기계화

Mechanization
주요 기사: 생산성 향상 기술
광석 양성에 사용되는 수력 광산 호이스트.이 목판은 George Bauer(필명 Georgius Agricola, ca. 1555)의 De re metalica에서 나온 것으로, 채굴 장비에 대한 많은 그림과 설명이 포함되어 있습니다.

기계화는 주로 또는 전적으로 수작업이나 동물과 함께 일하는 것에서 기계로 하는 것으로 바뀌는 과정입니다.초기 엔지니어링 텍스트에서 기계는 다음과 같이 정의됩니다.

모든 기계는 특정 기계조작을 수행하기 위해 구성되며, 각각은 해당 기계 외에 2가지 다른 것, 즉 이동력과 조작대상물(작업해야 할 대상물)의 존재를 가정한다.사실 기계는 하나의 것을 다른 [1]것에 적응시키기 위해 힘과 일 사이에 개입되어 있다.

일부 분야에서는 수공구 사용이 기계화에 포함됩니다.공학이나 경제 분야와 같은 현대 사용에서 기계화는 수공구보다 더 복잡한 기계를 의미하며, 톱니바퀴가 없는 말이나 당나귀 밀과 같은 단순한 장치를 포함하지 않습니다.기어, 풀리 또는 시브, 벨트, 샤프트, 캠 및 크랭크와 같은 수단을 사용하여 왕복 운동에서 회전 운동으로 속도 변경 또는 변경을 일으키는 장치는 일반적으로 기계로 간주됩니다.대부분의 작은 기계들이 더 이상 수작업으로 구동되지 않게 되자, 기계화는 동력 [2]기계와 동의어가 되었습니다.생산 공정의 기계화 연장은 자동화라고 하며, 센서에 의해 피드백이 제공되는 폐쇄 루프 시스템에 의해 제어된다.자동화된 기계에서는 다른 메커니즘의 작업이 [3]자동으로 수행됩니다.

역사

솔즈베리 대성당 시계 1386년 경.시계는 진정한 기계라기보다는 기계적인 기구이다.이 시계는 철제 기어를 가지고 있었지만, 초기 산업혁명의 많은 기계들은 1800년경까지 나무 부품을 사용했다.

고대

물레방아는 로마 시대로 거슬러 올라가 곡물을 갈고 관개수를 끌어올리는 데 사용되었다.수력 벨로즈는 서기 [4]31년 중국의 용광로에서 사용되었습니다.13세기에 이르러, 물레방아들은 제재소와[5] 트립 망치로 천을 당기고 아마를 찧고 나중에는 면 헝겊을 펄프로 만들어 종이를 만들었다.트립 해머는 De re Metalica(1555)에 파쇄 광석으로 표시되어 있습니다.

시계는 가장 복잡한 초기 기계 장치 중 일부였다.클럭 메이커는 톱니바퀴나 나사 절삭기 등 공작기계의 중요한 개발자로 톱니바퀴 설계의 수학적 개발에도 관여하고 있었습니다.시계는 [6][7]1830년경부터 시작된 최초의 대량 생산품 중 일부였다.

고대에 중국에서 사용되었던 용광로용 수력 풀무는 15세기까지 유럽에서 사용되었다.De re Metalica에는 제조 도면을 포함한 용광로용 벨로우즈 관련 도면이 포함되어 있습니다.

개선된 기어 디자인으로 마모를 줄이고 효율성을 높였습니다.수학 장비 디자인은 17세기 중반에 개발되었습니다.프랑스의 수학자이자 기술자인 드사르게는 에피사이클로이드 치아를 가진 최초의 방앗간을 설계하고 건설했습니다. 1650년.18세기에는 수학적으로 파생된 또 다른 디자인인 인볼루트 기어가 사용되었습니다.인볼루트 [7]기어는 에피사이클로이드보다 크기가 다른 기어를 맞물리는 데 더 좋습니다.기어 절단기는 18세기에 [6]사용되기 시작했다.

산업 혁명

뉴코멘 증기 엔진은 1712년에 광산에서 물을 퍼올리기 위해 처음 사용되었다.John Smeaton은 18세기 중후반에 금속 기어와 차축을 물레방아에 도입했다.산업 혁명은 주로 방적 제니(1764)와 물틀(1768)과 같은 섬유 기계에서 시작되었다.

섬유 기계에서 사용되는 금속 부품에 대한 수요는 1700년대 후반부터 1800년대 중반까지 많은 공작 기계의 발명으로 이어졌다.19세기 초반 이후, 철은 톱니바퀴와 섬유 기계에서 점점 더 목재를 대체했다.1840년대에 자작 기계가 개발되었습니다.기계는 못을 만들기 위해 1810년경에 개발되었다.연속적인 종이 생산을 위한 Fourdrinier 제지기는 1801년에 특허를 얻었고, 이것은 개별 종이를 만드는 수세기 동안의 수작업 방식을 대체했다.

농업에 사용된 최초의 기계 장치 중 하나는 1700년경 Jethro Tull에 의해 발명된 종자 드릴이었다.종자 드릴은 손으로 하는 방법보다 씨앗의 간격과 심도를 균일하게 하여 수확량을 증가시키고 귀중한 씨앗을 구했습니다.1817년 독일에서 최초의 자전거가 발명되어 사용되었다.기계화된 농업은 18세기 후반과 19세기 초반에 말을 끄는 수확기와 말을 움직이는 [8]탈곡기로 크게 증가했다.19세기 후반까지 증기 동력은 탈곡에 적용되었고 증기 트랙터가 등장했다.내연소는 20세기 초에 트랙터에 사용되기 시작했다.탈곡과 수확은 원래 트랙터의 부속품으로 이루어졌지만 1930년대에는 독립적으로 움직이는 콤바인 수확기가 사용되었다.

19세기 중후반, 유압 및 공압 장치는 위치 결정 도구 또는 [9]작업물과 같은 다양한 기계적 동작에 동력을 공급할 수 있었습니다.파일 드라이버와 스팀 해머는 중노동의 예입니다.식품 가공에서, 공기 또는 유압 장치는 컨베이어에 캔이나 병을 채우는 것을 시작하고 멈출 수 있습니다.자동차의 파워 스티어링은 실질적으로 모든 토사 이동 장비 및 기타 건설 장비 및 트랙터의 많은 부속품이 그렇듯이 유압 메커니즘을 사용합니다.공압(일반적으로 압축 공기) 전원은 산업용 밸브를 작동시키는 데 널리 사용됩니다.

20세기

20세기 초까지 기계는 숙련된 [10]장인에 의해 이전에 수행되었던 보다 복잡한 작업을 수행할 수 있는 능력을 개발했습니다.1905년에 개발된 유리병을 만드는 기계가 그 예입니다.그것은 고액 연봉의 유리 송풍기와 아동 노동 도우미를 대체했고 유리병의 [11]대량 생산으로 이어졌다.

1900년 이후 공장들이 전기화되고 전기 모터와 제어 장치가 더 복잡한 기계 작업을 수행하기 위해 사용되었습니다.그 결과 거의 모든 상품을 제조하는 기계화 공정이 이루어졌습니다.

분류

인볼루트 기어 두 개, 좌측이 우측을 주행합니다. 파란색 화살표는 이들 사이의 접촉력을 나타냅니다.힘선(또는 작용선)은 두 기준 원에 공통되는 접선을 따라 실행됩니다.(이 상황에서는 반대편 공통 접선을 따라 힘이 가해지지 않고 접촉할 필요가 없습니다).여기서의 인볼루트는 역추적된다: (접점)은 마치 왼쪽 회전 베이스 원에서 풀리는 것처럼 정지된 힘 벡터 "끈"을 따라 이동하고 오른쪽 회전 베이스 원에 감긴다.

제조업에서 기계화는 상품을 만드는 수공법을 대체했다.원동기는 열, 전위 또는 운동 에너지를 기계적인 작업으로 변환하는 장치입니다.원동력은 내연기관, 연소터빈(제트엔진), 수차 및 터빈, 풍차 및 풍력 터빈, 증기 엔진 및 터빈을 포함합니다.기관차, 자동차, 트럭 및 비행기와 같은 동력 수송 장비는 내연, 연소 터빈 및 증기와 같은 엔진 유형별 하위 클래스를 포함하는 기계의 분류입니다.공장, 창고, 목재 야드 및 기타 제조 및 유통 업무에서는 자재 취급 장비가 수동 운반 또는 손수레와 [10]교체되었습니다.

기계화 농업

채굴과 발굴에서 동력삽은 곡괭이와 [10]삽을 대체했다.암석과 광석 파쇄는 수세기 동안 수력으로 움직이는 트립 해머에 의해 이루어졌지만 트립 해머는 현대의 광석 파쇄기와 볼 제분소로 대체되었다.

벌크 재료 취급 시스템과 장비는 석탄, 광석, 곡물, 모래, 자갈 및 목재 [10]제품을 포함한 다양한 재료에 사용됩니다.

건설 장비는 크레인, 콘크리트 믹서, 콘크리트 펌프, 체리 피커 및 각종 전동 공구를 포함한다.

동력 기계

오늘날 동력 기계는 보통 전기 모터 또는 내연기관을 의미합니다.20세기의 첫 10년 전에는 보통 증기 엔진, 물 또는 바람으로 구동되었습니다.

초기 기계와 공작기계의 대부분은 수작업으로 작동했지만, 19세기 초에 이르러서는 대부분 물이나 증기의 힘으로 바뀌었다.

전기가 들어오기 전에는 보통 라인 샤프트를 사용하여 제분 및 공장 전력을 전송했습니다.전기화를 통해 개별 기계는 각각 유닛 드라이브라고 불리는 별도의 모터로 구동될 수 있었습니다.유닛 드라이브를 통해 공장 배치를 개선하고 다양한 기계들이 다른 속도로 작동하도록 할 수 있었습니다.또한 유닛 드라이브는 훨씬 더 빠른 속도를 허용했으며,[12] 이는 공작 기계에서 특히 중요했습니다.

기계화를 넘어서는 한 걸음은 자동화입니다.유리병 송풍기(약 1890년대)와 같은 초기 생산 기계에는 작업자의 많은 참여가 필요했습니다.1920년대에는 조작자의 주의가 훨씬 덜 필요한 완전 자동 기계가 [10]사용되었습니다.

'양산' 참조

군사용

주요 기사:기갑전

이 용어는 또한 군대에서 추적된 장갑 차량, 특히 장갑 수송차의 사용을 언급하기 위해 사용되며, 그렇지 않았다면 트럭을 타고 전투에 투입되었을 군대를 이동시키기 위해 사용됩니다.군사용어로 기계화란 차량으로 전투를 할 수 있는 지상부대를 말하는 반면, 모터화란 차량으로 전투를 벌이다가 차량 없이 전투하는 부대를 말한다.따라서 견인된 포병부대는 동력부대로 간주되고 자주포는 기계화된다.

기계적 노동과 인적 노동

노동자의 효율을 비교하면 (팔을 사용하는지 팔과 다리를 [13]조합하는지에 따라) 약 1%에서 5.5%의 효율을 얻을 수 있습니다.내연기관의 효율은 대부분 [14]약 20%이지만, 선박에 사용되는 디젤 엔진과 같은 대형 디젤 엔진의 효율은 거의 50%에 달할 수 있습니다.산업용 전기 모터의 효율은 약 35%[15]의 연료에서 전기로의 변환 효율을 보정하기 전에 90% 범위까지 낮습니다.

우리가 내연기관을 사용하는 비용을 노동자에게서 비교할 때, 우리는 엔진이 비교적인 비용으로 더 많은 작업을 수행할 수 있다는 것을 알게 된다. IC엔진으로 연소되는 화석 연료 1리터는 24시간 동안 작업하는 노동자의 약 50명의 손이나 [16][17]24시간 동안 팔과 다리 275개를 사용하는 것과 같다.

게다가 인간의 종합 작업 능력도 기계보다 훨씬 낮다.평균적인 인간 노동자는 약 0.9hp(시속 2.3MJ)의 양호한 작업을 제공할 수 있는 반면, 기계(타입과 크기에 따라 다름)는 훨씬 더 많은 양의 작업을 제공할 수 있습니다.예를 들어, 1kWh만 공급하려면 1시간 30분 이상의 고된 노동력이 필요합니다. 소형 엔진은 1리터 미만의 석유 연료를 연소하면서 1시간 이내에 이를 공급할 수 있습니다.이것은 20에서 40명의 남성들로 구성된 그룹이 최소한 필요한 소비된 음식 칼로리와 같은 수준의 금전적인 보상을 요구할 것이라는 것을 암시한다.대부분의 경우 근로자는 손실된 시간에 대한 보상도 원하게 되는데, 이는 하루에 96배 쉽게 늘어난다.인건비의 실질임금비용을 1일당 1달러라고 가정해도 에너지비용은 약 4.00달러/kWh가 발생한다.이는 중노동에 대한 낮은 임금임에도 불구하고, 최저 임금을 받는 일부 국가에서도 에너지 비용은 태양 광전지 패널과 같은 이국적인 전력원보다 훨씬 비싸다(따라서 풍력 에너지 수확기나 발광 태양 [19]집광기에 비해 훨씬 더 비싸다).

다음 항목도 참조하십시오.에너지 및 에너지 효율 이론

기계화 수준

단순화를 위해 일련의 [20]단계로 기계화를 연구할 수 있다.많은[quantify] 학생들은 이 시리즈를 기계 사회의 기초에서 진보된 형태를 나타내는 것으로 참조한다.

  1. 손/손의 힘
  2. 수공구
  3. 전동 수공구(예: 전동 제어)
  4. 전동 공구, 단일 기능, 고정 사이클
  5. 전동 공구, 다기능, 프로그램 제어
  6. 전동 공구, 리모트 제어
  7. 공작물에 의해 작동되는 전동 공구(예: 코인폰)
  8. 측정.
  9. 선택된 신호 제어(예: 수력 제어)
  10. 퍼포먼스 녹음
  11. 측정을 통해 변경된 자동 기계 동작
  12. 치수에 따른 분리/분리
  13. 적절한 동작 사이클의 선택
  14. 작업 후 성능 수정
  15. 작업 중 성능 수정

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Willis, Robert (1861). Principles of Mechanism: Designed For The Use Of Students In The Universities And For Engineering Students Generally. London: John W. Parker.
  2. ^ Jerome(1934)은 공작기계의 업계 분류를 "수동력 이외의 것"으로 하고 있습니다.1900년 미국 인구 조사를 시작으로, 전력 사용은 공장(FACTORY)의 정의의 일부로서, 작업장(workshop)과 구별됩니다.
  3. ^ 기계화 및 자동화 아카이브 2019-04-17 Mechanical Engineering Community Wayback Machine에서 2018-04-17을 취득하였습니다.
  4. ^ Temple, Robert; Joseph Needham (1986). The Genius of China: 3000 years of science, discovery and invention. New York: Simon and Schuster. p. 55. ISBN 9780671620288<Based on the works of Joseph Needham>{{cite book}}: CS1 유지보수: 포스트스크립트(링크)
  5. ^ McNeil, Ian (1990). An Encyclopedia of the History of Technology. London: Routledge. ISBN 0-415-14792-1.
  6. ^ a b 1926년 뉴욕과 런던의 McGraw-Hill에서 전재(LCCN 27-24075), 일리노이주 브래들리의 Lindsay Publications, Inc.에서 전재Roe, Joseph Wickham (1916), English and American Tool Builders, New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753(ISBN 978-0-917914-73)
  7. ^ a b Musson; Robinson (1969). Science and Technology in the Industrial Revolution. University of Toronto Press. p. 69. ISBN 9780802016379.
  8. ^ Rumely 1910 :
  9. ^ Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, Massachusetts, London: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.
  10. ^ a b c d e Jerome, Harry (1934). Mechanization in Industry, National Bureau of Economic Research (PDF).
  11. ^ "The American Society of Mechanical Engineers Designates the Owens "AR" Bottle Machine as an International Historic Engineering Landmark" (PDF). 1983. Archived from the original (PDF) on 2013-04-05.
  12. ^ 바텔트, 테리산업용 자동화 시스템:계측 및 동작 제어.Cengage Learning, 2010.
  13. ^ 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). {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  14. ^ IC 엔진 효율 20%
  15. ^ "Electrical engines with combined power converter / motor at 86% efficiency". Archived from the original on 2016-03-05. Retrieved 2011-03-22.
  16. ^ 효율이 40%일 때 24시간 동안 100개의 암을 산출하는 연료 1리터.
  17. ^ Yann Arthus Bertrand가 쓴 홈 다큐멘터리에서도 연료 1리터가 24시간 동안 100개의 무기를 생산한다고 언급했습니다. 아마도 같은 계산에서일 것입니다.
  18. ^ Ozkan, Burhan (2004). "Energy input–output analysis in Turkish agriculture" (PDF). Renewable Energy. 29 (1): 39. doi:10.1016/s0960-1481(03)00135-6.
  19. ^ 인간과 기계의 조합된 작업 능력
  20. ^ 기계화와 그 수준

참고 문헌

추가 정보

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