?工業(yè)革命前的漫長(zhǎng)時(shí)代里，槍械制造和其他所有機(jī)械一樣，都是小作坊生產(chǎn)體制。十九世紀(jì)早期，槍管依然是槍匠一錘一錘鍛打出來(lái)的。槍匠把一米來(lái)長(zhǎng)、十厘米寬的鐵條分段燒到紅熱，反復(fù)敲打，一點(diǎn)一點(diǎn)卷到一根圓棍上，直到整根槍管成型。
不僅是槍管，從槍機(jī)、銅扣件到木質(zhì)槍托全都是手工制作的，需要耗費(fèi)熟練人工的大量工時(shí)。當(dāng)時(shí)制造一支步槍大致需要一個(gè)月左右，供軍官、上流社會(huì)使用的高檔步槍、豪華手槍要花費(fèi)幾個(gè)月甚至數(shù)年來(lái)打造。
一名槍匠很難同時(shí)掌握所有技藝，所以槍管、槍機(jī)、槍托、銅扣往往是由鐵匠、鐘表匠、木匠、銅匠分別在各自的作坊里制造，最后由槍匠統(tǒng)一組裝。
槍匠們靠手藝養(yǎng)活自己，雖然致富的并不多，但比農(nóng)民收入明顯高很多，溫飽小康無(wú)憂。在這種情況下，槍匠們只要提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性就夠了，槍械檔次越高、工藝越精美，附加價(jià)值就越高，槍匠賺得就多。整個(gè)槍械制造業(yè)缺乏發(fā)明創(chuàng)新的動(dòng)力，因?yàn)槿魏我豁?xiàng)嘗試都會(huì)花費(fèi)時(shí)間和成本，都會(huì)有失敗的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)于手工業(yè)生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)是難以承擔(dān)的。與其他產(chǎn)品一樣，前工業(yè)時(shí)代槍械的創(chuàng)新速度很緩慢，某一些創(chuàng)新還是由貴族、富戶而非槍匠主導(dǎo)的。
此外，不同行業(yè)的手工作坊有不同的傳統(tǒng)和行規(guī)，槍械零部件作坊之間很難協(xié)同創(chuàng)作新產(chǎn)品。即便槍匠制造出了博人眼球的新產(chǎn)品，產(chǎn)量跟不上，也完全無(wú)法形成更高的利潤(rùn)。正因如此，燧發(fā)步槍在200多年間沒(méi)有發(fā)生太大的變化。
手工制造帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題就是制造公差。手工部件都是非標(biāo)準(zhǔn)件，零件難以互換，備用件的概念是不存在的。如果第一支槍的擊錘壞了、第二支槍的火鐮夾壞了、第三支槍簧片崩了，士兵通常無(wú)法用三支槍的剩余零件組合出一把能用的槍支。軍隊(duì)需要配備隨軍槍匠，幫助士兵修理和維護(hù)步槍。甚至在戰(zhàn)場(chǎng)上，槍匠也需要在陣地后方進(jìn)行緊急搶修。
在手工體制下，槍械越復(fù)雜越難以制造、越容易損壞、越難以修理。其實(shí)無(wú)論福賽斯的香水瓶還是喬舒亞·肖的火帽，都只是簡(jiǎn)單的更換已有燧發(fā)步槍的擊發(fā)部分。更復(fù)雜的武器機(jī)構(gòu)在工業(yè)革命前是難以普及的。
十八世紀(jì)中后期，工業(yè)革命爆發(fā)，機(jī)器生產(chǎn)逐步代替了手工生產(chǎn)，工廠代替了工場(chǎng)。1800年前后，美國(guó)的工業(yè)革命如火如荼，誕生了許多新的工藝和方法。
伊萊·惠特尼（Eli Whitney，1765-1825）是美國(guó)第一次工業(yè)革命的靈魂人物。他是發(fā)明家、機(jī)械工程師和企業(yè)家，被認(rèn)為是美國(guó)歷史上最偉大的創(chuàng)新者之一?；萏啬岢錾隈R薩諸塞的富裕農(nóng)民家庭，年輕時(shí)屬于特別追求上勁的類型，邊打工邊求學(xué)，畢業(yè)于耶魯大學(xué)，斐陶斐榮譽(yù)學(xué)會(huì) 優(yōu)等生。他平生最突出的兩大成是發(fā)明了棉花軋棉機(jī)和推廣可互換零件的概念，這兩大成就一個(gè)引發(fā)了美國(guó)內(nèi)戰(zhàn)（大刺激了南方種植園黑奴的需求，激化了南北方的經(jīng)濟(jì)和政治矛盾），另一個(gè)決定了北方獲勝的結(jié)果（大幅增強(qiáng)了北方工業(yè)和軍事實(shí)力），可以說(shuō)在一定意義上推動(dòng)了美國(guó)的歷史。
一般認(rèn)為，惠特尼的可互換零件概念大幅推動(dòng)了槍械生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)而推動(dòng)了整個(gè)工業(yè)進(jìn)步。探究有記錄的史實(shí)則可能會(huì)讓不少人大跌眼鏡。
可互換零件概念并不是惠特尼提出的，考古發(fā)現(xiàn)，秦國(guó)弓弩的懸刀弩牙（扳機(jī)和弦鉤）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)和可交換。1760年代，法國(guó)“炮兵之父”格里博瓦爾（Jean-Baptiste Vaquette de Gribeauval，1715-1789）也提出了火炮標(biāo)準(zhǔn)化和零件可交換?；萏啬岬呢暙I(xiàn)似乎在于推廣了可交換零件概念，啟發(fā)了后來(lái)的美國(guó)槍械制造業(yè)。
說(shuō)起來(lái)，惠特尼涉足槍械制造業(yè)是無(wú)奈而為之。他1793年發(fā)明高效的軋棉機(jī)，1794年獲得了專利，但由于美國(guó)1793年《專利法》的漏洞，其專利權(quán)直到1807年才實(shí)際生效。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軋棉機(jī)的仿制者眾多?；萏啬嵩鞠Ｍㄟ^(guò)經(jīng)營(yíng)軋棉生意牟利，可惜生產(chǎn)的機(jī)器數(shù)量有限，專利訴訟又花費(fèi)了大量資金和精力，最終獲利甚微。到1798年，惠特尼在紐黑文的棉花加工廠遭遇火災(zāi)，惠特尼幾近破產(chǎn)邊緣。
其時(shí)歐洲局勢(shì)混亂，法國(guó)大革命已經(jīng)掀起了幾輪高潮，第一次反法同盟被冉冉升起的拿破侖打敗。美國(guó)與英法各國(guó)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，很有可能會(huì)加入戰(zhàn)團(tuán)。美國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)部開(kāi)始擴(kuò)充軍備，其中1798年曾發(fā)出一筆1萬(wàn)支步槍的緊急訂購(gòu)合同，要求1800年年底前全部交貨。
惠特尼之前從未接觸過(guò)槍械生產(chǎn)，但這筆買賣利潤(rùn)頗豐?；萏啬犷H有手腕，利用自己耶魯校友的身份爭(zhēng)取到了當(dāng)時(shí)財(cái)政部長(zhǎng)奧利弗·沃爾科特（Oliver Wolcott, Jr.，1760-1833）的支持，還拿到了國(guó)會(huì)的生產(chǎn)獎(jiǎng)金。合同簽署后，惠特尼在康涅狄格州紐黑文郡的惠特尼維爾建立了槍械工廠。根據(jù)沃爾科特的建議，惠特尼提出將要設(shè)計(jì)出專門(mén)生產(chǎn)器械，制定標(biāo)準(zhǔn)化制造流程，讓普通工人也能夠分工生產(chǎn)不同的零件，取代傳統(tǒng)意義上的槍匠。用這種工藝流程生產(chǎn)出來(lái)的零件尺寸統(tǒng)一公差標(biāo)準(zhǔn)，可以通用，相互任意替換。這個(gè)概念太有吸引力了，全面改善了戰(zhàn)時(shí)武器后勤供應(yīng)，是當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)部夢(mèng)寐以求的，得到了軍官和政府官員的廣泛關(guān)注。1801年，惠特尼公開(kāi)展示了幾支步槍之間的零件任意組合，引來(lái)一片喝彩。
可惜惠特尼沒(méi)有成功，他不斷聲稱為了實(shí)現(xiàn)大批量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，需要更多的時(shí)間優(yōu)化生產(chǎn)工具和其機(jī)器，多次拖延交付日期，還將機(jī)器研發(fā)制造成本攤?cè)肓藰屩r(jià)格。原定2年的生產(chǎn)合同，惠特尼整整用了11年才完成。更過(guò)分的是，他的步槍根本不能實(shí)現(xiàn)零件互換。
不少歷史學(xué)家認(rèn)為惠特尼并沒(méi)有認(rèn)真開(kāi)展槍支生產(chǎn)，而是拿著政府的錢(qián)挽救他的軋棉生意。至于可交換零件概念，只是他拖延合同的借口之一。1801年的可交換零件公開(kāi)展示完全是騙局和表演?；萏啬岜救耸莻€(gè)奸商、騙子。
無(wú)論如何，伊萊·惠特尼讓可交換零件和大批量生產(chǎn)的概念深入人心，啟發(fā)了后來(lái)的槍械制造者。各國(guó)軍火生產(chǎn)商很快意識(shí)到，掌握了這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)就掌握了槍械制造業(yè)的未來(lái)。經(jīng)過(guò)1820到1830年代約翰·漢考克·霍爾和西緬·諾斯等人在哈珀斯費(fèi)里兵工廠的嘗試，到1840年代著名的羅賓斯和勞倫斯公司（Robbins & Lawrence Co.）真正實(shí)現(xiàn)了槍械大工業(yè)化生產(chǎn)。
機(jī)械化生產(chǎn)是美國(guó)工業(yè)革命最重要的部分，但不是全部。到十九世紀(jì)三四十年代，美國(guó)的工業(yè)革命基本完成，工業(yè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)實(shí)力達(dá)到了前所未有的水平。尤其在美國(guó)東北部地區(qū)，人口激增，出現(xiàn)了大量熟練的產(chǎn)業(yè)工人，也培養(yǎng)出了一批頭腦靈活、思維活躍的技術(shù)人員、工程師、工業(yè)家、企業(yè)家。技術(shù)人員和產(chǎn)業(yè)工人的分工給產(chǎn)品大規(guī)模創(chuàng)新研發(fā)帶來(lái)了可能，機(jī)械化生產(chǎn)方式、新的加工工藝給槍械制造業(yè)帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間，槍械帝國(guó)的黃金時(shí)代初現(xiàn)曙光。
直到19世紀(jì)早期，槍械的擊發(fā)裝置已經(jīng)發(fā)生了不少變化，軍用彈藥也早已用紙包定裝彈取代了分裝彈藥。然而幾百年來(lái)從槍口裝填火藥和彈頭的方式一直沒(méi)變。當(dāng)時(shí)士兵裝填軍用步槍需要經(jīng)過(guò)繁瑣的步驟：
1.左手持槍置于胸前，槍口傾斜指向左上。
2.右手向后按壓機(jī)頭，停在中間位置。這是個(gè)保險(xiǎn)位置，無(wú)法扣動(dòng)扳機(jī)，機(jī)頭不會(huì)釋放。
3.向前推開(kāi)火鐮露出藥室。
4.右手從彈藥盒中取出紙殼彈藥,從頂部咬開(kāi)紙卷。
5.將少量火藥倒入藥室，蓋上火鐮片關(guān)閉藥室。
6.豎直槍身，槍口朝上，槍托著地。將紙包中的火藥從槍口倒入，裝藥量通常是60-72格令 （3.9-4.7g）。
格令為英制計(jì)量單位，根據(jù)一顆麥粒的重量確定，一直以來(lái)都是美國(guó)槍彈彈頭質(zhì)量、裝藥量的常用計(jì)量單位，1格令=64.79891毫克=1/7000磅，約合1/15克。遵從習(xí)慣，文中將大量使用格令為單位。
7.將紙包連同底部的鉛彈頭一同塞入槍口，紙包起到了襯套的作用，且常常涂有油脂或蠟，一方面防潮，另一方面起到潤(rùn)滑作用。
8.從槍管下方抽出壓彈桿，將鉛彈一路推到膛底，壓實(shí)。發(fā)射一定次數(shù)后，槍管內(nèi)的黑火藥殘?jiān)鼤?huì)讓壓彈逐漸變得費(fèi)勁。
9.從槍管中抽出壓彈桿，裝回槍管下方。不遵守軍令的士兵會(huì)直接把壓桿扎在地上，如果是頭部沾上的泥土，可能會(huì)影響后續(xù)裝填。
10.舉起步槍，右手向后按壓機(jī)頭到完全待擊位置。
11.瞄準(zhǔn)，扣動(dòng)扳機(jī)，如果不出問(wèn)題的話，步槍會(huì)擊發(fā)。
步槍要不斷地在肩上、胸前、地下移動(dòng)，1米左右的壓彈桿要來(lái)回抽插，射手很容易疲勞、出錯(cuò)。最優(yōu)秀的射手在無(wú)干擾的情況下，可以達(dá)到每分鐘4發(fā)的射速。普通士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上能保持每分鐘2發(fā)的射速就已經(jīng)非常不錯(cuò)了。
火帽普及后，裝填動(dòng)作得以簡(jiǎn)化，軍士訓(xùn)練士兵是總結(jié)為9個(gè)步驟：
準(zhǔn)備動(dòng)作：槍落地，槍口朝上。左手扶槍，
1.取出子彈。
2.舉到嘴邊。
3.咬開(kāi)紙卷。
4.裝藥裝彈。
5.抽出壓桿。
6.壓實(shí)彈藥。
7.插回壓桿。
8.半扣擊錘。扔舊火帽、裝新火帽。
9.舉槍上肩。
完成以上準(zhǔn)備后，士兵可以隨時(shí)扣滿擊錘擊發(fā)彈藥?；鹈睋舭l(fā)減少了向藥室裝入引火火藥的步驟，步槍不用兩次舉起落下，在戰(zhàn)場(chǎng)上明顯減少了緊張感和失誤率，但裝填速度并沒(méi)有得到本質(zhì)的提升。
后膛裝填是提升發(fā)射速度、提高裝填可靠性的必然方法。最早的后膛裝填槍械可以追溯到英王亨利八世時(shí)期（1491-1547年），其后發(fā)明的型號(hào)和結(jié)構(gòu)多種多樣，包括可拆卸彈膛、彈膛偏移、橛把開(kāi)鎖、旋轉(zhuǎn)閉鎖……囿于機(jī)械設(shè)計(jì)和加工水平，無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)都飽受火藥燃?xì)饷芊鈫?wèn)題的折磨，可靠性都差，難以普及。
美國(guó)是世界上最早開(kāi)始大批量生產(chǎn)和裝備后膛裝填步槍的國(guó)家之一。其早期后膛裝填步槍發(fā)明人約翰·霍爾，以及后來(lái)協(xié)助生產(chǎn)的西緬·諾斯名聲遠(yuǎn)沒(méi)有伊萊·惠特尼那么響亮，但也是槍械制造乃至美國(guó)工業(yè)化革命的關(guān)鍵人物。
約翰·漢考克·霍爾（John Hancock Hall，1781-1841）是緬因州波特蘭人，主業(yè)是經(jīng)營(yíng)木工廠和造船廠，本人癡迷于槍械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。1811年，霍爾獲得了后膛裝填步槍設(shè)計(jì)專利，開(kāi)始小批量生產(chǎn)。霍爾步槍的設(shè)計(jì)思想很簡(jiǎn)單，彈膛前部可以上抬，裝入子彈。當(dāng)然，霍爾步槍也可以從槍口裝填。
1814年，美國(guó)陸軍軍械部向他訂購(gòu)200支步槍，霍爾萬(wàn)分遺憾地拒絕了，因?yàn)殛戃娨蠡魻栆荒旰蠼回?，而霍爾每年只能制?0支。霍爾深刻意識(shí)到了工場(chǎng)手工生產(chǎn)的不足，而大規(guī)模批量生產(chǎn)，就不可避免的遭遇了公差問(wèn)題。對(duì)于后膛裝填步槍，公差將是影響燃?xì)饷荛]性的致命問(wèn)題。因此，霍爾提出了大批量生產(chǎn)的零件“一致性原則”，也就是用另一個(gè)名詞描述了可交換零件概念?；魻栂蜍姺綊伋隽诉@一生產(chǎn)概念，正和軍方的胃口。1816年，戰(zhàn)爭(zhēng)部向霍爾訂購(gòu)了1000支M1819步槍，訂購(gòu)數(shù)量不多，有一定的試驗(yàn)性的意義，他們更關(guān)注霍爾是否能實(shí)現(xiàn)其宣稱的生產(chǎn)方式。
霍爾雄心勃勃的拋下自己的產(chǎn)業(yè)，搬到西弗吉尼亞州國(guó)家兵工廠所在地哈泊斯費(fèi)里。在那里，霍爾選中了合適的廠址——謝南多厄河上的弗吉尼厄斯島?；魻栙I下了島上的一個(gè)水力磨坊，利用謝南多厄河驅(qū)動(dòng)自己的生產(chǎn)機(jī)械。為了霍爾能夠順利完成工作，美國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)部雇傭諾斯到哈泊斯費(fèi)里協(xié)助霍爾開(kāi)展生產(chǎn)。
西緬·諾斯（Simeon North，1765-1852）是康涅狄格州米德?tīng)栴D市的農(nóng)場(chǎng)主，經(jīng)營(yíng)一家水力磨坊。受自己的妻弟——鐘表匠以利沙·切尼（Elisha Cheney）的啟發(fā)，開(kāi)始利用水力生產(chǎn)機(jī)械部件，并于1810年代發(fā)明了銑床，成為重要機(jī)械生產(chǎn)工具。1813-1816年間，諾斯接受政府合同，生產(chǎn)了2萬(wàn)支槍機(jī)可互換的手槍。當(dāng)時(shí)的可互換零件是為了戰(zhàn)場(chǎng)后勤和維修方便，而不是為了大批量高效生產(chǎn)。為達(dá)到可互換性，零部件最終還是需要手工精確打磨，其成本反而更高。但這個(gè)合同想戰(zhàn)爭(zhēng)部展示了諾斯使用水利機(jī)械的能力。
盡管有諾斯的豐富經(jīng)驗(yàn)，霍爾依然足足花費(fèi)了5年時(shí)間以及15萬(wàn)元的政府資金，才逐步完成了自己的生產(chǎn)系統(tǒng)。
霍爾的生產(chǎn)機(jī)械通過(guò)皮帶傳動(dòng)裝置達(dá)到了3000轉(zhuǎn)/分鐘，在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)驚人的。豐沛的動(dòng)力源足以驅(qū)動(dòng)鑄鐵制造的加工機(jī)械，讓新工藝成為可能。以往，金屬車銑刨磨和大型部件加工需要大量熟練工人的密集勞動(dòng)，現(xiàn)在只需要普通工人簡(jiǎn)單操作機(jī)械即可完成。
霍爾還發(fā)明了專用零件量具，用于測(cè)量零件公差，保證零件的裝配性和可交換性。從驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、工具、工序到量具，霍爾的整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)及其簡(jiǎn)單而又高效，后膛裝填步槍的批量生產(chǎn)終于成為現(xiàn)實(shí)。
美國(guó)裝備部曾經(jīng)指派三人委員會(huì)檢查霍爾的工廠。他們完全被霍爾的生產(chǎn)系統(tǒng)所折服，稱其為“全新的輕武器制造體系，對(duì)國(guó)家有巨大的助益，投入大規(guī)模應(yīng)用更是益處無(wú)窮”。軍方繼而大量定購(gòu)霍爾步槍。
其實(shí)霍爾和諾斯也沒(méi)有能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代意義上的流水線生產(chǎn)和可交換零件，但他們技術(shù)和方法很快通過(guò)哈泊斯費(fèi)里國(guó)家兵工廠得以推廣，不僅影響了槍械制造行業(yè)，也促進(jìn)了鐘表、成衣、制鞋、家用機(jī)械，特別是啟發(fā)了后來(lái)亨利·福特的汽車制造。1840年代，羅賓斯和勞倫斯公司在霍爾和諾斯水力機(jī)械的基礎(chǔ)上，建立了完整的可交換零件生產(chǎn)體系。軍事工業(yè)走在了工業(yè)進(jìn)步的最前面。
早期生產(chǎn)的M1819霍爾步槍為.525口徑、32.5英寸（0.83m）槍管的基本型線膛步槍。1833年開(kāi)始生產(chǎn)的霍爾卡賓槍改為滑膛槍，為便于騎兵使用槍管縮短到23英寸（0.58m），也是美國(guó)第一種火帽步槍。為了增加威力，1835年霍爾步槍口徑增加到了.69。1840年卡賓槍使用了21英寸（0.53m）線膛槍管，同時(shí)啟用了更高效的開(kāi)膛桿，后來(lái)定型為M1842卡賓槍。西緬·諾斯負(fù)責(zé)生產(chǎn)的.52口徑短卡賓槍進(jìn)一步改進(jìn)了開(kāi)膛桿，成為霍爾系列的最后一個(gè)型號(hào)，稱為M1843霍爾-諾斯卡賓槍。1820–1846年間哈珀斯費(fèi)里兵工廠共生產(chǎn)了超過(guò)5萬(wàn)支霍爾步槍和卡賓槍。
霍爾步槍和卡賓槍的射擊速度可以達(dá)到6-8發(fā)/分鐘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于槍口裝填步槍。不僅如此，在米涅彈發(fā)明以前，霍爾后膛裝填步槍是最容易裝填的線膛槍。借助膛線的穩(wěn)定作用，其精度和射程遠(yuǎn)高于普通滑膛步槍。
1820年代初，裝備部進(jìn)行了一次對(duì)比試驗(yàn)，一個(gè)連38名士兵分別用常規(guī)滑膛槍、前裝線膛槍和霍爾步槍射擊100碼（91m）以外的目標(biāo)，每種步槍限時(shí)10分鐘。結(jié)果是：滑膛槍共發(fā)射845次，命中208發(fā)，命中率35%；前裝線膛槍發(fā)射至發(fā)射了464次，命中164發(fā)；霍爾步槍發(fā)射了1198次，命中430發(fā)。后裝線膛在射速和命中率方面顯示出了壓倒性的優(yōu)勢(shì)。
然而霍爾步槍并沒(méi)有能夠大范圍取代滑膛槍。因?yàn)榛魻柕脑O(shè)計(jì)方案以及當(dāng)時(shí)的工藝都還無(wú)法滿足彈膛密閉的要求，燃?xì)鈺?huì)從彈膛和槍管之間的間隙噴出，這一方面減小了膛壓，降低了彈頭威力，另一方面也對(duì)射手的面部和眼睛造構(gòu)成危險(xiǎn)。
為提高威力，霍爾步槍的裝藥量從普通步槍的常見(jiàn)60-72格令（3.9-4.7g）增加到100格令（6.5g），口徑也從最初的.525增大到.69。然而霍爾步槍的槍口初速依然比普通滑膛步槍低30%，100碼距離的穿透能力只有滑膛步槍的1/3。此外，霍爾步槍加工復(fù)雜，成本高昂，價(jià)格為25美元，是普通步槍的兩倍，軍方也不遠(yuǎn)再多購(gòu)買。
霍爾步槍終究難以成為美國(guó)軍隊(duì)的主力武器。不過(guò)后膛裝填的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)深入人心，霍爾和諾斯的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)啟發(fā)了很多槍械設(shè)計(jì)師，1830-1860年間一大批后膛裝填設(shè)計(jì)開(kāi)始逐漸走向成熟。
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