛弩。它每次可发数十箭，威力很大。魏军在战场上拣到，颇感惊奇。当时已经年老的马钧看到连弩后，认为这种兵器很好，但又曰：“巧则巧矣，未尽善也”，并说改进之“可令加五倍”。 （《三国志•魏志•方技传》裴松之补注）于是，他便将连弩进行了改进，果然效果甚佳。可惜他的改进得不到魏国承认，马钧只能空抱遗憾。

6．轮转式发石车
官渡之战时，曹操曾使用一种发石车攻击袁绍，这种发石车可以抛出大石块攻击敌人，在当时威力巨大。但这种发石车也存在缺陷，如速度较慢、只能单发、不能连续抛石等。只要敌方在城楼上挂起湿牛皮，就能挡住发石车抛出的石块。马钧就在原来作战用的发石车的基础上，重新设计出了一种新式的攻城武器——轮转式发石车。它是利用一个木轮子，把石头挂在木轮上，这样，装上机械带动轮子飞快地转动，就可以把大石头接连不断地发射出去，使敌方来不及防御。马钧曾用车轮子来做试验，可以连续把几十块砖瓦射出几百步远（裴松之补注《三国志•魏志•方技传》：“欲作一轮，县大石数十，以机鼓轮为常，则以断县石飞击敌城，使首尾电至。尝试以车轮县瓴甓数十，飞之数百步矣。”汉代一步约合1.45米）如果使用了这种新式武器，曹军的作战能力定会大大增强。可惜的是，因不善言辞，马钧的发明被别人攻击得一无是处。马钧的朋友、文学家傅玄曾先后向安乡侯曹羲和武安侯曹爽推荐这个发明，但曹爽却没有理睬这件事，马钧的设想当然也就无法实现了。

马钧在手工业、农业、军事等方面有很多发明创造，是三国时代最优秀的机械专家，就是在我国古代几千年的历史当中，也不多见，堪称一代设计大师。当时，文学家傅玄曾称赞他说：“马先生，天下之名巧也。”但遗憾的是，马钧的许多发明创造都没有得到重视。他的一生，始终郁郁不得志。傅玄对此感慨颇深地说：“马先生的巧，虽古时的公输般（鲁班）、墨翟，以及近代的张衡，也比不过，但公输般和墨翟都能见用于时，张衡和马钧的一生却不能发挥其长，真是最可痛心的事。”

参考资料：
1．我国古代的机械大师—马钧，中国网，http://www.china.com.cn/tech/
2．李贤哲：三国时期的发明家——马钧，http://www.gzzxb.com/
3．马钧，百度百科，http://baike.baidu.com/