Технологии повышения производительности - Productivity-improving technologies
Технологии повышения производительности - это технологические инновации, которые исторически повышали производительность .
Производительность часто измеряется как отношение (совокупного) выпуска к (совокупным) затратам при производстве товаров и услуг. Производительность повышается за счет уменьшения количества труда, капитала , энергии или материалов, которые идут на производство любого заданного количества экономических товаров и услуг. Увеличение производительности в значительной степени ответственны за увеличение на душу населения уровень жизни .
История
Технологии, повышающие производительность труда, восходят к глубокой древности и довольно медленно прогрессировали до позднего средневековья. Важные примеры ранней и средневековой европейской технологии включают водяное колесо , конский ошейник , прялку, трехпольную систему (после 1500 года четырехпольную систему - см. Севооборот ) и доменную печь . Все эти технологии использовались в Китае, некоторые веками, до того, как были внедрены в Европу.
Технологическому прогрессу способствовали грамотность и распространение знаний, которые ускорились после того, как прялка распространилась в Западной Европе в 13 веке. Прялка увеличила количество тряпок, используемых для производства целлюлозы при производстве бумаги , технология которой достигла Сицилии где-то в 12 веке. Дешевая бумага была фактором развития печатного станка с подвижным шрифтом , что привело к значительному увеличению количества опубликованных книг и названий. Со временем начали появляться книги по науке и технике, такие как техническое руководство по горному делу De Re Metallica , которое было самой важной технологической книгой 16 века и стандартным учебником по химии в течение следующих 180 лет.
Фрэнсис Бэкон (1561-1626) известен своим научным методом , который стал ключевым фактором научной революции . Бэкон заявил, что технологиями, которые отличали Европу его времени от средневековья, были бумага и печать, порох и магнитный компас, известные как четыре великих изобретения . Эти четыре великих изобретений , важные для развития Европы были китайского происхождения. Другие китайские изобретения включали конский хомут, чугун, улучшенный плуг и сеялку. См. Также Список китайских изобретений .
Технологии добычи и переработки металлов сыграли ключевую роль в техническом прогрессе. Большая часть нашего понимания фундаментальной химии возникла из плавки и рафинирования руды, при этом De Re Metallica является ведущим учебником по химии. Железные дороги произошли от шахтных тележек, и первые паровые машины были разработаны специально для откачки воды из шахт. Значение доменной печи выходит далеко за рамки ее возможностей для крупномасштабного производства чугуна. Доменная печь была первым примером непрерывного производства и представляет собой процесс противоточного обмена , различные типы которого также используются сегодня в химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Горячий дутье , при котором используется вторичное тепло, которое в противном случае было бы отработанным теплом, было одной из ключевых инженерных технологий. Это немедленно привело к резкому сокращению энергии, необходимой для производства чугуна, но повторное использование тепла в конечном итоге стало применяться в различных отраслях промышленности, особенно в паровых котлах, химической промышленности, нефтепереработке и целлюлозно-бумажной промышленности.
До 17 века научное знание, как правило, оставалось внутри интеллектуального сообщества, но к этому времени оно стало доступным для публики в так называемой «открытой науке». Ближе к началу промышленной революции вышла Энциклопедия , написанная многочисленными участниками и отредактированная Дени Дидро и Жаном ле Рондом Даламбером (1751–1772). Она содержала множество научных статей и была первой общей энциклопедией, в которой подробно освещались механические искусства, но она гораздо более известна благодаря изложению мыслей эпохи Просвещения .
Историки экономики в целом согласны с тем, что, за некоторыми исключениями, такими как паровой двигатель , нет прочной связи между научной революцией 17 века (Декарт, Ньютон и т. Д.) И промышленной революцией. Однако важным механизмом передачи технических знаний были научные общества, такие как Лондонское королевское общество по улучшению естественных знаний, более известное как Королевское общество , и Академия наук. Существовали также технические колледжи, такие как Политехническая школа . Шотландия была первым местом, где преподавали науку (в 18 веке), где Джозеф Блэк открыл теплоемкость и скрытое тепло, а его друг Джеймс Ватт использовал знания о тепле, чтобы представить отдельный конденсатор как средство повышения эффективности паровой двигатель.
Вероятно, первым периодом в истории, в котором экономический прогресс можно было наблюдать через одно поколение, была британская сельскохозяйственная революция 18 века. Однако технический и экономический прогресс не шел значительными темпами до английской промышленной революции в конце 18 века, и даже тогда производительность росла примерно на 0,5% в год. Высокий рост производительности начался в конце 19-го века во время того, что иногда называют Второй промышленной революцией . Большинство основных нововведений второй промышленной революции были основаны на современном научном понимании химии , электромагнитной теории и термодинамики и других принципов , известных профессии техники.
Основные источники роста производительности в экономической истории
Новые формы энергии и силы
До промышленной революции единственными источниками энергии были вода, ветер и мускулы. Большинство хороших гидроэлектростанций (не требующих больших современных плотин) в Европе были построены в период средневековья. В 1750-х годах Джон Смитон , «отец гражданского строительства», значительно повысил эффективность водяного колеса, применив научные принципы, тем самым добавив столь необходимую мощность для промышленной революции. Однако водяные колеса оставались дорогостоящими, относительно неэффективными и плохо подходили для очень больших плотин. Высокоэффективная турбина Бенуа Фурнейрона, разработанная в конце 1820-х годов, в конечном итоге пришла на смену водяным колесам. Турбины типа Fourneyron могут работать с КПД 95% и используются в современных крупных гидроэнергетических установках. Гидроэнергетика продолжала оставаться ведущим источником промышленной энергии в Соединенных Штатах до середины XIX века из-за большого количества мест, но паровая энергия обогнала гидроэнергетику в Великобритании десятилетиями ранее.
В 1711 году паровая машина Ньюкомена была установлена для откачки воды из шахты, работа, которую обычно выполняли большие упряжки лошадей, которых на некоторых шахтах использовалось до 500. Животные превращают корм в работу с эффективностью около 5%. но хотя это было намного больше, чем КПД раннего двигателя Ньюкомена менее 1%, на угольных шахтах использовался уголь низкого качества с низкой рыночной стоимостью. Энергия ископаемого топлива впервые превысила энергию животных и воды в 1870 году. Роль энергии и машин, заменяющих физический труд, обсуждается в Ayres-Warr (2004, 2009).
Хотя в некоторых районах использовались пароходы, еще в конце 19 века тысячи рабочих тянули баржи . До конца 19 века большая часть угля и других полезных ископаемых добывалась кирками и лопатами, а урожай и зерно собирали с помощью животных или вручную. Тяжелые грузы, такие как тюки хлопка весом 382 фунта, перевозились на ручных тележках до начала 20 века.
Раскопки проводились лопатами до конца 19 века, когда вошли в употребление паровые лопаты. Сообщалось, что рабочий на западном участке канала Эри должен был выкопать 5 кубических ярдов в день в 1860 году; однако к 1890 году ожидалось только 3-1 / 2 ярда в день. Сегодняшние большие электрические экскаваторы имеют ковши, вмещающие 168 кубических метров (220 кубических ярдов) и потребляющие энергию города с населением 100 000 человек.
Динамит , смесь нитроглицерина и диатомовой земли , безопасная в обращении, была запатентована в 1867 году Альфредом Нобелем . Динамит повысил производительность горных работ, прокладывания туннелей, строительства дорог, строительства и сноса и сделал возможными такие проекты, как Панамский канал.
В конце 19 века в молотилках применялся пар . Были паровые машины, которые передвигались на колесах за счет собственной энергии, которые использовались для временной подачи энергии на стационарное сельскохозяйственное оборудование, такое как молотилки. Они назывались дорожными двигателями, и Генри Форд, увидев один из них в детстве, вдохновился на постройку автомобиля. Использовались паровые тракторы, но они так и не стали популярными.
С двигателем внутреннего сгорания появились первые серийные тракторы ( Fordson c. 1917). Тракторы заменили лошадей и мулов для тяговых жаток и зерноуборочных комбайнов, но в 1930-х годах были разработаны самоходные комбайны. Производительность на человеко-час при выращивании пшеницы выросла примерно в 10 раз с конца Второй мировой войны примерно до 1985 года, в основном из-за механизированной техники, но также из-за увеличения урожайности. Трудовые ресурсы кукурузы показали аналогичный, но более высокий прирост производительности. См. Ниже: Механизированное сельское хозяйство.
Один из самых значительных периодов роста производительности совпал с электрификацией заводов, которая произошла между 1900 и 1930 годами в США. См .: Массовое производство: Электрификация заводов.
Энергоэффективность
В истории техники и экономики наиболее важными видами энергоэффективности были преобразование тепла в работу, повторное использование тепла и уменьшение трения. Также произошло резкое сокращение энергии, необходимой для передачи электронных сигналов, как голоса, так и данных.
Преобразование тепла в работу
Ранняя паровая машина Ньюкомена имела КПД около 0,5% и была улучшена до чуть более 1% Джоном Смитоном до усовершенствований Ватта , которые увеличили тепловой КПД до 2%. В 1900 году потребовалось 7 фунтов угля на кВт / ч.
Производство электроэнергии было сектором с самым высоким ростом производительности в США в начале двадцатого века. На рубеже веков крупные центральные станции с котлами высокого давления и эффективными паровыми турбинами заменили поршневые паровые двигатели, и к 1960 году потреблялось 0,9 фунта угля на квт-час. Если подсчитать улучшения в горнодобывающей промышленности и транспортировке, общее улучшение составило более 10 раз. Сегодняшние паровые турбины имеют КПД в диапазоне 40%. Большая часть электроэнергии сегодня вырабатывается тепловыми электростанциями с использованием паровых турбин.
Двигатели Ньюкомена и Ватта работали при атмосферном давлении и использовали атмосферное давление в виде вакуума, вызванного конденсацией пара. Двигатели более высокого давления были достаточно легкими и достаточно эффективными, чтобы их можно было использовать для питания кораблей и локомотивов. Многоступенчатые (многоступенчатые) двигатели были разработаны в 1870-х годах и впервые оказались достаточно эффективными, чтобы позволить судам перевозить больше грузов, чем угля, что привело к значительному росту международной торговли.
Первым важным дизельным судном был MS Selandia, спущенный на воду в 1912 году. К 1950 году треть торгового судоходства была оснащена дизельным двигателем. Сегодня наиболее эффективным первичным двигателем является двухтактный судовой дизельный двигатель, разработанный в 1920-х годах, мощность которого теперь составляет более 100 000 лошадиных сил с тепловым КПД 50%.
Паровозы, которые использовали до 20% добычи угля в США, были заменены дизельными локомотивами после Второй мировой войны, что позволило сэкономить много энергии и сократить количество рабочих рук для обработки угля, котловой воды и технического обслуживания.
Повышение эффективности паровых машин привело к значительному увеличению количества паровых машин и количества используемого угля, как отметил Уильям Стэнли Джевонс в «Угольном вопросе» . Это называется парадоксом Джевонса .
Электрификация и предварительная электрическая передача энергии
Потребление электроэнергии и экономический рост сильно взаимосвязаны. Потребление электроэнергии на душу населения почти идеально коррелирует с экономическим развитием. Электрификация была первой технологией, которая позволила передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями мощности . Электродвигатели отказались от линейных валов для распределения энергии и резко повысили производительность заводов. Очень большие центральные электростанции создавали экономию на масштабе и были гораздо более эффективными при выработке энергии, чем поршневые паровые машины. Электродвигатели значительно снизили капитальные затраты на электроэнергию по сравнению с паровыми двигателями.
Основными формами предварительной передачи электроэнергии были линейные валы , гидравлические электрические сети, а также пневматические и канатные системы. Линейные валы были распространенной формой передачи энергии на заводах от самых первых промышленных паровых двигателей до заводской электрификации. Трансмиссионные валы ограничивались заводской компоновкой и страдали большими потерями мощности. Гидравлическая энергия вошла в употребление в середине 19 века. Он широко использовался в бессемеровском процессе и для кранов в портах, особенно в Великобритании. В Лондоне и нескольких других городах имелись гидравлические системы, которые обеспечивали водой под давлением промышленные предприятия на обширных территориях.
Пневматическая энергия начала использоваться в промышленности, а также в горнодобывающей промышленности и строительстве туннелей в последней четверти XIX века. Общие применения включали перфораторы и отбойные молотки. Проволочные канаты, поддерживаемые большими колесами с канавками, могли передавать мощность с небольшими потерями на расстояние в несколько миль или километров. Канатные системы появились незадолго до электрификации.
Повторное использование тепла
Рекуперация тепла для промышленных процессов впервые была широко использована в качестве горячего дутья в доменных печах для производства чугуна в 1828 году. Позднее повторное использование тепла включало процесс Сименса-Мартина, который сначала применялся для производства стекла, а затем и стали в мартеновских печах . (См .: Железо и сталь ниже). Сегодня тепло повторно используется во многих основных отраслях промышленности, таких как химическая, нефтеперерабатывающая и целлюлозно-бумажная, с использованием различных методов, таких как теплообменники во многих процессах. Многофункциональные испарители используют пар от воздействия высокой температуры для испарения жидкости с более низкой температурой кипения. При извлечении химикатов для крафт-варки отработанный черный щелок может быть выпарен пять или шесть раз за счет повторного использования пара от одной ступени для кипячения щелока на предыдущей ступени. Когенерация - это процесс, в котором пар высокого давления используется для выработки электроэнергии, а затем образующийся пар низкого давления используется для производства тепла или тепла в зданиях.
Промышленный процесс претерпел множество мелких улучшений, которые в совокупности привели к значительному снижению потребления энергии на единицу продукции.
Уменьшение трения
Уменьшение трения было одной из основных причин успеха железных дорог по сравнению с вагонами. Это было продемонстрировано на деревянном трамвае, покрытом железной пластиной, в 1805 году в Кройдоне, Великобритания.
«Хорошая лошадь на обычной автостраде может потянуть две тысячи фунтов или одну тонну. Группу джентльменов пригласили засвидетельствовать эксперимент, цель которого - установить превосходство новой дороги путем визуальной демонстрации. Двенадцать вагонов были загружены камнями, так что каждый вагон весил три тонны, и вагоны были скреплены между собой. Затем была прикреплена лошадь, которая с легкостью тащила повозки шесть миль за два часа, останавливаясь четыре раза, чтобы показать, что у него есть способность тронуться с места, а также тянуть свой большой груз ».
Лучшая смазка, например, от нефтяных масел, снижает потери на трение на заводах и фабриках. Подшипники качения были разработаны с использованием легированных сталей и технологий прецизионной обработки, доступных в последней четверти XIX века. Подшипники качения широко использовались на велосипедах к 1880-м годам. Подшипники начали использоваться на линейных валах за десятилетия до электрификации заводов, и именно валы с предварительными подшипниками в значительной степени отвечали за их высокие потери мощности, которые обычно составляли от 25 до 30%, а часто и до 50%.
Эффективность освещения
Электрическое освещение было гораздо более эффективным, чем масляное или газовое, и не выделяло дыма, дыма и тепла. Электрическое освещение продлило рабочий день, повысив продуктивность фабрик, предприятий и домов. Электрический свет не представлял большой пожарной опасности, как масляный и газовый свет.
Эффективность электрического освещения постоянно повышается от первых ламп накаливания до ламп накаливания с вольфрамовой нитью. Люминесцентная лампа , которая стала коммерческой в конце 1930 - х годов, является гораздо более эффективным , чем лампы накаливания. Светодиоды или светодиоды очень эффективны и долговечны.
Инфраструктуры
Относительная энергия, необходимая для транспортировки тонно-километра для различных видов транспорта: трубопроводы = 1 (базис), вода 2, железная дорога 3, автомобильная дорога 10, воздух 100.
Дороги
Неулучшенные дороги были чрезвычайно медленными, дорогими для транспорта и опасными. В 18 - м веке слоистый гравий начал все чаще используется, с трехслойной Macadam в употребление в начале 19 - го века. Эти дороги были увенчаны водосливом, а по бокам были устроены дренажные канавы. Верхний слой камней со временем измельчился до мелочи и несколько сгладил поверхность. Нижние слои были из небольших камней, которые обеспечивали хороший дренаж. Важно отметить, что они оказывали меньшее сопротивление колесам повозки, а копыта и ступни лошадей не погружались в грязь. В США в 1810-1820-е гг. Также начали использоваться дощатые дороги. Улучшение дорог было дорогостоящим, и, хотя они снизили стоимость наземного транспорта вдвое или более, вскоре они были вытеснены железными дорогами в качестве основной транспортной инфраструктуры.
Морское судоходство и внутренние водные пути
Парусные корабли могли перевозить товары на расстояние более 3000 миль по цене 30 миль в фургоне. Лошадь, которая могла тянуть однотонный фургон, могла тянуть 30-тонную баржу. Во время английской или Первой промышленной революции подавать уголь для печей в Манчестере было сложно из-за малого количества дорог и высокой стоимости использования вагонов. Тем не менее, баржи для каналов были известны своей пригодностью, и это было продемонстрировано строительством канала Бриджуотер , который открылся в 1761 году, доставляя уголь из Уорсли в Манчестер. Успех канала Бриджуотер положил начало безумному строительству каналов, которое продолжалось до появления железных дорог в 1830-х годах.
Железные дороги
Железные дороги значительно снизили стоимость наземных перевозок. Подсчитано, что к 1890 году стоимость фрахта вагонами составляла 24,5 цента / тонно-милю по сравнению с 0,875 цента / тонно-милю по железной дороге, т.е. снизилась на 96%.
Электрические уличные железные дороги ( трамваи , троллейбусы или трамваи) находились на заключительном этапе строительства железных дорог с конца 1890-х годов и первых двух десятилетий 20-го века. Уличные железные дороги вскоре были вытеснены автобусами и автомобилями после 1920 года.
Автомагистрали
Автомагистрали с двигателями внутреннего сгорания завершили механизацию наземного транспорта. Когда появились грузовики c. В 1920 году цены на транспортировку сельскохозяйственных товаров на рынок или на вокзалы сильно снизились. Моторизованный автомобильный транспорт также сократил запасы.
Высокий рост производительности труда в США в 1930-е гг. Во многом был обусловлен программой строительства автомагистралей того десятилетия.
Трубопроводы
Трубопроводы - наиболее энергоэффективный вид транспорта. Железные и стальные трубопроводы начали использоваться во второй половине 19 века, но стали основной инфраструктурой только в 20 веке. Центробежные насосы и центробежные компрессоры являются эффективным средством перекачки жидкостей и природного газа.
Механизация
Механизированное сельское хозяйство
Сеялка - это механическое устройство для разбрасывания и посева семян на нужной глубине. Он возник в Древнем Китае до I века до нашей эры. Сохранение семян было чрезвычайно важно в то время, когда урожайность измерялась по количеству семян, собранных на одно посаженное семя, которое обычно составляло от 3 до 5. Сеялка также экономила посевной труд. Что наиболее важно, сеялка означала, что посевы выращивались рядами, что уменьшало конкуренцию растений и увеличивало урожайность. Он был заново изобретен в Европе 16 века на основе словесных описаний и грубых рисунков, привезенных из Китая. Джетро Талл запатентовал версию в 1700 году; однако это было дорого и ненадежно. Надежные сеялки появились в середине 19 века.
С самого начала земледелия обмолот производился вручную с помощью цепа , что требовало больших затрат труда. Молотилки (около 1794) упрощены операции и позволили ему использовать силу животных. К 1860-м годам были широко распространены молотилки, которые в конечном итоге вытеснили целую четверть сельскохозяйственных рабочих. В Европе многие из перемещенных рабочих оказались на грани голодной смерти.
Перед c. 1790 год: рабочий мог убирать косой 1/4 акра в день . В начале 1800-х годов была представлена зерновая люлька , значительно повысившая производительность ручного труда. Было подсчитано, что каждый из конных жнецов Сайруса Маккормика (Ptd. 1834) освободил пять человек для военной службы во время Гражданской войны в США. К 1890 году двое мужчин и две лошади могли рубить, грабить и связывать 20 акров пшеницы в день. В 1880-е годы жатка и молотилка были объединены в комбайн . Эти машины требовали для буксировки больших упряжек лошадей или мулов. За весь XIX век производительность на человеко-час при производстве пшеницы выросла примерно на 500%, а кукурузы - примерно на 250%.
Сельскохозяйственная техника и повышение урожайности сократили трудозатраты на производство 100 бушелей кукурузы с 35 до 40 часов в 1900 году до 2 часов 45 минут в 1999 году. Переход от механизации сельского хозяйства к использованию энергии внутреннего сгорания начался после 1915 года. 1920-е годы после перевода сельского хозяйства и транспорта на внутреннее сгорание. Помимо экономии рабочей силы, это освободило много земель, ранее использовавшихся для содержания тягловых животных.
Пик продаж тракторов в США пришелся на 1950-е годы. В 1950-х годах произошел большой скачок мощности сельскохозяйственной техники.
Промышленное оборудование
Самыми важными механическими устройствами до промышленной революции были водяные и ветряные мельницы. Водяные колеса датируются римскими временами, а ветряные мельницы - несколько позже. Вода и энергия ветра сначала использовались для измельчения зерна в муку, но позже были адаптированы для работы с молотками для измельчения ветоши в целлюлозу для изготовления бумаги и дробления руды. Незадолго до промышленной революции гидроэнергетика применялась в мехах для выплавки чугуна в Европе. (В древнем Китае использовались сильфоны с приводом от воды.) На лесопилках также применялись энергия ветра и воды. Технология строительства мельниц и механических часов сыграла важную роль в развитии машин промышленной революции.
Вращающееся колесо было средневековым изобретение, повышение производительности резьбы решений на коэффициент больше , чем десять. Одной из первых разработок, предшествовавших промышленной революции, была чулочная рама (ткацкий станок) ок. 1589. Позже, во время промышленной революции, появился летающий челнок - простое устройство, удвоившее производительность ткачества. Прядильная нить была ограничивающим фактором при изготовлении ткани, требовавшей от 10 прядильщиков, использующих прядильное колесо, для питания одного ткача. С помощью прядильщика Дженни прядильщик мог прядить восемь нитей одновременно. Кадра воды (Ptd. 1768) приспособлен силу воды для прядения, но он может вращаться только один поток одновременно. Гидравлическая рама была проста в эксплуатации, и многие из них можно было разместить в одном здании. Прядения мул (1779) позволил большое количество потоков, выделяемого на одной машине , используя силу воды. Изменение потребительских предпочтений хлопка во время увеличения производства ткани привело к изобретению хлопкоочистительной машины (Ptd. 1794). Мощность пара в конечном итоге использовалась в качестве дополнения к воде во время промышленной революции, и оба использовались до электрификации. График производительности прядильных технологий можно найти в Ayres (1989) вместе с другими данными, относящимися к этой статье.
С хлопкоочистительной машиной (1792 г.) за один день мужчина мог удалить семена с такого количества хлопка, который раньше занимала бы женщина, работающая два месяца, чтобы обработать один фунт в день с помощью роликовой джинсовой машины.
Одним из первых примеров значительного увеличения производительности с помощью специальных машин является машина c. 1803 г. Портсмутские блочные заводы . С помощью этих машин 10 человек могли изготовить столько блоков, сколько 110 квалифицированных мастеров.
В 1830-х годах несколько технологий объединились, что привело к важному сдвигу в строительстве деревянных домов. Циркулярная пила (1777), вырезать ногти машина (1794), а также паровой двигатель позволили тонким куски древесины , таким как 2 «x4» S , чтобы эффективно получать , а затем прибивают вместе в том, что стало известно как баллонное обрамление (1832). Это было началом упадка древнего метода деревянного каркасного строительства с деревянными столярными изделиями.
Вслед за механизацией текстильной промышленности последовала механизация обувной промышленности.
Швейная машина , изобретенная и улучшилось в начале 19 века , и производится в больших количествах в 1870 - х годах, увеличение производительности более чем на 500%. Швейная машина была важным инструментом производства механизированной обуви.
Благодаря широкой доступности станков, улучшенных паровых двигателей и недорогих перевозок по железным дорогам, машиностроительная промышленность стала крупнейшим сектором (по добавленной прибыли) экономики США к последней четверти XIX века, что привело к индустриальной экономике.
Первая коммерчески успешная машина для выдувания стеклянных бутылок была представлена в 1905 году. Машина, управляемая бригадой из двух человек, работающих в 12-часовую смену, могла производить 17 280 бутылок за 24 часа, по сравнению с 2 880 бутылками, в которых работала бригада из шести мужчин и мальчиков. в магазине на сутки. Стоимость изготовления бутылок машинным способом составляла от 10 до 12 центов за брутто по сравнению с 1,80 доллара за брутто для ручных стеклодувов и помощников.
Станки
Станки для резки, шлифования и придания формы металлическим деталям были еще одним важным нововведением в области механики промышленной революции. До появления станков было непомерно дорого изготавливать прецизионные детали, что являлось важным требованием для многих станков и сменных деталей . Исторически важными станками являются токарно-винторезный станок , фрезерный станок и строгальный станок (металлообработка) , которые начали применяться между 1800 и 1840 годами. Однако примерно в 1900 году это была комбинация небольших электродвигателей, специальных сталей и новых режущих и режущих инструментов. шлифовальные материалы, которые позволили станкам массово производить стальные детали. Для производства Ford Model T потребовалось 32 000 станков.
_NT.PNG)
Современное производство началось примерно в 1900 году, когда машины, использующие электрическую, гидравлическую и пневматическую энергию, начали заменять ручные методы в промышленности. Одним из первых примеров является автоматическая машина для выдувания стеклянных бутылок Owens , которая сократила трудозатраты на изготовление бутылок более чем на 80%. Смотрите также: Массовое производство # Электрификация завода
Добыча
Большие горнодобывающие машины, такие как паровые лопаты, появились в середине девятнадцатого века, но были ограничены рельсами до повсеместного внедрения непрерывных гусениц и пневматических шин в конце 19-го и начале 20-го веков. До этого большая часть горных работ выполнялась в основном с помощью пневматических бурильных машин, отбойных молотков, кирок и лопат.
Машины для подрезки угольных пластов появились примерно в 1890 году и к 1934 году использовались для производства 75% угля. Погрузка угля все еще производилась вручную с помощью лопаты примерно в 1930 году, но начали применяться механические подъемно-погрузочные машины. Использование угольного бурового станка повысило производительность подземной добычи угля в три раза в период с 1949 по 1969 год.
В настоящее время происходит переход от более трудоемких методов добычи полезных ископаемых к большей механизации и даже автоматизированной добыче полезных ископаемых .
Механизированные погрузочно-разгрузочные работы
Обработка сыпучих материалов
В системах обработки сыпучих материалов используется разнообразное стационарное оборудование, такое как конвейеры, штабелеукладчики, реклаймеры и мобильное оборудование, такое как экскаваторы и погрузчики, для обработки больших объемов руды, угля, зерна, песка, гравия, щебня и т. Д. системы используются на шахтах, для погрузки и разгрузки судов и на заводах, перерабатывающих сыпучие материалы в готовую продукцию, таких как сталелитейные и бумажные фабрики.
Механические кочегарки для подачи угля в локомотивы использовались в 1920-х годах. Полностью механизированная и автоматизированная система транспортировки и загрузки угля была впервые использована для подачи угольной пыли в электрический котел в 1921 году.
Жидкости и газы перекачиваются с помощью центробежных насосов и компрессоров соответственно.
Во время Первой мировой войны переход на механизированные погрузочно-разгрузочные работы увеличился, поскольку возник дефицит неквалифицированной рабочей силы и рост заработной платы неквалифицированной рабочей силы по сравнению с квалифицированной рабочей силой.
Заслуживающим внимания использованием конвейеров была автоматическая мукомольная мельница Оливера Эванса, построенная в 1785 году.
Примерно в 1900 году различные типы конвейеров ( ленточные , пластинчатые, ковшовые, винтовые или шнековые), мостовые краны и промышленные грузовики начали использоваться для обработки материалов и товаров на различных этапах производства на фабриках. См .: Типы конвейерных систем См. Также: Массовое производство .
Хорошо известное применение конвейеров - Ford. Сборочная линия Motor Co. (около 1913 г.), хотя Форд использовал различные промышленные грузовики, мостовые краны, направляющие и любые другие устройства, необходимые для минимизации трудозатрат при работе с деталями в различных частях завода.
Краны
Краны - древняя технология, но они получили широкое распространение после промышленной революции. Промышленные краны использовались для управления тяжелой техникой на заводе Nasmyth, Gaskell and Company (литейный завод Бриджуотер) в конце 1830-х годов. Краны с гидравлическим приводом получили широкое распространение в конце 19 века, особенно в британских портах. В некоторых городах, например в Лондоне, имелись коммунальные гидравлические сети для подачи энергии. Паровые краны также использовались в конце 19 века. Электрические краны, особенно мостового типа, были внедрены на заводах в конце 19 века. Паровые краны обычно ограничивались рельсами. Сплошная гусеница (гусеничный протектор) была разработана в конце 19 века.
Важные категории кранов :
- Мостовой кран или мостовые краны перемещаются по рельсам и имеют тележки, которые перемещают подъемник в любое положение внутри рамы крана. Широко используется на заводах.
- Мобильный кран Обычно работает на бензине или дизельном топливе и передвигается на колесах по дорогам или бездорожью, по железным дорогам или по непрерывным путям . Они широко используются в строительстве, горнодобывающей промышленности, выемке грунта, транспортировке сыпучих материалов.
- Фиксированный кран В фиксированном положении, но обычно может вращаться на полный круг. Самый известный пример - башенный кран, используемый для возведения высоких зданий.
Паллетизация
Обработка товаров на поддонах была значительным улучшением по сравнению с использованием ручных тележек или ручной переноски мешков или ящиков и значительно ускорила погрузку и разгрузку грузовиков, железнодорожных вагонов и судов. Поддоны можно перемещать с помощью домкратов для поддонов или вилочных погрузчиков, которые начали использоваться в промышленности в 1930-х годах и получили широкое распространение к 1950-м годам. Погрузочные доки, построенные в соответствии с архитектурными стандартами, позволяют грузовым автомобилям или железнодорожным вагонам загружать и разгружать на той же высоте, что и пол склада.
Контейнерный рельс
Piggyback - это транспортировка прицепов или целых грузовиков на железнодорожных вагонах, что является более экономичным средством транспортировки и экономит трудозатраты на погрузку, разгрузку и сортировку. В 19 веке фургоны возили в железнодорожных вагонах, а лошади - в отдельных вагонах. Прицепы начали перевозить в железнодорожных вагонах в США в 1956 году. В 1958 году на контрейлерные перевозки приходилось 1% грузов, а в 1986 году они выросли до 15%.
Контейнеризация
Погрузка или разгрузка навалочных грузов на судах и с них обычно занимает несколько дней. Это была напряженная и несколько опасная работа. Убытки от порчи и краж были высоки. Работа была беспорядочной, и у большинства грузчиков было много неоплачиваемого простоя. Сортировка и отслеживание крупногабаритных грузов также занимало много времени, а хранение их на складах требовало капиталовложений.
Старые порты со складскими помещениями были перегружены, и во многих из них отсутствовала эффективная транспортная инфраструктура, что увеличивало расходы и увеличивало задержки в порту.
При обработке грузов в стандартных контейнерах на разделенных на отсеки судах либо погрузка, либо разгрузка обычно могут быть выполнены за один день. Контейнеры можно наполнять более эффективно, чем навалом, потому что контейнеры можно штабелировать в несколько рядов, что вдвое увеличивает грузоподъемность судна данного размера.
Работа по погрузке и разгрузке контейнеров - это небольшая часть объема работ по разгрузке, а повреждения и кражи намного ниже. Кроме того, для многих товаров, отправленных в контейнерах, требуется меньшая упаковка.
Контейнеризация с помощью небольших ящиков использовалась во время обеих мировых войн, особенно во Второй мировой войне, но стала коммерческой в конце 1950-х годов. Контейнеризация привела к тому, что большое количество складов на причалах в портовых городах опустело, высвободив землю для другой застройки. См. Также: Интермодальные грузовые перевозки
Рабочие практики и процессы
Разделение труда
До фабричной системы большая часть производства была в домашнем хозяйстве, например прядение и ткачество, и предназначалась для домашнего потребления. Отчасти это было из-за отсутствия транспортной инфраструктуры, особенно в Америке.
Разделение труда практиковалось в древности, но стало более специализированным во время промышленной революции, так что вместо того, чтобы сапожник вырезал кожу как часть операции по изготовлению обуви, рабочий должен был только вырезать кожу. В знаменитом примере фабрики булавок Адама Смита рабочие, выполнявшие отдельную задачу, были гораздо более производительны, чем мастера, изготавливающие булавку целиком.
Начиная с промышленной революции и до нее, большая часть работы выполнялась субподрядчиком в рамках системы тушения (также называемой домашней системой), при которой работа выполнялась дома. Работа включала прядение, ткачество, резку кожи и, реже, такие специальные предметы, как детали огнестрельного оружия. Торговые капиталисты или мастера-ремесленники обычно предоставляли материалы и собирали заготовки, которые превращались в готовый продукт в центральной мастерской.
Заводская система
Во время промышленной революции большая часть производства осуществлялась в мастерских, которые обычно располагались на заднем или верхнем уровне того же здания, где продавалась готовая продукция. В этих мастерских использовались инструменты, а иногда и простое оборудование, которое обычно приводилось в движение руками или животными. Мастер, мастер или торговый капиталист контролировали работу и поддерживали качество. Мастерские выросли в размерах, но в начале 19 века их вытеснила фабричная система. При фабричной системе капиталисты нанимали рабочих, обеспечивали здания, оборудование и материалы, а также занимались продажей готовой продукции.
Сменные части
Изменения в традиционных рабочих процессах, которые были сделаны после анализа работы и ее систематизации, значительно повысили производительность труда и капитала. Это был переход от европейской системы мастерства, где мастер делал целое изделие, к американской системе производства, которая использовала специальные машины и станки, которые делали детали с точностью до взаимозаменяемости . На доведение этого процесса потребовались десятилетия и большие затраты, потому что поначалу сменные части были более дорогостоящими. Взаимозаменяемость деталей была достигнута за счет использования приспособлений для удержания и точного выравнивания обрабатываемых деталей, приспособлений для направления станков и датчиков для измерения критических размеров готовых деталей.
Научный менеджмент
Другие рабочие процессы включали минимизацию количества шагов при выполнении отдельных задач, таких как кладка кирпича, путем выполнения исследований времени и движения для определения одного лучшего метода, система стала известна как тейлоризм в честь Фредрика Уинслоу Тейлора, который является наиболее известным разработчиком этого метода. , который также известен как научный менеджмент после его работы "Принципы научного менеджмента" .
Стандартизация
Стандартизация и взаимозаменяемость считаются основными причинами исключительности США. Стандартизация была частью смены деталей , но ей также способствовали железнодорожная промышленность и товары массового производства . Железнодорожные колеи Стандартизация и стандарты для железнодорожных вагонов позволили интер-соединению железных дорог. Железнодорожное время формализованные часовые пояса. Промышленные стандарты включали размеры винтов и резьбу, а затем электрические стандарты. Стандарты морских контейнеров были свободно приняты в конце 1960-х годов и официально приняты ок. 1970. Сегодня существует огромное количество технических стандартов . Коммерческие стандарты включают такие вещи, как размеры кроватей. Архитектурные стандарты охватывают множество размеров, включая лестницы, двери, высоту стойки и другие конструкции, чтобы сделать здания безопасными, функциональными и в некоторых случаях допускать степень взаимозаменяемости.
Рационализированная планировка завода
Электрификация позволила разместить оборудование, такое как станки, в систематическом порядке по ходу работы. Электрификация была практическим способом моторизации конвейеров для передачи деталей и сборок рабочим, что стало ключевым шагом, ведущим к массовому производству и сборочной линии .
Современное управление бизнесом
Деловое администрирование, которое включает методы управления и системы бухгалтерского учета, является еще одной важной формой практики работы. По мере роста размеров предприятий во второй половине XIX века они стали организовываться по отделам и управляться профессиональными менеджерами, а не управляться индивидуальными предпринимателями или партнерами.
Деловое администрирование, как мы знаем, было развито железными дорогами, которым приходилось идти в ногу с поездами, вагонами, оборудованием, персоналом и грузами на больших территориях.
Современное деловое предприятие (МБП) - это организация и управление предприятиями, особенно крупными. В MBE работают профессионалы, использующие методы, основанные на знаниях, в таких областях, как инженерия, исследования и разработки, информационные технологии, бизнес-администрирование, финансы и бухгалтерский учет. MBE обычно получают выгоду от эффекта масштаба.
«До учета железных дорог мы были кротами, роющимися в темноте». Эндрю Карнеги
Непрерывное производство
Непрерывное производство - это метод, при котором процесс работает без перебоев в течение длительных периодов времени, возможно, даже лет. Непрерывное производство началось с доменных печей в древние времена и стало популярным благодаря механизированным процессам после изобретения бумагоделательной машины Fourdrinier во время промышленной революции, которая послужила вдохновением для непрерывной прокатки. Он начал широко использоваться в химической и нефтеперерабатывающей промышленности в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков. Позже он был применен для прямого ленточного литья стали и других металлов.
Ранние паровые двигатели не обеспечивали мощность при достаточно постоянной нагрузке для многих непрерывных применений, начиная от прядения хлопка и заканчивая прокатными заводами, ограничивая их источник энергии водой. Достижения в области паровых двигателей, таких как паровой двигатель Корлисса, и развитие теории управления привели к более постоянным оборотам двигателя, что сделало паровую энергию полезной для сложных задач, таких как прядение хлопка. Двигатели переменного тока, которые работают с постоянной скоростью даже при изменении нагрузки, хорошо подходят для таких процессов.
Научное сельское хозяйство
Потери сельскохозяйственной продукции из-за порчи, насекомых и крыс в значительной степени способствовали повышению урожайности. Много сена, хранившегося на открытом воздухе, было потеряно из-за порчи до того, как стали распространяться хранение в помещении или какие-либо укрытия. Пастеризация молока позволила отгружать его по железной дороге.
Содержание домашнего скота зимой снижает количество необходимых кормов. Кроме того, было обнаружено, что скармливание измельченного сена и измельченных зерен, особенно кукурузы (кукурузы), улучшает усвояемость. Количество кормов, необходимое для производства 1 кг живого цыпленка, снизилось с 5 в 1930 году до 2 к концу 1990-х годов, а необходимое время сократилось с трех месяцев до шести недель.
« Зеленая революция» повысила урожайность соевых бобов в 3 раза и в 4–5 раз для кукурузы (кукурузы), пшеницы, риса и некоторых других культур. Используя данные по кукурузе (кукурузе) в США, урожайность увеличилась примерно на 1,7 бушеля с акра с начала 1940-х до первого десятилетия 21-го века, когда высказывалась озабоченность по поводу достижения пределов фотосинтеза. Из-за постоянного характера увеличения урожайности годовой процентный прирост снизился с более чем 5% в 1940-х годах до 1% сегодня, поэтому, хотя урожайность на какое-то время опережала рост населения, теперь рост урожайности отстает от роста населения.
Высокие урожаи были бы невозможны без значительного внесения удобрений, особенно азотных удобрений, которые стали доступными благодаря аммиачному процессу Haber-Bosch . Азотные удобрения вносятся во многих частях Азии в количествах, приносящих меньшую отдачу, что, однако, все же дает небольшое увеличение урожайности. Сельскохозяйственные культуры в Африке, как правило, испытывают нехватку NPK, а большая часть почв мира испытывает дефицит цинка, что приводит к его дефициту у людей.
Наибольший период роста производительности сельского хозяйства в США пришелся на период со Второй мировой войны до 1970-х годов.
Земля считается формой капитала, но в остальном ее важность как фактора производительности труда современными экономистами уделяется мало внимания, хотя это было важно в классической экономике. Однако более высокие урожаи фактически увеличили площадь земли.
Новые материалы, процессы и дематериализация
Железо и сталь
Процесс изготовления чугуна был известен в Китае до III века нашей эры. Производство чугуна достигло Европы в 14 веке и Великобритании около 1500 года. Чугун использовался для литья в кастрюли и другие инструменты, но был слишком хрупким для изготовления большинства инструментов. Однако чугун имел более низкую температуру плавления, чем кованое железо, и его было намного легче изготовить с помощью примитивной технологии. Кованое железо использовалось для изготовления многих предметов оборудования, инструментов и других приспособлений. До того, как чугун стал производиться в Европе, кованое железо производилось небольшими партиями с помощью процесса обжига , который никогда не использовался в Китае. Кованое железо можно было сделать из чугуна дешевле, чем сделать его с помощью шаровары.
Недорогим процессом изготовления кованого железа хорошего качества было лужение , которое стало широко распространенным после 1800 года. Процесс лужения включал перемешивание расплавленного чугуна до тех пор, пока маленькие шарики не обезуглерожились в достаточной степени, чтобы сформировать шарики горячего кованого железа, которые затем удалялись и придавали форму. Лужа была чрезвычайно трудоемкой. Пудлинг использовался до внедрения процессов Бессемера и открытого очага в середине и конце 19 века соответственно.
Черновая сталь была сделана из кованого железа путем упаковки кованого железа в древесный уголь и нагревания в течение нескольких дней. См .: Процесс цементирования . Глиняную сталь можно было нагреть и обработать кованым железом, чтобы получить сталь, работающую на ножницы, которая использовалась для режущих кромок, таких как ножницы, ножи и топоры. Сталь, работающая на ножницы, была неоднородного качества, и для производства пружин для часов, популярного предмета роскоши в 18 веке, требовалась более совершенная технология. Успешным процессом стала тигельная сталь , которую изготавливали путем плавления кованого железа и черновой стали в тигле.
Производство стали и других металлов затруднялось из-за сложности получения достаточно высоких температур для плавления. Понимание термодинамических принципов, таких как возврат тепла из дымового газа путем предварительного нагрева воздуха для горения, известного как горячий дутье , привело к гораздо более высокой энергоэффективности и более высоким температурам. Предварительно нагретый воздух для горения использовался в производстве чугуна и в мартеновской печи . В 1780 году, до введения горячего дутья в 1829 году, требовалось в семь раз больше кокса, чем вес получаемого чугуна. Ценник кокса на короткую тонну чугуна составлял 35 в 1900 году, упав до 13 в 1950 году. К 1970 году самые эффективные доменные печи использовали 10 центнеров кокса на короткую тонну чугуна.
Сталь имеет гораздо более высокую прочность, чем кованое железо, и позволяет использовать мосты с большим пролетом, многоэтажные здания, автомобили и другие предметы. Из стали также производились крепежные детали с резьбой (винты, гайки, болты), гвозди, проволока и другие метизы. Стальные рельсы прослужили более чем в 10 раз дольше, чем рельсы из кованого железа .
Бессемеровский и мартеновский процессы были намного более эффективными, чем производство стали методом лужения, потому что в них в качестве источника тепла использовался углерод, содержащийся в чугуне. В BESSEMER (запатентовано в 1855 году) и Siemens-Martin (с. 1865) процессы значительно снизить стоимость стали . К концу XIX века «базовый» процесс Гилчерста-Томаса снизил производственные затраты на 90% по сравнению с процессом пудлинга середины века.
Сегодня доступны различные легированные стали , которые обладают превосходными свойствами для специальных применений, таких как автомобили, трубопроводы и буровые коронки. Быстрорежущие или инструментальные стали, разработка которых началась в конце 19 века, позволили станкам резать сталь на гораздо более высоких скоростях. Быстрорежущая сталь и даже более твердые материалы были важным компонентом массового производства автомобилей.
Некоторые из наиболее важных специальных материалов - это лопатки паровых и газовых турбин , которые должны выдерживать экстремальные механические нагрузки и высокие температуры.
Размеры доменных печей значительно выросли в течение 20-го века и появились такие инновации, как дополнительная рекуперация тепла и угольная пыль, которые вытеснили кокс и повысили энергоэффективность.
Бессемеровская сталь с возрастом стала хрупкой, потому что при вдувании воздуха был введен азот. Бессемеровский процесс также был ограничен определенными рудами (гематит с низким содержанием фосфата). К концу 19 века бессемеровский процесс был вытеснен мартеновской печью. После Второй мировой войны мартеновская печь была заменена основной кислородной печью (кислородно-конвертерная печь), в которой вместо воздуха использовался кислород, и для производства партии стали требовалось около 35-40 минут по сравнению с 8-9 часами для мартеновской печи. BOF также был более энергоэффективным.
К 1913 году 80% стали производилось из расплавленного чугуна непосредственно из доменной печи, что исключало этап разливки «чушек» (слитков) и переплавки.
Разработанный ARMCO в 1928 году непрерывный стан широкополосной прокатки стал важнейшим достижением сталелитейной промышленности в межвоенные годы. Непрерывная прокатка широкой полосы началась с толстого крупного слитка. Он давал более гладкий лист с более равномерной толщиной, который лучше подходил для штамповки и давал красивую окрашенную поверхность. Это было хорошо для стали кузова и бытовой техники. В нем использовалась лишь часть труда, затрачиваемого на прерывистый процесс, и он был более безопасным, поскольку не требовал постоянного обращения. Непрерывная прокатка стала возможной благодаря улучшенному регулированию скорости секций: См .: Автоматизация, управление технологическими процессами и сервомеханизмы.
После 1950 года непрерывное литье способствовало повышению производительности преобразования стали в конструкционные формы за счет исключения прерывистого этапа изготовления слябов, заготовок (квадратное поперечное сечение) или блюмов (прямоугольных), которые затем обычно необходимо повторно нагревать перед прокаткой в формы. Разливка тонких слябов, введенная в 1989 году, сократила трудозатраты до менее одного часа на тонну. Непрерывная разливка тонких слябов и конвертерная печь были двумя наиболее важными достижениями в производстве стали в 20-м веке.
В результате этих нововведений между 1920 и 2000 годами потребность в рабочей силе в сталелитейной промышленности снизилась в 1000 раз, с более чем 3 рабочих часов на тонну до всего 0,003.
Соединения натрия: карбонат, бикарбонат и гидроксид - важные промышленные химические вещества, используемые в таких важных продуктах, как производство стекла и мыла. До изобретения процесса Леблана в 1791 году карбонат натрия производился с высокой стоимостью из золы морских водорослей и растений бариллы . Процесс Leblanc был заменен процессом Solvay, начиная с 1860-х годов. Благодаря повсеместной доступности недорогой электроэнергии, много натрия производится вместе с хлором с помощью электрохимических процессов.
Цемент
Цемент - это вяжущее для бетона , который сегодня является одним из наиболее широко используемых строительных материалов из-за его низкой стоимости, универсальности и долговечности. Портландцемент , который был изобретен в 1824–1825 годах, получают путем кальцинирования известняка и других природных минералов в печи . Большим достижением стало усовершенствование вращающихся цементных печей в 1890-х годах, и этот метод используется до сих пор. Железобетон, который подходит для строительства, начали использовать в начале 20 века.
Бумага
Бумага изготавливалась вручную по одному листу до появления бумагоделательной машины Fourdrinier (ок. 1801 г.), которая делала непрерывный лист. Производство бумаги было сильно ограничено поставками хлопчатобумажных и льняных тряпок со времени изобретения печатного станка до появления древесной массы (около 1850-х годов) в ответ на нехватку тряпок. Сульфит процесс для изготовления древесной массы начали работу в Швеции в 1874 году Бумага изготовлена из сульфитной целлюлозы имел высокие прочностные свойства , чем ранее используемый основной древесной массы (ок. 1840 г.). Процесс варки крафт- целлюлозы (по-шведски крепкая ) был коммерциализирован в 1930-х годах. Химикаты для варки целлюлозы регенерируются и перерабатываются внутри в крафт-процессе, что также позволяет экономить энергию и сокращать загрязнение окружающей среды. Крафт- картон - это материал, из которого сделаны внешние слои гофрокоробов. До появления гофроящиков из крафт-бумаги упаковка состояла из картонных и бумажных коробок низкого качества, а также деревянных коробок и ящиков. Ящики из гофрированного картона требуют гораздо меньше труда для изготовления, чем деревянные ящики, и обеспечивают хорошую защиту их содержимого. Транспортные контейнеры уменьшают потребность в упаковке.
Резина и пластмассы
Вулканизированная резина сделала возможной пневматическую шину, что, в свою очередь, позволило разработать дорожные и внедорожные автомобили в том виде, в каком мы их знаем. Синтетический каучук стал важным во время Второй мировой войны, когда поставки натурального каучука были прекращены.
Резина вдохновила на создание класса химикатов, известных как эластомеры , некоторые из которых используются сами по себе или в смесях с резиной и другими соединениями для уплотнений и прокладок, амортизирующих бамперов и множества других применений.
Из пластика можно недорого сделать предметы повседневного обихода, что значительно снизило стоимость различных товаров, включая упаковку, контейнеры, детали и бытовые трубопроводы.
Оптоволокно
Оптическое волокно начало заменять медный провод в телефонной сети в 1980-х годах. Оптические волокна имеют очень маленький диаметр, что позволяет связать многие из них в кабель или кабелепровод. Оптическое волокно также является энергоэффективным средством передачи сигналов.
Нефти и газа
Сейсмические исследования , начавшиеся в 1920-х годах, используют отраженные звуковые волны для картирования геологии недр, чтобы помочь определить местонахождение потенциальных нефтяных резервуаров. Это было большим улучшением по сравнению с предыдущими методами, которые предполагали в основном удачу и хорошее знание геологии, хотя удача продолжала играть важную роль в нескольких крупных открытиях. Вращательное бурение было более быстрым и эффективным способом бурения нефтяных и водяных скважин. Он стал популярным после того, как его использовали для первоначального открытия месторождения Восточный Техас в 1930 году.
Твердые материалы для резки
Для режущих кромок, например, при механической обработке, было разработано множество новых твердых материалов. Сталь Mushet , которая была разработана в 1868 году, была предшественницей быстрорежущей стали , которая была разработана командой под руководством Фредрика Уинслоу Тейлора из Bethlehem Steel Company примерно в 1900 году. Быстрорежущая сталь сохраняла свою твердость, даже когда становилась раскаленной докрасна. За ним последовал ряд современных сплавов.
С 1935 по 1955 год скорость обработки увеличилась с 120–200 футов / мин до 1000 футов / мин из-за более твердых режущих кромок, что привело к снижению затрат на обработку на 75%.
Одним из наиболее важных новых твердых материалов для резки является карбид вольфрама .
Дематериализация
Дематериализация - это сокращение использования материалов в производстве, строительстве, упаковке или других целях. В США количество сырья на единицу продукции снизилось примерно на 60% с 1900 года. В Японии сокращение составило 40% с 1973 года.
Дематериализация стала возможной благодаря замене на более качественные материалы и инженерным решениям, позволяющим снизить вес при сохранении функциональности. Современные примеры - пластиковые контейнеры для напитков, заменяющие стекло и картон, пластиковую термоусадочную пленку, используемую при транспортировке, и легкие пластиковые упаковочные материалы. Дематериализация происходит в сталелитейной промышленности США, где пик потребления пришелся на 1973 год как в абсолютном выражении, так и в расчете на душу населения. В то же время потребление стали на душу населения во всем мире выросло за счет аутсорсинга . Совокупный мировой ВВП или богатство с 1970 года росли прямо пропорционально потреблению энергии, в то время как парадокс Джевонса утверждает, что повышение эффективности ведет к увеличению потребления энергии. Доступ к энергии во всем мире сдерживает дематериализацию.
Связь
Телеграфия
Телеграф появился вокруг начало железнодорожной эры и железные дороги , как правило , установлены телеграфные линии вдоль их маршрутов для связи с поезда.
Телетайп появились в 1910 году и к 1929 году заменили от 80 до 90% операторов кода Морзе. По оценкам, один телетайп заменил 15 операторов кода Морзе.
телефон
Вначале телефоны использовали в первую очередь для бизнеса. Ежемесячное обслуживание обходится примерно в треть заработка среднего рабочего. Телефонная связь вместе с грузовиками и новые дорожные сети позволили предприятиям резко сократить складские запасы в 1920-е годы.
Телефонные звонки обрабатывались операторами с помощью коммутаторов, пока в 1892 году не был введен автоматический коммутатор. К 1929 году 31,9% системы Bell было автоматическим.
Автоматическая телефонная коммутация первоначально использовала электромеханические переключатели, управляемые устройствами с вакуумными трубками, которые потребляли большое количество электроэнергии. Количество звонков в конечном итоге росло так быстро, что возникли опасения, что телефонная система будет потреблять все производство электроэнергии, что побудило Bell Labs начать исследования транзистора .
Радиочастотная передача
После Второй мировой войны микроволновая передача стала использоваться для междугородной телефонной связи и передачи телевизионных программ на местные станции для ретрансляции.
Волоконная оптика
Распространение телефонной связи среди домашних хозяйств стало зрелым с появлением оптоволоконной связи в конце 1970-х годов. Волоконная оптика значительно увеличила пропускную способность информации по сравнению с предыдущими медными проводами и еще больше снизила стоимость междугородной связи.
Спутники связи
Спутники связи начали использоваться в 1960-х годах и сегодня несут различную информацию, включая данные транзакций по кредитным картам, радио, телевидение и телефонные звонки. Система глобального позиционирования (GPS) работает по сигналам от спутников.
Факс (ФАКС)
Факсимильные аппараты (сокращенно от факсимиле) различных типов существовали с начала 1900-х годов, но стали широко распространяться с середины 1970-х годов.
Домохозяйство: Коммунальное водоснабжение, бытовое газоснабжение и бытовые приборы.
До того, как коммунальная вода была поставлена в домохозяйства, было необходимо, чтобы кто-то ежегодно привозил до 10 000 галлонов воды в среднее домохозяйство.
Подача природного газа в домохозяйства началась в конце 19 века.
Бытовая техника последовала за электрификацией бытовой техники в 1920-х годах, когда потребители стали покупать электрические плиты, тостеры, холодильники и стиральные машины. Благодаря использованию бытовых приборов и полуфабрикатов время, затрачиваемое на приготовление еды и уборку, стирку и уборку, сократилось с 58 часов в неделю в 1900 году до 18 часов в неделю к 1975 году. Меньшее время, затрачиваемое на домашнюю работу, позволило большему количеству женщин выйти на рынок труда .
Автоматизация, управление технологическими процессами и сервомеханизмы
Автоматизация означает автоматическое управление, то есть процесс запускается с минимальным вмешательством оператора. Некоторые из различных уровней автоматизации: механические методы, электрическое реле , управление с обратной связью с контроллером и компьютерное управление. Обычно автоматизация применяется для управления температурой, расходом и давлением. Автоматическое регулирование скорости важно во многих промышленных применениях, особенно в секционных приводах, например, при прокатке металла и сушке бумаги.
Самыми ранними применениями управления технологическим процессом были механизмы, которые регулировали зазор между жерновами для измельчения зерна и для удержания ветряных мельниц направленными против ветра. Центробежный регулятор используется для регулировки мельницы камней был скопирован Джеймсом Уатта для управления скоростью паровых двигателей в ответ на изменения в тепловой нагрузке на котел; однако, если нагрузка на двигатель изменилась, регулятор только поддерживал постоянную скорость на новом уровне. Потребовалось много опытно-конструкторских работ, чтобы достичь необходимой устойчивости для работы текстильного оборудования. Математический анализ теории управления был впервые разработан Джеймсом Клерком Максвеллом . К 1950-м годам теория управления была разработана до своей «классической» формы. См .: Теория управления # История
Электрификация фабрики привнесла простые электрические элементы управления, такие как лестничная логика , с помощью которой можно было использовать кнопки для активации реле для включения пускателей двигателей. В схему можно добавить другие элементы управления, такие как блокировки, таймеры и концевые выключатели.
Сегодня автоматизация обычно относится к управлению с обратной связью. Примером является круиз-контроль на автомобиле, который применяет непрерывную коррекцию, когда датчик контролируемой переменной (скорость в этом примере) отклоняется от заданного значения, и может реагировать корректирующим образом, чтобы сохранить настройку. Управление процессами - это обычная форма автоматизации, которая позволяет запускать промышленные предприятия, такие как нефтеперерабатывающие заводы, паровые электростанции, производящие электричество, или бумажные фабрики, с минимумом рабочей силы, обычно с нескольких диспетчерских.
Потребность в контрольно-измерительных приборах росла с ростом числа центральных электростанций после Первой мировой войны. Контрольно-измерительные приборы также были важны для печей для термообработки, химических заводов и нефтеперерабатывающих заводов. Обычные приборы были для измерения температуры, давления или расхода. Показания обычно записывались на круговых диаграммах или ленточных диаграммах. До 1930-х годов управление обычно было «разомкнутым», что означало, что в нем не использовалась обратная связь. Операторы производили различные регулировки, например, поворачивая ручки на клапанах. Если это делается из диспетчерской, сообщение может быть отправлено оператору на заводе с помощью цветного светового сигнала, позволяющего ему узнать, следует ли увеличивать или уменьшать то, что контролируется. Сигнальные огни управлялись распределительным щитом, который вскоре стал автоматизированным. Автоматическое управление стало возможным с помощью контроллера обратной связи, который считывал измеряемую переменную, измерял отклонение от заданного значения и, возможно, скорость изменения и величину отклонения, взвешенную по времени, сравнивая это с заданным значением и автоматически применяя вычисленную корректировку. Автономный контроллер может использовать комбинацию механических, пневматических, гидравлических или электронных аналогов для управления управляемым устройством. Тенденция заключалась в использовании электронных средств управления после их разработки, но сегодня тенденция заключается в использовании компьютера для замены отдельных контроллеров.
К концу 1930-х годов управление с обратной связью получило широкое распространение. Управление с обратной связью было важной технологией для непрерывного производства .
Автоматизация телефонной сети позволила набирать местные номера вместо звонков через оператора. Дальнейшая автоматизация позволила абонентам совершать междугородние звонки с помощью прямого набора . Со временем почти все операторы были заменены на автоматику.
Станки были автоматизированы с числовым программным управлением (ЧПУ) в 1950-х годах. Вскоре это превратилось в компьютеризированное числовое управление (ЧПУ).
Сервомеханизмы обычно представляют собой устройства управления положением или скоростью, использующие обратную связь. Понимание этих устройств описано в теории управления . Теория управления была успешно применена для управления кораблями в 1890-х годах, но, столкнувшись с сопротивлением персонала, не получила широкого применения для этого приложения до окончания Первой мировой войны. Сервомеханизмы чрезвычайно важны для обеспечения автоматического контроля устойчивости самолетов и в широком спектре промышленных применений.
Промышленные роботы использовались в ограниченном масштабе с 1960-х годов, но начали фазу быстрого роста в середине 1980-х годов после широкого распространения микропроцессоров, используемых для управления ими. К 2000 году во всем мире насчитывалось более 700 000 роботов.
Компьютеры, полупроводники, обработка данных и информационные технологии
Аппаратура для записи единиц
Ранняя обработка электрических данных осуществлялась путем пропускания перфокарт через счетные машины , отверстия в картах позволяли электрическому контакту увеличивать электронные счетчики. Табулирующие машины относились к категории, называемой оборудованием для записи единиц , с помощью которой поток перфокарт организовывался в программной последовательности, позволяющей выполнять сложную обработку данных. Оборудование для записи единиц широко использовалось до появления компьютеров.
Полезность машин для составления таблиц была продемонстрирована при составлении переписи 1890 г. в США, что позволило обработать переписи менее чем за год и с большой экономией труда по сравнению с предполагаемыми 13 годами при использовании предыдущего ручного метода.
Компьютеры с хранимой программой
Первые цифровые компьютеры были более производительны, чем счетные машины, но не намного. Ранние компьютеры использовали тысячи электронных ламп (термоэмиссионных клапанов), которые потребляли много электроэнергии и постоянно нуждались в замене. К 1950-м годам электронные лампы были заменены транзисторами, которые были гораздо более надежными и потребляли относительно мало электроэнергии. К 1960-м годам тысячи транзисторов и других электронных компонентов могли быть изготовлены на кремниевой полупроводниковой пластине в виде интегральных схем , которые повсеместно используются в современных компьютерах.
Компьютеры использовали бумажную ленту и перфокарты для ввода данных и программирования до 1980-х годов, когда все еще было обычным делом получать ежемесячные счета за коммунальные услуги, напечатанные на перфокартах, которые возвращались вместе с платежом покупателя.
В 1973 году IBM представила точку продажи (POS) терминалов , в которых электронные кассовые аппараты были в сеть в магазин ЭВМ. К 1980-м годам были добавлены считыватели штрих-кода . Эти технологии автоматизировали управление запасами. Wal-Mart был одним из первых пользователей POS. По оценке Бюро статистики труда, сканеры штрих-кода на кассе увеличили скорость звонка на 30% и снизили трудозатраты кассиров и упаковщиков на 10-15%.
Хранение данных стало лучше организовано после разработки программного обеспечения для реляционных баз данных, которое позволило хранить данные в разных таблицах. Например, теоретическая авиакомпания может иметь множество таблиц, таких как: самолеты, сотрудники, подрядчики по техническому обслуживанию, поставщики услуг, рейсы, аэропорты, платежи, билеты и т. Д., Каждая из которых содержит более узкий набор более конкретной информации, чем простой файл, такой как электронная таблица. Эти таблицы связаны общими полями данных, называемыми ключами . (См .: Реляционная модель ). Данные могут быть получены в различных конкретных конфигурациях путем создания запроса без необходимости извлекать всю таблицу. Это, например, позволяет легко найти место пассажира с помощью различных средств, таких как номер билета или имя, и предоставить только запрашиваемую информацию. См .: SQL
С середины 1990-х годов интерактивные веб-страницы позволяли пользователям получать доступ к различным серверам через Интернет для участия в электронной коммерции, такой как онлайн-покупки , оплата счетов, торговля акциями, управление банковскими счетами и продление автоматической регистрации. Это высшая форма автоматизации бэк-офиса, поскольку информация о транзакциях передается непосредственно в базу данных.
Компьютеры также значительно повысили производительность в секторе связи, особенно в таких областях, как устранение телефонных операторов. В машиностроении компьютеры заменили ручное черчение на САПР , при этом производительность чертежника увеличилась в среднем на 500%. Программное обеспечение было разработано для расчетов, используемых при проектировании электронных схем, анализа напряжений, теплового и материального баланса. Программное обеспечение для моделирования процессов было разработано как для стационарного, так и для динамического моделирования, последнее способно дать пользователю опыт, очень похожий на управление реальным процессом, например, на нефтеперерабатывающем заводе или бумажной фабрике, позволяя пользователю оптимизировать процесс или экспериментировать с модификациями процесса.
Банкоматы (банкоматы) стали популярными в последних десятилетия и самостоятельной проверке в розничной продаже появилась в 1990 - х годах.
Система бронирования авиабилетов и банковское дело - области, где компьютеры практически необходимы. Современные военные системы также полагаются на компьютеры.
В 1959 году нефтеперерабатывающий завод Texaco в Порт-Артуре стал первым химическим заводом, использующим цифровое управление технологическими процессами.
Компьютеры не произвели революцию в производстве, потому что автоматизация в виде систем управления существовала уже несколько десятилетий, хотя компьютеры действительно позволяли более изощренное управление, что привело к повышению качества продукции и оптимизации процессов. См .: Парадокс производительности.
Долгосрочное снижение роста производительности
«1929-1941 годы были в совокупности наиболее технологически прогрессивными из всех сопоставимых периодов в экономической истории США». Александр Дж. Филд
«По мере того, как индустриализация продолжалась, ее последствия, условно говоря, стали менее, а не более революционными» ... инвестиции". Алан Суизи, 1943 год.
С начала 1970-х годов рост производительности труда в США в течение длительного времени снижался, за исключением резкого скачка в 1996–2004 годах, вызванного ускорением внедрения полупроводниковых инноваций по закону Мура . Частично раннее снижение было связано с усилением государственного регулирования с 1960-х годов, в том числе ужесточением экологических норм. Отчасти снижение роста производительности связано с исчерпанием возможностей, особенно в связи с сокращением размеров традиционно высокопроизводительных секторов. Роберт Дж. Гордон считал продуктивность «одной большой волной», которая достигла пика и теперь отступает на более низкий уровень, в то время как М. Кинг Хабберт назвал феномен значительного роста производительности, предшествующий Великой депрессии, «разовым событием».
Из-за замедления роста населения в США и пика роста производительности, устойчивый рост ВВП США никогда не возвращался к уровням 4% с лишним десятилетий, предшествовавших Первой мировой войне.
Компьютеры и подобные им полупроводниковые устройства, используемые в автоматизации, являются наиболее значительными технологиями повышения производительности, разработанными в последние десятилетия двадцатого века; однако их вклад в общий рост производительности разочаровал. Большая часть роста производительности произошла в новой компьютерной отрасли и смежных отраслях. Экономист Роберт Дж. Гордон был среди тех, кто сомневался, соответствовали ли компьютеры величайшим инновациям прошлого, таким как электрификация. Эта проблема известна как парадокс продуктивности . Анализ производительности труда в США, проведенный Гордоном (2013), дает два возможных всплеска роста: один в 1891–1972 годах, а второй - в 1996–2004 годах из-за ускорения технологических инноваций, связанных с законом Мура .
Повышение производительности повлияло на относительные размеры различных секторов экономики за счет снижения цен и занятости. Производительность сельского хозяйства высвободила рабочую силу в то время, когда производство росло. Рост производительности труда достиг пика с электрификацией и автоматизацией заводов, но все еще остается значительным. Однако по мере сокращения относительного размера обрабатывающего сектора секторы государственного управления и услуг, в которых наблюдается низкий рост производительности, выросли.
Повышение уровня жизни
Хронический голод и недоедание были нормой для большинства населения мира, включая Англию и Францию, до второй половины XIX века. Примерно до 1750 года, в основном из-за недоедания, продолжительность жизни во Франции составляла около 35 лет, а в Англии лишь немного выше. Население США в то время кормилось адекватно, было намного выше и ожидаемая продолжительность жизни составляла 45–50 лет.
Повышение уровня жизни было достигнуто в основном за счет повышения производительности. В США количество личного потребления, которое можно было купить за один час работы, составляло около 3 долларов в 1900 году и увеличилось примерно до 22 долларов к 1990 году в долларах 2010 года. Для сравнения, американский рабочий сегодня зарабатывает больше (с точки зрения покупательной способности), работая за десять минут, чем работники натурального хозяйства, такие как английские фабричные рабочие, о которых Фредрик Энгельс писал в 1844 году, зарабатывая за 12-часовой рабочий день.
Снижение рабочей недели
В результате увеличения производительности рабочая неделя значительно сократилась в 19 веке. К 1920-м годам средняя рабочая неделя в США составляла 49 часов, но рабочая неделя была сокращена до 40 часов (после чего была применена надбавка за сверхурочную работу) в соответствии с Законом о восстановлении национальной промышленности 1933 года.
Стремление к внедрению четырехдневной недели оставалось мало актуальным на современном рабочем месте из-за различных возможных преимуществ, которые оно может принести.
Смотрите также
- Ускорение изменений
- Историческая школа экономики
- Кондратьевская волна
- Программное обеспечение для повышения производительности
- Рабочие часы
использованная литература
внешние ссылки
- Производительность и затраты - Бюро статистики труда Министерство труда США : содержит международные сравнения уровней производительности, исторические и настоящие.
- Статистика производительности - Организация экономического сотрудничества и развития
- Речь Гринспена
- Оценки ОЭСР уровня производительности труда
- Миллер, Дуг, На пути к устойчивым затратам на рабочую силу в розничной торговле модной одеждой Великобритании (5 февраля 2013 г.) doi : 10.2139 / ssrn.2212100