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人类制造的最不可思议的机器有哪些?

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发表于 2017-3-6 11:36:07 | |阅读模式
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发表于 2017-3-6 11:44:29 |

< 多拉巨炮 >

多拉巨炮是由希特勒下令研究的一种超重型火炮,

先上参数:

口径:800mm
入役:1942年
全炮长:约43m
炮高:12m
系统全重:1350吨
最大仰角:53°
有效射程:40km
配两种炮弹:800毫米 Sprgr高爆弹。使用HbgrZ 40K型引信,全重4800公斤,其中装药700公斤。
800毫米 Gr Be穿甲弹。使用Bd Z C/38型引信,全重7100公斤,装药250公斤。
炮弹射速:720米/秒(穿甲弹) 820米/秒(高爆弹)
射程:28-47公里
制造厂商:克虏伯

          1935年,为了突破法国的马奇诺防线,希特勒下令研制一种超过“巴黎大炮”的新型超级巨炮。依旧由德国著名的的克虏伯兵工厂承担这一艰巨的任务。经过7年的努力,1942年春,克虏伯兵工厂终于造出了一种800毫米口径的超级巨炮。它大得出奇,炮膛内可蹲下一名大个子士兵。为纪念该厂的创始人古斯塔夫·克虏伯,希特勒叫它“重型古斯塔夫”。而设计师穆拉为纪念自己的妻子,将巨炮命名为“多拉”[Dora(穆拉妻子的名字)],但德国炮兵则更喜欢叫它“多拉”炮。

多拉巨炮的炮弹


  “多拉”除了在身管长度和射程不如“巴黎大炮”外,在许多方面都堪称世界之最:全炮约长43米、宽7米、高12米、重1350吨,几乎是“巴黎大炮”的两倍。炮弹也大得惊人,其中榴弹丸重4.81吨。另一种用于破坏混凝土掩蔽部的弹丸则重达7.1吨,内装200公斤炸药。据说它的威力足以击穿3公里以外厚度为850毫米的混凝土墙。 作为对比,依阿华级战列舰 有9 门 406 毫米主炮,每发炮弹的重量才是 1200 多公斤,就足以在地面上炸出足球场那么大的大坑,一发炮弹就足以摧毁一个炮兵连,更不要说 多拉大炮的 7.1 吨重炮弹威力。

多拉巨炮复原模型(1:35)
链接:http://tieba.baidu.com/p/2248607141?pn=2


  多拉”作为德军最高统帅部的王牌,由一名陆军少将担任总指挥。射击时则由一名上校具体指挥。直接操作大炮的士兵多达1400多名,加上两个担任防空任务的高炮团、警卫人员、维修保养人员,共需 4000 多人。

希特勒视察多拉巨炮


  不过,由于个头太大,“大多拉”的运输、操作、保障都极为不便,这极大地影响了它的实战能力。仅就运输而言,需要首先把各部件卸下来分别装车,运炮车与两层楼的楼房相当。整座大炮及所需的弹药需动用60节车皮。而且,由于炮身过宽,标准宽度的铁路无法运输,需要专门铺设特制的轨道。到达发射阵地后,还需要借助巨大的吊车将各部件安装在炮架上。仅安装好这门巨炮,就需要大约1500人整整忙活3个星期。

运输中的多拉巨炮炮管


  在试验弹道性能时,装弹机还不太完善,只好用一台起重机把4吨重的炮弹吊送到炮身尾部,再用一辆轻型坦克把它猛地推撞到炮膛里。为了把火炮运送到试验场,特地设计了3辆构造特别的巨型运输列车。沿途的桥梁无法承受这样大的重量,列车只好绕过很长的弯路而行驶。到达阵地后,先用2台巨型起重视吊装底座,然后安装炮架、炮管和装弹机构,高矗的巨炮十分雄伟壮观。

 为了把火炮顺利运送到前线,德国人特地设计了三辆车厢编组构造特别的巨型运输列车,由于沿途的桥梁都无法承受这样大的重量,列车只好绕过很长的弯路而行驶。为了预防苏军飞机轰炸,阵地四周部署了高炮部队和警戒飞机,大量步兵和警犬在周围10公里范围内日夜巡逻。一旦发现有苏军飞机轰炸,立即由化学兵施放烟幕掩护。参加指挥、操作、警卫的总人数达到4000人以上,它的炮弹也是骇人听闻,每一枚穿甲弹重7.1吨,一枚高爆弹重4.8吨,推进燃料重约1.8吨到2吨。可容纳4个人多拉巨炮炮口


  当时,驻守塞瓦斯托波尔的苏军决心进行持久防御,筑起了坚固的防御工事和地下弹药库,其中弹药库是动员数千军民经过长期苦战建造起来的。为了防御敌机轰炸或炮火袭击,弹药库建在地下30米的深处,上面覆盖有厚厚的钢筋混凝土,里面储藏了大量武器弹药。不过,它仍然没有抵抗住“多拉”列车炮的轰击,弹药库被直接命中后摧毁,连锁爆炸导致近千名苏军伤亡,可是当时苏联人并不知道是什么武器造成这次灾难的。有人分析是德国JU—87轰炸机扔下了巨型炸弹,有的说是德国间谍蓄意破坏。直到战争结束后很长时间,在清理建筑废墟时发现有个直径特别大的弹坑,苏联人才意识到是德军使用超重型火炮发射的巨型炮弹击中弹药库,引起链式反应弹药爆炸,毁灭了这座无比坚固的建筑。

  1942年8月中旬,这种大炮被运往斯大林格勒,但是它也无法改变德军遭到惨败的命运,为免被缴获,超级武器又被匆匆运回。1944年华沙起义时,“多拉”列车炮又会同一些巨型臼炮对起义者进行了无情的镇压,将华沙全城夷为平地。1945年4月,德国人为免它被缴获,将“多拉”拆毁,盟国军队缴获了这门巨炮的一些部件,并在德国希尔雷本靶场发现过一根炮管和几发炮弹。
  二战结束时,“大多拉”炮成为苏联红军的战利品,以后又被运到盟军占领区,成为盟军研究巨炮的样品。最后,这座空前绝后的超级巨炮被盟军拆解,结束了它短暂而奇特的—生。

附:
德军二战时期制造的“多拉”列车炮有什么实际的作战意义? - 军事
军武次位面 第一季    优酷<军武次位面>第七期:巨炮传说

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发表于 2017-3-6 11:49:57 |
//2015.1.20 更新多路选择器,锁存器,你们都以为我要太监了吧!我会更完的!

我决定占个坑准备写我人生中第一个长答案。

我心目中最不可思议的机器大概是计算机。这里计算机的概念包括所有涉及数字电路的东西,自从我上了数字逻辑设计之后我就对这一类的东西感到无比敬畏。这一类东西的终极体现,就是现在的家用计算机,手机,单片机,超级计算机等等的具有编程能力的计算设备了。我一直以为这类计算设备是人类历史上工程学的顶峰,处处体现着人类智慧的伟大之处,精巧得无与伦比。

为什么呢?

可能因为我对计算机这个东西了解比较深吧,毕竟大学上过课,所以可能觉得它真是神奇,而对于其他的东西比如火箭和航空发动机,我就没什么了解,啥都不知道自然不理解它的复杂性。
评论区 @阿傩 提到,计算机其实从结构上不复杂,它由很多大的部分组成,每个大的部分里面有很多重复的东西。我其实还蛮同意这个观点的。不过我还是坚持我的看法。在我有限的知识范围内,我觉得计算机最为不可思议的逻辑其实是这样的:
我们不能用一样东西的功能集成度来判断一个东西复不复杂,你肯定不能仅仅因为一辆汽车里面有行车电脑就认为汽车比计算机来得更加精巧对吧。为什么我觉得计算机非常精巧,是因为计算机的每一个小部件,都是为计算机整体服务的,你把内存拆出来,它什么事也干不了;你把8253计时器单独拿出来,它也没什么用,你必须把它加到一个计算机系统里面,它才能发挥作用。计算机的每一个部件,从高级的主板,CPU直到三极管级别,都是为计算机整体服务的。这里当然涉及了很多层的抽象:从三级管到门,从门到全加器和多路选择器这类数字电路器件,从数字电路器件到比如ALU和控制器这样的中型集成器件,再到CPU和内存这样的高级集成器件等等。其中每一层的设计都很精巧,足够让人赞叹。这里每一层的抽象,目的都只有一个:计算机,或者像我上面所说,可编程的数字电路计算设备。当一个工程设计涉及了无数层的集成和抽象,其中每一层都很美妙的时候,最终产品的精妙真的只能用脏话来形容了。这个答案也就是为了展现其中每一层抽象设计的精巧所在。

我会试图用最简单的语言把它讲清楚。

目录
三极管
二元布尔代数和逻辑门
全加器和多路选择器
锁存器和触发器
时序逻辑和自动机理论
模型机和控制器
CPU结构
储存器结构
总线
现代计算机架构


appendix
有关半导体的初步知识和光刻技术
图灵机和可计算性理论初步


那么,我们从三极管开始慢慢讲起…
//12月26日更新
这是一个电子管:
这是一个晶体管:
这是一个MOSFET的示意图:

严格来说,MOSFET其实是晶体管的一种。

这三样东西都可以被叫做三极管(Triode),一种电气器件。

这三样东西在历史上都曾经被用作数字电路的基本部分,先是电子管,然后是BJT晶体管,然后是MOSFET,现在常用在集成电路里面的就是MOSFET了,因为它能做的特别小,小到几十纳米(怎么做出来这种很小很小的三极管我后面会介绍一下)。具体它们怎么工作的大家不用知道,涉及半导体物理,这个我也不是很懂,只需要知道它们的功能:能够做成一个电子开关。电子开关就是能用电信号控制电路通断的一个开关。啥意思呢,假设你家里现在装了一盏灯,如果它装了一个电子开关,那么你就需要给这盏灯的开关施加一个电压才能把灯打开。这显得特别蠢,因为为啥我不直接把电压加到灯泡上呢?这是因为:我只需要给这个开关施加一个很小的电压就能让开关打开,而这个电压未必能足够让灯亮起来,这是三级管的放大作用,不过在数字电路里边不会用到;另一个原因是有一类电子开关是反着来的,高电压断路,低电压接通。这两种电子开关就是我们用来做计算机的玩意儿了。

用电子开关去焊一台计算机出来貌似很遥不可及,不过现在我们手头有了电子开关,我们可以做一些简单的东西了:
逻辑门

大家耳熟能详的一句话叫做计算机只认识0和1,这个是什么意思呢。计算机里面的数字电路是基于某一种特殊的布尔代数的,布尔代数这个名字听上去有点吊吊的,但是这种特殊的布尔代数其实就是在0和1上的运算,只有0和1,这个概念和二进制有点不一样,二进制是一种计数法,二元布尔代数只有0和1两个东西,没有2啊3的,也没有10,11。计算机使用布尔代数的原因倒是不难想,因为高电平和低电平(电平这个词大家就理解成一个电压标准好了)天然适合表示0和1,你要它表示一个新的数,你得弄个中电平出来,这个东西在电路设计里面就很麻烦了。不如用高低电平来表示,这样直接用电路通断就能很方便的控制了。布尔代数这玩意牛逼就牛逼在弄出布尔代数的时候可还没有计算机啊,那个时候才1850年,研究这东西没有物理背景的,谁能想到这玩意以后因为计算机大红大紫了呢。很多现在研究的数学问题也没有什么物理背景,千万别去嘲讽数学家们弄这个,没准哪天就用上了。

感谢 @高建的补充:
"给一点纠正和补充吧,布尔代数不必须只有0和1,详细参考近世代数和/或离散数学的内容。逻辑电路使用的是一个特殊的布尔代数系统。"
实在抱歉,不过不影响理解我后面的内容就暂时不改了,大家知道是错的就好。

布尔代数里面最基本的三个运算是与、或、非,与和或是二元运算,代表着它需要使用两个数来算出一个数,非是一元运算,代表着它只需要一个数就能算答案了我把这三个运算的真值表列在下面:
与:
或:
非:
这三个运算构成了一个布尔运算的完备集(是这个词吗?我离散数学的书不在手边查不到...),意思就是只要用这三个运算的组合,就能完成这世界上所有可能的布尔运算,你怎么定义这个运算都可以。其实使用一点简单的代数知识我们可以证明其实只要非和与,或者非和或,也能做到。

那么,如果我们想要实现一个运算,比如一个三元布尔代数运算,就是有三个数输入,一个数输出的运算,我们只需要用一大堆与或非,然后凑吧凑吧就能把这个运算写出来。这个功能其实就很强大啦,比如,我们想要做一个四位二进制加法,四位数加四位数,输出一个四位数加一个进位,我们只需要五个八元布尔代数运算就行了,每一个运算对应答案上的一位,还有一个对应进位。

为了实现这样强大的功能,我们只需要做出三种对应最基本的三种运算的电子器件,我们再使用这些东西组合一下,就能实现非常复杂的逻辑了对吧?这些对应最基本运算的电子器件,就叫做逻辑门(Logic Gates)

与门有两个输入端,两个输入端都是高电平的时候输出端也是高电平,否则就是低电平,非门当输入端是高电平的时候输出端是低电平,输入端是低电平的时候输出端是高电平,或门就不用说了。

怎么做呢?

我们最先考虑一个简单的东西,与门。
我们回顾一下最基本的初中物理:串联和并联
恩,这是两个开关串连在一起,最左边接电压源。我们发现只有两个开关都接通的时候,输出端是高电压。非常合适。我们把这两个开关变成上面说的,通电就通的电子开关,分别引出两个输入端,我们就有一个与门了。

但其实这还不够,在输出为低电平的时候,输出端不能像现在一样啥都不接,得接一个低电平,所以这只是一个与门的一半,另外一半是这样的:


0这一端表示接地,这两个电子开关是那种反着来的电子开关,加电压就断,不加电才通。
我们把这两个东西写到一起来。
开关变了个样子,大家不要激动,忽略那些参数,箭头向下指的是PMOS,就是M3和M4,相当于我们说的反着来的电子开关。箭头向上指的那两个(M1和M2)是NMOS,相当于我们说的正着来的电子开关。这两种MOS一起组成的电路就叫CMOS电路。我们现在就有了一个与门。

但其实现实中也不是这样做的。因为PMOS和NMOS本身的一些电气特性,这样做出来的与门稳定性很差,现实中我们是这样做的:
把0和1反一下。
这样做出来的输出正好和与门是反过来的,相当于与门后面跟了一个非门,所以它叫与非门(NAND Gate),写成符号的话是这样的:
它很牛逼,原因如下:
这是一个非门:
这是一个与门:

这是一个或门:

根据上面的内容,只要有这三个门就能完成所有的二元布尔运算。也就是说,它一个门就能搞定所有的二元布尔运算。
实际上在操作中我们是直接使用原理相似的或非门和非门去搭电路,而不是用与非门做出来的这种复杂玩意儿,但是这也足够神奇了不是么。

接下来我们就可以尝试做做最简单的计算器了。

全加器(Full Adder)


全加器是用来计算加法的电路,顾名思义。既然有全加器,那么就应该有对应的半加器。半加器是不带进位的加法,如果是一个一位半加器,就只有两位输入,一位输出,如果有进位的话就丢弃掉。全加器表示的是带进位的加法。一位全加器有三个输入端,除了两个加数以外还有一位的进位。对应的,它也有两个输出,一个代表的是这一位的结果,另外一位是进位。多了进位的好处是,如果我们把足够多的全加器串联起来,就能做成一个多位加法器,像是这样:

这是个三位的加法器,A和B表示输入,O表示输出。当然也可以往后面不断接更多的全加器,变成4位5位6位....等等。加法器其实是所有运算电路的基本元件,减法器和加法器基本上是一样的,乘法其实是移位和加法的结合,除法是移位和减法的结合(大家想想运算的时候列竖式是怎么列的?)。

说起来全加器的内部结构也是挺简单的。不过首先我们需要一些分析,这里可能讲得比较晦涩,如果大家不想看的话直接往后跳到下一部分就好了。
全加器一共有两个输出,O和C,分别代表结果和进位。
O在三个输入中有一个为1或者都为1时为1,其余情况为0,相当于在输入中数1的个数,如果是奇数就为1,如果是偶数就为0。很凑巧的是,我们有一个专门的逻辑运算来处理这个问题,叫异或(XOR),它是一个二元运算,如果两个值相同则输出0,两个值不同输出1。写成公式的话就是下面这个样子。

圆圈里一个加号就是XOR,上加横线表示not,表示或,这个符号上下颠倒表示与。
其实我们也是有专门处理异或运算的门的,用符号表示成这样:

那么输出端O的电路可以这么画:



C在三个输入中有两个以上为1时为1,其余情况为0。
我们可以把它写成这个样子:

看上去超级复杂,其实逻辑很好理解,如果A和B都是1,等于1,,C就等于1,接下来一个部分是来考虑A和B不都等于1的情况的,这个时候只要AB其中之一等于1,C0也等于1,C输出也是1。
我们可以把它也画成电路:
然后把两个部分拼在一起:
(不想画图了,就从课件上截了个图...)
就是全加器啦。可能有人发现了,我们其实重用了一个门的输出,就是O部分电路里面的第一个异或门。这个异或门的输出可以代替C部分电路里面的第一个或门的输出,结果是一样的。

现在,如果大家有心思用开关和小灯泡当输入和输出器件的话,我们已经可以做成一个只能算二进制加法的计算器了。
离计算机还真是遥遥无期啊。

接下来要简单介绍一个很重要的部件,它是计算机实现多种功能选择的基础:
多路选择器(Multiplexer,MUX)
多路选择器,顾名思义,就是能在很多路中间选一个的元件。
最简单的多路选择器是这样的:
什么意思呢,当A为0的时候Z的输出等于I0,当A为1的时候Z的输出等于I1。
当然它也有4:1版本,8:1版本,输入端相应增加就是了,功能不变。下面是一个4路选择器的门级电路图(后面电路说明不想看可以不看),看上去有点乱,其实还蛮简单。拿I0这条线来说,把它和A的非和B的非同时接到一个与门上,这个时候这个与门的输出就只在A和B都为0的时候等于I0,其余时刻永远为0了。其它线路也是一样的,把所有线路或成一个输出,就是多路选择器了。

这个东西有两个重要作用:
首先,比如你想做一个计算器,又能做加法又能做乘法,这个时候就需要MUX出手了。你做一个开关,表示现在正在进行的运算,0的时候表示加法,1的时候表示乘法,然后做一个加法器,做一个乘法器,把输入分别接到加法器和乘法器上,加法器和乘法器的输出接到MUX上,控制开关接MUX的控制端,输出就是你想要的东西了,现代计算机里面最重要的东西是CPU,CPU里面负责算数运算的模块叫算术逻辑单元(Arithmetic and Logic Unit, ALU),可以负责很多种运算,加减乘除,或与非等等,就需要多路选择器的控制。这个东西还可以用在存储器里面,比如我需要提取哪一个地址上的东西,把MUX控制端看成地址输入,输入端看成存储内容输入,输出就是我想要的内容了。
其次,这个元件非常讨懒人工程师们的喜欢。为什么呢?假设我要做一个三元运算,有了MUX以后我再也不用费劲想哪个门应该怎么接了,只要写一下三元运算在所有情况下的输出,然后再MUX的输入上对应接上这些输出,比如000输出0,我就在I0的位置直接接低电平,001输出1,我就在I1上接高电平,直接完事,都不用想的。

到了这里我们已经把组合逻辑部分讲完了,到了这里大家可以做一些比如闰年计算器之类的小玩意,但是离可以实用的家用电器还差得很远很远。

我们上面提到了一个重要的东西叫做存储器,大家仔细想一想,其实如果没有存储能力的话,我们能做的东西非常有限,做个计算器输入还得是用开关一位一位去拨才行,连现在的计算器上面的按键开关都不行,因为它也有最基本的存储功能,在你按下键的时候,按键开关发出了一个很短暂的高电平信号,我们还得把这个很短暂的信号存下来,变成一个稳定的高电平才行。这个时候需要一个很重要的部件出场了:锁存器(Latch)
从名字上就能看出来锁存器的功能了,把输入锁住,存起来。
锁存器需要干一些什么呢,它作为一个最简单的时序元件,它需要完成下面两个简单的任务:
1.在某一个输入状态之下,可以保存一个信号,或0或1。
2.在某一个输入状态之下,能把其中储存的信号变成自己想要的信号。
想要做一个能把一个电平存住的东西需要大家有点想象力。
先看下面这个电路:
这个电路没有输入,但这个电路用两个非门可以把里面的这个1存到天荒地老,或者停电为止。而且你要是把图上的0和1换一下,也行,这样就变存储0了。这个结构的好处就是,它可以用同一个结构存储0或者1,这是所有存储器件的基本功能。
但是光有它不够,作为一个存储器件,你最起码得有一个能力就是我要你存啥你存啥,这个结构...不行。
那我们改改。
当我们需要一个输入的时候,我们把最左边的开关合上,把Store开关断开,这个时候这个能存储的电路环就不存在了,然后从左边给输入。然后我们把Store一合,Load一断,这个时候就已经存上了。这个模型就可以当做一个存储单元用了。我们只需要把它改成一个门电路的形式就好。为了以后的制造工作省点事,我们在改动过程中需要尽量使用比较少的门电路来完成这个过程。
我们先试试用一个门行不行。

这个电路保持了上面电路的特点,如果你不给他输入,它就能一直把里面的东西保存到天荒地老。如果原来电路中保存的是0,输入为1的时候存储值就会改变成1。但是这个电路虽然能有“把存储的信号变成1的功能”,但是没有一个可以稳定的完成“把存储的信号变成0”的功能。我们需要把这个功能给引入进来。那么我们把电路改成下面这个样子:
这样,如果S保持0,R是1,就可以将保存的内容置成0了。
这个门电路结构叫做SR锁存器,其实在很多书上它还有一个非常炫酷的画法:
Q是输出表示和输出的反相,相当于输出加一个非门。
这个锁存器的功能是这样的:当S和R都是0的时候,输出是之前存储的内容。如果S是1R是0,存储的内容变为1,如果S是0R是1,存储内容变为0。如果两个都是1,此时的输出时没有定义的,这个器件要求大家在电路运行的时候不要这样做,否则会被玩坏掉。
这个锁存器是我们接下来许多各式各样的储存元件的基础,比如,门控SR锁存器:
它加入了一个控制端C,相当于之前的控制开关,只有当控制端为1的时候,S和R的改变才会影响到锁存器内部保存的信号,这样可以解决一部分S和R同时为1的情况。
再有D锁存器:
字比较小,我说一下:后面那个大元件是一个门控SR锁存器,三个输入端分别是S,C,R。
它用一个D输入端取代了S和R两个输入端的功能。纯粹靠C来控制写入/储存状态,靠D来输入,在应用上面就更加简单了。
这些锁存器有很多优点:用的门特别少,所以速度飞快,但是相对应的,比如在SR锁存器中就有一个输入组合是不能用的,而且速度再快,每个门对于电信号的处理还是要花时间的,如果输入变化太快,它也是会出现很多不稳定的现象的。怎么解决呢?我们可以通过使用一种叫做时钟的信号来控制这些锁存器工作在一个比较稳定的速度下面,还可以同步许多锁存器的共同工作。


施工中。

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发表于 2017-3-6 11:55:57 |
多图,长文,慎入。
我只能回答关于手表的答案了。

我心目中“人类制造的最不可思议的机器”就是Louis Elysee Piguet ,Franck Muller,Paul Gerber三方联名的“世界上功能最复杂腕表”。这枚手表设计生产改装的时间跨度超过了111年,没错!就是一个世纪还多。先上几张成品照片。




关于这一枚表的故事,得先从Louis Elysee Piguet 开扒。Louis Elysee Piguet 生于1836年,1858年年仅22岁的Louis Elysee Pigue 在Vallee de Joux的Le Brassus创建了Frederic Piguet机芯厂,研发生产高端机芯。其作品完全可以用恐怖来相容,在100多年前,没有计算机.数控机床,Louis Elysee Piguet 单靠绘图和车床研发生产了大复杂机芯和基础机芯。其作品被大量的品牌外购改装成自家机芯或作为参考模板,这些品牌已经囊括了几乎所有的顶级品牌。包括百达翡丽.江诗丹顿.爱彼.朗格.万国.积家.劳力士.浪琴.昆仑.宝珀.宝玑.雅典.肖邦.伯爵.........简单一点说,没有外购FP的机芯都不好意思说自己是大品牌。

在十九世纪末的时候,Louis Elysee Piguet研发生产了一款大自鸣三问机芯,一共只生产了3只。这一枚机芯总共491枚手工制作的零件,具有显时.三问.大自鸣功能。三问功能就是触动钟表的报时开关,机芯内部的零件能识别当前时间,然后驱动音锤敲击音簧发出声音,通过不同的声音告诉具体的时间。三问功能即是所在今天,也是一大技术难关。大自鸣的难度更是在三问之上,大自鸣能在整点和整刻的时候不用触碰开关,自动报时报刻。现在能生产大自鸣机芯的厂家一只手都能数过来。

前面说到Louis Elysee Piguet做了3只大自鸣三问机芯,历经107年岁月后就剩下了一枚。这时另一位主人公Franck Muller法兰穆勒登场了。Franck Muller法兰穆勒1958年出生于瑞士。他从小就对各种机械仪器有着高度兴趣,对钟表机械的探索,自然也是从很年轻的时候便开始了。Franck Muller一从钟表设计学院毕业,便受到许多收藏家、私人博物馆以及拍卖公司的信赖,请他进行许多价值连城的腕表的修复工作。长足的钟表修复经验,帮助Franck Muller思考新的机械装置的可能性,鼓励他着手开发制造属于他自己的腕表。他满怀抱负,想将长久以来仅被使用在怀表上的钟表复杂功能应用到腕表上,赋予腕表新的价值。1983年起,Franck Muller便将兴趣转移到创造带有复杂机械功能的腕表上。

在1989年,Franck Muller法兰穆勒得到了这一枚机芯,当时他仅在业内出名。拿到这一枚机芯以后,Franck Muller做出了一个惊人之举。怀表机芯改造成了具有大自鸣,小自鸣,问时、问刻、问分钟的三问报时,直到2100年的万年历,有着星期、日期、月份、逆行月份时差程序、月相盈亏、24小时显示、表室温度显示功能的手表。机芯则被包裹于一个950铂金打造的宝玑风格表壳当中, Franck Muller并为此表量身定制了由Grandjean 制作的铂金表盘。Franck Muller 在原来的机芯上增加了160 个零件,零件总数达到651个。这件独一无二的腕表巨作,在钟表业的历史上写下了重要的一页。世界上从来没有人制造过这么复杂的腕表


3年后的1992年这枚改装成功的手表在瑞士巴塞尔表展亮相,成为当年表展最复杂的手表,并且还是独立完成。Franck Muller法兰穆勒便一举成名,这只表成了收藏家Lord Arran的藏品。


既然是大收藏家,要求肯定是不凡。当时这枚手表已经有了三问.大自鸣.万年历功能了,那还差什么了?对!就是陀飞轮。表主Lord Arran听说在Zurich的Paul Gerber很厉害,于是找到Paul Gerber希望他能再升级改造这枚手表。

之所以选择Paul Gerber,那是因为他在微加工方面很有造诣。早在1977年就制作出独特的微缩型木制机芯壁钟而著名。1989 年,他制作出了全世界最小的木制机芯时钟,高仅 2.2 厘米,被载入吉尼斯世界记录。表主Lord Arran要求在不破坏原有Louis Elysee Piguet设计结构的情况下给手表添加陀飞轮,为了达到这样的要求只能做"Flying Tourbilon飞行陀飞轮"。因为飞行陀飞轮没有上夹板。在此之前,Paul Gerbe没有任何关于改造超复杂手表和陀飞轮制作的经验,但他还是勇敢地接下了这个业务。

在1995年,Paul Gerber终于完成了这项艰巨的任务,经过他的努力和辛勤工作,在原本复杂紧致的 Piguet-Muller 超复杂手表内又加进了 121个零件,成为全世界最小的 Flying Tourbilon,这只 Gerber-Muller-Piguet 手表现在拥有 772 个零件!

下图为Paul Gerber加载进机芯的飞行陀飞轮,尺寸非常小,比火柴头大不了多少。



收藏家Lord Arran已经拿到了当时世界上最复杂的手表了,但是他并不满足,他想拉大这一枚世界上最复杂的手表和世界上第二复杂手表的差距。于是他又找到了Paul Gerber,要求锦上添花。

2003 年Paul Gerber又加进双追计时功能和分针跳时,并为添加了动力储能显示。最后的成品是一只包含表壳的 79 个零件在内、总共 1116 个零件的超超复杂腕表。这件复杂功能腕表拥有1116件零部件并拥有如下功能: 小时,分钟,第二时区。 三问。 大自鸣。 万年历,飞返月份,星期,日历指示功能,24小时指示,闰年显示。 月相。 太阳恒等式。 温度计。 第二代浮动陀飞轮。 飞返码表,60分钟计时,双追针。 机芯动能储备指示,三问自鸣功能动能储备指示



机芯大小还是原来的32 毫米,手表上面标示着三位顶级制表大师的姓名Louis-Elysse Piguet, Le Brassus布拉苏丝、 Franck Muller, Geneve日内瓦 和 Paul Gerber, Zurich苏黎世。




这一枚手表集19世纪.20世纪三位顶级独立制表大神功力

Louis Elysee Piguet是顶级大复杂机芯设计加工师,并且还是FP机芯厂的创始人。
Franck Muller是当代的天才独立制表人,24年的时间把法兰穆勒这个初创牌子推到瑞士品牌前列。
Paul Gerber也当代的TOP级独立制表人,3D月相和格拉苏蒂的飞行陀飞轮都是他的作品。

再考虑到100多年前Louis Elysee Piguet在没有任何计算机和数控机床辅助的情况下完成了基础设计和Franck Muller.Paul Gerber两位制表师傅先于百达翡丽12年独立完成这枚手表。个人感觉比百达翡丽175年推出的Ref.5175更加牛逼。当之无愧的人类制造的最不可思议的机器





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发表于 2017-3-6 12:02:10 |
curta calculator




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模拟器:
Curta-Simulator (www.curta.de)
Curta-Simulator

演示视频:
https://www.youtube.com/watch?v=P0cGjC62XRQ

感谢评论 @瓶瓶 @ LU hu @ 冰橙

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科特赫滋斯达克

Johannes Kepler,、艾萨克·牛顿以及开尔爵士都曾抱怨他们不得不在简单的算术计算上浪费时间。很难从满是数字的大页书写纸上找出答案;简洁明了的方程式背后是繁琐的数值计算。唉,如果有一台能够完成加减乘除运算的袖珍计算器多好!它具有数字输出显示和记忆功能,并且有一个方便的手指操作界面。

    但是,这种计算器直到1947年才出现。当时,在大约1/4世纪的时间内,世界上最精致的袖珍计算器出自列支敦士登。在这片拥有阿尔卑斯山优美景色同时又是避税港的弹丸之地,库特·赫兹斯塔克(Curt Herzstark)制造了最为精巧的计算器械:“库塔”计算器,使工程师的技艺大为增色。

    后面那篇刊登在1960年代《科学美国人》上的广告宣称它为万能钥匙:“‘库塔’是用于各种算术运算的精确计算器。它可以进行加、减、乘、除、开方和立方根等运算……以及科学和商贸中出现的各种其他计算……购买之前可以先进行测试。售价125美元。”

    仍然有一些幸运的人拥有这种设备,它的外形与胡椒粉研磨器出奇地相像,可以做你花10美元买来的袖珍计算器能做的所有工作。只可惜它是完全机械式的:没有电池,没有键盘,没有液晶显示屏。你要通过转动曲柄来计算。

    一种装发条的加法器?的确如此。我今天左手就拿着一台“库塔”,右手转动曲柄算出答案。做加法时,我用小游标输入数字,然后转动曲柄,答案将显示在环绕顶部的小窗口上。我正逐个吱吱呀呀地输入数字。

    而且,它还可以进行乘除运算,尽管要得出两个大数的乘积,我要旋转曲柄10到20次。这种计算器没有开/关键,但通过一个方便的指环可以清空内存。至于求平方根和立方根,唔,你需要带着特殊运算表并且记住一些简便算法。

    这绝不是估算答案精确到三至四位的计算尺,11位数字将卡嗒卡嗒地显示在顶部窗口上的相应位置。嗨!你的电子计算器大概也不能精确到11位。

    好,它的确能完成算术运算。那为什么“库塔”被称为“人类文明的瑰宝”和“技术奇迹”呢?既然有运算速度快得多而且更便宜的计算器,为什么收藏家还会珍爱这种设备呢?

    这是因为除了给了印象深刻的算术能力之外,它还显示出机械设计上的精巧雅致和可靠。通过滑动刻度盘,将刻度盘游标拨到相应位置来输入数字。曲柄转动起来像精致的怀表一样平滑。数字弹出到相应位置时,没有超前或错后。每个数字都刻在金属镁上,由钢制齿轮处理计算。计算时,“库塔”会呼呼作响。

    同样,这种器械也是为方便计算而设计的。为避免出错,有独立的显示区来显示输入数字、你转动曲柄的次数,以及计算结果。当每个数字被输入并且答案准备好时,锁销——一种小钩子会告诉你的手指。取消误操作很容易,但防倒转的棘齿不会让你因为倒转而撞击齿轮。而且清零环不会被意外激活,你也不会由于误操作而清除答案。

“库塔”计算器将瑞士手表的精确、老“尼康”F型照相机的精湛工艺,以及探戈的优雅全部集中在一个紧凑的圆柱体中。1950年,便携式的“库塔”让工程师感到震惊:这是一种你可以随身携带的计算器!更让人惊讶的是,这种设备来自文明世界的最底层: Buchenwald 集中营。

    “我回顾以往的情形,这种设备应当具有什么样的外形,才能使人们能够方便地使用它?”

    ----------------   缩小体积的困难  ------------------

    正如今天的技术员渴望轻量级笔记本电脑,长久以来工程师和会计师向往一种携式计算器。Thomas de Colmar 为1855年的巴黎展览会制造了一台钢琴大小的加法器。50年之后,“富豪”牌计算器不仅能够进行加减运算,还能直接乘除,但它的重量超过27千克。文明社会一直到赫兹斯塔克•库特,才出现真正的便携计算器。

    赫兹斯塔克出生于1902年,是伴随着计算器长大的。他父亲在维也纳出售“雷明顿”牌和“伯勒斯”牌办公设备。几年之内,他们家创办了一家工厂生产计算器。工厂蓬勃发展,而年轻的库特则在奥地利各地向人们示范加法器。

    第一次世界大战期间,他们家的工厂生产战争物资。此后,由于工厂机器老化或者毁坏,他父亲转而销售旧计算器,直到工厂得以重建。同时,新的竞争出现了,包括Fritz Walther,他原本生产自动手枪,但由于战后裁军而受到影响。发现了办公设备的机会,他将自己的枪支工厂改造为生产电子加法器。


    概述/“库塔”计算器
    第一台能够用一只手拿着的精确计算器是机械式的,而不是电子的。它可以进行加减乘除运算,而且能够帮助计算平方根。与功能类似的计算尺不同,其计算结果至少可以精确到11位。

    这种计算器的发明者是库特•赫兹斯塔克,他在第二次世界大战时被关押在 Buchenwald 集中营,在这期间完成了该设计。他采用了新颖的数学和机械技术以节省空间和重量。

    在1950年代到1960年代之间,这种计算器广泛使用在科学家、工程师、测量员和会计师当中,当电子袖珍计算器于1970年代进入市场时,“库塔”才逐渐失宠。

    1930年代,计算器商业迅猛发展。“但在国际市场缺点什么东西,”赫兹斯塔克后来回忆说,“无论我走到哪儿,竞争者都带着漂亮、昂贵而又庞大的机器。我曾与建筑工头,建筑师或海关政府官员交流,他们告诉我,‘我需要一种能装在兜里的计算工具。我不可能仅仅为了加一串数字而走10千米路去办公室。’”

    Monroe、Friden和Marchant等制造商尽力缩小庞大的台式模型,就像钟表匠把时钟小型化变成手表一样,但没取得多大成功。参观一家古董店,也许你能碰上一台不久以前的小型计算器。Marchant公司生产的“轻型”加法器重15千克,有9排按钮,以及一个带底座的运动式18位机械显示区。两把大曲柄从侧边伸出,令人想起Model T型福特汽车。会计师费力地把它放在手提箱内。在1935年,这就是所谓的轻便。

    看过缩小台式加法器尝试的失败,当时30多岁的赫兹斯塔克开始了新的努力。“回顾以往的各种情形,假设我已经发明了所有的东西,那么它看起来应当是什么样的,才能让人使用呢?”

    “这种设备不可能是立方体或者直尺形,它必须是圆柱形,这样就能一只手拿着。既然可以用一只手拿着,另一只手就可以进行调节,操作其侧面、顶部和底部。计算结果可以在顶部显示。”

    像优秀的软件工程师一样,赫兹斯塔克从用户界面开始,而不是让机械装置控制设计。他没有采用打字机式键盘,而决定在圆柱体周围装上小游标,这样你可以滑动手指来输入数字。这种方式可以在环绕圆柱的顶部创建一个区域,显示计算结果,同时也给驱动计算器的曲柄提供了方便的位置。

    其他机械式计算器用独立的机械装置来计算答案的每个数位。例如,Friden计算器有10排键来输入一个数,而且它有10套独立的计算齿轮组,昂贵而笨重。赫兹斯塔克认识到,如果每个输入数位能连续使用同一个计算机械装置,那么只有一个就够了。他的计算器共有8个游标用来输入数位,而位于单独的中心鼓上的齿(或档)将处理计算。这个鼓可以让他减小计算器的尺寸和重量。

    到1937年,赫兹斯塔克了解了如何用单一的旋转步进鼓(step drum)来完成算术计算。机械装置可以完成加法和乘法,但他的设计却被减法和除法难倒了。他不能通过倒转曲柄做减法,因为两个数字相加在运算之后可能会产生进位,而减法在运算之前可能就需要借位。单一的算术步进鼓无法预见会出现什么情况。

    “在驶往黑森林的火车上,我独自坐在车厢里。眼睛看着窗外,我想到:天哪!只要加上一个数的补码就可以得到减法运算的结果。”

    要获得某数的9补码,只须用9减去这个数的每一位。通过加上一个数和另一个数的补码,就可以模拟减法。例如,要计算788 139减去4 890,首先找出004 890的九补码,即:995 109。然后将788 139与995 109相加,得到1 783 248。去掉最高数位得到783 248,最后加上1得出答案:783 249。太好了,今天的计算机也在用着同样的技术。

    赫兹斯塔克的计算器保留了单一的旋转步进鼓,但要有两组齿:一组专门用于加法,另一组用于减法。将曲柄向上抬起3毫米,使加法齿开始进行9补码加法运算。减法运算会像加法一样简单。

    乘除运算通过重复进行加法和减法运算来实现。由于输入游标与结果寄存器的转动有关,因此有几种捷径可以加速这些运算。例如,要乘以31 415,你用不着转动曲柄30000多次;活动底座使你只须转动14次:个位5转动5次,十位10转动1次,百位400转动4次,以此类推。

    到1937年后期,赫兹斯塔克准备着手制作一种掌上四则运算计算器。但是希特勒来了。

    “天哪!”我想,“如果我能制造出这种计算器,就可以延长自己的生命。”

    于是就在集中营里,我开始绘图……


----------------------  纳粹集中营的发明 ------------------------

    1938年3月,德国军队进入了奥地利。作为天主教徒母亲和犹太父亲的儿子,赫兹斯塔克遇到了麻烦。“最初的日子太可怕了。暴徒们来了,接着是反犹太人和各种恐怖的事情。”

    德国军方官员视察了他们家的工厂。让他吃惊的是,他们让他为军队制造精密仪器。经过单方面的协商之后,他的工厂开始为装甲车生产测量仪器。

    开始几年进展顺利。赫兹斯塔克说:“但是在1943年,我们工厂中有两个人被捕。他们收听英国电台并用打字机记录了广播内容。经过确认,打字机的主人是我们的一个技工,他被砍了头,另一人被判终身监禁,情况更糟。为了他们,我尽力与盖世太保交涉。那位官员拒不接受,说:‘真是不知好歹,一个半犹太人竟然敢为这些人说话!’”

    “我被推举为这些人作证并因此被逮捕。这是好事,不是吗?我的房子被搜查,当然,我从未受到审讯。我被控支持犹太人、激化事态,并与一名非犹太人白种妇女关系暧昧。全是捏造的罪名。后来我发现,有十多人在类似情况下被捕。”

    纳粹党卫军将那个技工投入声名狼藉的Pankratz监狱,犹太人在这里遭受折磨司空见惯。“我和另外50人呆在一间牢房里,压根儿什么都没有:没有床,没有厕所,一无所有。我算是幸运的,因为他们把我送到了 Buchenwald 集中营。”

    “到那之后,我被安置到一个工作车间,当时我认为自己会死在那里。那时已是11月,而我只穿了一件衬衫、囚犯裤子、木屐和编织帽,干的是园林工作,完全疲惫不堪。”
    “精神上消沉到极点,我想‘我要死了。’我被叫到 Buchenwald 纳粹党卫军指挥官面前。他手里拿着我的履历档案说:‘你曾为军方生产过测量仪器和设备,仔细听着,如果你乖乖地服从命令,也许还有一条生路。我命令你到和集中营相邻的工厂工作。如果你干得好,也许还能活下去。’”

    在 Buchenwald 附近,纳粹建了一座劳役工厂,为秘密军事工程制造机器。项目经理让赫兹斯塔克负责运往佩纳明德(Peenemunde)的精密部件,那里是弹道导弹的发射地。在接下来的两年中,他为V2型火箭生产零部件。

    由于负责生产机械零件的部门,赫兹斯塔克可以到工厂里不同的地方看看。起初,其他囚犯以为他是密探。“他们很快发现我不是间谍。比如,我对一名机床操作工说:‘朋友,这个零件你做得很好。你非常勤勉,但是有人说你用昂贵的机床做简单的工作。我会报告说即使囚犯工作标准,这台机器也没有得到有效使用。’这样,我逐渐熟悉了这些来自卢森堡、法国、丹麦和其他许多地方的人们。”

    “很自然,伙伴们来找我说:‘库特,你有一定的影响力。你能不能将这位或那位犯人带进工厂?不然他会死掉的。’因此,我在工厂走道里设置了一套检测工序,让一位(被捕的)律师坐在那里,给了他一把千分尺。”

    “党卫军要检查我们的工作,如果他们真来视察时,就会突然出现一致的咳嗽声。这时律师知道有危险了,便假装勤勉地干活。我很担心,因为伙伴们总希望我能救助更多的人。我知道如果事情败露,马上会把我投入到冰冷的监狱,但命运再次帮了我。”

    “当德国人从意大利撤退时,他们带回了大量机器成品。在 Buchenwald ,有一天我们收到了两货车办公设备。我把它们卸下来,当地工厂主过来进行检查。有个人盯着我看了半天,他好像认识我。‘赫兹斯塔克?’‘是的,我是赫兹斯塔克,’我回答。‘我是Walther,’他说道。”

    赫兹斯塔克的老竞争对手Fritz Walther,现在再次生产枪支。“他在车床上给我放了一盒香烟。‘这回完了,’我想。接受礼物是严格禁止的,不是吗?但是看守我的卫兵对此视而不见,允许我把香烟放到自己兜里。”

    在战时的德国,Walther是个名人。他认识到囚犯赫兹斯塔克比任何意大利的战利品都重要,于是向集中营的指挥官报告了他的发现。

    稍后,项目经理将赫兹斯塔克带到一旁,告诉他:“‘我知道你在制造一样新东西,一种小计算器。我可以暗中给你点儿关照。我们允许你制作和设计任何东西。如果它真的管用,我们会在战争胜利后,将它作为礼物献给元首。当然,然后你将会成为非犹太人。’”

“‘天哪!’我对自己说,”赫兹斯塔克说道,“‘如果我能制作这种计算器,就能延长生命。’就在那儿,我按照脑海里曾设想的那样,”开始为这台计算器绘图。

    党卫军并没有减轻赫兹斯塔克的工作负荷,但允许他将业余时间用在计算器上。“我在周日上午及晚上熄灯之后搞这项发明,在监狱、车间、吃饭的地方工作。我用铅笔绘制机械图形,完善尺寸和公差。”

    其间,盟军轰炸了德国。“在午饭期间,我们会离开工厂在外面散步,总能看见排成圣诞树形状的美国飞机,然而却没有一架防御战机。接着,轰炸开始了,在看到闪光之后,开始计时,8、9、10秒。乘以333米就可以计算出到我们的距离。但是,有一天圣诞树向我们飞过来。这下知道终于轮到我们了,感到非常恐怖。我奔向一个小树林,把鼻子藏在苔藓里,捂住耳朵。第二轮轰炸开始,四周响起爆炸和轰鸣声……当我抬起头时,到处都是烟尘,几乎让我窒息。”

    “那天有数百名囚犯受伤,场面让人触目惊心。当然,我们在集中营每天也看到同样恐怖的场面。当他们要绞死一个人时,我们必须看着那人死掉。他们用绞刑,因为这样会死得很慢,死得痛苦。”

    “有些卫兵不是很坏。如果碰到一位老的党卫军,他经常会问我:‘嗨,有什么新突破吗?你的计算器今天看上去是什么模样?’年轻的党卫军则最危险。只要一有机会,他们就会十分凶残。如果一名囚犯惹恼了他们,他们会射杀他,因为这是必然的,不是吗?”

    1945年4月11号,赫兹斯塔克几乎快完成他的绘图时,看到吉普车从北边驶过来,坐在前排的一各士兵大声呼叫,“你们全都自由了。”他们是美国人,其中一些是在希特勒上台之前逃走的犹太男孩。由于他们会讲德语,被派往前线地区。


     Buchenwald 是第一个被西方军队解放的集中营。有些美国士兵在看到堆积着有10层的尸体后,忍不住呕吐。回首往事,赫兹斯塔克对这段经历痛心疾首。“世事难料,如果我是一名律师或其他职业。我会悲惨地死去。他们会把我送进采石场,两天之后我就会感染肺病,一切就都完了。1000多人都是这样死去的,上帝和我的职业救了我一命。”

----------------------------  皇储的测试  -----------------------

    美国人解放 Buchenwald 几天之后,赫兹斯克兜里揣着折叠好的计划书,走在魏玛城大街上。他将图纸带到仍在生产的少数几家工厂之一,交给那里的机械师检查。他还记得那些机械师的回答:“在他们眼里,它就像按比例绘制的一样。方案很清晰,没有什么再需要考虑的地方。”尽管在集中营是用铅笔绘制的,赫兹斯塔克的设计思想十分清晰,仅仅用了两个月就制作出了三台原型计算器。

    但正当他们准备签合同时,苏联军队来了。赫兹斯塔克了解实情:他将器械拆散,把零件放在一个盒子中,攥着原型计算器奔赴维也纳。他说:“如果有人查看,它看上去就像是玩具,整个东西被拆开了。”

    他步行回到奥地利,睡在地板上,用香烟换取搭乘火车。他家的旧工厂已经不能再用了。除了三个模型之外,赫兹斯塔克一无所有,他申请专利失败,因此只有尽力寻找投资人。美国办公设备公司雷明顿–兰德公司(Remington–Rand)表示了一定兴趣,但是再没有了回复。奥地利政府回绝了他。当时欧洲是一片废墟,没有基础可以启动新项目。

    但是,列支敦士登的王子正在考虑发展本国工业。当时,列支敦士登几乎完全是个农业国,其主要工业是生产假牙。赫兹斯塔克被请到皇宫里,向皇室、大臣和专利专家展示了他的模型。“在他的城堡里,王子亲自用计算器模型进行了计算。皇族成员和专业人员在一旁观看。王子立即表现出极大热情,说该项目正是他们国家所需要的。他愉快地接见了我,我们交谈了四个小时。”

    开始,一切都很顺利。列支敦士登创办了一家公司“Contina”,然后又筹集贷款、发行股票。赫兹斯塔克担任技术主管,他接受了三分之一的股票,每卖出一台计算器都要收取专利权税。

    赫兹斯塔克在瑞士报纸上登广告,招聘打算开始新事业的机械师。Contina公司租用了一家旅馆的舞厅,赫兹斯塔克的机械师们在那里生产了第一批500台“库塔”计算器。1948年,公司开始销售“库塔”,并在贸易展会和技术杂志上进行促销。6个月之后,一家美国百货公司打算订货10 000台,并有意订更多。但公司没有接受这笔订单,因为财务主管认为这超出了公司的生产能力,使得“库塔”注定只能通过邮寄订购以及少量的专卖店。

    然而,市场需求存在,而且Contina从舞厅扩张成一家正规的工厂,产量上升为每周数百台。随着业务发展,公司背后的金融家开始过河拆桥,对公司进行重组并且废除了他的股票。与爱迪生、特斯拉及许多其他发明家一样,赫兹斯塔克被其他人从其发明中榨干了利润。

    “接着,让我没有想到好运突然降临,”赫兹斯塔克说道,“专利仍在我的名下。”早期,公司董事不想接收专利权,担心万一出现诉讼案。他们希望如果有人挑战该发明时,由赫兹斯塔克去出面摆平。由于公司没有获得专利权,赫兹斯塔克迫使他们恢复条款。在1950年代到1960年代期间,他实际上从自己的发明中赚了不少钱。

第一款计算器成功之后,赫兹斯塔克又设计了一种略大一些的模型,其计算能力从11位增加到15位。但此后,唯一有重大变化的地方就是进位箱的形状。由于开创了计算工业的罕见记录,赫兹斯塔克首次获得了设计权。

    在那20年当中,“库塔”计算器的销量稳定,被誉为“微型通用的口袋计算器,稳定性来自其合理、牢靠的结构。”正如赫兹斯塔克的预测,工程师使用这神奇的工具计算卫星轨道,测量员用它来跟踪中天位置,而旅行会计师则用它计算帐目。当一位纽约银行经理看到审计员没有携带公文包大小的计算器,却能够计算帐目准确到便士时,对此感到惊讶不已。

    奇怪的是,世界各地的赛车爱好者也采用“库塔”计算器,计算在汽车拉力赛中的速度和里程。通过触摸数字,驾驶员可以很快计算出他们理想的驾驶时间,而无须把目光从前方道路上移开。小个头儿的“库塔”非常适合赛车的有限空间,而且与早期的电子计算器不同,这种设备不怕撞击、振动或峰值电压冲击。即使现在,那些驾驶老式车的赛车手仍然在使用机械方式计算他们的驾驶时间。

    正如电池驱动的石英表淘汰上弦的手表一样,电子计算器的出现使得赫兹斯塔克的发明黯然失色。在卖出150 000台之后,最后一批“库塔”在1970年代初售出。此后,再也没有生产过一台机械计算器。

    赫兹斯塔克于1950年代初离开Contina公司,后来为意大利和德国的办公设备制造商提供咨询,住在列支敦士登的一栋普通公寓楼里。回首当时,技术奇才不时兴购买数百万美元的别墅。此后,列支敦士登政府直到他84岁时才承认他的功绩。不久之后,他于1988年去世。


------------------------  多年之后仍然好用 -------------------

    你手里的电子袖珍计算器解决问题会比“库塔”快得多。而与它相比,台式计算机是在表演巫术。也许“库塔”的唯一用途就是在停电时结算支票簿。

    但手里拿着赫兹斯塔克式小型计算器时(它是我的第一位天文学教授传下来的),我敏锐地意识到它比第一任主人活得要长,而且无疑也会比第二任主人更长寿。就像使用手册上所说的:“你的‘库塔’将伴随你终生,随时提供不可或缺的帮助。对它的精确性你可以彻底放心,小‘库塔’凝聚了计算工具领域的长期经验。它制造于……由精密仪器领域的国际专家设计,采用了最优质的金属材料。其构造中没有使用任何人造材料。”(我无法想像这样的广告词:“你的Excel程序没有使用任何人造材料”或者“你的奔腾微处理器将伴随你一生”。尽管这些都是实话。)

(图)Curta
Curta
    我认为除非了解某物,否则不能说拥有它,而且只有当我知道如何使用时才算了解。因此,准备好放大镜、镊子和宝石匠的螺丝刀,我旋开了这桶状计算器,把它拆成600多个小零件,包括齿轮、轴、钩子和小齿轮。

    我小心地取下8根输入轴,每根上面都开有螺旋槽,而这是在没有合作者、助手,甚至没有起草工具的情况下设计出来的。我看着设计精巧的步进鼓机构,这是在不可思议的恶劣条件下首先用铅笔绘制出来的。我触摸着轻合金,在当时它是革命性的。这时,我能感觉到一种精致的手感,它超过了半个世纪的计算技术进步。对“库塔”的精度完全有信心了吗?绝对有。

    重新组装了这台50多岁的计算器,我用它计算355除以113。先用拇指拨动螺旋轴上的输入钮,然后转动曲柄将第一个数输入机器中。接着输入第二个数,抬起曲柄再次旋转。“库塔”的计算齿轮与步进鼓的9补码齿相啮合。钢制传动轴通过直角小齿轮传送这一运动,而后送到结果寄存器中。当我旋转曲柄时,控制、逻辑和数位也绕着曲柄轴旋转。旋转曲柄20多次之后,结果弹出到小输出窗口上。

    我面前的结果比圆周率π略大一点。此刻,我紧握这个第一台计算器的直系子孙,它不仅代表了西方机械工艺的极致,而且是人类用自己的想像力战胜了敌对的纪念碑。



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h 布痕瓦尔德集中营
布痕瓦尔德集中营_百度百科
科塔计算器_百度百科

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发表于 2017-3-6 12:13:40 |
本来想介绍胡普费尔德提琴唱机的,但看到其他回答已经介绍了很多近代和现代的产品,我就来讲一点不一样的东西吧。要说人类创造出的最不可思议的机器,个人认为当属超越时代上千年的安蒂基西拉机器。该装置于1900年首次在希腊安蒂基西拉岛附近海底的一艘沉没的古代货船中被发现,后经许多研究者反复鉴定,并使用现代仪器扫描后,重新建模复原,被认为极有可能是世界上第一台机械计算机。根据最新的研究,这台机器可能制造于公元前205年的希腊罗德岛,其结构复杂与精细程度甚至要超过1000多年后的中世纪钟表,参见附图。
安蒂基西拉机器主要由2块刻度盘与30多个青铜齿轮构成,尺寸大致相当于笔记本电脑。借由一个曲柄输入特定的日期,可以在刻度盘上显示出日月,以及五大行星在天球中的位置,并可以用来预测日食和月相,记录特殊的纪念日,譬如古代奥运会开幕,可以认为是一个机械版的天文仪+万年历。预测精度方面,该机器在预测日月运动上极其精准,与现代科学的预测基本一致,一位现代软件工程师曾用乐高积木搭出了其复制品,并成功预测了2024年4月8日的日食。不过在行星轨道的预测上就稍逊一筹,这是由于其受限于当时的天文观测和理论天文学水平。但仅从机械构造的角度来说,这台机器所展现出的技术水平确实远远超越现代人想象中公元前人类所能达到的高度。
详细介绍请参阅百科词条与相关纪录片。

百科词条
百度:安蒂基西拉机器
维基:安提基特拉机械
相关纪录片
B站:【BBC】【远古科技】两千年前的计算机(观赏时请务必关弹幕)

打捞出的残片与内部齿轮想象图
机械结构概略图
齿轮配置图

2007年重置复原模型

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发表于 2017-3-6 12:20:00 |
Bagger 288挖掘机

KRUPP Bagger 288 是德国的 Krupp 公司为德国 Rheinbraun 采煤公司制造的巨型露天采矿车,它曾经在很长时间内占据着地球陆地表面上最大的可移动机械的霸主地位。Bagger 288 制造费用约为 1 亿美元,设计制造时间长达五年,需要有五人(五个唐国强?)进行操作。总长 220 米,高 96 米,重 13500 吨,从各方面来说这都是一台巡洋舰级的巨无霸。

Bagger 288" 走 " 起来不算快,每分钟约 2~10 米,但它的旋转挖矿轮每天可以吃下 240000 吨的土石(平均一小时 1 万平方米)。18 个轮盘式挖掘铲斗中的每一个就可以铲起 6.6 立方米的矿石或土质材料,这台巨型怪手每天可以创造一个的 5 个足球场大、17 米深的大坑!

有德国人吐槽说,2 千万年前埋藏在德国地下的宝贵褐色煤矿,被这怪物贪婪地吞噬着,悲催的是他们正在上网用的电就来自于怪兽拉出来的便便。


图片来源:
https://www.quora.com/What-is-the-most-interesting-vehicle-land-sea-or-air-you-know-about
极其震撼! 大过自由女神的挖掘机  你见过吗?(图)

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发表于 2017-3-6 12:25:10 |
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发表于 2017-3-6 12:31:03 |

1964年,4倍于U-2飞行速度的SR-71横空出世,拯救了美国军方和总统的荣誉。SR-71使用了大量当时的先进技术,不但设计上采取低可侦测性技术,更能以3马赫的高速躲避敌机与防空导弹。在实战记录上,没有任何一架SR-71曾被击落过。
SR-71被设计为具有非常小的雷达反射截面(radar cross-section,RCS),这是早期的隐形设计。然而,工程师忘了飞机有发动机吗?高温发动机是会排气滴呀!即使燃料用了铯来干扰雷达,还有温度滴呀。。。于是即使采用了大量的隐身技术,黑鸟在高速飞行时候巨大的红外特征(还有声音吧?)导致其完全不具备隐形功能。SR-71在自家联邦航空总署(Federal Aviation Administration,FAA)的长程雷达上都是最大的目标之一,在几百哩外就能追踪,莫说敌国了~~~
在头顶上被收集情报对任何国家来说都是一种侮辱,尤其是俄罗斯和朝鲜。虽然美国的侦察行动是秘密开展的,但飞机许多部位的温度可以达到900度,源源不断地散发热量,明明知道美国谍机就在头顶上,下面的军队却完全无计可施。
在全世界头顶招摇过市,调戏敌国30多年的SR-71完全是凭其神一样的高速,和比当时商务班机的飞行高度高3倍的高度,成功摆脱了上千次针对它的阻截和攻击全身而退的,其中绝大部分都来自前苏联的飞机和对空导弹。

附上两个关于著名的SR-71的笑话

“我永远记得那一天的无线通讯,当时我正和沃尔特(我的后座驾驶员)一起在13英里高度划过南加利福尼亚的天空。
“在飞入洛杉矶空域的时候,我们一直监听着空中其他飞机和飞控中心的通讯。虽然飞控中心并不真正控制我们,但是它始终在自己的雷达上监视着我们。这时,我听到一个塞斯纳(注:中国桑塔纳式普及型单引擎飞机)飞行员请求塔台读出他的地速。
“‘90节。’塔台回复。
“沉默了片刻,一架双发比奇(注:一种双引擎螺旋桨飞机)也同样要求塔台读出它的地速。
“‘120节。’塔台回答。
“很明显那天并不只有我们对自己的地速感到自豪,因为几乎是立刻,无线电上传来一个F-18(注:美国海军双引擎喷气式战斗机)飞行员得意的声音‘哦,中心,‘灰尘52’需要地速读出。’
“短暂的沉默之后,塔台回答‘地速525节,灰尘。’
“又一阵短暂的沉默。正当我心里痒痒的考虑时机是否成熟的时候,我听到后座传来了熟悉的无线电开关的喀嗒声。就在这一瞬间,我明白我和Walt成了真正的拍档。
“‘中心,我是‘白杨’20,需要地速读数,完毕。’
“一阵比平常长的多的沉默之后:‘白杨’,我这里的读数是,呃……1742节。
“那天那个频道没有更多的地速读数请求了。”

以下是另一段著名的SR-71与洛杉矶塔台的对话:
“请求60000英尺高度的空域使用权,over。”
沉默了片刻,传来了塔台调度员略带惊奇和嘲讽的声音:
“你打算怎么爬升到那个高度?”
沉默。飞行员回复:
“我们不打算爬升到那个高度。我们要下降到那个高度。over。”

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发表于 2017-3-6 12:36:20 |
其实在由发条驱动机械的时代,人类也发明了很多逆天的黑科技啊~
(以下内容搬运自新浪微博: 尖峰视界 , 原博有动图)
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1770年代,瑞士最古老的钟表品牌之一 Jaquet Droz(雅克德罗)所创造的极其复杂的机械娃娃。这些精密的机械由发条驱动,可以画画和写字。尤其是写字娃娃,极为惊人,会蘸墨水,会换行,背后的转盘可以控制其书写不同的字母,可以组合成任何句子,具备了一定的“编程”的概念。240年后这些古老的机械仍可以正常工作。(动图见:http://weibo.com/3931672306/B1StMvmnQ)
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现藏故宫博物院的“铜镀金写字人钟”。该钟高2.31米,为英国的Williamson专为清宫制作(也有人说写字机械部分为雅克德罗制造)。底层的写字人,可以用毛笔书写“八方向化,九土来王”八个汉字。(动图见:http://weibo.com/3931672306/B5YXphVK5)
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1800年代的“黄金珐琅唱歌小鸟手枪”,由发条驱动,唯一的功能就是“开个玩笑”...击发时,枪口会跳出一只唱歌小鸟,动作极其逼真,堪比好莱坞机械模偶。想要?这玩意曾在香港佳士得拍出580万美元...(动图见:http://weibo.com/3931672306/B683jkGbN)
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既然提到了“好莱坞机械模偶”,不得不说这玩意也是人类制造的最不可思议的机械之一。
多数情况下电影中使用高品质的CG特效创建奇异的角色,CG特效的高昂成本使得使用机械工艺的特效角色也发展成为一种广泛采用的技术,机械角色成本高昂但有着不可代替的逼真效果,而好莱坞电影工业中机械工程的技术高度也令人震惊。来看看好莱坞机械角色大师Gustav Hoegen作品~
引自:http://weibo.com/3931672306/AyRfWmKTb
你一定想象不到这些电影中的特效画面居然不是CGI,而是用机械模偶拍摄的!
                              Gustav Hoegen 2012 动画科技短片                http://v.youku.com/v_show/id_XNDY4MDYxMTgw.html                          
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手表品牌 Christophe Claret 推出的POKER表。爆点在于,以机械方式实现了三人同玩德州扑克的游戏功能,机芯带有可以带动52张牌的传动装置,翻牌、转牌和河牌时还可以响铃。价值140万人民币...嗯,可以想像三个高富帅蹲在一起抠一块表的场面…
引自:http://weibo.com/3931672306/ABihwEz3r

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最后是一组非常迷人的图片,其他答案有提到的“机械计算器”。
超过60年历史的老机械计算器错综复杂的内部结构,无数的杠杆、弹簧、齿轮共同构筑了简单背后的复杂。有趣的是,不管对于理科生还是文科生来讲,机械都是那么迷人;-) 来自摄影师 Kevin Twomey (http://kevintwomey.com)。
引自:http://weibo.com/3931672306/ByDBX5GJq

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版权声明:
在注明来源于新浪微博“尖峰视界”,并保留以下图片的前提下,本文可以免费转载,否则一律视为侵权,“尖峰视界”将利用有限的自媒体影响力进行维权和粗暴的讽刺谩骂,请自重;-)

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