Механизация
Механизация (или механизация ) — это процесс перехода от работы в основном или исключительно вручную или с использованием животных к выполнению этой работы с помощью машин. В ранних инженерных текстах машина определяется следующим образом:
Каждая машина сконструирована с целью выполнения определенных механических операций, каждая из которых предполагает существование еще двух вещей, помимо рассматриваемой машины, а именно движущей силы и объекта, подвергающегося этой операции, который можно назвать работой, которую необходимо совершить. быть сделано. Машины фактически вставлены между властью и работой с целью приспособить одно к другому. [ 1 ]
Во всех областях механизация включает в себя использование ручных инструментов. В современном использовании, например, в технике или экономике, механизация подразумевает использование машин, более сложных, чем ручные инструменты, и не включает простые устройства, такие как неприводная лошадь или ослиная мельница. Устройства, которые вызывают изменение скорости или переход от возвратно-поступательного движения к вращательному движению или наоборот, с использованием таких средств, как шестерни , шкивы или шкивы и ремни, валы , кулачки и кривошипы , обычно считаются машинами. После электрификации , когда большая часть мелкой техники больше не приводилась в движение вручную, механизация стала синонимом моторизованных машин. [ 2 ] Расширение механизации производственного процесса называется автоматизацией и контролируется системой замкнутого цикла , в которой обратная связь обеспечивается датчиками. В автоматизированной машине работа различных механизмов осуществляется автоматически. [ 3 ]
История
[ редактировать ]
Древние времена
[ редактировать ]Водяные колеса относятся к римскому периоду и использовались для измельчения зерна и подъема поливной воды. Сильфоны с водяным приводом использовались в доменных печах в Китае в 31 году нашей эры. [ 4 ] К 13 веку лесопилки приводились в движение водяными колесами. [ 5 ] и молотки , чтобы тянуть ткань и растирать льняные, а затем и хлопчатобумажные тряпки в целлюлозу для изготовления бумаги. Отбойные молотки показаны дробящими руду в De re Metallica (1555 г.).
Часы были одними из самых сложных ранних механических устройств. Производители часов были важными разработчиками станков, в том числе зуборезных и винторезных станков, а также участвовали в математической разработке конструкций зубчатых колес. Часы были одними из первых предметов массового производства, начиная примерно с 1830 года. [ 6 ] [ 7 ]
Водяные сильфоны для доменных печей, использовавшиеся в Китае в древности, к 15 веку использовались в Европе. De re Metallica содержит чертежи сильфонов для доменных печей, включая производственные чертежи.
Улучшенная конструкция шестерен снизила износ и повысила эффективность. Математические конструкции зубчатых колес были разработаны в середине 17 века. Французский математик и инженер Дезарг спроектировал и построил первую мельницу с эпициклоидальными зубьями ок. 1650. В XVIII веке вошла в употребление эвольвентная передача , еще одна математическая конструкция. Эвольвентные передачи лучше подходят для зацепления шестерен разного размера, чем эпициклоидальные. [ 7 ] Зуборезные станки вошли в употребление в 18 веке. [ 6 ]
Промышленная революция
[ редактировать ]была Паровая машина Ньюкомена впервые использована для откачки воды из шахты в 1712 году. Джон Смитон представил металлические шестерни и оси для водяных колес в середине-второй половине 18 века. Промышленная революция началась в основном с текстильного оборудования, такого как прядильная машина «Дженни» (1764 г.) и водяная машина (1768 г.).
Спрос на металлические детали, используемые в текстильном оборудовании, привел к изобретению многих станков с конца 1700-х до середины 1800-х годов. В первые десятилетия XIX века железо все чаще заменяло древесину в зубчатых передачах и валах текстильных машин. В 1840-х годах были разработаны самодействующие станки. Было разработано оборудование для изготовления гвоздей ок. Фурдринье 1810. В 1801 году была запатентована бумагоделательная машина для непрерывного производства бумаги, вытеснившая многовековой ручной метод изготовления отдельных листов бумаги.
Одним из первых механических устройств, используемых в сельском хозяйстве, была сеялка, изобретенная Джетро Таллом около 1700 года. Сеялка обеспечивала более равномерное расстояние между семенами и глубину посева, чем ручные методы, увеличивая урожайность и экономя ценные семена. В 1817 году был изобретен и использован первый велосипед в Германии . Механизированное сельское хозяйство значительно возросло в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого веков с появлением конных жаток и конных молотилок . [ 8 ] К концу девятнадцатого века паровая энергия была применена для молотьбы, и появились паровые тракторы. Двигатель внутреннего сгорания начал использоваться в тракторах в начале двадцатого века. Первоначально молотьбу и сбор урожая осуществляли с помощью навесного оборудования для тракторов, но в 1930-х годах зерноуборочные комбайны стали использоваться с независимым приводом.
В середине-конце 19 века гидравлические и пневматические устройства могли приводить в действие различные механические действия, такие как позиционирование инструментов или заготовок. [ 9 ] Сваебои и паровые молоты являются примерами тяжелой работы. В пищевой промышленности пневматические или гидравлические устройства могут запускать и останавливать наполнение банок или бутылок на конвейере. В усилителе рулевого управления автомобилей используются гидравлические механизмы, как и практически во всей землеройной и другой строительной технике, а также во многих навесных устройствах к тракторам. Пневматическая энергия (обычно сжатый воздух) широко используется для управления промышленной арматурой.
двадцатый век
[ редактировать ]К началу 20 века машины развили способность выполнять более сложные операции, которые раньше выполнялись квалифицированными мастерами. [ 10 ] Примером может служить машина для изготовления стеклянных бутылок, разработанная в 1905 году. Она заменила высокооплачиваемых стеклодувов и помощников детского труда и привела к массовому производству стеклянных бутылок. [ 11 ]
После 1900 года фабрики были электрифицированы , и для выполнения более сложных механических операций стали использоваться электродвигатели и средства управления. Это привело к механизации процессов производства почти всех товаров.
Категории
[ редактировать ]
В производстве механизация заменила ручные способы изготовления товаров. Первичные двигатели — это устройства, которые преобразуют тепловую, потенциальную или кинетическую энергию в механическую работу. К первичным двигателям относятся двигатели внутреннего сгорания, турбины внутреннего сгорания (реактивные двигатели), водяные колеса и турбины, ветряные мельницы и ветряные турбины, а также паровые двигатели и турбины. Транспортное оборудование с приводом, такое как локомотивы, автомобили, грузовики и самолеты, представляет собой классификацию машин, которая включает подклассы по типу двигателя, такие как двигатели внутреннего сгорания, турбины внутреннего сгорания и паровые. На фабриках, складах, складах пиломатериалов и других производственных и распределительных предприятиях погрузочно-разгрузочное оборудование заменило ручные тележки и тележки. [ 10 ]
В горнодобывающей промышленности и раскопках механические лопаты заменили кирки и лопаты. [ 10 ] Дробление горных пород и руды на протяжении веков производилось с помощью гидромолотов , но на смену молотам пришли современные рудодробилки и шаровые мельницы .
Системы и оборудование для обработки сыпучих материалов используются для перевозки различных материалов, включая уголь, руду, зерно, песок, гравий и изделия из древесины. [ 10 ]
Строительная техника включает в себя краны , бетономешалки , бетононасосы , сборщики вишни и широкий ассортимент электроинструментов.
Механическая техника
[ редактировать ]Сегодня под приводом машин обычно подразумевается либо электродвигатель, либо двигатель внутреннего сгорания. До первого десятилетия 20-го века под приводом обычно подразумевалась паровая машина, вода или ветер.
Многие из первых машин и станков имели ручной привод, но к началу 19 века большинство из них перешло на водяной или паровой привод.
До электрификации мощность мельниц и заводов обычно передавалась с помощью линейного вала . Электрификация позволила каждой отдельной машине приводиться в движение отдельным двигателем в так называемом агрегатном приводе . Агрегатный привод позволил лучше организовать заводы и позволил разным машинам работать с разной скоростью. Привод агрегата также допускал гораздо более высокие скорости, что было особенно важно для станков . [ 12 ]
Шагом за рамки механизации является автоматизация . Раннее производственное оборудование, такое как машина для выдувания стеклянных бутылок (около 1890-х годов), требовало большого участия оператора. К 1920-м годам стали использоваться полностью автоматические машины, которые требовали гораздо меньше внимания оператора. [ 10 ]
Военное использование
[ редактировать ]Этот термин также используется в вооруженных силах для обозначения использования гусеничной бронетехники , особенно бронетранспортеров , для перемещения войск ( механизированной пехоты ), которые в противном случае шли бы маршем или ездили на грузовиках в бой. В военной терминологии механизированные относятся к наземным подразделениям, которые могут сражаться с транспортных средств, а моторизованные относятся к подразделениям ( мотопехота ), которые перевозятся и отправляются в бой на небронированных транспортных средствах, таких как грузовики. Таким образом, буксируемая артиллерийская установка считается моторизованной, а самоходная – механизированной.
Механический и человеческий труд
[ редактировать ]Когда мы сравниваем эффективность рабочего, мы видим, что его эффективность составляет около 1–5,5% (в зависимости от того, использует ли он руки или комбинацию рук и ног). [ 13 ] Двигатели внутреннего сгорания в большинстве случаев имеют КПД около 20%, [ 14 ] хотя большие дизельные двигатели , например те, которые используются на кораблях, могут иметь КПД почти 50%. Промышленные электродвигатели имеют КПД до 90% с поправкой на эффективность преобразования топлива в электричество около 35%. [ 15 ]
Когда мы сравниваем затраты на использование двигателя внутреннего сгорания с затратами рабочего на выполнение работы, мы замечаем, что двигатель может выполнить больше работы при сравнительной стоимости. 1 литр ископаемого топлива, сожженный двигателем внутреннего сгорания, равен примерно 50 рукам рабочих, работающим в течение 24 часов, или 275 рукам и ногам в течение 24 часов. [ 16 ] [ 17 ]
Кроме того, совместная работоспособность человека также значительно ниже, чем у машины. Среднестатистический работник-человек может обеспечить хорошую работу примерно за 0,9 л.с. (2,3 МДж в час). [ 18 ] в то время как машина (в зависимости от типа и размера) может обеспечить гораздо больший объем работы. Например, для выработки всего лишь одного кВтч требуется более полутора часов каторжного труда, который небольшой двигатель мог бы выдать менее чем за час, сжигая при этом менее одного литра нефтяного топлива. Это означает, что банда численностью от 20 до 40 человек потребует за свою работу финансовую компенсацию, как минимум равную требуемым затраченным пищевым калориям (что как минимум в 4-20 раз выше). В большинстве ситуаций работник также захочет получить компенсацию за потерянное время, которое в день может быть в 96 раз больше. Даже если мы предположим, что реальная стоимость заработной платы человеческого труда составит 1 доллар США в день, стоимость энергии составит около 4 долларов США за кВтч. Несмотря на то, что это низкая оплата за тяжелый труд, даже в некоторых странах с самой низкой заработной платой, она представляет собой стоимость энергии, которая значительно дороже, чем даже экзотические источники энергии, такие как солнечные фотоэлектрические панели (и, следовательно, даже более дорогие по сравнению с сборщики энергии ветра или люминесцентные солнечные концентраторы). [ 19 ]
Уровни механизации
[ редактировать ]Для упрощения можно изучить механизацию как серию этапов. [ 20 ] Много [ количественно ] Студенты называют эту серию как указывающую на базовые и продвинутые формы механического общества. [ 21 ]
- сила рук/мышц
- ручные инструменты
- ручные инструменты с электроприводом, например с электрическим управлением
- электроинструменты, однофункциональные, с фиксированным циклом
- электроинструмент, многофункциональный, с программным управлением
- электроинструменты, с дистанционным управлением
- электроинструменты, активируемые заготовкой (например, телефон-автомат)
- измерение
- выбранное управление сигнализацией, например, управление гидроэнергией
- запись выступления
- действие автоматизированной машины, измененное посредством измерения
- разделение/отбраковка в соответствии с измерением
- выбор подходящего цикла действий
- коррекция работоспособности после операции
- корректировка производительности во время работы
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уиллис, Роберт (1861). Принципы механизма: предназначен для использования студентами университетов и студентами инженерных специальностей в целом . Лондон: Джон В. Паркер.
- ^ Джером (1934) дает отраслевую классификацию станков как «отличных от ручного привода». Начиная с переписи населения США 1900 года, энергопотребление входило в определение ФАБРИКА. , отличая его от мастерской.
- ↑ Механизация и автоматизация . Архивировано 17 апреля 2019 г. в Wayback Machine , Сообщество машиностроителей, получено 17 апреля 2018 г.
- ^ Темпл, Роберт; Джозеф Нидэм (1986). Гений Китая: 3000 лет науки, открытий и изобретений . Нью-Йорк: Саймон и Шустер. п. 55. ИСБН 9780671620288 <По мотивам произведений Джозефа Нидэма>
{{cite book}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка ) - ^ Макнил, Ян (1990). Энциклопедия истории техники . Лондон: Рутледж. ISBN 0-415-14792-1 .
- ^ Jump up to: а б Роу, Джозеф Уикхэм (1916), английские и американские производители инструментов , Нью-Хейвен, Коннектикут: Издательство Йельского университета, LCCN 16011753 . Перепечатано McGraw-Hill, Нью-Йорк и Лондон, 1926 г. ( LCCN 27-24075 ); и Lindsay Publications, Inc., Брэдли, Иллинойс ( ISBN 978-0-917914-73-7 ).
- ^ Jump up to: а б Муссон; Робинсон (1969). Наука и техника в промышленной революции . Университет Торонто Пресс. п. 69 . ISBN 9780802016379 .
- ^ Рамли, Эдвард А. (август 1910 г.). «Уход человека с мотыгой» . Мировая работа: история нашего времени . XX : 13246–13258 . Проверено 10 июля 2009 г.
- ^ Хантер, Луи К.; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной мощи в Соединенных Штатах, 1730–1930, Vol. 3: Передача власти . Кембридж, Массачусетс, Лондон: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9 .
- ^ Jump up to: а б с д и Джером, Гарри (1934). Механизация промышленности, Национальное бюро экономических исследований (PDF) .
- ^ «Американское общество инженеров-механиков объявляет бутылочную машину Owens «AR» международным историческим памятником инженерной мысли» (PDF) . 1983. Архивировано из оригинала (PDF) 5 апреля 2013 г.
- ^ Бартельт, Терри. Промышленные автоматизированные системы: контрольно-измерительные приборы и управление движением. Cengage Learning, 2010.
- ^ Эйрес, RU; Эйрс, LW; Уорр, Б. (2002). Эксергия, мощность и работа в экономике США 1900–1998 гг., Центр управления экологическими ресурсами Insead, 2002/52/EPS/CMER (PDF) (Отчет).
- ^ Двигатель IC с эффективностью 20%
- ^ «Электрические двигатели с комбинированным преобразователем мощности/двигателем с КПД 86 %» . Архивировано из оригинала 05 марта 2016 г. Проверено 22 марта 2011 г.
- ^ 1 литр топлива дает 100 рукавов в течение 24 часов, при КПД 40%, чего никогда не бывает.
- ↑ Домашний документальный фильм Яна Артюса Бертрана, в котором также говорится, что из 1 литра топлива можно произвести 100 орудий в течение 24 часов; вероятно, из того же расчета
- ^ Озкан, Бурхан (2004). «Анализ затрат-выпуска энергии в сельском хозяйстве Турции» (PDF) . Возобновляемая энергия . 29 (1): 39. Бибкод : 2004REne...29...39O . дои : 10.1016/s0960-1481(03)00135-6 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 мая 2022 г. Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Совместная работоспособность человека и машины.
- ^ «Механизация и ее уровень» . Архивировано из оригинала 15 августа 2011 г. Проверено 13 мая 2010 г.
- ^ от базового до продвинутого. Архивировано 15 августа 2011 г. в Wayback Machine.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]
- Джером, Гарри (1934). Механизация промышленности, Национальное бюро экономических исследований .
- Хантер, Луи К.; Брайант, Линвуд (1991). История промышленной мощи в Соединенных Штатах, 1730–1930, Vol. 3: Передача власти . Кембридж, Массачусетс, Лондон: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9 .
Промышленно - технологическая революция |
|---|
