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隨著火藥、火器技術的迅速發展，明代的建軍思想也發生轉變，開始組建專門的火器部隊——神機營。與此同時，明軍其他部隊也開始大面積配置火器，體制編制由此發生很大變化。
組建神機營
明永樂年間，朱棣正式下令在京師組建神機營。他將駐扎京城的軍隊分為三大營，即五軍營、三千營和神機營。《明史》記載了當時組建神機營的基本情況：
“又因得都督譚廣馬五千匹，置營名五千下，掌操演火器及隨駕護衛馬隊官軍。坐營內臣、武臣各一，其下四司，各把司官二。此神機營之部分也。居常，五軍肄營陣，三千肄巡哨，神機肄火器。”
從中可以看出，神機營設提督內臣、武臣和掌號頭官各兩名，下轄中軍、左掖、右掖、左哨、右哨五軍，軍以下設司。除此之外，還有五千下營，主要掌管火器操練和隨駕護衛馬隊。所謂“神機肄火器”，指的是神機營大量配備了當時最為先進的火器，諸如盞口炮、將軍炮、手把銃、神槍、快槍、單飛神火箭、神機箭等先進火器。在當時，神機營被視為一支戰略打擊部隊，受皇帝的直接指揮和調遣，可在重大戰爭中發揮作用。
神機營確實曾在戰場上發揮重要作用。永樂八年（公元1410年），朱棣親征漠北的戰役中，神機營就奉命隨隊出征，并在蒙古戰場上重創敵軍。永樂二十年（公元1422年）3月，朱棣指揮第三次漠北之戰，神機營的突然出擊也令蒙古軍“大潰，死傷不可數計”。因為戰功卓著，神機營此后越發受到重視。
在軍隊建設中，神機營起到了示范和標桿作用，推動了火器更加普遍地裝備部隊。水兵、騎兵等各個兵種，都開始配置火器，尋求冷兵器和火器的最佳配置。明代戰船也已經大量配備火器。鄭和下西洋的戰船就攜帶大量火器用以自衛，這漸漸成為一種趨勢。隨著抗倭形勢的發展，戰船配置的火器無論是數量還是質量，都不斷加強。這種結合，以戚繼光的軍隊為最具代表性。
合理配置冷熱兵器
除火器外，神機營也配備各種長短冷兵器。這得自正統年間明軍將領顧興祖的建議。當時顧興祖擔任“總操神機營”，他認為火器會受到雨雪天氣等意外因素的影響，如果部隊只配備火器，一旦在惡劣氣候條件下遭遇敵軍，很有可能會“槍銃火器倉卒難用，無他兵器可以拒抗”，故此他請求“每隊前后添設刀牌”。明英宗采納了顧興祖的建議。此后，神機營的裝備更講究冷熱搭配，但仍以各種火器作為主戰武器。
戚繼光的步兵營共有官兵2700人，其中配置鳥銃的士兵為1080人，如果再加上火箭手，使用火器的士兵達到編制總數的一半。騎兵營編制也為2700人，其中各種鳥銃手、快槍手、火箭手相加，也接近一半。水兵營中，火器的配置比例更高，超過50%。戰船上，除冷兵器外，更是大量配置大發熕（艦首炮）、佛郎機、火炮、鳥銃等各型火器。至于車營，更可視為專業的火器部隊，是對明代前期神機營的發展。
車兵重新崛起
火器的迅速發展，讓車兵呈現重新崛起之勢。車兵盛行于我國商周時期，但在秦漢便逐漸退出歷史舞臺，為騎兵、步兵和水師等兵種所替代。這一狀況在明代發生了改變。戚繼光的車營共有士兵2604名，配有炮車128輛，佛郎機炮256門。除機動性強的炮車外，車營還配有鳥銃手512名，佛郎機手768名。不難看出，火器手的人數也占據了車營的一半以上，其他的則為軍官和必備的勤雜人員。
在火器技術快速發展的明代，有識之士先后建議朝廷恢復車兵。正統十二年（公元1447年），總兵官朱冕建議“用火車備戰，自是言車戰者相繼”。其中所謂“火車”，實則是配置了火器的戰車。明代最新設計的戰車，可視為現代裝甲車的“鼻祖”，已與先秦時期的戰車大不相同。景泰元年（公元1450年），明軍將領郭登繼續建議建造戰車。他提倡建造的戰車名叫“偏箱車”，希望達到“遇賊來攻，勢有可乘，則開壁出戰；勢或未便，則堅壁固守。外用常車，載大小各樣將軍銃”的效果。這種設計理念與現代裝甲車的作戰效果相類，不僅將車身作為護衛工具和運載工具，而且要裝載必備的火器，適時打擊敵人。此外，戰車上還裝載一些必要的冷兵器，但主要配備的是火器，力求各種裝備完美結合，從而使這種“裝甲車”最大程度發揮戰斗力。從天順六年（公元1462年）到萬歷三年（公元1575年），明代每年建造戰車達數千輛。
總之，火器技術的發展、各種先進火器的陸續發明，深刻影響了明代建軍思想，加快推動了明代軍隊編制體制的調整。
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