Mechanizace - Mechanization

Mechanizace je proces přechodu z práce převážně nebo výhradně ručně nebo se zvířaty na práci se stroji. V časném inženýrském textu je stroj definován takto:
Každý stroj je konstruován za účelem provádění určitých mechanických operací, z nichž každá předpokládá existenci dvou dalších věcí kromě dotyčného stroje, a to pohyblivé síly a předmětu, který je předmětem operace, což lze nazvat prací Stroje jsou ve skutečnosti vloženy mezi sílu a práci, aby se přizpůsobily jednomu druhému.[1]
V některých oblastech zahrnuje mechanizace použití ručního nářadí. V moderním použití, například ve strojírenství nebo ekonomii, znamená mechanizace stroje složitější než ruční nářadí a nezahrnovala by jednoduchá zařízení, jako je např. ugearský kůň nebo osel. Zařízení, která způsobují změny rychlosti nebo změny v nebo z vratného do rotačního pohybu pomocí prostředků, jako je ozubená kola, kladky nebo snopy a pásy, hřídele, vačky a kliky, jsou obvykle považovány za stroje. Po elektrizace, když většina malých strojů již nebyla poháněna ručně, byla mechanizace synonymem pro motorizované stroje.[2] Rozšíření mechanizace výrobního procesu se označuje jako automatizace a je řízen a uzavřená smyčka systém, ve kterém senzory poskytují zpětnou vazbu. Automaticky řídí provoz různých strojů.[3]
Dějiny

Dávné doby
Vodní kola pocházejí z doby římské a byly používány k mletí obilí a zvedání závlahové vody. Na vlně se používaly měchy vysoké pece v Číně v roce 31 n.l.[4] Do 13. století byla poháněna vodní kola pily[5] a výlet kladiva, natáhnout látku a rozdrtit lněné a později bavlněné hadry na buničinu pro výrobu papíru. Trip kladiva jsou zobrazeny drcení rudy De re Metallica (1555).
Hodiny byly jedny z nejsložitějších raných mechanických zařízení. Tvůrci hodin byli významnými vývojáři strojové nástroje včetně strojů na řezání ozubených kol a šroubů a také se podíleli na matematickém vývoji konstrukcí ozubených kol. Hodiny byly jedny z prvních hromadně vyráběných předmětů, počínaje kolem roku 1830.[6][7]
Vodní vlnovce pro vysoké pece, používané v Číně ve starověku, byly v Evropě používány do 15. století. De re Metallica obsahuje výkresy vztahující se k měchu pro vysoké pece včetně výrobního výkresu.
Vylepšené konstrukce převodovek snížily opotřebení a zvýšily účinnost. Matematické konstrukce převodů byly vyvinuty v polovině 17. století. Francouzský matematik a inženýr Desargues navrhl a postavil první mlýn s epicykloidní zuby ca. 1650. V 18. století evolventní převody, vstoupil do použití další matematický odvozený design. Evolventní převody jsou lepší pro záběry různých velikostí než epicykloidní.[7] Ozubení se začalo používat v 18. století.[6]
Průmyslová revoluce
The Parní stroj Newcomen byl poprvé použit k čerpání vody z dolu v roce 1712. John Smeaton představil kovové převody a nápravy vodních kol v polovině druhé poloviny 18. století. The Průmyslová revoluce začal hlavně s textilními stroji, jako je točí se jenny (1764) a vodní rám (1768).
Poptávka po kovových součástech používaných v textilních strojích vedla k mnoha vynálezům strojové nástroje koncem 17. století až do poloviny 18. století. Po prvních desetiletích 19. století železo stále více nahrazovalo dřevo v ozubení a hřídele v textilních strojích. Ve 40. letech 19. století samostatně působící byly vyvinuty obráběcí stroje. Stroje byly vyvinuty pro výrobu nehtů cca. 1810. Fourdrinier papírenský stroj papírenský stroj pro nepřetržitá výroba papíru byl patentován v roce 1801, čímž se nahradila staletá ruční metoda výroby jednotlivých listů papíru.
Jedním z prvních mechanických zařízení používaných v zemědělství byl secí stroj vynalezl Jethro Tull kolem 1700. Secí stroj umožňoval rovnoměrnější rozestup osiva a hloubku setí než ruční metody, což zvýšilo výnosy a ušetřilo cenné osivo. V roce 1817 první kolo bylo vynalezeno a používáno v Německu. Mechanizované zemědělství na konci osmnáctého a počátku devatenáctého století s taženým koněm značně vzrostl sekačky a poháněn koně mlátičky.[8] Na konci devatenáctého století byla parní síla aplikována na mlácení a objevily se parní traktory. Spalování se u traktorů začalo používat na počátku dvacátého století. Mlácení a sklizeň byly původně prováděny s přídavnými zařízeními pro traktory, ale ve 30. letech byly poháněny samostatně kombajny byly používány.
V polovině až do konce 19. století byla hydraulická a pneumatická zařízení schopna pohánět různé mechanické činnosti, jako například polohovací nástroje nebo obrobky.[9] Beranidla a parní kladiva jsou příklady těžké práce. Při zpracování potravin by mohla pneumatická nebo hydraulická zařízení spustit a zastavit plnění plechovek nebo lahví na dopravníku. Posilovač řízení pro automobily používá hydraulické mechanismy, stejně jako prakticky všechna zemní zařízení a další stavební zařízení a mnoho příslušenství k traktorům. K ovládání průmyslových armatur je široce používána pneumatická (obvykle stlačený vzduch) energie.
Dvacáté století
Na počátku 20. století si stroje vyvinuly schopnost provádět složitější operace, které dříve prováděly kvalifikovaní řemeslníci.[10] Příkladem je stroj na výrobu skleněných lahví vyvinutý v roce 1905. Nahradil vysoce placené foukače skla a pomocníky při dětské práci a vedl k hromadné výrobě skleněných lahví.[11]
Po roce 1900 byly továrny elektrifikovaný a elektrické motory a ovládací prvky byly použity k provádění složitějších mechanických operací. To vedlo k mechanizovaným procesům výroby téměř veškerého zboží.
Kategorie

Ve výrobě nahradila mechanizace ruční metody výroby zboží mechanizace. Tahače jsou zařízení, která přeměňují tepelnou, potenciální nebo kinetickou energii na mechanickou práci. Mezi hnací stroje patří spalovací motory, spalovací turbíny (proudové motory), vodní kola a turbíny, větrné mlýny a větrné turbíny a parní stroje a turbíny. Poháněná dopravní zařízení, jako jsou lokomotivy, automobily, nákladní automobily a letadla, je klasifikace strojního zařízení, která zahrnuje podtřídy podle typu motoru, jako je spalování, spalovací turbína a pára. Uvnitř továren, skladů, dřevařských dvorů a dalších výrobních a distribučních operací, manipulace s materiálem zařízení nahradilo ruční přepravní nebo ruční vozíky a vozíky.[10]
Mechanizované zemědělství
- Vidět:Mechanizované zemědělství
- Viz také: Technologie zvyšující produktivitu (historické) Část 4
- Viz také: seznam zemědělských strojů
Při těžbě a ražbě nahradily lopaty a lopaty energetické lopaty.[10] Drcení horniny a rudy bylo po staletí prováděno vodním pohonem výlet kladiva, ale vypínací kladiva byla nahrazena moderní rudou drtiče a kulové mlýny.
Manipulace se sypkým materiálem systémy a zařízení se používají pro různé materiály, včetně uhlí, rud, obilí, písku, štěrku a dřevěných výrobků.[10]
Stavební zařízení zahrnuje jeřáby, míchačky betonu, čerpadla na beton, sběrače třešní a sortiment elektrického nářadí.
Poháněné stroje
Poháněné stroje dnes obvykle znamenají buď elektromotor, nebo spalovací motor. Před první dekádou 20. století poháněl obvykle parní stroj, voda nebo vítr.
Mnoho z prvních strojů a obráběcích strojů bylo poháněno ručně, ale většina se na počátku 19. století změnila na vodní nebo parní.
Před elektrizace, energie mlýna a továrny se obvykle přenášela pomocí a hřídel linky. Elektrifikace umožňovala každému stroji pohánět samostatný motor v tzv pohon jednotky. Pohon jednotek umožnil lépe uspořádat továrny a umožnil různým strojům pracovat při různých rychlostech. Pohon jednotky také umožňoval mnohem vyšší rychlosti, což bylo zvláště důležité strojové nástroje.
Krok za mechanizaci je automatizace. Rané výrobní stroje, jako je foukač skleněných lahví (kolem 90. let 20. století), vyžadovaly hodně zapojení obsluhy. Do 20. let 20. století byly používány plně automatické stroje, které vyžadovaly mnohem menší pozornost obsluhy.[10]
Vidět: Masová produkce
Vojenské použití
Termín je také používán v armádě k označení použití sledováno obrněná vozidla, zejména obrněné transportéry, přesunout vojáky, kteří by jinak pochodovali nebo jeli na nákladních automobilech, do boje. Ve vojenské terminologii mechanizované označuje pozemní jednotky, které mohou bojovat z vozidel, zatímco motorizované označuje jednotky, které jdou bojovat ve vozidlech, ale poté sesednou a bojují bez nich. Tažená dělostřelecká jednotka je tedy považována za motorizovanou, zatímco samohybná je mechanizovaná.
Mechanická vs. lidská práce
Když porovnáme efektivitu dělníka, zjistíme, že má efektivitu asi 1% - 5,5% (podle toho, zda používá paže nebo kombinaci paží a nohou).[12] Spalovací motory mají většinou účinnost asi 20%,[13] Ačkoli velké vznětové motory, například ty, které se používají k pohonu lodí, mohou mít účinnost téměř 50%. Průmyslové elektromotory mají účinnost až do nízkého rozsahu 90%, než upraví účinnost přeměny paliva na elektřinu asi 35%.[14]
Když porovnáme náklady na používání spalovacího motoru s pracovníkem při provádění práce, všimneme si, že motor může vykonat více práce za srovnávací náklady. 1 litr fosilního paliva spáleného s IC motorem se rovná asi 50 rukám pracovníků pracujících po dobu 24 hodin nebo 275 paží a nohou po dobu 24 hodin.[15][16]
Kromě toho je kombinovaná pracovní schopnost člověka také mnohem nižší než u stroje. Průměrný lidský pracovník může poskytnout dobrou práci kolem 0,9 hp (2,3 MJ za hodinu) [17] zatímco stroj (v závislosti na typu a velikosti) může zajistit mnohem větší množství práce. Například dodávka pouze jedné kWh vyžaduje více než jednu a půl hodiny tvrdé práce - což by malý motor dokázal vyprodukovat za méně než jednu hodinu při spalování méně než jednoho litru ropného paliva. To znamená, že gang 20 až 40 mužů bude vyžadovat finanční odměnu za svou práci alespoň ve výši požadovaných vynaložených potravinových kalorií (která je nejméně 4 až 20krát vyšší). Ve většině situací bude pracovník také chtít náhradu za ztracený čas, který je snadno 96krát větší za den. I když předpokládáme, že reálné mzdové náklady na lidskou práci budou 1,00 USD / den, vygenerují se náklady na energii ve výši přibližně 4,00 USD / kWh. Přestože jde o nízkou mzdu za těžkou práci, i v některých zemích s nejnižšími mzdami představuje náklady na energii, které jsou podstatně dražší než dokonce exotické zdroje energie, jako jsou solární fotovoltaické panely (a tedy ještě dražší ve srovnání s sklízeče větrné energie nebo luminiscenční solární koncentrátory).[18]
Úrovně mechanizace
Pro zjednodušení lze studovat mechanizaci jako sérii kroků.[19] Mnoho[vyčíslit ] studenti odkazují na tuto sérii jako na indikaci základní až pokročilé formy mechanické společnosti.
- síla ruky / svalu
- ruční nářadí
- motorové ruční nářadí, např. elektricky ovládané
- motorové nářadí, jednofunkční, s pevným cyklem
- poháněné nástroje, multifunkční, programově řízené
- poháněné nástroje, dálkově ovládané
- elektrické nářadí, aktivované obrobkem (např. mincový telefon)
- měření
- vybrané řízení signalizace, např. ovládání vodní energie
- záznam výkonu
- akce stroje změněna měřením
- segregace / odmítnutí podle měření
- výběr vhodného akčního cyklu
- oprava výkonu po operaci
- korekce výkonu během provozu
Viz také
- Automatizace
- Historie jízdního kola
- Technologie zvyšující produktivitu (historické) # 4. Mechanizace (obecně) a v zemědělství
- Masová produkce
- Montážní linka
- Mechanizované zemědělství
- Manipulace se sypkými materiály
- Industrializace
- Průmyslová revoluce
- Sledovat video mechanizované pokládání železniční trati
Reference
- ^ Willis, Robert (1861). Principy mechanismu: Určeno pro použití studenty na univerzitách a obecně pro studenty inženýrství. Londýn: John W. Parker.
- ^ Jerome (1934) uvádí průmyslovou klasifikaci obráběcích strojů jako „jinou než ruční sílu“. Počínaje sčítáním lidu z roku 1900 v USA bylo používání energie součástí definice továrny, která ji odlišovala od dílny.
- ^ Mechanizace a automatizace Archivováno 17. 04. 2019 na Wayback Machine, Mechanical Engineering Community, vyvoláno 2018-04-17.
- ^ Temple, Robert; Joseph Needham (1986). Genius Číny: 3000 let vědy, objevů a vynálezů. New York: Simon a Schuster. p.55 <Based on the works of Joseph Needham>
- ^ McNeil, Ian (1990). Encyclopedia of the History of Technology. London: Routledge. ISBN 0-415-14792-1.
- ^ A b Roe, Joseph Wickham (1916), English and American Tool Builders, New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753. Dotisk McGraw-Hill, New York a Londýn, 1926 (LCCN 27-24075 ); a Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, (ISBN 978-0-917914-73-7).
- ^ A b Musson; Robinson (1969). Věda a technika v průmyslové revoluci. University of Toronto Press. p.69.
- ^ Rumely 1910 .
- ^ Hunter, Louis C .; Bryant, Lynwood (1991). Historie průmyslové síly ve Spojených státech, 1730-1930, roč. 3: Přenos síly. Cambridge, Massachusetts, Londýn: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
- ^ A b C d E Jerome, Harry (1934). Mechanizace v průmyslu, Národní úřad pro ekonomický výzkum (PDF).
- ^ „Americká společnost strojních inženýrů označuje lahvový stroj Owens„ AR “jako mezník v oblasti mezinárodního historického inženýrství“ (PDF). 1983. Archivovány od originál (PDF) dne 05.04.2013.
- ^ Ayres, R. U .; Ayres, L. W .; Warr, B. (2002). „Exergy, Power and Work in the U.S. Economy. 1900-1998, Insead's Center for the Management of Environmental Resources, 2002/52 / EPS / CMER“ (PDF). Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc) - ^ IC motor s 20% účinností
- ^ „Elektrické motory s kombinovaným měničem výkonu / motorem s 86% účinností“. Archivovány od originál dne 2016-03-05. Citováno 2011-03-22.
- ^ 1 litr paliva vydrží 100 ramen po dobu 24 hodin, kdy účinnost je 40%, což nikdy není
- ^ Domácí dokument Yanna Arthuse Bertranda, který uvádí, že 1 litr paliva vydrží po dobu 24 hodin 100 zbraní; pravděpodobně ze stejného výpočtu
- ^ Ozkan, Burhan (2004). „Analýza vstupů a výstupů energie v tureckém zemědělství“ (PDF). Obnovitelná energie. 29 (1): 39. doi:10.1016 / s0960-1481 (03) 00135-6.
- ^ Kombinovaná pracovní schopnost člověka vs strojů
- ^ Mechanizace a její úroveň
Bibliografie
- Rumeley, Edward A. (srpen 1910). „Odchod muže s motykou“. Světové dílo: Historie naší doby. XX: 13246–13258. Citováno 2009-07-10.
Další čtení
- Jerome, Harry (1934). Mechanizace v průmyslu, Národní úřad pro ekonomický výzkum.
- Hunter, Louis C .; Bryant, Lynwood (1991). Historie průmyslové síly ve Spojených státech, 1730-1930, roč. 3: Přenos síly. Cambridge, Massachusetts, Londýn: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.