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创造的力量—美国19世纪专利模型展
发布于2018/07/03  来源:中国国家博物馆

    
  用创造的力量把人类带向更加美好的明天
  在全国上下深入学习领会习近平新时代中国特色社会主义思想、全面贯彻落实党的十九大精神的大背景下,中国国家博物馆携手中国科学技术协会、清华大学共同主办“创造的力量——美国19世纪专利模型展”,主要目的就是充分发挥中国国家博物馆作为国家文化客厅的重要作用,礼敬在科技发展前沿不懈探索、为提高人们生活水平作出重大贡献的杰出发明家和创新者,展示专利制度作为一种知识产权保护制度对调动激发创新创造活力的重要功能,深化对习近平总书记关于创新是支撑发展第一动力这一重大判断的深刻内涵的理解,推动落实“倡导创新文化,强化知识产权创造、保护、运用”的重要指示精神,为推动践行创新发展理念、实现高质量发展作出应有的贡献。
  美国是世界上较早实施专利制度并且独具特点的发达国家,关于提交专利模型的规定就是其中之一。1790年,时任美国总统华盛顿签署了美国历史上第一部专利法,明确要求专利申请人提交的专利申请文件须同时包括专利说明书、专利图示和专利模型,使得美国成为当时世界上是唯一一个要求专利申请人同时满足三项专利申请条件的国家。之所以如此,主要是因为当时美国的专利审查员无法仅仅通过专利说明书和专利图纸去理解专利原理。同时,专利申请人为了给专利审查员员留下深刻印象以便更容易获得通过,往往会请专业工匠来打造精美的模型,因而使得这些专利模型兼具了实用性和艺术性双重价值。
  独具特点的专利制度为美国早期发展注入了强大的创新创造活力。至1867 年,美国每年通过的专利申请达到13,000 多项。随着专利申请数量的快速增加,检查和保管专利模型的成本和风险也随之提高。1877 年,一场大火烧毁了美国专利局保存的 87,000 个模型,使人们意识到曾经宽敞的大楼已经因为大量模型的存放而变得拥挤不堪了。1880 年,负责专利事务的美国专员发布新规,规定只有当审查人员要求时,专利申请人才可以在提交附图和书面说明书的同时提交专利模型。到1890 年,在26,000 项授权专利中,只有535个模型提交至专利局收藏。1900 年以后,专利申请已经很少提交专利模型了。作为立国之初100 多年间美国发明和进取精神的象征,专利模型遂逐渐成为历史。
  位于美国特拉华州维明顿市的哈格利博物馆与图书馆,从1961年首次获赠800座专利模型后即开始专利模式收藏,至今已有50多年的历史,收藏了5000余件从1809年至1906年间制作的专利模型,覆盖50多种商业门类,全面呈现了推动美国19世纪在地理和经济方面迅速扩张的技术与商业变革,其模型馆藏规模仅次于美国史密森学会。本次展览的60余件19世纪美国专利模型均为哈格利博物馆与图书馆馆藏,包括发动机、交通运输、采掘工业、印刷业、轻工业、衣食住行6个部分,较为全面地展示了19世纪美国在各领域的技术发展和发明创造。与此同时,展览还展出了一份1797年由乔治·华盛顿总统签署的美国专利证书,这份珍贵文件相当程度上展示了美国在建国初期对专利制度的探索和重视。
  科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂,科技创新是实施创新驱动发展战略、实现高质量发展的战略根基。中国国家博物馆作为国家的文化客厅,肩负着促进不同文化交流互鉴的重要职责,既要从各种角度来呈现艺术的美感,更要深入发掘历史文物中所蕴含的丰富人文精神。我相信,通过这个展览,我们一定能够对科技进步促进经济社会发展的内在机理有了更加深刻的理解和认识,坚信在一代代发明家、创新者的不懈努力和持续推动下,人类的知识边界必将不断拓展,人们的生活水平性质不断提高,创造的力量一定会把人类带入更加美好的明天。
  中国国家博物馆馆长 王春法
  单元介绍
  第一部分:专利文件
  1787年,美国各州对专利权的授予达到了顶峰,具有竞争性的发明人之间开始出现州际冲突,在费城制宪会议上,代表们一致同意将颁发专利的权力赋予美国国会。美国总统乔治·华盛顿于1790年4月10日签署了第一部专利法,该法案设立了“实用技术促进委员会”,由国务卿、国防部长和司法部长三人组成,负责专利审查和授权。
  专利法案对专利申请需要提交的文件做出了初步要求,即专利说明书、专利图示和专利模型。1793年,由于仅有三名成员的审查组任务过于繁重,专利的授予改为注册制,直到1836年建立专利局后,才恢复了审查制。
  与当时英国的专利系统相比,1790年美国的专利法主要有以下不同:一、申请专利费只有英国专利费的5%,以确保任何发明人都有财力申请专利;二、不要求专利人实践自己的专利;三、专利在授权时向社会公开技术;四、明确规定专利权的许可和转让。大量有技术创新天赋的无产者受益于美国的专利制度,出现了职业发明家。1885年美国人均专利申请数达到英国的四倍,85%的专利被转化为商品,推动美国进入了经济发展的黄金时代。
  
  专利批准文件——从海盐和海带中提取矿物碱并制钾盐的改良方法
  专利权人:约翰·纳佐罗
  发明地:马萨诸塞州
  获得专利时间:1797 年 1 月 6 日
  专利批准号:145X
  模型材料:木头、黄铜、纸
  第二部分:发动机
  18世纪下半叶,英国开始了第一次工业革命,瓦特改良型蒸汽机被广泛运用,人类社会由此进入“蒸汽时代”。早期的蒸汽机利用蒸汽凝结时产生的真空做功,最早被用来抽取矿井的废水,后来则使用蒸汽膨胀来做功,其基本原理是使水沸腾并产生高压蒸汽,蒸汽膨胀后推动活塞做功,从而带动机器运转。18世纪末19世纪初,工业革命逐渐向欧洲大陆和北美传播。
  19世纪以后,美国成为工业发展最迅速的国家。工业革命促进了美国从手工劳动为基础的工业到以机器为基础的制造业的转变。这种转变大幅提高了生产总量,促进了经济增长。蒸汽机驱动的蒸汽机车在工业革命的铁路大发展中至关重要,是美国西部发展的主要推动力。
  1870年以后,第二次工业革命蓬勃兴起,电力和内燃机被广泛运用,人类社会进入“电气时代”。1831年英国科学家法拉第发现“电磁感应定律”,1866年,德国人西门子制成发电机,1879年爱迪生发明了电灯,随着电力科学的发展,电能很快地被运用在了各个领域。
  内燃机的原理是将燃料和空气混合,在机器内部燃烧,使气缸内产生高温高压的燃气,利用膨胀的燃气来推动活塞做功。相比起蒸汽机,内燃机的效率更高,体积更小,解决了交通工具的发动机问题,远洋轮船、飞机得以迅速发展。内燃机的发明,还推动了石油的开采和化工工业的产生。
  通过两次工业革命,人类社会从“蒸汽时代”发展到“电气时代”。蒸汽机的改进推动了工厂的生产方式由手工制造转向机器工业,发动机的不断更新换代,使生产效能不断提高,使多样化的能源逐渐被利用起来,内燃机和电力技术的发展改变着人类的生活方式。
  第三部分:交通运输
  19世纪的美国东北部工商业较发达,南部是种植园经济,西部是生产粮食的商业农场经济,由于三大地区的经济逐渐专业化,美国政府发起第一次改善交通运输的浪潮,包括修建公路、铁路和开凿运河。
  公路修建方面:1818年,国家公路以马里兰的坎伯兰为起点修到了弗吉尼亚的惠林,1833年修到俄亥俄的哥伦比亚。这些道路连接沿海城市,打开了东西部的通道,改善了城市之间的交通和贸易。
  航运方面:1807年,罗伯特·富尔顿以蒸汽为动力的汽船“克莱蒙”号,在哈得逊河首次试航成功,开创了汽船航运业。1825年,伊利运河通航,连通了北美五大湖与纽约市,成为哈得逊河到伊利湖的东西交通线,伊利运河是当时沟通东西部的一条最重要的也是最繁忙的水上通道,它使得美国东西部的交通运输状况大为改观。从奥尔巴尼到布法罗,原来要辗转20天,伊利运河通航后只需要6天,运费也从每吨90至100美元下降到了8至10美元。1850年,美国运河长度达6400公里,形成了贯通东西南北的运河网。
  铁路修建方面:19世纪中叶,铁路逐渐成为美国交通运输的主要手段。1850年,美国铁路通车路线达14000多公里。1860年,美国的铁路长度猛增到近50000公里,超过英国居世界首位。铁路的快速发展有力地促进了美国中西部的开发。从辛辛那提到圣路易斯水运距离为1100公里,铁路运行线路只有500公里。使运费进一步降低,中西部的农产品得以销往更为广阔的市场。在短短的二三十年,中西部的面貌发生巨大变化,在这样历史性的大变化中,铁路起着决定性的作用。
  第四部分:采掘工业
  矿产资源的发现,是人口大规模流动和密集的诱因。贯穿美国整个19世纪的“西进运动”,其重要诱因便是加利福尼亚的金矿、五大湖地区的煤铁以及落基山区丰富多样的矿藏的发现。
  首先是以黄金的发现为开端,引发了1849年加利福尼亚亚美利河流域的淘金热、1859年内华达境内的康姆斯托克淘金热以及1876年的南达科他州的布莱克山淘金热。1851年至1855年美国的产金量,几乎占到了世界的45%。
  在淘金、采金的带动下,西部的采矿业也一步步向纵深发展,开始进入到一个新的阶段。从前期的群众性的浅层采矿发展到专业采矿公司进行的深层开发,所采矿种也从金、银发展到铜、铅、锌等金属矿种,五大湖矿区发展出了以钢铁冶炼,机器制造和汽车生产为标志的重工业。美国的工业产业得以升级,匹兹堡、克利夫兰、芝加哥和底特律成为新的工业中心。1889年至1900年,美国的钢产量从120万吨上升到1020万吨,1880年建成第一家发电厂,到1902年全国发电量已达60亿千瓦时。
  与此同时,工业生产也在很大程度上对环境造成了破坏。火车和工厂都以生煤为燃料,造成大量烟尘污染。匹兹堡、圣路易斯等城市都被黑色的烟雾笼罩,有时地平面上的雾霾太过严重,甚至白天也得点着路灯。1900年,有研究显示煤烟和支气管炎、肺炎等呼吸系统疾病有直接关联,芝加哥等城市通过了反烟雾法案。
  第五部分:印刷业
  1810年,美国出现了效率相当于人力印刷机10倍的滚筒式印刷机。1811年,移居英国的德国机械师弗雷德里希·柯尼希和安德里亚斯·保尔发明了用蒸汽机带动的滚筒纸平版印刷机,使印刷由手工走向机械化,印刷速度达到1000—1200张/小时,是原来印刷机的5倍。1846年,美国出现高速印刷机,速度又提高10倍,1863年美国又出现双面印刷机,速度再次提高5倍。
  随着印刷速度提高,原来的手工排版速度远不能满足需要,1884年,美国巴尔的摩的德国移民奥托马·摩尔根塔勒发明了整行排铸机,使排字不再是一个字母一个字母地排,而是整行整行地排字,浇铸后将其排到指定的位置,该机器每小时可排铸5000多个字母。该年美国的《纽约先驱报》第一个采用了这种整行排铸机。行排技术一直使用了近一个世纪之久。1885年,美国人兰斯顿发明铅字自动排铸机。新的印刷技术不断得到进一步更新和完善,印刷的速度、质量、效率不断提高。
  在印刷技术的提高和美国报业的发展相互促进下,19世纪美国的文化商品市场快速发展起来。独立战争胜利后的1783年,美国出现了第一张日报,即《宾夕法尼亚晚邮与每日广告报》。19世纪三四十年代,《太阳报》《先驱报》和《论坛报》等纽约三大便士报和亨利·雷蒙德开创的廉价报纸《纽约时报》兴起,由于竞争激烈,当时报刊定价很低,《太阳报》定价2美分,《先驱报》定价3美分,《论坛报》售价4美分,这批报纸以普通百姓为目标读者,从政党经费支持转向以广告支撑报业独立运营。19世纪90年代后期,《新闻报》和《世界报》的发行量相继超过100万份。
  第六部分:轻工业
  1812年战争之前,美国的制造业大多还是个体家庭或小型独立作坊,人们靠手工或简单机械制造产品。科技的不断进步和需求的日益增长带来了制造业的根本变革。最开始是新英格兰地区的纺织业开始使用水力驱动机,建立了工厂体系,随后工厂制度渗透到马萨诸塞州东部一带的制鞋工业,到19世纪30年代,工厂化已经普及开来,波及各个行业。
  不断涌现的新兴技术、新材料、新工艺,促进了19世纪美国工业的快速发展。美国的专利制度,特别是专利许可转让市场体系的建立,更激发了民众创新的热情,发明家成为一种职业,许多发明者都申请了不止一项专利。托马斯·爱迪生获得1093项专利,保持了一个发明家单独获得最多专利的记录,埃德温·兰德以533项专利位居第二。当时的职业发明家倾向于将不同的专利转让给不同的受让人,其中一个典型的例子是理查德·加特林,他的专利从水稻播种机、机动拉犁到著名的加特林枪,时间跨度达60年,他从不长时间依附于一家公司,而是依靠出售或许可专利给一系列不同的制造商而获利。
  据记载,1845年美国专利局登记了2108件专利转让合同,到19世纪80年代,平均每年在美国专利局登记的专利转让合同数增至12000件,专利市场的兴旺发展激励发明家进行更多的发明活动,美国的生产效率也得以不断提高。
  第七部分:衣食住行
  19世纪的美国,企业家们开始把技术看作是一种强大的竞争手段,铁路公司希望有功率更大的机车和更加宽大的车厢,钢铁公司希望有更加高效的采矿机和熔炉,在技术更新换代如此频繁的时代,掌握了新技术的企业就掌握了先机。
  除了企业家之外,普通市民也沉迷于技术,发明一个紧接着一个问世:1865年的制冰设备、1869年的真空吸尘器、1876年的电话、1878年的留声机、1879年的电灯泡、1886年的电焊机以及1895年第一辆美国造的汽油发动机汽车,这还只是其中的一小部分。许多美国人愈发期待越来越多的创新产品,大量新的、更便宜的各种消费品不断涌现。制造商在报纸上投放大量的广告来推销许多大规模生产的消费品,报业得以靠广告独立运营;依靠轮船和铁路,大规模生产的消费品得以从工厂运送到各个城市,出现了百货公司和邮购公司,这改变了美国人的生活习惯。
  发明家以他人想法为基础,对一项已经存在的技术进行改进,一代又一代改进不断地积累起来,使技术得以逐步完善,促成了许多我们今天所看到的技术奇迹。
  来源:http://www.chnmuseum.cn/Portals/0/web/zt/20180530innovation/

 

 

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