“我明白了，原来的脚踏纺纱车已经能同时纺四锭纱，咱们设计的水力纺纱机还是四锭，这样不行，应该重新设计，设计出至少能纺八锭甚至更多的纺纱机。”宋应星道。
“还有水力织布机，除了利用水力和原来没什么不同。织的布太窄，咱们应该设计出织宽布的织布机。而且织布时梭子要靠工人来回扔，速度慢，工人很容易疲惫，能不能设计一种自动来回运动的梭子，这样可以极大地提高生产效率？”邓玉函也道。
众人集思广益，开始了重新设计，邓玉函懂得机械，但是一些精巧东西却做不出来，于是便派人去了澳门，雇佣了几位来自欧罗巴的钟表匠。
终于，在大半年后，由一个瑞士人叫怀特的表匠制作出了“飞梭”，飞梭放在特制的槽中，借助于一条特制的绳索带动织梭，织工拉动绳索使其来回飞越梭道。就效率来说，比原来手掷梭子方法相比较，效率提高一倍，布面也比原来的宽了一半。
纺纱机，王徵提供了一个思路，把原本横着的纱锭竖着放置，这样就可以用一个纺轮带动更多的纱锭。王徵和邓玉函合作，按照这个思路设计出了新的纺织机，可以用一个纺轮带动八个竖直纱锭，把效率提升了一倍。后来又进行了改进，可以用一只纺轮带动三十二个纱锭，效率进一步提升。
在水力纺纱织布机初步发明出来后，朱由检便下令建立纺织工场。一开始是准备在北京城外永定河边建场，后来徐光启提议，可以把工场设立在天津。
理由是天津守着运河，从山东河北各地收购的棉花可以通过运河运到天津，生产出来的棉布也可以通过水道运往外地甚至运出海外。而若是把工场设在北京的话，运输需要先经过运河到达通州，然后从通州经陆路转运，非常麻烦。
而且天津卫城以东，靠近海边有大量的盐碱地，这些地方种植庄稼产量极低，很多都是荒地，购地的成本很低，甚至可以直接用皇家名义征收，毕竟将来的工场会越来越大，需要的土地很多，北京城外永定河边的田地皆上好农田，都是有主之地，征收起来必定扰民。
朱由检从善如流，听从了徐光启的建议，决定在天津建设工场。经过考虑后，派宋应星为皇家棉纺织工场第一任总理，负责工场筹建之事。
就在崇祯元年，宋应星再次会试落榜，对科举彻底绝望，在徐光启的举荐下加入了皇家科学院，从事他最感兴趣的研究工作。水力纺织工场建立，需要建造太多的水力机械，必须有这样的人总管。为了激励宋应星，朱由检给了他一个翰林院待诏的官职，虽然只有从九品，却是清贵的翰林官，而且不用在翰林院上班。
当然，宋应星只是负责技术，具体管理上，则从科学院商科调了一名叫做田华的讲师担任大掌柜。田华原本是阉党的商行掌柜，阉党倒台，资产被查抄，田华差一点被抓进锦衣卫大牢，科学院成立，便被招到科学院当讲师，给商科学生讲授商业管理运作。
田华上任后，做的第一件事便是去山东拜访各家士绅，以皇商的名义敲定棉花收购合同。他给出的价格不低，甚至要稍微高出一点市场价格，要的量又大，山东的士绅们自然愿意和他合作。
当然，这些都是后话。把时间往前拉，就在科学院众人还在研究水力纺织机械的时候，新成立的大沽水师，周遇吉和郑芝龙接到了一个任务。