數理院的工廠不僅僅是要生產火器，還要生產火藥。院士王徵精通機械，他雖然只是舉人，但是在機械方面，數理院的學者沒有一個人比得上他。王徵幫忙改進了配置火藥的工藝，他發明了轉桶搗碾法、碾磨法和搗磨法:

　　轉桶搗碾法，其法是在一個裝有轉軸的大桶內裝進藥料和幾個小銅球，然後轉動大桶，桶內銅球隨之轉動，攪拌藥料，製成火藥，每個時辰可以製造二百七十斤火藥成品。然後將其攤放在濕布上，擠壓成火藥餅，再切成藥粒，供槍炮使用。

　　碾磨法，其法是先選擇細密石料製成石磨，安裝在工廠內。製造火藥時，先將藥料集中在碾石之下，然後轉動石磨，將藥料碾磨與拌和。最初用驢拉石磨，後來用水力轉動石磨，產量和質量也隨著動力的增大而提高。

　　搗磨法，是由搗磨機完成的。這種機器是組裝而成的，每台機器有六個攆臼，配六根杵，由一個曲柄連動右邊的凸形飛輪，用一個圓筒形軸，與飛輪做垂直連接，軸與木杵接觸。使用時利用風力轉動飛輪，帶動軸筒一起轉動，軸筒拉動木杵，搗磨臼中藥料，製成混合火藥。

　　王徵研究的這三種製藥方法，在同等人力的使用下極大地提高了產量。火藥製成後還要進行多道加工，才能得到有效保護和保證運輸中的安全。首先要用王徵研發的水壓式機器將火藥壓成堅固而均勻的藥塊，使之具有一定的密實性和幾何形狀。其次要用機械式造粒缸，將火藥塊製成大小均勻的火藥粒分別篩選出適用於不同火器的火藥粒。然後再將篩過的火藥粒放在烘乾室裡烘乾，使火藥保持良好待用的乾燥狀態。

　　各種款式的火槍需要的火藥配比都是不同的，這一部分就由擅長化學藥品的徐光啟來負責。北直隸地區永平府也就是後世的唐山，地下煤層深厚，品質優良。朱由校已經下命令讓數理院的人員去找煤礦，找到了就開鑿礦井，采煤補貼工業。

　　朱由校看著眼前的熱火朝天開工的工廠，他開始思考更深層次的東西。為什麽工業革命不是在中國爆發?後世的學者有很多人做出了回答，比如說傳統中國只有工藝而沒有科學、中國人依賴經驗而不重視實驗、中國勞動人口過多因而不需要機器、科舉制度禁錮了知識分子的思想、儒家傳統輕視科技、中國缺乏發明專利及科技知識被官方壟斷等理由。也許這些說法都有一定的道理，但是朱由校覺得最大的問題還是在於沒有需求。

　　傳統中國只有工藝而沒有科學，這個說法未免太荒謬了，工藝和科學之間的因果關系錯綜複雜，兩者不應該分割開來。歐洲長期處於戰國時代，互相打來打去。遠洋航行、遠距離貿易、歐洲國與國之間的競爭和熱兵器戰爭所需要面對的各種挑戰和現實問題，迫使歐洲人必須進行精密準確的觀測、量度和實驗，這很可能是西方科學革命的真正起源。

　　定時器是一個很好的例子。時鍾對於明朝人來說不過是一種收藏品，但對跨越大洋的歐洲人來說，定時器卻是他們用來鑒定船只在海洋中正確位置的儀器，因此必須非常準確，不容有絲毫差錯。但定時器的演進與後來牛頓力學和微積分數學的發展有莫大關系。望遠鏡是另外一個例子。望遠鏡是遠洋航行不可或缺的，但經改良的望遠鏡也讓歐洲人能夠觀測月亮和行星，推動天文學的發展，導致伽利略的重要發現。在歐洲諸國之間的戰爭中，雙方火炮的準確度是決定勝負的關鍵，

因此有需要發展幾何、三角和微積分等數學，來計算在不同仰角下炮彈的彈道和射程，但這些數學又可以用在其他科學領域上。　　在明朝也有科學的曙光，以徐光啟為代表，有一批經世致用的士大夫學習西方的科學和數學。中國有自然科學，但是不像同時期的歐洲那樣開始偏重實驗方法。明朝的學者主張利用西方的數學來解決天文歷法上的問題。可惜統治者在解決天文歷法問題之後沒有對數學提出更高的熱情，中國的數學與科學也就停滯不前了。

　　中國商業的發展也沒有成功倒逼工業革命。根據大臣們的奏疏和六部提供的原始材料，朱由校可以判斷出江南是中國原始工業化水平最高的地區，現在的江南甚至可以說是全世界最繁榮最富裕的地區。江南棉紡織業、絲織業、碾米業、釀酒業、榨油業、服裝業及印刷業都有相當大的規模。江南的輕工業的重要性幾乎與農業相當。

　　相比之下，江南的重工業卻微不足道，沒有什麽重要發展。除了一些小規模的采煤業外，江南基本上沒有煤鐵行業。工具製造業還是繼續生產傳統的簡單手工工具。隆慶開關以後，造船業有些發展，但江南所造的海船主要是沿海航運的沙船，最大的不過三四百噸。而同時期的歐洲，比如說英國的重工業發展速度極快，煤鐵行業迅速的崛起。

　　江南的工業結構出現這種情況，主要原因是重工業需要消耗大量能源和材料，而輕工業卻是能源和材料的低消耗者。中國雖然擁有豐富的煤礦，但大部分在北方。江南本身的煤炭資源非常貧乏，附近省份如兩湖、江西和安徽等地的產煤量也不大，除去本地之用以外，可輸往江南的煤炭極其有限，而且價格昂貴。江南一帶有一些小型的鐵礦和銅礦，但因為缺乏燃料在明朝沒有開采。江南工具製造業和造船業所用的鐵，主要來自昂貴的進口鐵和廢鐵的再利用。

　　雖然江南礦產資源如此短缺，但另一方面，江南卻擁有豐富的人力資源。根據徐光啟的估計，江南人口大致有兩千萬人。而且江南在普及教育和栽培技術人才方面很有成績， 勞動人口素質相當高，明朝著名的技術專家和發明家，有過半出自江浙。比如說大名鼎鼎的數理院院長徐光啟就是上海人。

　　輕工業對能源和材料的需求相對較小，對勞動力的依賴卻相當高，因此勞動力充足、能源和材料缺乏的江南很自然地偏重輕工業的發展，注重技巧而不注重機器。而江南輕工業所需要的主要原料棉花和蠶絲，基本上都能自給自足;其他原料像稻谷和大豆等，則可依賴引進。因為工具和機器製造業落後，江南的輕工業一般都依賴簡單的工具和手工操作，企業形式以家庭經營的小作坊為主，使用複雜機器的較大規模作坊非常罕見。這樣一來工業發展就會變慢很多。

　　最後，還有一個導致科學革命出現的不容忽視的因素——環繞地球的航行。歐洲的航海家們通過對世界各地完全不同的民族和文化習俗的接觸，以及對地球各處地理生態環境的觀察，令歐洲人大開眼界，把他們的視野擴展了不知多少倍。這些刺激對西方傳統觀點看法的衝擊以及對西方思維的影響之巨是難以估計的。這是明朝及世界其他文明所沒有的經歷。在中世紀時期坐井觀天的歐洲文明，此刻從井中爬出，大明朝的士大夫還依舊在井裡面。雖然已經有徐光啟這樣開眼看世界的偉大學者，但是還是有不少腐儒還把西方的技術看做奇1淫技巧。

　　為了解決這些問題，朱由校承辦兵工廠，他打算以對軍事的投入來拉動北方的重工業。以後他還要發展造船業，再發起一次鄭和下西洋的偉大壯舉，這不只是為了耀威而是為了國計民生。