Technologie zvyšující produktivitu - Productivity-improving technologies

The technologie zvyšující produktivitu jsou technologické inovace, které historicky vzrostly produktivita.

Produktivita se často měří jako poměr (souhrnného) výstupu k (souhrnnému) vstupu při výrobě zboží a služeb.^[1] Produktivita se zvyšuje snížením množství práce, hlavní město, energie nebo materiály, které se používají k výrobě jakéhokoli daného množství ekonomického zboží a služeb. Zvýšení produktivity je do značné míry zodpovědné za zvýšení počtu obyvatel životní standardy.

The točí se jenny a točící se mezka (zobrazeno) výrazně zvýšilo produktivitu výroby nití ve srovnání s kolovrat.

Dějiny

Technologie zvyšující produktivitu sahají až do starověku, s poměrně pomalým pokrokem až do pozdního středověku. Mezi důležité příklady raně středověké evropské technologie patří vodní kolo, koňský obojek, kolovrátek, systém tří polí (po roce 1500 systém čtyř polí - viz Střídání plodin ) a vysoká pec.^[2] Všechny tyto technologie se v Číně používaly již po staletí, než byly představeny v Evropě.^[3]

Technologickému pokroku napomohla gramotnost a šíření znalostí, které se zrychlily po kolovrat se rozšířil do západní Evropy ve 13. století. Kolovrat zvýšil zásobu hadrů používaných pro buničinu papír výroba, jejíž technologie se na Sicílii dostala někdy ve 12. století. Levný papír byl faktorem při vývoji pohyblivý typ tiskařský lis, což vedlo k velkému nárůstu počtu vydaných knih a titulů.^[4][5] Nakonec se začaly objevovat knihy o vědě a technologii, například těžařská technická příručka De Re Metallica, která byla nejdůležitější technologickou knihou 16. století a byla standardním chemickým textem pro příštích 180 let.^[6]

Francis Bacon (1561-1626) je známý pro vědecká metoda, který byl klíčovým faktorem v vědecká revoluce. Bacon uvedl, že technologie, které odlišovaly Evropu jeho doby od středověku, byly papír a tisk, střelný prach a magnetický kompas, známý jako čtyři skvělé vynálezy. The čtyři skvělé vynálezy důležité pro rozvoj Evropy byly čínského původu.^[7] Další čínské vynálezy zahrnovaly límec na koně, litinu, vylepšený pluh a secí stroj. Viz také Seznam čínských vynálezů.

Těžba a technologie zušlechťování kovů hrály klíčovou roli v technologickém pokroku. Velká část našeho chápání základní chemie se vyvinula z tavení a rafinace rudy De Re Metallica je předním chemickým textem již 180 let.^[6] Železnice se vyvinula z důlní vozíky a první parní stroje byly navrženy speciálně pro čerpání vody z dolů. Význam vysoké pece jde daleko za její kapacitu pro velkovýrobu litiny. Vysoká pec byla prvním příkladem nepřetržitá výroba a je protiproudá výměna proces, jehož různé typy se dnes také používají při chemické a ropné rafinaci. Horký výbuch, která recyklovala to, co by jinak bylo odpadní teplo, byla jednou z klíčových technologií strojírenství. To mělo okamžitý účinek dramatického snížení energie potřebné k výrobě surového železa, ale opětovné použití tepla bylo nakonec aplikováno na řadu průmyslových odvětví, zejména parní kotle, chemikálie, rafinace ropy a celulóza a papír.

Před 17. stoletím měly vědecké poznatky tendenci zůstat v intelektuální komunitě, ale do této doby se staly přístupnými veřejnosti v tzv. Otevřené vědě.^[8] Blízko začátku průmyslové revoluce přišlo vydání Encyklopedie, napsal mnoho přispěvatelů a upravil Denis Diderot a Jean le Rond d'Alembert (1751–1772). Obsahovala mnoho článků o vědě a byla první obecnou encyklopedií, která poskytla hloubkové pokrytí mechanického umění, ale je mnohem více uznávána pro prezentaci myšlenek Osvícení.

Ekonomičtí historici se obecně shodují, že až na určité výjimky, jako např Parní motor, neexistuje žádná silná vazba mezi vědeckou revolucí 17. století (Descartes, Newton atd.) a průmyslovou revolucí.^[8] Důležitým mechanismem pro přenos technických znalostí však byly vědecké společnosti, jako je The Royal Society of London for Improving Natural Knowledge, známější jako královská společnost a Académie des Sciences. Byly zde také technické vysoké školy, například École Polytechnique. Skotsko bylo prvním místem, kde se věda vyučovala (v 18. století), a také kde Joseph Black objevil tepelná kapacita a latentní teplo a kde jeho přítel James Watt využil znalosti tepla k početí samostatný kondenzátor jako prostředek ke zlepšení účinnosti parního stroje.^[9]

Pravděpodobně první období v historii, ve kterém byl ekonomický pokrok pozorovatelný po jedné generaci během období Britská zemědělská revoluce v 18. století.^[10] Technologický a ekonomický pokrok však nepokračoval významným tempem až do anglické průmyslové revoluce na konci 18. století, ai přesto produktivita rostla ročně o 0,5%. Vysoký růst produktivity začal koncem 19. století v oblasti, které se někdy říká Druhá průmyslová revoluce. Většina hlavních inovací druhé průmyslové revoluce byla založena na moderním vědeckém poznání chemie, elektromagnetická teorie a termodynamika a další principy známé profesi inženýra.

Hlavní zdroje růstu produktivity v hospodářské historii

Fotografie z 20. let tahače člunů na řece Volze. Tlačení bylo prováděno tyčemi a ručním taháním pomocí převislých větví stromů.^[11] Byli také použity koně.

Nové formy energie a síly

Před průmyslovou revolucí byly jedinými zdroji energie voda, vítr a svaly. Většina lokalit s dobrou vodní energií (ty, které nevyžadují masivní moderní přehrady) v Evropě byly vyvinuty během středověku. V 50. letech 20. století John Smeaton „otec stavebního inženýrství“ významně zlepšil účinnost vodního kola uplatněním vědeckých principů, čímž přidal nezbytně nutnou sílu pro průmyslovou revoluci.^[12] Vodní kola však zůstala nákladná, relativně neúčinná a nevyhovovala velmi velkým přehradám. Benoît Fourneyron Vysoce účinná turbína vyvinutá koncem 20. let 20. století nakonec nahradila vodní kola. Turbíny typu Fourneyron mohou pracovat s 95% účinností a používají se v dnešních velkých vodních elektrárnách. Vodní energie byla i nadále hlavním zdrojem průmyslové energie ve Spojených státech až do poloviny 19. století kvůli bohatým lokalitám, ale parní energie předběhla vodní energii ve Velké Británii o několik desetiletí dříve.^[13]

V roce 1711 a Parní stroj Newcomen byl instalován pro čerpání vody z dolu, což byla práce, kterou obvykle prováděly velké týmy koní, z nichž některé doly používaly až 500. Zvířata přeměňují krmivo na práci s účinností asi 5%, ale zatímco to bylo mnohem více než méně než 1% účinnost časného motoru Newcomen, v uhelných dolech bylo uhlí nízké kvality s malou tržní hodnotou k dispozici. Energie fosilních paliv poprvé překročila veškerou živočišnou a vodní energii v roce 1870. Role energie a strojů nahrazujících fyzickou práci pojednává Ayres-Warr (2004, 2009).^[14][15]

Zatímco v některých oblastech byly parníky používány, až do konce 19. století tisíce dělníků táhl čluny. Až do konce 19. století se většina uhlí a dalších nerostů těžila kleštěmi a lopaty a plodiny se sklízely a obilí mlátilo pomocí zvířecí síly nebo ručně. S těžkými břemeny, jako jsou balíky bavlny o hmotnosti 382 liber, se manipulovalo na ručních vozících až do počátku 20. století.

Mladá „zásuvka“ táhnoucí uhelnou vanu podél důlní galerie.^[16] Minové vozy byly častější než zobrazený smyk. Železnice sestoupily z důlních vozů. V Británii zákony přijaté v letech 1842 a 1844 zlepšily pracovní podmínky v dolech.

Výkop byl prováděn lopatami až do konce 19. století, kdy se začaly používat parní lopaty. Bylo hlášeno, že se v roce 1860 očekávalo, že dělník na západní divizi Erie Canal vykope 5 kubických yardů denně; do roku 1890 se však očekávalo pouze 3–1 / 2 yardy denně.^[17] Dnešní velké elektrické lopaty mají lopaty, které pojmou 168 metrů krychlových (220 kubických yardů) a spotřebují energii 100 000 města.^[18]

Dynamit, trezor na manipulaci se směsí nitroglycerin a křemelina byl patentován v roce 1867 společností Alfred Nobel. Dynamit zvýšil produktivitu těžby, tunelování, výstavby silnic, výstavby a demolice a umožnil projekty, jako je Panamský průplav.

Byla použita parní energie mlátičky na konci 19. století. Existovaly parní stroje, které se pohybovaly na kolech pod vlastní silou, které se používaly k dočasnému napájení stacionárních zemědělských zařízení, jako jsou mlátičky. Tito byli voláni silniční motory, a Henry Ford, který viděl jednoho jako chlapce, byl inspirován k výrobě automobilu.^[19] Parní traktory byly používány, ale nikdy se nestaly populární.

Se spalováním přišly první sériově vyráběné traktory (Fordson C. 1917). Traktory nahradily koně a muly pro tažení žacích strojů a kombajnů, ale ve 30. letech byly vyvinuty samohybné kombajny. Produkce na osobu za hodinu v pěstování pšenice vzrostla od konce druhé světové války do roku 1985 zhruba 10krát, a to hlavně díky pohonným strojům, ale také kvůli vyšším výnosům plodin.^[20] Pracovní síla kukuřice vykázala podobný, ale vyšší nárůst produktivity. Viz. níže:Mechanizované zemědělství

Jedno z největších období růstu produktivity se shodovalo s elektrizace továren, které proběhly v letech 1900 až 1930 v USA^[14][21] Vidět: Hromadná výroba: tovární elektrifikace

Energetická účinnost

V inženýrských a hospodářských dějinách byly nejdůležitějšími typy energetické účinnosti přeměna tepla na práci, opětovné použití tepla a snížení tření.^[22] Rovněž došlo k dramatickému snížení energie potřebné k přenosu elektronických signálů, hlasových i datových.

Přeměna tepla na práci

Raný Parní stroj Newcomen byl asi 0,5% efektivní a byl vylepšen o něco více než 1% John Smeaton před Watt vylepšení, která se zvýšila tepelná účinnost na 2%. V roce 1900 to trvalo 7 liber uhlí / kw hod.

Elektrická výroba byla odvětví s nejvyšším růstem produktivity v USA na počátku dvacátého století. Po přelomu století nahradily pístové parní stroje velké centrální stanice s vysokotlakými kotli a účinnými parními turbínami a do roku 1960 to bylo 0,9 lb uhlí za kw-hodinu. Při započtení zlepšení v těžbě a přepravě bylo celkové zlepšení faktorem větším než 10.^[23] Dnešní parní turbíny mají účinnost v rozsahu 40%.^{[15][24][25][26]} Většina elektřiny se dnes vyrábí v tepelných elektrárnách využívajících parní turbíny.

Motory Newcomen a Watt pracovaly blízko atmosférického tlaku a k práci používaly atmosférický tlak ve formě vakua způsobeného kondenzující párou. Vysokotlaké motory byly dostatečně lehké a dostatečně účinné, aby mohly být použity k pohonu lodí a lokomotiv. V 70. letech 20. století byly vyvinuty motory s vícestupňovou expanzí (vícestupňové), které byly poprvé dostatečně účinné, aby umožnily lodím přepravovat více nákladu než uhlí, což vedlo k velkému nárůstu mezinárodního obchodu.^[27]

První důležitou naftovou lodí byla MS Selandia zahájena v roce 1912. Do roku 1950 byla třetina obchodní lodní dopravy poháněna naftou.^[28] Nejúčinnějším tahačem je dnes dvoutaktní lodní vznětový motor vyvinutý ve dvacátých letech minulého století, nyní o velikosti přes 100 000 koňských sil s a tepelná účinnost 50%.^[29]

Parní lokomotivy, které využívaly až 20% produkce uhlí v USA, byly po druhé světové válce nahrazeny dieselovými lokomotivami, což značně šetří energii a snižuje pracovní sílu pro manipulaci s uhlím, kotlovou vodou a mechanickou údržbu.

Zlepšení účinnosti parních strojů způsobilo velký nárůst počtu parních strojů a množství použitého uhlí, jak uvádí William Stanley Jevons v Uhelná otázka. Tomu se říká Paradox Jevons.

Elektrifikace a předelektrický přenos energie

Spotřeba elektřiny a hospodářský růst spolu silně souvisí.^[30] Spotřeba elektrické energie na obyvatele téměř dokonale koreluje s ekonomickým vývojem.^[31]Elektrizace byla první technologií, která umožňovala přenos síly na dálku s minimem ztráty energie.^[32] Elektrické motory se zbavily liniové hřídele pro distribuci energie a dramaticky zvýšila produktivitu továren. Velmi velký centrální elektrárny vytvořily úspory z rozsahu a byly mnohem efektivnější při výrobě energie než pístové parní stroje.^{[14][30][32][33][34]} Elektrické motory výrazně snížily kapitálové náklady na energii ve srovnání s parními motory.^[33]

Hlavní formy předelektrického přenosu energie byly liniové hřídele, hydraulické energetické sítě a pneumatické a lanové systémy. Lineární hřídele byly běžnou formou přenosu energie v továrnách od prvních průmyslových parních strojů až po elektrifikaci v továrně. Hřídele vedení omezovaly tovární uspořádání a trpěly vysokými ztrátami energie.^[32] Hydraulická energie se začala používat v polovině 19. století. To bylo značně používáno v Bessemerův proces a pro jeřáby v přístavech, zejména ve Velké Británii. Londýn a několik dalších měst disponovaly hydraulickými nástroji, které zajišťovaly tlakovou vodu pro průmysl v širokém okolí.^[32]

Pneumatická energie se začala používat v průmyslu a při těžbě a tunelování v poslední čtvrtině 19. století. Mezi běžné aplikace patřily vrtačky a kladiva.^[32] Drátěná lana nesená velkými drážkovanými koly dokázala přenášet sílu s nízkou ztrátou na vzdálenost několika mil nebo kilometrů. Drátěné lanové systémy se objevily krátce před elektrifikací.^[32]

Opětovné použití tepla

Rekuperace tepla pro průmyslové procesy byla poprvé široce používána jako horký výbuch v vysoké pece k výrobě surového železa v roce 1828. Pozdější opětovné použití tepla zahrnovalo proces Siemens-Martin, který se nejprve používal na výrobu skla a později na ocel otevřená krbová pec. (Vidět: Železo a ocel níže). Dnes se teplo znovu využívá v mnoha základních průmyslových odvětvích, jako jsou chemický průmysl, rafinace ropy a výroba papíru a celulózy, za použití různých metod, jako je Tepelné výměníky v mnoha procesech.^[35] Výparníky s více efekty k odpaření vroucí kapaliny s nižší teplotou použijte páru z působení vysoké teploty. Při získávání sulfátových buničinových chemikálií může být použitá černá kapalina odpařena pětkrát nebo šestkrát opětovným použitím páry z jednoho efektu k varu louhu v předchozím efektu. Kogenerace je proces, který využívá vysokotlakou páru k výrobě elektřiny a poté využívá výslednou nízkotlakou páru pro procesní nebo stavební teplo.

Průmyslový proces prošel řadou drobných vylepšení, která společně významně snížila spotřebu energie na jednotku výroby.

Snížení tření

Snížení tření bylo jedním z hlavních důvodů úspěchu železnic ve srovnání s vozy. To bylo prokázáno na železné desce pokryté dřevěnou tramvají v roce 1805 v Croydonu ve Velké Británii

"Dobrý kůň na běžné silnici s dálnicí může vytáhnout dvě tisíce liber nebo jednu tunu." Strana gentlemanů byla pozvána, aby byla svědkem experimentu, že nadřazenost nové silnice může být prokázána oční demonstrací. Dvanáct vozů bylo naloženo kameny, dokud každý vůz nevážil tři tuny, a vozy byly připevněny k sobě. Poté byl připojen kůň, který s lehkostí táhl vozy, šest mil za dvě hodiny, čtyřikrát zastavil, aby ukázal, že má sílu nastartovat a také vytáhnout svůj velký náklad. “^[36]

Lepší mazání, například z ropných olejů, snížené ztráty třením v mlýnech a továrnách.^[37] Valivá ložiska byla vyvinuta za použití legovaných ocelí a technik přesného obrábění dostupných v poslední čtvrtině 19. století. Valivá ložiska byla do 80. let 19. století široce používána na kolech. Ložiska se začala používat na liniové hřídele v desetiletích před elektrifikací v továrně a byly to hlavně ložiskové hřídele, které byly z velké části odpovědné za jejich vysoké ztráty energie, které byly obvykle 25 až 30% a často až 50%.^[32]

Účinnost osvětlení

Elektrická světla byla mnohem efektivnější než osvětlení na olej nebo plyn a nevytvářela kouř, výpary ani tolik tepla. Elektrické světlo prodloužilo pracovní den a zvýšilo produktivitu továren, podniků a domácností. Elektrické světlo nebylo velkým nebezpečím požáru, jako světlo nafty a plynu.^[38]

Účinnost elektrických světel se neustále zlepšovala od prvních žárovek po světla s wolframovým vláknem.^[39] The zářivka, který se stal komerčním na konci 30. let, je mnohem efektivnější než klasické osvětlení. Diody vyzařující světlo nebo LED diody jsou vysoce účinné a mají dlouhou životnost.^[40]

Infrastruktury

Relativní energie potřebná pro přepravu tunokilometrů pro různé druhy dopravy jsou: potrubí = 1 (základ), voda 2, železnice 3, silnice 10, vzduch 100.^[41]

Silnice

Nevylepšené silnice byly extrémně pomalé, nákladné pro dopravu a nebezpečné.^[42] V 18. století se začal více používat vrstvený štěrk se třemi vrstvami Makadam se začnou používat na počátku 19. století. Tyto silnice byly korunovány, aby propouštěly vodu, a po stranách měly odvodňovací příkopy.^[42] Vrchní vrstva kamenů se nakonec rozdrtila na jemné vrstvy a povrch trochu uhladila. Spodní vrstvy byly z malých kamenů, které umožňovaly dobrý odtok.^[42] Důležité je, že kladli menší odpor kolovým vozům a koňským kopytům a nohám neklesaly v bahně. Prkenné silnice se začaly v USA používat také v letech 1810–2020. Vylepšené silnice byly nákladné, ai když snížily náklady na pozemní dopravu na polovinu nebo více, brzy je předstihly železnice jako hlavní dopravní infrastruktura.^[42]

Oceánská lodní doprava a vnitrozemské vodní cesty

Plachetnice mohly přepravovat zboží přes 3000 mil za cenu 30 mil na voze.^[43] Kůň, který by dokázal táhnout jeden tunový vůz, mohl vytáhnout 30tunový člun. Během anglické nebo první průmyslové revoluce bylo dodávka uhlí do pecí v Manchesteru obtížná, protože jich bylo málo a kvůli vysokým nákladům na používání vozů. Bylo však známo, že člunové čluny jsou proveditelné, což bylo prokázáno stavbou Bridgewater Canal, který byl otevřen v roce 1761 a přinesl uhlí z Worsley do Manchesteru. Úspěch mostu Waterwater Canal zahájil šílenost budování kanálu, která trvala až do vzhledu železnic ve 30. letech 20. století.^[41][42]

Železnice

Železnice výrazně snížily náklady na pozemní dopravu. Odhaduje se, že do roku 1890 byly náklady na nákladní dopravu v USA 24,5 centů / tunu míle oproti 0,875 centů / tunu míle po železnici, což představuje pokles o 96%.^[44]

Elektrické pouliční železnice (tramvaje, trolejbusy nebo tramvaje) byly v závěrečné fázi stavby železnice od konce 90. let 20. století a prvních dvou desetiletí 20. století. Po roce 1920 byly pouliční železnice brzy přemístěny motorovými autobusy a automobily.^[45]

Dálnice

Dálnice s vozidly s vnitřním spalováním dokončily mechanizaci pozemní dopravy. Když se objevily nákladní vozy c. 1920 byla výrazně snížena cena za přepravu zemědělského zboží na trh nebo na železniční stanice. Motorizovaná dálniční doprava také snížila zásoby.

Vysoký růst produktivity v USA během třicátých let byl z velké části způsoben programem výstavby dálnic v tomto desetiletí.^[46]

Potrubí

Potrubí je energeticky nejúčinnějším dopravním prostředkem.^[41] Železná a ocelová potrubí se začala používat během druhé poloviny 19. století, ale hlavní infrastrukturou se stala až v průběhu 20. století.^[42][47] Odstředivá čerpadla a odstředivé kompresory jsou účinné prostředky k čerpání kapalin a zemního plynu.

Mechanizace

Adriance sekačka, konec 19. století

Mlátička z roku 1881. Místo koní byly také použity parní stroje. Dnes se mlácení i sklízení provádí pomocí a kombajn.

Mechanizované zemědělství

Secí stroj je mechanické zařízení pro rozestup a výsadbu osiva ve vhodné hloubce. Vznikl ve starověké Číně před 1. stoletím před naším letopočtem. Ukládání osiva bylo nesmírně důležité v době, kdy byly měřeny výnosy, pokud jde o semena sklizená na vysazené semeno, což bylo obvykle mezi 3 a 5. Secí stroj také ušetřil práci při výsadbě. A co je nejdůležitější, secí stroj znamenal, že plodiny byly pěstovány v řádcích, což snížilo konkurenci rostlin a zvýšilo výnosy. To bylo objeveno v 16. století v Evropě na základě slovních popisů a hrubých kreseb přivezených z Číny.^[7] Jethro Tull patentovanou verzi v roce 1700; bylo to však drahé a nespolehlivé. Spolehlivé secí stroje se objevily v polovině 19. století.^[48]

Od začátku zemědělství se mlácení provádělo ručně pomocí a cep, vyžadující hodně práce. The mlátička (asi 1794) zjednodušil provoz a umožnil mu používat zvířecí sílu. V šedesátých letech minulého století byly mlátičky široce zavedeny a nakonec vytlačily až čtvrtinu zemědělské pracovní síly.^[49]V Evropě bylo mnoho vysídlených pracovníků zahnáno na pokraj hladovění.

Sklizeň ovsa v a Claas Kombinace Lexion 570 s uzavřenou klimatizovanou kabinou s otočným mlátičem a hydraulicky řízeným hydraulickým řízením

Před c. 1790 mohl pracovník sklízet 1/4 akru denně s a kosa.^[27] Na počátku 19. století kolébka obilí byl zaveden, což významně zvyšuje produktivitu ruční práce. Odhadovalo se, že každý z nich Cyruse McCormicka kůň táhl sekačky (Ptd. 1834) osvobodil pět mužů na vojenskou službu v americké občanské válce.^[50] Do roku 1890 mohli dva muži a dva koně řezat, hrabat a vázat 20 akrů pšenice denně.^[27] V 80. letech 19. století sekačka a mlátička byly sloučeny do kombajn. Tyto stroje vyžadovaly k tažení velké týmy koní nebo mezků. Za celé 19. století vzrostl výkon na osobu za hodinu při produkci pšenice asi o 500% a u kukuřice asi o 250%.^[20]

Zemědělské stroje a vyšší výnosy plodin snížily práci na produkci 100 bušlů kukuřice z 35 na 40 hodin v roce 1900 na 2 hodiny 45 minut v roce 1999.^[51] Přeměna zemědělské mechanizace na spalovací sílu začala po roce 1915. Populace koní začala klesat ve 20. letech po přeměně zemědělství a dopravy na spalování.^[52] Kromě úspory práce to uvolnilo mnoho půdy, která se dříve používala na podporu tažných zvířat.

Vrcholnými roky prodeje traktorů v USA byly padesátá léta.^[52] V 50. letech došlo k velkému nárůstu výkonu zemědělských strojů.

Průmyslové stroje

Nejdůležitějšími mechanickými zařízeními před průmyslovou revolucí byly vodní a větrné mlýny. Vodní kola pocházejí z doby římské a větrné mlýny o něco později. Voda a větrná energie se nejprve používaly k mletí obilí na mouku, ale později se přizpůsobily síle výlet kladiva na bušení hadrů do buničiny pro výrobu papíru a drcení rudy. Těsně před průmyslovou revolucí byla vodní energie aplikována na vlnovce pro tavení železa v Evropě. (Ve starověké Číně se používaly tlakové vlnovce poháněné vodou.) Větrná a vodní energie se používala také na pilách.^[41] Technologie stavebních mlýnů a mechanických hodin byla důležitá pro vývoj strojů průmyslové revoluce.^[53]

The kolovrat byl středověký vynález, který zvýšil produktivitu výroby nití o faktor větší než deset. Jeden z prvních vývojů, které předcházely Průmyslová revoluce byl pletací stroj (tkalcovský stav) z c. 1589. Později v průmyslové revoluci přišel létající raketoplán, jednoduché zařízení, které zdvojnásobilo produktivitu tkaní. Spřádací nit byla omezujícím faktorem při výrobě látky vyžadující 10 odstředivek pomocí kolovrat dodávat jednoho tkalce. S točí se jenny rozmetač mohl točit osm vláken najednou. The vodní rám (Ptd. 1768) přizpůsobil vodní energii točení, ale dokázal točit pouze jednu nit po druhé. Vodní rám byl snadno ovladatelný a mnoho z nich mohlo být umístěno v jedné budově. The točící se mezka (1779) umožnil točit velkým počtem nití jediným strojem pomocí vodní energie. Změna preferencí spotřebitele pro bavlnu v době zvýšené produkce látky vyústila v vynález bavlněný gin (Str. 1794). Parní energie byla nakonec použita jako doplněk vody během průmyslové revoluce a obě byly používány až do elektrifikace. Graf produktivity technologií spřádání lze nalézt v Ayres (1989), spolu s mnoha dalšími údaji souvisejícími s tímto článkem.^[54]

S bavlněným ginem (1792) za jeden den mohl muž odstranit semeno z tolika horské bavlny, jaké by dříve trvalo ženě, která pracovala dva měsíce, zpracovat jednu libru denně pomocí válečkového ginu.^[55][56]

Časným příkladem velkého zvýšení produktivity u speciálních strojů je c. 1803 Portsmouth Block Mills. S těmito stroji mohlo 10 mužů vyrobit tolik bloků jako 110 kvalifikovaných řemeslníků.^[41]

Ve třicátých letech 20. století se spojilo několik technologií, které umožnily důležitý posun v konstrukci dřevěných budov. The kotoučová pila (1777), zastřihnout hřebík stroje (1794) a parní stroj umožňovaly efektivní výrobu štíhlých kusů řeziva, například 2 "x4", a poté přibití dohromady v tzv. rámování balónků (1832). To byl začátek úpadku starověké metody dřevěný rám konstrukce s dřevěným truhlářstvím.^[57]

Po mechanizaci v textilním průmyslu následovala mechanizace obuvnického průmyslu.^[58]

The šicí stroj, vynalezený a vylepšený na počátku 19. století a vyráběný ve velkém počtu do 70. let 18. století, zvýšil produktivitu o více než 500%.^[59] Šicí stroj byl důležitým nástrojem produktivity pro mechanizovanou výrobu obuvi.

Díky široké dostupnosti obráběcích strojů, zdokonaleným parním strojům a nenákladné přepravě po železnici se strojírenský průmysl stal v poslední čtvrtině 19. století největším odvětvím americké ekonomiky (s přidaným ziskem), což vedlo k průmyslové ekonomice.^[60]

První komerčně úspěšný stroj na foukání skleněných lahví byl představen v roce 1905.^[61] Stroj, který obsluhuje dvoučlenná posádka pracující na 12hodinové směny, dokázal vyprodukovat 17 280 lahví za 24 hodin, ve srovnání s 2880 lahvemi byla posádka šesti mužů a chlapců, kteří pracovali v obchodě jeden den. Náklady na výrobu lahví strojem byly 10 až 12 centů za brutto ve srovnání s 1,80 $ za brutto u ručních sklářů a pomocníků.

Strojové nástroje

Strojové nástroje, které řezaly, brousily a tvarovaly kovové části, byly další důležitou mechanickou inovací průmyslové revoluce. Před obráběcími stroji bylo neúměrně nákladné vyrábět přesné díly, což je základní požadavek pro mnoho strojů a vyměnitelné části. Historicky důležité obráběcí stroje jsou šroubovací soustruh, frézka a kov hoblovka (kovoobrábění), které se všechny začaly používat v letech 1800 až 1840.^[55] Avšak kolem roku 1900 to byla kombinace malých elektrických motorů, speciálních ocelí a nových řezných a brusných materiálů, které umožnily obráběcím strojům hromadně vyrábět ocelové díly.^[18] Výroba Ford Model T vyžadovalo 32 000 obráběcích strojů.^[50]

Vertikální frézka, důležitá obráběcí stroj. 1: fréza 2: vřeteno 3: horní saně nebo podpaží 4: sloup 5: stůl 6: saně osy Y 7: koleno 8: základna

Moderní výroba začala kolem roku 1900, kdy v průmyslu začaly nahrazovat ruční metody stroje podporované elektrickým, hydraulickým a pneumatickým pohonem.^[62] Časným příkladem je Owens automatický foukač skleněných lahví, který snížil práci při výrobě lahví o více než 80%.^[63] Viz také: Hromadná výroba # Factory elektrifikace

Hornictví

Velké těžební stroje, jako jsou parní lopaty, se objevily v polovině devatenáctého století, ale byly omezeny na kolejnice až do širokého zavedení průběžná stopa a pneumatiky na konci 19. a na počátku 20. století. Do té doby se hodně těžební práce provádělo většinou pomocí pneumatických vrtaček, sbíječek, kleští a lopat.^[64]

Stroje na podřezávání uhelných slojí se objevily kolem roku 1890 a do roku 1934 se používaly na 75% produkce uhlí. Nakládání uhlí se stále ještě provádělo ručně lopatami kolem roku 1930, ale začaly se používat mechanické sběrače a nakládače.^[62] Použití uhelného vrtacího stroje zlepšilo produktivitu povrchové těžby uhlí v letech 1949 až 1969 trojnásobně.^[65]

V současné době probíhá přechod od metod těžby náročnějších na práci k větší mechanizaci a rovnoměrnosti automatizovaná těžba.^[66]

Mechanizovaná manipulace s materiály

Manipulace se sypkými materiály

Lopata na nakládání kabelů P & H 4100 XPB, typ mobilního jeřábu

Vykládání bavlny c. 1900. Hydraulické jeřáby se ve Velké Británii používaly k nakládání lodí do 40. let 18. století, ale v USA se používaly málo.^[21] Parní dopravníky a jeřáby byly v USA používány do 80. let 19. století.^[27] Na počátku 20. století byly používány elektrické jeřáby a motorové mobilní nakladače, například vysokozdvižné vozíky. Dnes je hromadná nákladní doprava kontejnerové.

A Americký letec provozování vysokozdvižného vozíku. Palety umístěné za vozíkem se pohybují uvnitř paletovým zvedákem (dole). Pokud jsou k dispozici palety, jsou naloženy na nakládací doky které umožňují pojezd vysokozdvižných vozíků.

Suchý manipulace se sypkými materiály systémy používají řadu stacionárních zařízení, jako jsou dopravníky, zakladače, kultivátory a mobilní zařízení, jako jsou lopaty a nakladače pro manipulaci s velkým množstvím rud, uhlí, obilí, písku, štěrku, drceného kamene atd. Systémy pro manipulaci se sypkými materiály se používají v dolech, pro nakládku a vykládku lodí a v továrnách, které zpracovávají sypké materiály na hotové výrobky, jako je ocel a papírny.

Rukojeť na to pumpjack je páka pro hydraulický zvedák, který v závislosti na výkonu snadno zvedne břemena až do 2-1 / 2 tuny. Běžně se používá ve skladech a v maloobchodech.

Ve 20. letech se používaly mechanické přikládače pro přivádění uhlí do lokomotiv. Kompletně mechanizovaný a automatizovaný systém pro manipulaci a přikládání uhlí byl poprvé použit k přivádění práškového uhlí do elektrického užitkového kotle v roce 1921.^[62]

S kapalinami a plyny se zachází odstředivá čerpadla a kompresory.

Během 1.sv.v. se zvýšil převod na manipulaci s materiálem, když se vyvinul nedostatek nekvalifikované pracovní síly a nekvalifikované mzdy vzrostly ve srovnání s kvalifikovanou pracovní silou.^[62]

Pozoruhodné použití dopravníků bylo Automatický mlýn na mouku od Olivera Evanse postaven v roce 1785.^[50]

Asi 1900 různých typů dopravníků (pás, lamela, vědro, šroub nebo šnek), mostové jeřáby a průmyslové vozíky se začaly používat pro manipulaci s materiály a zbožím v různých fázích výroby v továrnách. Vidět: Typy dopravníkových systémů Viz také: Masová produkce.

Známou aplikací dopravníků je Ford. Motor Co. montážní linka (c. 1913), ačkoli Ford používal různé průmyslové vozíky, mostové jeřáby, skluzavky a jakákoli zařízení nezbytná k minimalizaci práce při manipulaci s díly v různých částech továrny.^[50]

Jeřáby

Jeřáby jsou starodávnou technologií, ale po průmyslové revoluci se rozšířily. K manipulaci s těžkou technikou v Nasmyth, Gaskell and Company (Bridgewater Foundry) v pozdních 1830s.^[67] Na konci 19. století se široce používaly hydraulické jeřáby, zejména v britských přístavech. Některá města, jako například Londýn, měla k napájení veřejné hydraulické servisní sítě. Koncem 19. století se používaly také parní jeřáby. Elektrické jeřáby, zejména mostové, byly v továrnách zavedeny na konci 19. století.^[38] Parní jeřáby byly obvykle omezeny na kolejnice.^[68] Kontinuální stopa (běhoun housenky) byl vyvinut na konci 19. století.

Důležité kategorie jeřáby jsou:

• Mostový jeřáb nebo mostové jeřáby pojíždějí po kolejnici a mají vozíky, které posouvají kladkostroj do jakékoli polohy uvnitř rámu jeřábu. Široce se používá v továrnách.
• Pojízdný jeřáb Obvykle benzínový nebo naftový pohon a cestování na kolech pro na nebo offroad, železnici nebo průběžná stopa. Jsou široce používány ve stavebnictví, těžbě a manipulaci s sypkými materiály.
• Opravený jeřáb Ve pevné poloze, ale obvykle se může otáčet o celý kruh. Nejznámějším příkladem je věžový jeřáb používaný k postavení vysokých budov.

Paletizace

Manipulace se zbožím palety bylo významným zlepšením oproti používání ručních vozíků nebo ručnímu přenášení pytlů nebo krabic a výrazně zrychlilo nakládku a vykládku nákladních automobilů, železničních vozů a lodí. S paletami lze manipulovat paletové zvedáky nebo vysokozdvižné vozíky který se začal používat v průmyslu ve 30. letech a rozšířil se v 50. letech.^[69] Nakládací doky postavené na architektonických standardech umožňují nákladním nebo železničním vozům nakládat a vykládat ve stejné výšce jako podlaha skladu.

Na zádech

Na zádech je přeprava přívěsů nebo celých nákladních vozidel na kolejových vozidlech, což je nákladově efektivnější způsob přepravy a šetří nakládku, vykládku a třídění práce. Vůz byl přepravován na železničních vozech v 19. století s koňmi v samostatných vozech. Přívěsy začaly být v USA přepravovány na železničních vozech v roce 1956.^[70] Piggyback představoval 1% nákladu v roce 1958, v roce 1986 vzrostl na 15%.^[71]

Kontejnerizace

Nakládka nebo vykládka rozbít hromadný náklad zapínání a vypínání lodí obvykle trvalo několik dní. Byla to namáhavá a poněkud nebezpečná práce. Ztráty z poškození a krádeže byly vysoké. Práce byla nestálá a většina přístavního dělníka měla spoustu neplaceného nečinného času. Třídění a sledování rozbitého hromadného nákladu bylo také časově náročné a jeho udržování ve skladech vázaných na kapitál.^[69]

Old style ports with warehouses were congested and many lacked efficient transportation infrastructure, adding to costs and delays in port.^[69]

By handling freight in standardized containers in compartmentalized ships, either loading or unloading could typically be accomplished in one day. Containers can be more efficiently filled than break bulk because containers can be stacked several high, doubling the freight capacity for a given size ship.^[69]

Loading and unloading labor for containers is a fraction of break bulk, and damage and theft are much lower. Also, many items shipped in containers require less packaging.^[69]

Kontejnerizace with small boxes was used in both world wars, particularly WW II, but became commercial in the late 1950s.^[69] Containerization left large numbers of warehouses at wharves in port cities vacant, freeing up land for other development. Viz také: Intermodální nákladní doprava

Work practices and processes

Dělba práce

Před tovární systém much production took place in the household, such as spinning and weaving, and was for household consumption.^[72][73] This was partly due to the lack of transportation infrastructures, especially in America.^[74]

Dělba práce was practiced in antiquity but became increasingly specialized during the Industrial Revolution, so that instead of a shoemaker cutting out leather as part of the operation of making a shoe, a worker would do nothing but cut out leather.^[22][75] v Adam Smith 's famous example of a pin factory, workers each doing a single task were far more productive than a craftsmen making an entire pin.

Starting before and continuing into the industrial revolution, much work was subcontracted under the putting out system (also called the domestic system) whereby work was done at home. Putting out work included spinning, weaving, leather cutting and, less commonly, specialty items such as firearms parts. Merchant capitalists or master craftsmen typically provided the materials and collected the work pieces, which were made into finished product in a central workshop.^[22][75][76]

Tovární systém

During the industrial revolution much production took place in workshops, which were typically located in the rear or upper level of the same building where the finished goods were sold. These workshops used tools and sometimes simple machinery, which was usually hand or animal powered. The master craftsman, foreman or merchant capitalist supervised the work and maintained quality. Workshops grew in size but were displaced by the factory system in the early 19th century. Pod tovární systém capitalists hired workers and provided the buildings, machinery and supplies and handled the sale of the finished products.^[77]

Vyměnitelné části

Changes to traditional work processes that were done after analyzing the work and making it more systematic greatly increased the productivity of labor and capital. This was the changeover from the European system of craftsmanship, where a craftsman made a whole item, to the Americký systém výroby which used special purpose machines and machine tools that made parts with precision to be zaměnitelné. The process took decades to perfect at great expense because interchangeable parts were more costly at first. Vyměnitelné části were achieved by using fixtures to hold and precisely align parts being machined, jigs to guide the machine tools and gauges to measure critical dimensions of finished parts.^[50]

Vědecké řízení

Other work processes involved minimizing the number of steps in doing individual tasks, such as bricklaying, by performing časové a pohybové studie to determine the one best method, the system becoming known as Taylorismus po Fredrick Winslow Taylor who is the best known developer of this method, which is also known as vědecké řízení after his work Zásady vědeckého řízení.^[78]

Standardizace

Standardizace and interchangeability are considered to be main reasons for U.S. exceptionality.^[79]Standardizace was part of the change to vyměnitelné části, but was also facilitated by the railroad industry and mass-produced goods.^[50][80] Železnice rozchod standardization and standards for rail cars allowed inter-connection of railroads. Railway time formalized time zones. Industrial standards included screw sizes and threads and later electrical standards. Shipping container standards were loosely adopted in the late 1960s and formally adopted ca. 1970.^[69] Today there are vast numbers of technické normy. Commercial standards includes such things as bed sizes. Architectural standards cover numerous dimensions including stairs, doors, counter heights and other designs to make buildings safe, functional and in some cases allow a degree of interchangeability.

Rationalized factory layout

Elektrizace allowed the placement of machinery such as strojové nástroje in a systematic arrangement along the flow of the work. Electrification was a practical way to motorize conveyors to transfer parts and assemblies to workers, which was a key step leading to masová produkce a montážní linka.^[21]

Modern business management

Business administration, which includes management practices and accounting systems is another important form of work practices. As the size of businesses grew in the second half of the 19th century they began being organized by departments and managed by professional managers as opposed to being run by sole proprietors or partners.^[81]

Business administration as we know it was developed by railroads who had to keep up with trains, railcars, equipment, personnel and freight over large territories.^[81]

Modern business enterprise (MBE) is the organization and management of businesses, particularly large ones.^[82] MBE's employ professionals who use knowledge based techniques such areas as engineering, research and development, information technology, business administration, finance and accounting. MBE's typically benefit from economies of scale.

“Before railroad accounting we were moles burrowing in the dark."^[83] Andrew Carnegie

Kontinuální výroba

Kontinuální výroba is a method by which a process operates without interruption for long periods, perhaps even years. Continuous production began with vysoké pece in ancient times and became popular with mechanized processes following the invention of the Fourdrinier papírenský stroj during the Industrial Revolution, which was the inspiration for continuous rolling.^[84] It began being widely used in chemical and petroleum refining industries in the late nineteenth and early twentieth centuries. To bylo později aplikováno na direct strip casting of steel and other metals.

Early steam engines did not supply power at a constant enough load for many continuous applications ranging from cotton spinning to rolling mills, restricting their power source to water. Advances in steam engines such as the Parní stroj Corliss a rozvoj teorie řízení led to more constant engine speeds, which made steam power useful for sensitive tasks such as cotton spinning. AC motors, which run at constant speed even with load variations, were well suited to such processes.

Vědecké zemědělství

Losses of agricultural products to spoilage, insects and rats contributed greatly to productivity. Much hay stored outdoors was lost to spoilage before indoor storage or some means of coverage became common. Pasteurization of milk allowed it to be shipped by railroad.^[27]

Keeping livestock indoors in winter reduces the amount of feed needed. Also, feeding chopped hay and ground grains, particularly corn (maize), was found to improve digestibility.^[27] The amount of feed required to produce a kg of live weight chicken fell from 5 in 1930 to 2 by the late 1990s and the time required fell from three months to six weeks.^[18]

Wheat yields in developing countries, 1950 to 2004, kg/HA baseline 500. The steep rise in crop yields in the U.S. began in the 1940s. The percentage of growth was fastest in the early rapid growth stage. In developing countries maize yields are still rapidly rising.^[85]

The Zelená revoluce increased crop yields by a factor of 3 for soybeans and between 4 and 5 for corn (maize), wheat, rice and some other crops. Using data for corn (maize) in the U.S., yields increased about 1.7 bushels per acre from the early 1940s until the first decade of the 21st century when concern was being expressed about reaching limits of photosynthesis. Because of the constant nature of the yield increase, the annual percentage increase has declined from over 5% in the 1940s to 1% today, so while yields for a while outpaced population growth, yield growth now lags population growth.

High yields would not be possible without significant applications of fertilizer,^[86] particularly nitrogen fertilizer which was made affordable by the Haber-Bosch ammonia process.^[87] Nitrogen fertilizer is applied in many parts of Asia in amounts subject to diminishing returns,^[87] which however does still give a slight increase in yield. Crops in Africa are in general starved for NPK and much of the world's soils are deficient in zinc, which leads to deficiencies in humans.

The greatest period of agricultural productivity growth in the U.S. occurred from World War 2 until the 1970s.^[88]

Land is considered a form of capital, but otherwise has received little attention relative to its importance as a factor of productivity by modern economists, although it was important in classical economics. However, higher crop yields effectively multiplied the amount of land.

New materials, processes and de-materialization

Železo a ocel

The process of making litina was known before the 3rd century AD in China.^[89] Cast iron production reached Europe in the 14th century and Britain around 1500. Cast iron was useful for casting into pots and other implements, but was too brittle for making most tools. However, cast iron had a lower melting temperature than wrought iron and was much easier to make with primitive technology.^[90] Tepané železo was the material used for making many hardware items, tools and other implements. Before cast iron was made in Europe, wrought iron was made in small batches by the květenství process, which was never used in China.^[89] Wrought iron could be made from cast iron more cheaply than it could be made with a bloomery.

The inexpensive process for making good quality wrought iron was kaluže, which became widespread after 1800.^[91] Puddling involved stirring molten cast iron until small globs sufficiently decarburized to form globs of hot wrought iron that were then removed and hammered into shapes. Puddling was extremely labor-intensive. Puddling was used until the introduction of the Bessemer and open hearth processes in the mid and late 19th century, respectively.^[22]

Blister steel was made from wrought iron by packing wrought iron in charcoal and heating for several days. Vidět: Proces cementace The blister steel could be heated and hammered with wrought iron to make shear steel, which was used for cutting edges like scissors, knives and axes. Shear steel was of non uniform quality and a better process was needed for producing watch springs, a popular luxury item in the 18th century. The successful process was kelímek z oceli, which was made by melting wrought iron and blister steel in a crucible.^[22][29]

Production of steel and other metals was hampered by the difficulty in producing sufficiently high temperatures for melting. An understanding of thermodynamic principles such as recapturing heat from flue gas by preheating combustion air, known as horký výbuch, resulted in much higher energy efficiency and higher temperatures. Preheated combustion air was used in iron production and in the otevřená krbová pec. In 1780, before the introduction of hot blast in 1829, it required seven times as much coke as the weight of the product pig iron.^[92] The hundredweight of coke per short ton of pig iron was 35 in 1900, falling to 13 in 1950. By 1970 the most efficient blast furnaces used 10 hundredweight of coke per short ton of pig iron.^[28]

Steel has much higher strength than tepané železo and allowed long span bridges, high rise buildings, automobiles and other items. Steel also made superior threaded fasteners (screws, nuts, bolts), nails, wire and other hardware items. Steel rails lasted over 10 times longer than tepané železo kolejnice.^[93]

The Bessemer and open hearth processes were much more efficient than making steel by the kaluže proces because they used the carbon in the pig iron as a source of heat. The Bessemer (patented in 1855) and the Siemens-Martin (c. 1865) processes greatly reduced the cost of ocel. By the end of the 19th century, Gilchirst-Thomas “basic” process had reduced production costs by 90% compared to the puddling process of the mid-century.

Today a variety of legované oceli are available that have superior properties for special applications like automobiles, pipelines and drill bits. High speed or tool steels, whose development began in the late 19th century, allowed machine tools to cut steel at much higher speeds.^[94] High speed steel and even harder materials were an essential component of masová produkce automobilů.^[95]

Some of the most important specialty materials are parní turbína a plynová turbína blades, which have to withstand extreme mechanical stress and high temperatures.^[29]

The size of blast furnaces grew greatly over the 20th century and innovations like additional heat recovery and pulverized coal, which displaced coke and increased energy efficiency.^[96]

Bessemer steel became brittle with age because nitrogen was introduced when air was blown in.^[97] The Bessemer process was also restricted to certain ores (low phosphate hematite). By the end of the 19th century the Bessemer process was displaced by the open hearth furnace (OHF). After World War II the OHF was displaced by the basic oxygen furnace (BOF), which used oxygen instead of air and required about 35–40 minutes to produce a batch of steel compared to 8 to 9 hours for the OHF. The BOF also was more energy efficient.^[96]

By 1913, 80% of steel was being made from molten pig iron directly from the blast furnace, eliminating the step of casting the "pigs" (ingots) and remelting.^[62]

The continuous wide strip rolling mill, developed by ARMCO in 1928, was most important development in steel industry during the inter-war years.^[98] Continuous wide strip rolling started with a thick, coarse ingot. It produced a smoother sheet with more uniform thickness, which was better for stamping and gave a nice painted surface. It was good for automotive body steel and appliances. It used only a fraction of the labor of the discontinuous process, and was safer because it did not require continuous handling. Continuous rolling was made possible by improved sectional speed control: See: Automation, process control and servomechanisms

Po roce 1950 kontinuální lití contributed to productivity of converting steel to structural shapes by eliminating the intermittent step of making slabs, billets (square cross-section) or blooms (rectangular) which then usually have to be reheated before rolling into shapes.^[25] Thin slab casting, introduced in 1989, reduced labor to less than one hour per ton. Continuous thin slab casting and the BOF were the two most important productivity advancements in 20th-century steel making.^[99]

As a result of these innovations, between 1920 and 2000 labor requirements in the steel industry decreased by a factor of 1,000, from more than 3 worker-hours per tonne to just 0.003.^[25]

Sodium carbonate (soda ash) and related chemicals

Sodium compounds: carbonate, bicarbonate and hydroxide are important industrial chemicals used in important products like making glass and soap. Až do vynálezu Leblancův proces in 1791, sodium carbonate was made, at high cost, from the ashes of seaweed and the plant barilla. The Leblanc process was replaced by the Solvayův proces beginning in the 1860s. With the widespread availability of inexpensive electricity, much sodium is produced along with chlorine by electro-chemical processes.^[22]

Cement

Cement is the binder for beton, which is one of the most widely used construction materials today because of its low cost, versatility and durability. portlandský cement, which was invented 1824–1825, is made by kalcinace limestone and other naturally occurring minerals in a pec.^[100] A great advance was the perfection of rotary cement kilns in the 1890s, the method still being used today.^[101] Reinforced concrete, which is suitable for structures, began being used in the early 20th century.^[102]

Papír

Paper was made one sheet at a time by hand until development of the Fourdrinier papírenský stroj (c. 1801) which made a continuous sheet. Paper making was severely limited by the supply of cotton and linen rags from the time of the invention of the printing press until the development of wood pulp (c. 1850s)in response to a shortage of rags.^[5] The siřičitanový proces for making wood pulp started operation in Sweden in 1874. Paper made from sulfite pulp had superior strength properties than the previously used ground wood pulp (c. 1840).^[103] The kraft (Švédština pro silný) pulping process was commercialized in the 1930s. Pulping chemicals are recovered and internally recycled in the kraft process, also saving energy and reducing pollution.^[103][104] Kraft lepenka is the material that the outer layers of corrugated boxes are made of. Until Kraft corrugated boxes were available, packaging consisted of poor quality paper and paperboard boxes along with wood boxes and crates. Corrugated boxes require much less labor to manufacture than wooden boxes and offer good protection to their contents.^[103] Shipping containers reduce the need for packaging.^[69]

Pryž a plasty

Vulkanizovaná guma made the pneumatic tire possible, which in turn enabled the development of on and off-road vehicles as we know them. Syntetická guma became important during the Second World War when supplies of natural rubber were cut off.

Rubber inspired a class of chemicals known as elastomery, some of which are used by themselves or in blends with rubber and other compounds for seals and gaskets, shock absorbing bumpers and a variety of other applications.

Plasty can be inexpensively made into everyday items and have significantly lowered the cost of a variety of goods including packaging, containers, parts and household piping.

Optické vlákno

Optické vlákno began to replace copper wire in the telephone network during the 1980s. Optical fibers are very small diameter, allowing many to be bundled in a cable or conduit. Optical fiber is also an energy efficient means of transmitting signals.

Ropa a plyn

Seismický průzkum, beginning in the 1920s, uses reflected sound waves to map subsurface geology to help locate potential oil reservoirs. This was a great improvement over previous methods, which involved mostly luck and good knowledge of geology, although luck continued to be important in several major discoveries. Rotary drilling was a faster and more efficient way of drilling oil and water wells. It became popular after being used for the initial discovery of the East Texas field in 1930.

Hard materials for cutting

Numerous new hard materials were developed for cutting edges such as in machining. Mushet ocel, which was developed in 1868, was a forerunner of Rychlořezná ocel, which was developed by a team led by Fredrick Winslow Taylor na Bethlehem Steel Company kolem roku 1900.^[78] High speed steel held its hardness even when it became red hot. It was followed by a number of modern alloys.

From 1935 to 1955 machining cutting speeds increased from 120–200 ft/min to 1000 ft/min due to harder cutting edges, causing machining costs to fall by 75%.^[105]

One of the most important new hard materials for cutting is karbid wolframu.

Dematerializace

Dematerializace is the reduction of use of materials in manufacturing, construction, packaging or other uses. In the U.S. the quantity of raw materials per unit of output decreased approx 60% since 1900. In Japan the reduction has been 40% since 1973.^[106]

Dematerialization is made possible by substitution with better materials and by engineering to reduce weight while maintaining function. Modern examples are plastic beverage containers replacing glass and paperboard, plastic smršťovací fólie used in shipping and light weight plastic packing materials. Dematerializace has been occurring in the U. S. steel industry where the peak in consumption occurred in 1973 on both an absolute and per capita basis.^[96] At the same time, per capita steel consumption grew globally through outsourcing.^[107] Cumulative global GDP or wealth has grown in direct proportion to energy consumption since 1970, while Paradox Jevons posits that efficiency improvement leads to increased energy consumption.^[108][109] Access to energy globally constrains dematerialization.^[110]

komunikace

Telegrafie

The telegrafovat appeared around the beginning of the railroad era and railroads typically installed telegraph lines along their routes for communicating with the trains.^[111]

Dálnopisů appeared in 1910^[112] and had replaced between 80 and 90% of Morse code operators by 1929. It is estimated that one teletypist replaced 15 Morse code operators.^[62]

Telefon

The early use of telephones was primarily for business. Monthly service cost about one third of the average worker's earnings.^[25] The telephone along with trucks and the new road networks allowed businesses to reduce inventory sharply during the 1920s.^[54]

Telephone calls were handled by operators using rozvaděče until the automatic switchboard was introduced in 1892. By 1929, 31.9% of the Bell system was automatic.^[62]

Automatic telephone switching originally used electro-mechanical switches controlled by vacuum tube devices, which consumed a large amount of electricity. Call volume eventually grew so fast that it was feared the telephone system would consume all electricity production, prompting Bell Labs to begin research on the tranzistor.^[113]

Radio frequency transmission

Po druhé světové válce mikrovlnný přenos began being used for long-distance telephony and transmitting television programming to local stations for rebroadcast.

Vláknová optika

The diffusion of telephony to households was mature by the arrival of komunikace z optických vláken na konci 70. let. Fiber optics greatly increased the transmission capacity of information over previous copper wires and further lowered the cost of long-distance communication.^[114]

Komunikační satelity

Komunikační satelity came into use in the 1960s and today carry a variety of information including credit card transaction data, radio, television and telephone calls.^[111] The Globální Polohovací Systém (GPS) operates on signals from satellites.

Facsimile (FAX)

Fax (short for facsimile) machines of various types had been in existence since the early 1900s but became widespread beginning in the mid-1970s.

Home economics: Public water supply, household gas supply and appliances

Before public water was supplied to households it was necessary for someone annually to haul up to 10,000 gallons of water to the average household.^[115]

Natural gas began being supplied to households in the late 19th century.

Household appliances followed household electrification in the 1920s, with consumers buying electric ranges, toasters, refrigerators and washing machines. As a result of appliances and convenience foods, time spent on meal preparation and clean up, laundry and cleaning decreased from 58 hours/week in 1900 to 18 hours/week by 1975. Less time spent on housework allowed more women to enter the labor force.^[116]

Automation, process control and servomechanisms

Automatizace means automatic control, meaning a process is run with minimum operator intervention. Some of the various levels of automation are: mechanical methods, electrical relé, feedback control with a ovladač and computer control. Common applications of automation are for controlling temperature, flow and pressure. Automatic speed control is important in many industrial applications, especially in sectional drives, such as found in metal rolling and paper drying.^[117]

The concept of the feedback loop to control the dynamic behavior of the system: this is negative feedback, because the sensed value is subtracted from the desired value to create the error signal, which is processed by the controller, which provides proper corrective action. A typical example would be to control the opening of a valve to hold a liquid level in a tank. Kontrola procesu is a widely used form of automation. Viz také: PID regulátor

The earliest applications of process control were mechanisms that adjusted the gap between mill stones for grinding grain and for keeping windmills facing into the wind. The odstředivý regulátor used for adjusting the mill stones was copied by James Watt for controlling speed of steam engines in response to changes in heat load to the boiler; however, if the load on the engine changed the governor only held the speed steady at the new rate. It took much development work to achieve the degree of steadiness necessary to operate textile machinery.^[118] A mathematical analysis of control theory was first developed by James Clerk Maxwell. Control theory was developed to its "classical" form by the 1950s.^[119] Vidět: Control theory#History

Továrna elektrizace brought simple electrical controls such as logika žebříku, whereby push buttons could be used to activate relé to engage motor starters. Other controls such as interlocks, timers and limit switches could be added to the circuit.

Today automation usually refers to feedback control. An example is cruise control on a car, which applies continuous correction when a sensor on the controlled variable (Speed in this example) deviates from a set-point and can respond in a corrective manner to hold the setting. Kontrola procesu is the usual form of automation that allows industrial operations like oil refineries, steam plants generating electricity or paper mills to be run with a minimum of manpower, usually from a number of control rooms.

The need for instrumentation grew with the rapidly growing central electric power stations after the First World War. Instrumentation was also important for heat treating ovens, chemical plants and refineries. Common instrumentation was for measuring temperature, pressure or flow. Readings were typically recorded on circle charts or strip charts. Until the 1930s control was typically "open loop", meaning that it did not use feedback. Operators made various adjustments by such means as turning handles on valves.^[120] If done from a control room a message could be sent to an operator in the plant by color coded light, letting him know whether to increase or decrease whatever was being controlled. The signal lights were operated by a switchboard, which soon became automated.^[121] Automatic control became possible with the feedback controller, which sensed the measured variable, measured the deviation from the setpoint and perhaps the rate of change and time weighted amount of deviation, compared that with the setpoint and automatically applied a calculated adjustment. A stand-alone controller may use a combination of mechanical, pneumatic, hydraulic or electronic analogs to manipulate the controlled device. The tendency was to use electronic controls after these were developed, but today the tendency is to use a computer to replace individual controllers.

By the late 1930s feedback control was gaining widespread use.^[119] Feedback control was an important technology for nepřetržitá výroba.

Automation of the telephone system allowed dialing local numbers instead of having calls placed through an operator. Further automation allowed callers to place long-distance calls by přímá volba. Eventually almost all operators were replaced with automation.

Strojové nástroje were automated with Numerická kontrola (NC) in the 1950s. This soon evolved into computerized numerical control (CNC).

Servomechanismy are commonly position or speed control devices that use feedback. Understanding of these devices is covered in teorie řízení. Control theory was successfully applied to steering ships in the 1890s, but after meeting with personnel resistance it was not widely implemented for that application until after the First World War. Servomechanisms are extremely important in providing automatic stability control for airplanes and in a wide variety of industrial applications.

A set of six-axis robots used for svařování. Robots are commonly used for hazardous jobs like paint spraying, and for repetitive jobs requiring high precision such as welding and the assembly and soldering of electronics like car radios.

Průmyslové roboty were used on a limited scale from the 1960s but began their rapid growth phase in the mid-1980s after the widespread availability of microprocessors used for their control. By 2000 there were over 700,000 robots worldwide.^[18]

Computers, semiconductors, data processing and information technology

Záznamové zařízení jednotky

Early IBM tabulating machine. Common applications were accounts receivable, payroll and billing.

Card from a Fortran program: Z(1) = Y + W(1). The punched card carried over from tabulating machines to stored program computers before being replaced by terminal input and magnetic storage.

Early electric data processing was done by running děrné štítky přes tabelační stroje, the holes in the cards allowing electrical contact to increment electronic counters. Tabulating machines were in a category called záznamové zařízení jednotky, through which the flow of punched cards was arranged in a program-like sequence to allow sophisticated data processing. Unit record equipment was widely used before the introduction of computers.

The usefulness of tabulating machines was demonstrated by compiling the 1890 U.S. census, allowing the census to be processed in less than a year and with great labor savings compared to the estimated 13 years by the previous manual method.^[122]

Stored program computers

The first digital computers were more productive than tabulating machines, but not by a great amount. Early computers used thousands of vakuové trubky (thermionic valves) which used a lot of electricity and constantly needed replacing. By the 1950s the vacuum tubes were replaced by tranzistory which were much more reliable and used relatively little electricity. By the 1960s thousands of transistors and other electronic components could be manufactured on a silicon polovodič wafer as integrované obvody, which are universally used in today's computers.

Computers used paper tape and punched cards for data and programming input until the 1980s when it was still common to receive monthly utility bills printed on a punched card that was returned with the customer's payment.

In 1973 IBM introduced místě prodeje (POS) terminals in which electronic cash registers were networked to the store mainframe computer. By 1980 bar code readers byly přidány. These technologies automated inventory management. Wal-Mart was an early adopter of POS. The Bureau of Labor Statistics estimated that bar code scanners at checkout increased ringing speed by 30% and reduced labor requirements of cashiers and baggers by 10-15%.^[123]

Data storage became better organized after the development of relační databáze software that allowed data to be stored in different tables. For example, a theoretical airline may have numerous tables such as: airplanes, employees, maintenance contractors, caterers, flights, airports, payments, tickets, etc. each containing a narrower set of more specific information than would a flat file, such as a spreadsheet. These tables are related by common data fields called klíče. (Vidět: Relační model ) Data can be retrieved in various specific configurations by posing a dotaz without having to pull up a whole table. This, for example, makes it easy to find a passenger's seat assignment by a variety of means such as ticket number or name, and provide only the queried informace. Vidět: SQL

Since the mid-1990s, interactive web pages have allowed users to access various servery over Internet to engage in e-commerce such as Online nakupování, paying bills, trading stocks, managing bank accounts and renewing auto registrations. This is the ultimate form of back office automation because the transaction information is transferred directly to the database.

Computers also greatly increased productivity of the communications sector, especially in areas like the elimination of telephone operators. In engineering, computers replaced manual drafting with CAD, with a 500% average increase in a draftsman's output.^[18] Software was developed for calculations used in designing electronic circuits, stress analysis, heat and material balances. Simulace procesu software has been developed for both steady state and dynamic simulation, the latter able to give the user a very similar experience to operating a real process like a refinery or paper mill, allowing the user to optimize the process or experiment with process modifications.

Bankomaty (ATM's) became popular in recent decades and self checkout at retailers appeared in the 1990s.

The Systém rezervací leteckých společností and banking are areas where computers are practically essential. Modern military systems also rely on computers.

In 1959 Texaco's Port Arthur refinery became the first chemical plant to use digital process control.^[123]

Computers did not revolutionize manufacturing because automation, in the form of řídicí systémy, had already been in existence for decades, although computers did allow more sophisticated control, which led to improved product quality and process optimization. Vidět: Paradox produktivity

Long term decline in productivity growth

"The years 1929-1941 were, in the aggregate, the most technologically progressive of any comparable period in U.S. economic history." Alexander J. Field^[124]

"As industrialization has proceeded, its effects, relatively speaking, have become less, not more, revolutionary"...."There has, in effect, been a general progression in industrial commodities from a deficiency to a surplus of capital relative to internal investments".^[125] Alan Sweezy, 1943

U.S. productivity growth has been in long-term decline since the early 1970s, with the exception of a 1996–2004 spike caused by an acceleration of Moorův zákon semiconductor innovation.^{[126][127][128][129][130]} Part of the early decline was attributed to increased governmental regulation since the 1960s, including stricter environmental regulations.^[131] Part of the decline in productivity growth is due to exhaustion of opportunities, especially as the traditionally high productivity sectors decline in size.^[132][133] Robert J. Gordon considered productivity to be "one big wave" that crested and is now receding to a lower level, while M. King Hubbert called the phenomenon of the great productivity gains preceding the Great Depression a "one time event."^[134][135]

Because of reduced population growth in the U.S. and a peaking of productivity growth, sustained U.S. GDP growth has never returned to the 4% plus rates of the pre-World War I decades.^{[136][137][138]}

The computer and computer-like semiconductor devices used in automation are the most significant productivity-improving technologies developed in the final decades of the twentieth century; however, their contribution to overall productivity growth was disappointing. Most of the productivity growth occurred in the new industry computer and related industries.^[124] Ekonom Robert J. Gordon is among those who questioned whether computers lived up to the great innovations of the past, such as electrification.^[134] This issue is known as the productivity paradox. Gordon's (2013) analysis of productivity in the U.S. gives two possible surges in growth, one during 1891–1972 and the second in 1996–2004 due to the acceleration in Moorův zákon -related technological innovation.^[139]

Improvements in productivity affected the relative sizes of various economic sectors by reducing prices and employment. Agricultural productivity released labor at a time when manufacturing was growing. Manufacturing productivity growth peaked with factory electrification and automation, but still remains significant. However, as the relative size of the manufacturing sector shrank the government and service sectors, which have low productivity growth, grew.^[132]

Improvement in living standards

An hour's work in 1998 bought 11 times as much chicken as in 1900. Many consumer items show similar declines in terms of work time.

Chronic hunger and malnutrition were the norm for the majority of the population of the world including England and France, until the latter part of the 19th century. Until about 1750, in large part due to malnutrition, life expectancy in France was about 35 years, and only slightly higher in England. The U.S. population of the time was adequately fed, were much taller and had life expectancies of 45–50 years.^[140][141]

The gains in standards of living have been accomplished largely through increases in productivity. In the U.S. the amount of personal consumption that could be bought with one hour of work was about $3.00 in 1900 and increased to about $22 by 1990, measured in 2010 dollars.^[116] For comparison, a U.S. worker today earns more (in terms of buying power) working for ten minutes than subsistence workers, such as the English mill workers that Fredrick Engels wrote about in 1844, earned in a 12-hour day.

Decline in work week

As a result of productivity increases, the work week declined considerably over the 19th century.^[142][143] Do 20. let 20. století činil průměrný pracovní týden v USA 49 hodin, ale pracovní týden byl v rámci programu zkrácen na 40 hodin (poté byla uplatněna prémie za práci přesčas). Národní zákon o průmyslovém zotavení z roku 1933.

The effectiveness of a 4 day workweek based on output increase has caused a decrease in weekly man hours. This can be explained in the book 4 day work week.

Viz také

• Urychlování změn
• Historická ekonomická škola
• Kondratievova vlna
• Software pro zvýšení produktivity
• Pracovní doba

Reference

externí odkazy

• Produktivita a náklady - Bureau of Labor Statistics Ministerstvo práce Spojených států: obsahuje mezinárodní srovnání míry produktivity, historické a současné
• Statistika produktivity - Organizace pro hospodářskou spolupráci a rozvoj
• Greenspan Speech
• Odhady úrovní produktivity práce OECD
• Miller, Doug, Směrem k udržitelné ceně práce v britském módním maloobchodu (5. února 2013) doi:10,2139 / ssrn.2212100