تقنيات تحسين الإنتاجية

كانت كفاءة محرك نيوكومن البخاري في بداياته حوالي 0.5%، ثم حسّنها جون سميتون إلى ما يزيد قليلاً عن 1% قبل تحسينات وات التي رفعت الكفاءة الحرارية إلى 2%. في عام 1900، كان يستهلك 7 أرطال من الفحم لكل كيلوواط ساعة.

كان قطاع توليد الكهرباء القطاع الأسرع نموًا في الإنتاجية في الولايات المتحدة في أوائل القرن العشرين. بعد مطلع القرن، حلت محطات مركزية ضخمة مزودة بمراجل عالية الضغط وتوربينات بخارية عالية الكفاءة محل محركات البخار الترددية، وبحلول عام 1960، كان استهلاك الفحم يصل إلى 0.9 رطل لكل كيلوواط ساعة. وباحتساب التحسينات في قطاعي التعدين والنقل، بلغ إجمالي التحسن أكثر من عشرة أضعاف. ^{[ 22 ]} تصل كفاءة التوربينات البخارية الحالية إلى حوالي 40%. ^{[ 13 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} ويتم إنتاج معظم الكهرباء اليوم بواسطة محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم التوربينات البخارية.

عملت محركات نيوكومن ووات بالقرب من الضغط الجوي، واستخدمت الضغط الجوي، على شكل فراغ ناتج عن تكثيف البخار، لإنجاز العمل. كانت المحركات ذات الضغط العالي خفيفة الوزن وفعالة بما يكفي لاستخدامها في تشغيل السفن والقاطرات. طُوّرت محركات التمدد المتعدد (متعددة المراحل) في سبعينيات القرن التاسع عشر، وكانت فعالة بما يكفي لأول مرة لتمكين السفن من نقل كميات من البضائع تفوق ما تنقله من فحم، مما أدى إلى زيادات كبيرة في التجارة الدولية. ^{[ 26 ]}

كانت سفينة إم إس سيلانديا أول سفينة ديزل مهمة أُطلقت عام 1912. وبحلول عام 1950، كان ثلث أسطول السفن التجارية يعمل بمحركات الديزل. ^{[ 27 ]} أما اليوم، فإن أكثر المحركات كفاءة هو محرك الديزل البحري ثنائي الأشواط الذي طُوّر في عشرينيات القرن الماضي، والذي تتراوح قوته حاليًا بين أكثر من 100,000 حصان بكفاءة حرارية تبلغ 50%. ^{[ 28 ]}

تم استبدال قاطرات البخار التي كانت تستخدم ما يصل إلى 20٪ من إنتاج الفحم الأمريكي بقاطرات الديزل بعد الحرب العالمية الثانية، مما وفر قدراً كبيراً من الطاقة وقلل من القوى العاملة اللازمة للتعامل مع الفحم ومياه الغلايات والصيانة الميكانيكية.

أدت التحسينات في كفاءة محركات البخار إلى زيادة كبيرة في عدد محركات البخار وكمية الفحم المستخدمة، كما أشار ويليام ستانلي جيفونز في كتابه "مسألة الفحم" . وهذا ما يُعرف بمفارقة جيفونز .

يرتبط استهلاك الكهرباء والنمو الاقتصادي ارتباطًا وثيقًا. ^{[ 29 ]} ويتناسب استهلاك الفرد من الكهرباء تناسبًا طرديًا مع التنمية الاقتصادية. ^{[ 30 ]} وكانت الكهرباء أول تقنية تُمكّن من نقل الطاقة لمسافات طويلة بأقل قدر من فقد الطاقة . ^{[ 20 ]} وقد أدت المحركات الكهربائية إلى الاستغناء عن أعمدة نقل الطاقة، ورفعت إنتاجية المصانع بشكل كبير. كما ساهمت محطات الطاقة المركزية الضخمة في تحقيق وفورات الحجم، وكانت أكثر كفاءة في إنتاج الطاقة من محركات البخار الترددية. ^{[ 12 ] [ 29 ] [ 20 ] [ 25 ] [ 31 ]} وخفضت المحركات الكهربائية تكلفة رأس المال للطاقة بشكل كبير مقارنةً بمحركات البخار. ^{[ 25 ]}

كانت الأشكال الرئيسية لنقل الطاقة قبل عصر الكهرباء هي أعمدة النقل ، وشبكات الطاقة الهيدروليكية ، وأنظمة الطاقة الهوائية وأنظمة الحبال السلكية. وكانت أعمدة النقل هي الشكل الشائع لنقل الطاقة في المصانع منذ ظهور محركات البخار الصناعية الأولى وحتى تزويد المصانع بالكهرباء. وقد حدّت أعمدة النقل من مرونة تصميم المصانع وعانت من خسائر عالية في الطاقة. ^{[ 20 ]} بدأ استخدام الطاقة الهيدروليكية في منتصف القرن التاسع عشر. واستُخدمت على نطاق واسع في عملية بسمر ولتشغيل الرافعات في الموانئ، وخاصة في المملكة المتحدة. وكانت لندن وعدد قليل من المدن الأخرى تمتلك مرافق هيدروليكية توفر المياه المضغوطة للصناعة على مساحة واسعة. ^{[ 20 ]}

بدأ استخدام الطاقة الهوائية في الصناعة والتعدين وحفر الأنفاق في الربع الأخير من القرن التاسع عشر. وشملت التطبيقات الشائعة حفارات الصخور والمطارق الهوائية. ^{[ 20 ]} وكانت الحبال السلكية المدعومة بعجلات كبيرة ذات أخاديد قادرة على نقل الطاقة بفقد منخفض لمسافة بضعة أميال أو كيلومترات. وقد ظهرت أنظمة الحبال السلكية قبل فترة وجيزة من إدخال الكهرباء. ^{[ 20 ]}

استُخدمت استعادة الحرارة في العمليات الصناعية على نطاق واسع لأول مرة كهواء ساخن في أفران الصهر لإنتاج الحديد الزهر عام 1828. وشملت إعادة استخدام الحرارة لاحقًا عملية سيمنز-مارتن، التي استُخدمت في البداية لصناعة الزجاج، ثم لاحقًا لصناعة الصلب باستخدام فرن الموقد المفتوح . واليوم، تُعاد استخدام الحرارة في العديد من الصناعات الأساسية، مثل الصناعات الكيميائية وتكرير النفط وصناعة اللب والورق، باستخدام طرق متنوعة، كالمبادلات الحرارية في العديد من العمليات. ^{[ 32 ]} تستخدم المبخرات متعددة المراحل البخار الناتج عن مرحلة ذات درجة حرارة عالية لتبخير سائل مغلي ذي درجة حرارة منخفضة. في استعادة المواد الكيميائية المستخدمة في صناعة لب الكرافت، يمكن تبخير السائل الأسود المستهلك خمس أو ست مرات عن طريق إعادة استخدام البخار الناتج من مرحلة ما لغلي السائل في المرحلة السابقة. أما التوليد المشترك للطاقة فهو عملية تستخدم بخارًا عالي الضغط لتوليد الكهرباء، ثم تستخدم البخار الناتج منخفض الضغط لتوفير التدفئة للعمليات أو المباني.

شهدت العمليات الصناعية العديد من التحسينات الطفيفة التي أدت مجتمعة إلى تخفيضات كبيرة في استهلاك الطاقة لكل وحدة إنتاج.

كان تقليل الاحتكاك أحد الأسباب الرئيسية لنجاح السكك الحديدية مقارنة بالعربات. وقد تم إثبات ذلك على خط ترام خشبي مغطى بألواح حديدية في عام 1805 في كرويدون، المملكة المتحدة.

«يستطيع حصان جيد على طريق عادي أن يجر ألفي رطل، أو طنًا واحدًا. دُعيَت مجموعة من السادة لمشاهدة التجربة، لإثبات تفوق الطريق الجديد عمليًا. حُمّلت اثنتا عشرة عربة بالحجارة، حتى بلغ وزن كل عربة ثلاثة أطنان، ثم رُبطت العربات معًا. بعد ذلك، رُبط بها حصان، فجرّ العربات بسهولة لمسافة ستة أميال في ساعتين، بعد أن توقف أربع مرات، لإثبات قدرته على الانطلاق، فضلًا عن جرّ حمولته الثقيلة.» ^{[ 33 ]}

أدى تحسين التشحيم، باستخدام زيوت البترول على سبيل المثال، إلى تقليل فقد الطاقة الناتج عن الاحتكاك في المطاحن والمصانع. ^{[ 34 ]} طُوّرت محامل مقاومة الاحتكاك باستخدام سبائك الصلب وتقنيات التشغيل الدقيق المتاحة في الربع الأخير من القرن التاسع عشر. وبحلول ثمانينيات القرن التاسع عشر، شاع استخدام هذه المحامل في الدراجات. بدأ استخدام المحامل في أعمدة النقل في العقود التي سبقت تزويد المصانع بالكهرباء، وكانت هذه الأعمدة، قبل تركيب المحامل، مسؤولة إلى حد كبير عن فقد الطاقة العالي فيها، والذي تراوح عادةً بين 25 و30%، ووصل في كثير من الأحيان إلى 50%. ^{[ 20 ]}

كانت المصابيح الكهربائية أكثر كفاءة بكثير من مصابيح الزيت أو الغاز، ولم تكن تُنتج دخانًا أو أبخرة أو حرارة بنفس القدر. وقد ساهمت الإضاءة الكهربائية في إطالة ساعات العمل، مما جعل المصانع والشركات والمنازل أكثر إنتاجية. كما لم تكن الإضاءة الكهربائية تشكل خطرًا كبيرًا للحرائق مثل مصابيح الزيت والغاز. ^{[ 35 ]}

لقد تحسّنت كفاءة الإضاءة الكهربائية باستمرار منذ ظهور المصابيح المتوهجة الأولى وحتى مصابيح التنجستن. ^{[ 36 ]} يُعدّ المصباح الفلوري ، الذي أصبح تجاريًا في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، أكثر كفاءة بكثير من الإضاءة المتوهجة. أما الثنائيات الباعثة للضوء (LED) فهي عالية الكفاءة وطويلة الأمد. ^{[ 37 ]}

كانت الطرق غير المعبدة بطيئة للغاية، ومكلفة للنقل، وخطيرة. ^{[ 39 ]} في القرن الثامن عشر، بدأ استخدام الحصى متعدد الطبقات على نطاق واسع، ودخلت طبقة الماكادام ثلاثية الطبقات حيز الاستخدام في أوائل القرن التاسع عشر. صُممت هذه الطرق بشكل مقوس لتصريف المياه، ووُضعت بها قنوات تصريف على جانبيها. ^{[ 39 ]} تُسحق الطبقة العلوية من الحجارة تدريجيًا إلى مسحوق ناعم، مما يُنعم السطح إلى حد ما. أما الطبقات السفلية فكانت من حجارة صغيرة تسمح بتصريف جيد للمياه. ^{[ 39 ]} والأهم من ذلك، أنها تُقلل من مقاومة عجلات العربات، فلا تغوص حوافر الخيول في الوحل. كما شاع استخدام الطرق الخشبية في الولايات المتحدة في العقدين الثاني والثالث من القرن التاسع عشر. كانت الطرق المعبدة مكلفة، ورغم أنها خفضت تكلفة النقل البري إلى النصف أو أكثر، إلا أنها سرعان ما تفوقت عليها السكك الحديدية لتصبح البنية التحتية الرئيسية للنقل. ^{[ 39 ]}

كانت السفن الشراعية قادرة على نقل البضائع لمسافة تزيد عن 3000 ميل بتكلفة نقلها لمسافة 30 ميلاً بالعربة. ^{[ 40 ]} وكان الحصان القادر على جر عربة تزن طنًا واحدًا قادرًا على جر بارجة تزن 30 طنًا. خلال الثورة الصناعية الأولى، كان إمداد أفران مانشستر بالفحم أمرًا صعبًا نظرًا لقلة الطرق وارتفاع تكلفة استخدام العربات. مع ذلك، كانت البوارج النهرية معروفة بكفاءتها، وقد تجلى ذلك في بناء قناة بريدج ووتر ، التي افتُتحت عام 1761، والتي نقلت الفحم من ورسلي إلى مانشستر. أدى نجاح قناة بريدج ووتر إلى موجة من بناء القنوات استمرت حتى ظهور السكك الحديدية في ثلاثينيات القرن التاسع عشر. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

ساهمت السكك الحديدية بشكل كبير في خفض تكلفة النقل البري. وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 1890، بلغت تكلفة نقل البضائع بالعربات 24.5 سنتًا أمريكيًا/طن-ميل مقابل 0.875 سنتًا/طن-ميل عبر السكك الحديدية، أي بانخفاض قدره 96%. ^{[ 41 ]}

كانت خطوط السكك الحديدية الكهربائية ( الترام أو العربات الكهربائية) في المرحلة الأخيرة من بناء السكك الحديدية منذ أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر والعقدين الأولين من القرن العشرين. وسرعان ما حلت الحافلات والسيارات محل خطوط السكك الحديدية الكهربائية بعد عام 1920. ^{[ 42 ]}

ساهمت الطرق السريعة المزودة بمركبات تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي في إكمال ميكنة النقل البري. ومع ظهور الشاحنات حوالي عام ١٩٢٠، انخفضت تكلفة نقل المنتجات الزراعية إلى الأسواق أو محطات السكك الحديدية بشكل كبير. كما ساهم النقل البري الآلي في تقليل المخزونات.

يعود النمو المرتفع في الإنتاجية في الولايات المتحدة خلال ثلاثينيات القرن العشرين إلى حد كبير إلى برنامج بناء الطرق السريعة في ذلك العقد. ^{[ 43 ]}

تُعدّ خطوط الأنابيب أكثر وسائل النقل كفاءةً في استهلاك الطاقة. ^{[ 38 ]} بدأ استخدام خطوط أنابيب الحديد والصلب خلال النصف الثاني من القرن التاسع عشر، لكنها لم تُصبح بنيةً تحتيةً رئيسيةً إلا خلال القرن العشرين. ^{[ 39 ] [ 44 ]} تُعدّ المضخات والضواغط الطاردة المركزية وسائل فعّالة لضخ السوائل والغاز الطبيعي.

آلة البذر هي جهاز ميكانيكي لتوزيع البذور وزراعتها على العمق المناسب. يعود أصلها إلى الصين القديمة قبل القرن الأول قبل الميلاد. كان توفير البذور بالغ الأهمية في ذلك الوقت، حيث كانت المحاصيل تُقاس بعدد البذور المحصودة لكل بذرة مزروعة، والتي كانت تتراوح عادةً بين 3 و5 بذور. كما وفرت آلة البذر جهد الزراعة. والأهم من ذلك، أنها سمحت بزراعة المحاصيل في صفوف، مما قلل من تنافس النباتات وزاد من المحصول. أُعيد ابتكارها في أوروبا في القرن السادس عشر بناءً على أوصاف شفهية ورسومات بدائية جُلبت من الصين. ^{[ 6 ]} حصل جيثرو تول على براءة اختراع لنسخة منها عام 1700؛ إلا أنها كانت باهظة الثمن وغير موثوقة. ظهرت آلات البذر الموثوقة في منتصف القرن التاسع عشر. ^{[ 45 ]}

منذ فجر الزراعة، كان الدراس يُجرى يدويًا باستخدام المذراة ، مما يتطلب جهدًا كبيرًا. وقد سهّلت آلة الدراس (حوالي عام ١٧٩٤) العملية، وسمحت باستخدام قوة الحيوانات. وبحلول ستينيات القرن التاسع عشر، انتشرت آلات الدراس على نطاق واسع، وأدت في نهاية المطاف إلى الاستغناء عن ربع العمالة الزراعية تقريبًا. ^{[ ٤٦ ]} وفي أوروبا، وصل العديد من العمال المُستغنى عنهم إلى حافة المجاعة.

قبل عام 1790 تقريبًا، كان بإمكان العامل حصاد ربع فدان يوميًا باستخدام المنجل . ^{[ 26 ]} في أوائل القرن التاسع عشر، تم إدخال آلة حصاد الحبوب ، مما زاد بشكل ملحوظ من إنتاجية العمل اليدوي. تشير التقديرات إلى أن كل حصان من خيول سايروس ماكورميك التي كانت تجر الحصادات (التي رُسمت عام 1834) وفرت خمسة رجال للخدمة العسكرية في الحرب الأهلية الأمريكية. ^{[ 47 ]} بحلول عام 1890، كان بإمكان رجلين وحصانين قطع وجمع وربط 20 فدانًا من القمح يوميًا. ^{[ 26 ]} في ثمانينيات القرن التاسع عشر، تم دمج آلة الحصاد وآلة الدراس في حصادة مركبة . تطلبت هذه الآلات فرقًا كبيرة من الخيول أو البغال لجرها. على مدار القرن التاسع عشر بأكمله، ارتفع إنتاج الساعة الواحدة للعامل الواحد في إنتاج القمح بنحو 500%، وفي إنتاج الذرة بنحو 250%. ^{[ 19 ]}

ساهمت الآلات الزراعية وزيادة إنتاجية المحاصيل في تقليل الجهد المبذول لإنتاج 100 بوشل من الذرة من 35 إلى 40 ساعة في عام 1900 إلى ساعتين و45 دقيقة في عام 1999. ^{[ 48 ]} بدأ التحول في الميكنة الزراعية إلى استخدام محركات الاحتراق الداخلي بعد عام 1915. وبدأ عدد الخيول في التناقص في عشرينيات القرن الماضي بعد تحول الزراعة والنقل إلى استخدام محركات الاحتراق الداخلي. ^{[ 49 ]} بالإضافة إلى توفير الجهد، أتاح ذلك استخدام مساحات شاسعة من الأراضي التي كانت تُستخدم سابقًا لرعاية حيوانات الجر.

كانت سنوات الخمسينيات هي ذروة مبيعات الجرارات في الولايات المتحدة. ^{[ 49 ]} شهدت الخمسينيات من القرن الماضي طفرة كبيرة في قوة محركات الآلات الزراعية.

كانت أهم الأجهزة الميكانيكية قبل الثورة الصناعية هي طواحين المياه والهواء. يعود تاريخ طواحين المياه إلى العصر الروماني، بينما تعود طواحين الهواء إلى فترة لاحقة. استُخدمت طاقة المياه والهواء في البداية لطحن الحبوب وتحويلها إلى دقيق، ثم جرى تكييفها لاحقًا لتشغيل مطارق الدق لسحق الخرق وتحويلها إلى لب لصناعة الورق، ولسحق الخامات المعدنية. قبيل الثورة الصناعية، استُخدمت طاقة المياه في المنافيخ لصهر الحديد في أوروبا. (استُخدمت منافيخ النفخ التي تعمل بالطاقة المائية في الصين القديمة). كما استُخدمت طاقة الرياح والمياه في مناشر الأخشاب. ^{[ 38 ]} وكانت تقنية بناء الطواحين والساعات الميكانيكية ذات أهمية بالغة لتطوير آلات الثورة الصناعية. ^{[ 50 ]}

كانت عجلة الغزل اختراعًا من العصور الوسطى زاد إنتاجية صناعة الخيوط بأكثر من عشرة أضعاف. ومن بين التطورات المبكرة التي سبقت الثورة الصناعية، نول الجوارب (النول) الذي ظهر حوالي عام 1589. وفي وقت لاحق من الثورة الصناعية، ظهر المكوك الطائر ، وهو جهاز بسيط ضاعف إنتاجية النسيج. كان غزل الخيوط يمثل عائقًا في صناعة القماش، إذ كان يتطلب عشرة غازلين يستخدمون عجلة الغزل لتزويد نساج واحد. ومع آلة الغزل "جيني" ، أصبح بإمكان الغازل غزل ثمانية خيوط في وقت واحد. أما آلة الغزل المائية (التي طُورت عام 1768) فقد وظفت الطاقة المائية في الغزل، لكنها لم تكن قادرة على غزل سوى خيط واحد في كل مرة. تميزت آلة الغزل المائية بسهولة تشغيلها، وكان من الممكن وضع العديد منها في مبنى واحد. سمحت آلة الغزل "ميول " (1779) بغزل عدد كبير من الخيوط بواسطة آلة واحدة باستخدام الطاقة المائية. أدى تغير تفضيلات المستهلكين للقطن في وقت زيادة إنتاج القماش إلى اختراع محلج القطن (الذي طُور عام 1794). استُخدمت الطاقة البخارية لاحقًا كمكمل للماء خلال الثورة الصناعية، واستُخدم كلاهما حتى ظهور الكهرباء. يمكن الاطلاع على رسم بياني لإنتاجية تقنيات الغزل في كتاب آيرز (1989)، إلى جانب العديد من البيانات الأخرى ذات الصلة بهذه المقالة. ^{[ 51 ]}

بفضل آلة حلج القطن (1792)، كان بإمكان الرجل في يوم واحد إزالة البذور من كمية من قطن المرتفعات تعادل ما كانت تستغرقه امرأة تعمل شهرين لمعالجته بمعدل رطل واحد يوميًا باستخدام آلة حلج أسطوانية. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

من الأمثلة المبكرة على الزيادة الكبيرة في الإنتاجية بفضل الآلات ذات الأغراض الخاصة، مطاحن بورتسموث للبلوك التي تعود إلى حوالي عام 1803. فبفضل هذه الآلات، كان بإمكان 10 رجال إنتاج عدد من البلوك يعادل ما ينتجه 110 حرفيين مهرة. ^{[ 38 ]}

في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، تضافرت عدة تقنيات لإحداث نقلة نوعية في بناء المباني الخشبية. فقد مكّن المنشار الدائري (1777)، وآلات قطع المسامير (1794)، والمحرك البخاري من إنتاج قطع خشبية رفيعة، مثل قطع 2 بوصة × 4 بوصة، بكفاءة عالية، ثم تثبيتها معًا بالمسامير فيما عُرف لاحقًا باسم " البناء الإطاري بالون " (1832). وكانت هذه بداية تراجع أسلوب البناء الإطاري الخشبي القديم القائم على الوصلات الخشبية. ^{[ 54 ]}

تبعت الميكنة في صناعة النسيج ميكنة صناعة الأحذية. ^{[ 55 ]}

أدت آلة الخياطة ، التي تم اختراعها وتحسينها خلال أوائل القرن التاسع عشر وأُنتجت بأعداد كبيرة بحلول سبعينيات القرن التاسع عشر، إلى زيادة الإنتاجية بأكثر من 500%. ^{[ 56 ]} كانت آلة الخياطة أداة إنتاجية مهمة لإنتاج الأحذية الآلي.

مع الانتشار الواسع لأدوات الآلات، وتحسين محركات البخار، والنقل غير المكلف الذي وفرته السكك الحديدية، أصبحت صناعة الآلات أكبر قطاع (من حيث الأرباح المضافة) في الاقتصاد الأمريكي بحلول الربع الأخير من القرن التاسع عشر، مما أدى إلى اقتصاد صناعي. ^{[ 57 ]}

طُرحت أول آلة نفخ زجاجات ناجحة تجاريًا في عام 1905. ^{[ 58 ]} كانت الآلة، التي يُشغلها طاقم من رجلين يعملان بنظام ورديات مدتها 12 ساعة، قادرة على إنتاج 17280 زجاجة في 24 ساعة، مقارنةً بـ 2880 زجاجة ينتجها طاقم من ستة رجال وفتيان يعملون في ورشة يدوية ليوم واحد. بلغت تكلفة إنتاج الزجاجات بالآلة من 10 إلى 12 سنتًا للجرعة الواحدة، مقارنةً بـ 1.80 دولارًا للجرعة الواحدة عند نفخ الزجاج يدويًا بمساعدة النافخين.

كانت أدوات الآلات ، التي تقطع وتطحن وتشكل الأجزاء المعدنية، ابتكارًا ميكانيكيًا هامًا آخر من ابتكارات الثورة الصناعية. قبل ظهور أدوات الآلات، كان تصنيع الأجزاء الدقيقة مكلفًا للغاية، وهو شرط أساسي للعديد من الآلات والأجزاء القابلة للتبديل . من بين أدوات الآلات ذات الأهمية التاريخية: مخرطة قطع اللولب ، وآلة التفريز، وآلة تسوية المعادن (تشغيل المعادن) ، والتي بدأ استخدامها جميعًا بين عامي 1800 و1840. ^{[ 52 ]} مع ذلك، في حوالي عام 1900، كان الجمع بين المحركات الكهربائية الصغيرة، وأنواع الفولاذ المتخصصة، ومواد القطع والطحن الجديدة هو ما سمح لأدوات الآلات بإنتاج الأجزاء الفولاذية بكميات كبيرة. ^{[ 17 ]} تطلب إنتاج سيارة فورد موديل تي 32000 أداة آلة. ^{[ 47 ]}

بدأ التصنيع الحديث حوالي عام 1900 عندما بدأت الآلات، المدعومة بالطاقة الكهربائية والهيدروليكية والهوائية، تحل محل الطرق اليدوية في الصناعة. ^{[ 59 ]} ومن الأمثلة المبكرة على ذلك آلة نفخ الزجاج الأوتوماتيكية من شركة أوينز ، التي خفضت العمالة في صناعة الزجاجات بأكثر من 80%. ^{[ 60 ]}

ظهرت آلات التعدين الكبيرة، مثل الجرافات البخارية، في منتصف القرن التاسع عشر، لكنها اقتصرت على السكك الحديدية حتى الانتشار الواسع للسكك الحديدية المتصلة والإطارات الهوائية في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. وحتى ذلك الحين، كان يتم إنجاز معظم أعمال التعدين باستخدام المثاقب الهوائية والمطارق الهوائية والمعاول والمجارف. ^{[ 61 ]}

ظهرت آلات حفر طبقات الفحم حوالي عام 1890، واستُخدمت في 75% من إنتاج الفحم بحلول عام 1934. كان تحميل الفحم لا يزال يتم يدويًا باستخدام المجارف حوالي عام 1930، ولكن بدأت آلات الالتقاط والتحميل الميكانيكية بالظهور. ^{[ 59 ]} أدى استخدام آلة حفر الفحم إلى تحسين إنتاجية تعدين الفحم تحت السطح بمقدار ثلاثة أضعاف بين عامي 1949 و1969. ^{[ 62 ]}

هناك حاليًا تحول جارٍ من أساليب التعدين التي تعتمد على العمالة الكثيفة إلى المزيد من الميكنة وحتى التعدين الآلي . ^{[ 63 ]}

قبل ظهور نظام المصانع، كان جزء كبير من الإنتاج يتم في المنازل، مثل الغزل والنسيج، وكان مخصصًا للاستهلاك المنزلي. ^{[ 68 ] [ 69 ]} ويعود ذلك جزئيًا إلى نقص البنية التحتية للنقل، وخاصة في أمريكا. ^{[ 70 ]}

كان تقسيم العمل شائعًا في العصور القديمة، لكنه أصبح أكثر تخصصًا خلال الثورة الصناعية، فبدلًا من أن يقوم صانع الأحذية بتقطيع الجلد كجزء من عملية صناعة الحذاء، أصبح العامل يقوم فقط بتقطيع الجلد. ^{[ 21 ] [ 55 ]} في مثال آدم سميث الشهير عن مصنع الدبابيس، كان العمال الذين يقومون بمهمة واحدة أكثر إنتاجية بكثير من الحرفي الذي يصنع دبوسًا كاملًا.

قبل الثورة الصناعية واستمرت خلالها، كان يُعهد بالكثير من الأعمال إلى مقاولين فرعيين ضمن نظام الإنتاج المنزلي (المعروف أيضًا بالنظام المنزلي)، حيث كان العمل يُنجز في المنزل. وشمل هذا النظام الغزل والنسيج وتقطيع الجلود، وفي حالات أقل شيوعًا، صناعة منتجات متخصصة مثل أجزاء الأسلحة النارية. وكان التجار الرأسماليون أو الحرفيون المهرة عادةً ما يوفرون المواد ويجمعون قطع العمل، التي تُصنع منها المنتجات النهائية في ورشة مركزية. ^{[ 47 ] [ 21 ] [ 55 ]}

خلال الثورة الصناعية، جرى جزء كبير من الإنتاج في ورش عمل، كانت تقع عادةً في الجزء الخلفي أو الطابق العلوي من المبنى نفسه الذي تُباع فيه المنتجات النهائية. استخدمت هذه الورش أدوات، وأحيانًا آلات بسيطة، كانت تعمل عادةً يدويًا أو بواسطة الحيوانات. أشرف الحرفي الرئيسي أو رئيس العمال أو الرأسمالي التاجر على العمل وحافظ على الجودة. نمت ورش العمل في الحجم، لكنها استُبدلت بنظام المصانع في أوائل القرن التاسع عشر. في ظل نظام المصانع، كان الرأسماليون يوظفون العمال ويوفرون المباني والآلات واللوازم، ويتولون بيع المنتجات النهائية. ^{[ 47 ]}

أدت التغييرات التي طرأت على أساليب العمل التقليدية، والتي أُجريت بعد تحليل العمل وجعله أكثر منهجية، إلى زيادة إنتاجية العمل ورأس المال بشكل كبير. تمثل هذا التحول من النظام الحرفي الأوروبي، حيث كان الحرفي يصنع قطعة كاملة، إلى نظام التصنيع الأمريكي الذي استخدم آلات وأدوات آلية متخصصة لإنتاج أجزاء قابلة للتبديل بدقة عالية . استغرقت هذه العملية عقودًا من الزمن لإتقانها بتكلفة باهظة، نظرًا لارتفاع تكلفة الأجزاء القابلة للتبديل في البداية. وقد تحقق ذلك باستخدام تجهيزات لتثبيت الأجزاء أثناء تشكيلها ومحاذاتها بدقة، وقوالب لتوجيه الأدوات الآلية، ومقاييس لقياس الأبعاد الحرجة للأجزاء النهائية. ^{[ 47 ]}

تضمنت عمليات العمل الأخرى تقليل عدد الخطوات في أداء المهام الفردية، مثل بناء الطوب، من خلال إجراء دراسات الوقت والحركة لتحديد أفضل طريقة، وأصبح النظام يُعرف باسم التايلورية نسبة إلى فريدريك وينسلو تايلور الذي يُعد أشهر مطور لهذه الطريقة، والتي تُعرف أيضًا باسم الإدارة العلمية نسبة إلى عمله "مبادئ الإدارة العلمية" . ^{[ 71 ]}

يُعتبر التوحيد القياسي وقابلية التبادل من الأسباب الرئيسية لتميز الولايات المتحدة. ^{[ 72 ]} كان التوحيد القياسي جزءًا من التحول نحو الأجزاء القابلة للتبديل ، وقد سهّلته أيضًا صناعة السكك الحديدية والسلع المنتجة بكميات كبيرة . ^{[ 47 ] [ 73 ]} سمح توحيد قياسات مسارات السكك الحديدية ومعايير عربات القطارات بربط خطوط السكك الحديدية. كما ساهم التوقيت في السكك الحديدية في تنظيم المناطق الزمنية. وشملت المعايير الصناعية أحجام وأنواع البراغي، بالإضافة إلى المعايير الكهربائية لاحقًا. تم اعتماد معايير حاويات الشحن بشكل غير رسمي في أواخر الستينيات، ثم بشكل رسمي في عام 1970 تقريبًا. ^{[ 66 ]} يوجد اليوم عدد هائل من المعايير الفنية . تشمل المعايير التجارية أشياءً مثل أحجام الأسرة. وتغطي المعايير المعمارية أبعادًا عديدة، بما في ذلك السلالم والأبواب وارتفاعات الطاولات وغيرها من التصاميم لجعل المباني آمنة وعملية، وفي بعض الحالات تسمح بدرجة من قابلية التبادل.

أتاح استخدام الكهرباء وضع الآلات، مثل أدوات الآلات، في ترتيب منهجي على طول مسار العمل. وكانت الكهرباء وسيلة عملية لتشغيل السيور الناقلة لنقل الأجزاء والمجموعات إلى العمال، وهو ما شكّل خطوة أساسية أدت إلى الإنتاج الضخم وخط التجميع . ^{[ 20 ]}

تُعدّ إدارة الأعمال، التي تشمل الممارسات الإدارية وأنظمة المحاسبة، شكلاً مهماً آخر من أشكال ممارسات العمل. ومع نمو حجم الشركات في النصف الثاني من القرن التاسع عشر، بدأت تُنظّم في أقسام وتُدار من قِبل مدراء محترفين بدلاً من إدارتها من قِبل أصحابها الأفراد أو الشركاء. ^{[ 74 ]}

لقد تطورت إدارة الأعمال كما نعرفها اليوم من قبل شركات السكك الحديدية التي كان عليها مواكبة القطارات وعربات السكك الحديدية والمعدات والموظفين والبضائع عبر مناطق شاسعة. ^{[ 74 ]}

المؤسسة التجارية الحديثة هي تنظيم وإدارة الشركات، ولا سيما الشركات الكبيرة. ^{[ 75 ]} وتوظف هذه المؤسسات متخصصين يستخدمون تقنيات قائمة على المعرفة في مجالات مثل الهندسة، والبحث والتطوير، وتكنولوجيا المعلومات، وإدارة الأعمال، والمالية والمحاسبة. وعادةً ما تستفيد هذه المؤسسات من وفورات الحجم.

"قبل المحاسبة في السكك الحديدية، كنا كالفئران التي تحفر في الظلام." ^{[ 76 ]} أندرو كارنيجي

الإنتاج المستمر هو أسلوبٌ يُتيح استمرار عملية الإنتاج دون انقطاع لفترات طويلة، قد تصل إلى سنوات. بدأ الإنتاج المستمر مع أفران الصهر في العصور القديمة، واكتسب شعبيةً واسعةً مع العمليات الآلية بعد اختراع آلة فوردرينيه لصناعة الورق خلال الثورة الصناعية، والتي كانت مصدر إلهامٍ للدرفلة المستمرة. ^{[ 77 ]} وبدأ استخدامه على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية وتكرير البترول في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. ثم طُبِّق لاحقًا على صبّ شرائح الصلب والمعادن الأخرى مباشرةً.

لم تكن محركات البخار المبكرة توفر طاقة بحمل ثابت كافٍ للعديد من التطبيقات المستمرة، بدءًا من غزل القطن وصولًا إلى مصانع الدرفلة، مما حصر مصدر طاقتها في الماء. وقد أدى التقدم في محركات البخار، مثل محرك كورليس البخاري ، وتطوير نظرية التحكم، إلى سرعات محرك أكثر ثباتًا، مما جعل طاقة البخار مفيدة في المهام الحساسة كغزل القطن. وكانت محركات التيار المتردد، التي تعمل بسرعة ثابتة حتى مع تغيرات الحمل، مناسبة تمامًا لهذه العمليات.

كانت عملية صناعة الحديد الزهر معروفة في الصين قبل القرن الثالث الميلادي. ^{[ 81 ]} وصل إنتاج الحديد الزهر إلى أوروبا في القرن الرابع عشر، وإلى بريطانيا حوالي عام 1500. كان الحديد الزهر مفيدًا في صب الأواني والأدوات الأخرى، ولكنه كان هشًا جدًا لصنع معظم الأدوات. مع ذلك، كان للحديد الزهر درجة انصهار أقل من الحديد المطاوع، وكان صنعه أسهل بكثير باستخدام التقنيات البدائية. ^{[ 82 ]} كان الحديد المطاوع هو المادة المستخدمة في صناعة العديد من الأدوات والمعدات. قبل صناعة الحديد الزهر في أوروبا، كان الحديد المطاوع يُصنع بكميات صغيرة باستخدام عملية الصهر الأولي ، وهي عملية لم تُستخدم قط في الصين. ^{[ 81 ]} كان من الممكن صنع الحديد المطاوع من الحديد الزهر بتكلفة أقل من تصنيعه باستخدام عملية الصهر الأولي.

كانت عملية الصهر بالتقليب طريقةً غير مكلفة لإنتاج حديد مشغول عالي الجودة ، وقد انتشرت على نطاق واسع بعد عام 1800. ^{[ 83 ]} تتضمن هذه العملية تقليب الحديد الزهر المنصهر حتى تتشكل كتل صغيرة منه، ثم تُزال هذه الكتل وتُطرق لتشكيل الحديد المشغول الساخن. كانت عملية الصهر بالتقليب تتطلب جهدًا بشريًا كبيرًا. استُخدمت هذه الطريقة حتى ظهور عمليتي بسمر والفرن المفتوح في منتصف وأواخر القرن التاسع عشر على التوالي. ^{[ 21 ]}

كان يُصنع الفولاذ المُقشّر من الحديد المطاوع عن طريق تغليف الحديد المطاوع بالفحم وتسخينه لعدة أيام ( عملية التصليد ). وكان يُمكن تسخين الفولاذ المُقشّر وطرقه مع الحديد المطاوع لصنع فولاذ القص، الذي استُخدم في صناعة حواف القطع مثل المقصات والسكاكين والفؤوس. إلا أن فولاذ القص كان ذا جودة غير متجانسة، مما استدعى تطوير عملية أفضل لإنتاج نوابض الساعات، التي كانت سلعة فاخرة رائجة في القرن الثامن عشر. وكانت العملية الناجحة هي فولاذ البوتقة ، الذي صُنع عن طريق صهر الحديد المطاوع والفولاذ المُقشّر في بوتقة. ^{[ 21 ] [ 28 ]}

كان إنتاج الصلب والمعادن الأخرى يعاني من صعوبة الوصول إلى درجات حرارة عالية كافية للصهر. وقد أدى فهم مبادئ الديناميكا الحرارية، مثل استعادة الحرارة من غازات المداخن عن طريق تسخين هواء الاحتراق مسبقًا (المعروف باسم " النفخ الساخن" )، إلى رفع كفاءة الطاقة ودرجات الحرارة بشكل ملحوظ. استُخدم هواء الاحتراق المسخن مسبقًا في إنتاج الحديد وفي أفران الصهر المفتوحة . في عام 1780، قبل إدخال تقنية النفخ الساخن عام 1829، كان يتطلب الأمر سبعة أضعاف كمية فحم الكوك التي تعادل وزن الحديد الخام. ^{[ 84 ]} بلغ وزن فحم الكوك لكل طن قصير من الحديد الخام 35 طنًا في عام 1900، ثم انخفض إلى 13 طنًا في عام 1950. وبحلول عام 1970، كانت أفران الصهر الأكثر كفاءة تستخدم 10 أطنان من فحم الكوك لكل طن قصير من الحديد الخام. ^{[ 27 ]}

يتمتع الفولاذ بقوة أعلى بكثير من الحديد المطاوع ، مما سمح ببناء جسور ذات امتدادات طويلة، ومبانٍ شاهقة، وسيارات، وغيرها. كما صُنعت من الفولاذ أدوات تثبيت ملولبة فائقة الجودة (براغي، وصواميل، ومسامير)، ومسامير، وأسلاك، وغيرها من الأدوات المعدنية. وقد دامت قضبان السكك الحديدية المصنوعة من الفولاذ لأكثر من عشرة أضعاف مدة قضبان الحديد المطاوع . ^{[ 85 ]}

كانت عمليتا بسمر والفرن المفتوح أكثر كفاءة بكثير من إنتاج الفولاذ بطريقة التكوير، لأنهما تستخدمان الكربون الموجود في الحديد الزهر كمصدر للحرارة. وقد ساهمت عمليتا بسمر (الحاصلة على براءة اختراع عام 1855) وسيمنز -مارتن (حوالي عام 1865) في خفض تكلفة الفولاذ بشكل كبير . وبحلول نهاية القرن التاسع عشر، نجحت عملية جيلكريست-توماس "الأساسية" في خفض تكاليف الإنتاج بنسبة 90% مقارنةً بعملية التكوير التي كانت سائدة في منتصف القرن.

تتوفر اليوم أنواع عديدة من سبائك الصلب ذات خصائص فائقة لتطبيقات خاصة مثل السيارات وخطوط الأنابيب وريش الحفر. وقد مكّنت سبائك الصلب عالية السرعة، أو ما يُعرف بصلابة الأدوات، والتي بدأ تطويرها في أواخر القرن التاسع عشر، آلات القطع من قطع الصلب بسرعات أعلى بكثير. ^{[ 86 ]} وكان الصلب عالي السرعة، بل وحتى المواد الأكثر صلابة، عنصرًا أساسيًا في الإنتاج الضخم للسيارات. ^{[ 87 ]}

من أهم المواد المتخصصة شفرات التوربينات البخارية والغازية ، والتي يجب أن تتحمل إجهادًا ميكانيكيًا شديدًا ودرجات حرارة عالية. ^{[ 28 ]}

ازداد حجم أفران الصهر بشكل كبير خلال القرن العشرين، وظهرت ابتكارات مثل استعادة الحرارة الإضافية والفحم المسحوق، مما أدى إلى استبدال فحم الكوك وزيادة كفاءة الطاقة. ^{[ 88 ]}

أصبح فولاذ بسمر هشًا مع مرور الوقت بسبب دخول النيتروجين أثناء نفخ الهواء. ^{[ 89 ]} كما اقتصرت عملية بسمر على خامات معينة (الهيماتيت منخفض الفوسفات). وبحلول نهاية القرن التاسع عشر، حلت أفران الموقد المفتوح محل عملية بسمر. بعد الحرب العالمية الثانية، حلت أفران الأكسجين الأساسية محل أفران الموقد المفتوح، التي تستخدم الأكسجين بدلًا من الهواء، وتتطلب حوالي 35-40 دقيقة لإنتاج دفعة من الفولاذ مقارنةً بـ 8 إلى 9 ساعات لأفران الموقد المفتوح. كما تميزت أفران الأكسجين الأساسية بكفاءة أعلى في استهلاك الطاقة. ^{[ 88 ]}

بحلول عام 1913، كان يتم إنتاج 80% من الفولاذ من الحديد الزهر المنصهر مباشرة من الفرن العالي، مما أدى إلى إلغاء خطوة صب "السبائك" وإعادة صهرها. ^{[ 59 ]}

كانت آلة الدرفلة المستمرة للشرائح العريضة، التي طورتها شركة أرمكو عام ١٩٢٨، أهم تطور في صناعة الصلب خلال فترة ما بين الحربين العالميتين. ^{[ ٩٠ ]} تبدأ عملية الدرفلة المستمرة للشرائح العريضة بسبائك سميكة وخشنة. وتنتج صفائح أكثر نعومة وسمكًا أكثر انتظامًا، مما يُحسّن عملية التشكيل ويمنح سطحًا مطليًا جيدًا. وكانت هذه العملية مناسبة لصناعة هياكل السيارات والأجهزة المنزلية. كما أنها تتطلب جزءًا بسيطًا من العمالة مقارنةً بعملية الدرفلة المتقطعة، وتُعد أكثر أمانًا لعدم حاجتها إلى مناولة مستمرة. وقد أصبح الدرفلة المستمرة ممكنًا بفضل تحسين التحكم في سرعة كل قسم .

بعد عام 1950، ساهمت عملية الصب المستمر في زيادة إنتاجية تحويل الفولاذ إلى أشكال إنشائية، وذلك بإلغاء الخطوة المتقطعة المتمثلة في تصنيع الألواح أو القوالب (ذات المقطع العرضي المربع) أو الكتل (المستطيلة)، والتي عادةً ما تتطلب إعادة تسخينها قبل دحرجتها إلى أشكالها المطلوبة. ^{[ 24 ]} أما صب الألواح الرقيقة، الذي طُرح عام 1989، فقد قلل من وقت العمل إلى أقل من ساعة واحدة لكل طن. وكان صب الألواح الرقيقة المستمر وفرن الأكسجين القاعدي (BOF) من أهم التطورات الإنتاجية في صناعة الفولاذ خلال القرن العشرين. ^{[ 91 ]}

ونتيجة لهذه الابتكارات، انخفضت متطلبات العمل في صناعة الصلب بين عامي 1920 و 2000 بمقدار 1000 مرة، من أكثر من 3 ساعات عمل لكل طن إلى 0.003 فقط. ^{[ 24 ]}

مركبات الصوديوم: الكربونات، والبيكربونات، والهيدروكسيد، مواد كيميائية صناعية هامة تُستخدم في صناعة منتجات مهمة كالزجاج والصابون. قبل اختراع عملية لوبلان عام ١٧٩١، كان يُصنع كربونات الصوديوم، بتكلفة باهظة، من رماد الأعشاب البحرية ونبات الباريلا . استُبدلت عملية لوبلان بعملية سولفاي ابتداءً من ستينيات القرن التاسع عشر. ومع انتشار الكهرباء الرخيصة، يُنتج الصوديوم بكميات كبيرة، إلى جانب الكلور، عبر العمليات الكهروكيميائية. ^{[ ٢١ ]}

يُعدّ الإسمنت المادة الرابطة للخرسانة ، التي تُعتبر اليوم من أكثر مواد البناء استخدامًا نظرًا لانخفاض تكلفتها وتعدد استخداماتها ومتانتها. يُصنع إسمنت بورتلاند ، الذي اختُرع بين عامي 1824 و1825، عن طريق تكليس الحجر الجيري ومعادن أخرى موجودة في الطبيعة داخل فرن . ^{[ 92 ]} وقد شكّل تطوير أفران الإسمنت الدوارة في تسعينيات القرن التاسع عشر تقدمًا كبيرًا، ولا تزال هذه الطريقة مُستخدمة حتى اليوم. ^{[ 93 ]} أما الخرسانة المسلحة، المناسبة للمنشآت، فقد بدأ استخدامها في أوائل القرن العشرين. ^{[ 94 ]}

كان الورق يُصنع يدويًا ورقةً ورقةً حتى تطوير آلة فوردرينير (حوالي عام ١٨٠١) التي أنتجت ورقةً متصلة. وقد تأثرت صناعة الورق بشدة بنقص أقمشة القطن والكتان منذ اختراع المطبعة وحتى تطوير لب الخشب (حوالي خمسينيات القرن التاسع عشر) استجابةً لنقص هذه الأقمشة. ^{[ ٤ ]} بدأ استخدام عملية الكبريتيت لإنتاج لب الخشب في السويد عام ١٨٧٤. وقد تميز الورق المصنوع من لب الكبريتيت بقوةٍ تفوق قوة لب الخشب المطحون المستخدم سابقًا (حوالي عام ١٨٤٠). ^{[ ٩٥ ]} تم تسويق عملية كرافت (وتعني "قوي" باللغة السويدية ) في ثلاثينيات القرن العشرين. تُستعاد المواد الكيميائية المستخدمة في عملية كرافت ويُعاد تدويرها داخليًا، مما يوفر الطاقة ويقلل التلوث. ^{[ ٩٥ ] [ ٩٦ ]} ورق كرافت هو المادة التي تُصنع منها الطبقات الخارجية للصناديق الكرتونية المموجة . قبل توفر صناديق الكرتون المموج من كرافت، كانت التعبئة والتغليف تتكون من ورق وكرتون رديء الجودة، بالإضافة إلى الصناديق الخشبية. تتطلب الصناديق المموجة عمالة أقل بكثير في التصنيع مقارنةً بالصناديق الخشبية، وتوفر حماية جيدة لمحتوياتها. ^{[ 95 ]} تقلل حاويات الشحن من الحاجة إلى التعبئة والتغليف. ^{[ 66 ]}

أتاح المطاط المُفلكن إمكانية صنع الإطارات الهوائية، مما مكّن بدوره من تطوير المركبات على الطرق الممهدة والوعرة كما نعرفها اليوم. واكتسب المطاط الصناعي أهمية بالغة خلال الحرب العالمية الثانية عندما انقطعت إمدادات المطاط الطبيعي.

استوحى المطاط فئة من المواد الكيميائية المعروفة باسم المطاط الصناعي ، والتي يستخدم بعضها بمفردها أو في مزيج مع المطاط ومركبات أخرى لصنع الأختام والحشيات، ومصدات امتصاص الصدمات، ومجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى.

يمكن تصنيع المواد البلاستيكية بتكلفة زهيدة لتصبح سلعًا يومية، وقد خفضت بشكل كبير تكلفة مجموعة متنوعة من السلع بما في ذلك التعبئة والتغليف والحاويات والأجزاء وأنابيب المنازل.

بدأ استخدام الألياف الضوئية كبديل للأسلاك النحاسية في شبكة الهاتف خلال ثمانينيات القرن الماضي. تتميز الألياف الضوئية بصغر قطرها، مما يسمح بتجميع العديد منها في كابل أو قناة واحدة. كما تُعد الألياف الضوئية وسيلة فعالة من حيث استهلاك الطاقة لنقل الإشارات.

بدأ الاستكشاف الزلزالي في عشرينيات القرن الماضي، حيث استُخدمت الموجات الصوتية المنعكسة لرسم خرائط جيولوجية تحت سطح الأرض للمساعدة في تحديد مواقع مكامن النفط المحتملة. وقد مثّل هذا تطورًا كبيرًا مقارنةً بالأساليب السابقة، التي كانت تعتمد في الغالب على الحظ والمعرفة الجيولوجية الجيدة، مع أن الحظ ظل عاملًا مهمًا في العديد من الاكتشافات الكبرى. وكان الحفر الدوراني طريقة أسرع وأكثر كفاءة لحفر آبار النفط والمياه، وقد شاع استخدامه بعد استخدامه في الاكتشاف الأولي لحقل شرق تكساس عام ١٩٣٠.

طُوِّرت العديد من المواد الصلبة الجديدة لحواف القطع، كما هو الحال في عمليات التشغيل الآلي. وكان فولاذ موشيه ، الذي طُوِّر عام 1868، سلفًا لفولاذ السرعة العالية ، الذي طوّره فريق بقيادة فريدريك وينسلو تايلور في شركة بيت لحم للصلب حوالي عام 1900. ^{[ 71 ]} حافظ فولاذ السرعة العالية على صلابته حتى عند سخونته الشديدة. وتلاه عدد من السبائك الحديثة.

في الفترة من عام 1935 إلى عام 1955، زادت سرعات القطع في عمليات التشغيل الآلي من 120 إلى 200  قدم/دقيقة إلى 1000  قدم/دقيقة بسبب حواف القطع الأكثر صلابة، مما أدى إلى انخفاض تكاليف التشغيل الآلي بنسبة 75%. ^{[ 97 ]}

تُعد مادة كربيد التنجستن واحدة من أهم المواد الصلبة الجديدة المستخدمة في القطع .

يُقصد بالتقليل من استخدام المواد تقليل استهلاكها في التصنيع والبناء والتعبئة والتغليف وغيرها من الاستخدامات. في الولايات المتحدة، انخفضت كمية المواد الخام لكل وحدة إنتاج بنحو 60% منذ عام 1900. وفي اليابان، بلغ الانخفاض 40% منذ عام 1973. ^{[ 98 ]}

أصبح تقليل استخدام المواد ممكنًا من خلال استبدالها بمواد أفضل، ومن خلال هندسة تُقلل الوزن مع الحفاظ على الوظيفة. ومن الأمثلة الحديثة على ذلك عبوات المشروبات البلاستيكية التي تحل محل الزجاج والورق المقوى، وأغلفة التغليف البلاستيكية المستخدمة في الشحن، ومواد التعبئة والتغليف البلاستيكية خفيفة الوزن. وقد شهد قطاع صناعة الصلب الأمريكي هذا التحول ، حيث بلغ الاستهلاك ذروته عام 1973، سواءً على المستوى المطلق أو على مستوى الفرد. ^{[ 88 ]} وفي الوقت نفسه، ازداد استهلاك الصلب للفرد عالميًا من خلال نقل التصنيع إلى الدول النامية. ^{[ 99 ]} نما الناتج المحلي الإجمالي العالمي التراكمي، أو الثروة، بشكل مباشر مع استهلاك الطاقة منذ عام 1970، بينما تفترض مفارقة جيفونز أن تحسين الكفاءة يؤدي إلى زيادة استهلاك الطاقة. ^{[ 100 ] [ 101 ]} ويُعدّ الوصول إلى الطاقة عالميًا عائقًا أمام تقليل استخدام المواد. ^{[ 102 ]}

ظهر التلغراف في بداية عصر السكك الحديدية، وكانت شركات السكك الحديدية تقوم عادةً بتركيب خطوط التلغراف على طول مساراتها للتواصل مع القطارات . ^{[ 103 ]}

ظهرت آلات الطباعة عن بعد في عام 1910 ^{[ 104 ]} وحلت محل ما بين 80 و90% من مشغلي شفرة مورس بحلول عام 1929. وتشير التقديرات إلى أن مشغل آلة الطباعة عن بعد واحد حل محل 15 مشغل شفرة مورس. ^{[ 59 ]}

كان استخدام الهواتف في بداياته مقتصراً في المقام الأول على الأعمال التجارية. وكانت تكلفة الخدمة الشهرية تُعادل ثلث دخل العامل العادي تقريباً. ^{[ 24 ]} وقد مكّن الهاتف، إلى جانب الشاحنات وشبكات الطرق الجديدة، الشركات من خفض مخزونها بشكل كبير خلال عشرينيات القرن الماضي. ^{[ 51 ]}

كان يتم التعامل مع المكالمات الهاتفية بواسطة مشغلين باستخدام لوحات مفاتيح حتى تم إدخال لوحة المفاتيح الآلية في عام 1892. وبحلول عام 1929، كانت 31.9% من نظام بيل آلية. ^{[ 59 ]}

كانت أنظمة التحويل الهاتفي الآلية تستخدم في الأصل مفاتيح كهروميكانيكية يتم التحكم فيها بواسطة صمامات مفرغة، مما كان يستهلك كمية كبيرة من الكهرباء. ومع ازدياد حجم المكالمات بسرعة كبيرة، خشي البعض من أن يستهلك نظام الهاتف كل إنتاج الكهرباء، مما دفع مختبرات بيل إلى بدء أبحاثها حول الترانزستور . ^{[ 105 ]}

بعد الحرب العالمية الثانية، بدأ استخدام تقنية نقل الموجات الدقيقة في الاتصالات الهاتفية بعيدة المدى ونقل البرامج التلفزيونية إلى المحطات المحلية لإعادة بثها.

كان انتشار خدمات الهاتف في المنازل قد بلغ مرحلة النضج مع وصول الاتصالات عبر الألياف الضوئية في أواخر سبعينيات القرن الماضي. وقد زادت الألياف الضوئية بشكل كبير من سعة نقل المعلومات عبر الأسلاك النحاسية السابقة، كما خفضت تكلفة الاتصالات بعيدة المدى. ^{[ 106 ]}

بدأ استخدام أقمار الاتصالات في ستينيات القرن الماضي، وهي تحمل اليوم معلومات متنوعة تشمل بيانات معاملات بطاقات الائتمان، والراديو، والتلفزيون، والمكالمات الهاتفية. ^{[ 103 ]} ويعمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على إشارات من الأقمار الصناعية.

كانت أجهزة الفاكس (اختصارًا لكلمة فاكسيميلي) من أنواع مختلفة موجودة منذ أوائل القرن العشرين، لكنها أصبحت منتشرة على نطاق واسع بدءًا من منتصف سبعينيات القرن العشرين.

كانت معالجة البيانات الكهربائية المبكرة تتم عن طريق تمرير البطاقات المثقبة عبر آلات الجدولة ، حيث تسمح الثقوب الموجودة في البطاقات بتوصيل كهربائي لزيادة العدادات الإلكترونية. كانت آلات الجدولة تُصنف ضمن فئة معدات تسجيل الوحدات ، والتي يتم من خلالها تنظيم تدفق البطاقات المثقبة في تسلسل يشبه البرنامج للسماح بمعالجة البيانات المعقدة. وقد شاع استخدام معدات تسجيل الوحدات قبل ظهور الحواسيب.

وقد تم إثبات فائدة آلات الجدولة من خلال تجميع تعداد الولايات المتحدة لعام 1890، مما سمح بمعالجة التعداد في أقل من عام مع توفير كبير في العمالة مقارنة بالسنوات الـ 13 المقدرة بالطريقة اليدوية السابقة. ^{[ 113 ]}

كانت الحواسيب الرقمية الأولى أكثر إنتاجية من آلات الجدولة، ولكن ليس بفارق كبير. استخدمت الحواسيب المبكرة آلاف الصمامات المفرغة (الصمامات الحرارية) التي كانت تستهلك كمية كبيرة من الكهرباء وتحتاج إلى استبدال مستمر. بحلول خمسينيات القرن العشرين، استُبدلت الصمامات المفرغة بالترانزستورات التي كانت أكثر موثوقية وتستهلك كمية أقل نسبيًا من الكهرباء. وبحلول ستينيات القرن العشرين، أصبح من الممكن تصنيع آلاف الترانزستورات والمكونات الإلكترونية الأخرى على رقاقة من أشباه الموصلات السيليكونية كدوائر متكاملة ، وهي المستخدمة على نطاق واسع في حواسيب اليوم.

كانت أجهزة الكمبيوتر تستخدم الشريط الورقي والبطاقات المثقبة لإدخال البيانات والبرمجة حتى ثمانينيات القرن الماضي، عندما كان من الشائع استلام فواتير الخدمات الشهرية المطبوعة على بطاقة مثقبة يتم إرجاعها مع دفعة العميل.

في عام 1973، طرحت شركة IBM أجهزة نقاط البيع (POS) التي تربط أجهزة تسجيل النقد الإلكترونية بشبكة حاسوب المتجر المركزي. وبحلول ثمانينيات القرن العشرين، أُضيفت قارئات الرموز الشريطية . وقد ساهمت هذه التقنيات في أتمتة إدارة المخزون. وكانت وول مارت من أوائل الشركات التي تبنت نظام نقاط البيع. وقدّر مكتب إحصاءات العمل أن ماسحات الرموز الشريطية عند نقاط الدفع زادت من سرعة إتمام عمليات البيع بنسبة 30%، وخفّضت من متطلبات العمل لأمناء الصندوق وعمال التعبئة بنسبة 10-15%. ^{[ 114 ]}

أصبح تخزين البيانات أكثر تنظيمًا بعد تطوير برامج قواعد البيانات العلائقية التي سمحت بتخزين البيانات في جداول متعددة. على سبيل المثال، قد تمتلك شركة طيران افتراضية جداول عديدة مثل: الطائرات، والموظفين، ومقاولي الصيانة، وموردي الطعام، والرحلات، والمطارات، والمدفوعات، والتذاكر، وما إلى ذلك، يحتوي كل منها على مجموعة أضيق من المعلومات وأكثر تحديدًا مقارنةً بملف نصي عادي، مثل جدول بيانات. ترتبط هذه الجداول بحقول بيانات مشتركة تُسمى المفاتيح ، مما يُنشئ ما يُعرف بالنموذج العلائقي . يمكن استرجاع البيانات بتكوينات محددة مختلفة عن طريق طرح استعلام دون الحاجة إلى استعراض الجدول بأكمله. هذا، على سبيل المثال، يُسهّل العثور على مقعد الراكب باستخدام وسائل متنوعة مثل رقم التذكرة أو الاسم، وعرض المعلومات المطلوبة فقط . لغة SQL هي لغة استعلام قياسية معتمدة.

منذ منتصف التسعينيات، أتاحت صفحات الويب التفاعلية للمستخدمين الوصول إلى خوادم متعددة عبر الإنترنت للمشاركة في التجارة الإلكترونية، مثل التسوق عبر الإنترنت ، ودفع الفواتير، وتداول الأسهم، وإدارة الحسابات المصرفية، وتجديد تراخيص السيارات. يُعدّ هذا الشكل الأمثل لأتمتة العمليات الإدارية، حيث تُنقل معلومات المعاملات مباشرةً إلى قاعدة البيانات.

ساهمت الحواسيب بشكل كبير في زيادة إنتاجية قطاع الاتصالات، لا سيما في مجالات مثل الاستغناء عن موظفي الهاتف. وفي الهندسة، حلت الحواسيب محل الرسم اليدوي باستخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) ، مما أدى إلى زيادة إنتاجية الرسام بنسبة 500% في المتوسط. ^{[ 17 ]} كما طُوّرت برامج لإجراء الحسابات المستخدمة في تصميم الدوائر الإلكترونية، وتحليل الإجهاد، وموازنة الحرارة والمواد. وتم تطوير برامج محاكاة العمليات لكل من المحاكاة الثابتة والديناميكية، حيث تتيح الأخيرة للمستخدم تجربة مشابهة جدًا لتشغيل عملية حقيقية مثل مصفاة نفط أو مصنع ورق، مما يسمح له بتحسين العملية أو تجربة تعديلات عليها.

أصبحت أجهزة الصراف الآلي شائعة في العقود الأخيرة، وظهرت خدمة الدفع الذاتي لدى تجار التجزئة في التسعينيات.

يُعد نظام حجز تذاكر الطيران والخدمات المصرفية من المجالات التي تُعتبر فيها الحواسيب ضرورية عملياً. كما تعتمد الأنظمة العسكرية الحديثة أيضاً على الحواسيب.

في عام 1959، أصبح مصنع تكرير بورت آرثر التابع لشركة تيكساكو أول مصنع كيميائي يستخدم التحكم الرقمي في العمليات. ^{[ 114 ]}

لم تُحدث أجهزة الكمبيوتر ثورة في التصنيع لأن الأتمتة، في شكل أنظمة تحكم ، كانت موجودة بالفعل لعقود، على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر سمحت بتحكم أكثر تطوراً، مما أدى إلى تحسين جودة المنتج وتحسين العملية.