生産性向上技術

初期のニューコメン式蒸気機関の効率は約0.5%でしたが、ワットによる改良以前にジョン・スミートンによって1%強に向上しました。ワットの改良によって熱効率は2%にまで向上しました。1900年当時、1kWhあたり7ポンドの石炭を消費しました。

20世紀初頭、米国で最も生産性が伸びた部門は発電でした。世紀の変わり目以降、高圧ボイラーと高効率蒸気タービンを備えた大規模な中央発電所が往復式蒸気機関に取って代わり、1960年までに1kWhあたり0.9ポンドの石炭が必要となりました。鉱業と輸送の改善を含めると、全体の改善は10倍以上でした。^{[ 22 ]}今日の蒸気タービンの効率は40%程度です。^{[ 13 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}現在、ほとんどの電力は蒸気タービンを使用する火力発電所によって生産されています。

ニューコメン機関とワット機関は大気圧に近い圧力で動作し、蒸気の凝縮によって生じる真空という形で大気圧を利用して仕事をした。高圧機関は軽量かつ効率的であったため、船舶や機関車の動力として使用できた。多段膨張機関は1870年代に開発され、初めて船舶が石炭よりも多くの貨物を運搬できるほど効率的になり、国際貿易の大幅な増加につながった。^{[ 26 ]}

最初の重要なディーゼル船は、 1912年に進水したMSセランディア号でした。1950年までに、商船の3分の1がディーゼル動力になりました。^{[ 27 ]} 現在、最も効率的な原動機は、 1920年代に開発された2ストローク舶用ディーゼルエンジンで、現在では10万馬力を超えるサイズがあり、熱効率は50%です。^{[ 28 ]}

第二次世界大戦後、アメリカの石炭生産量の最大20％を消費していた蒸気機関車はディーゼル機関車に置き換えられ、エネルギー消費量を大幅に削減するとともに、石炭、ボイラー用水、機械のメンテナンスに必要な人員も削減された。

ウィリアム・スタンレー・ジェボンズが著書『石炭問題』で指摘したように、蒸気機関の効率向上は、蒸気機関の数と石炭の使用量を大幅に増加させた。これはジェボンズのパラドックスと呼ばれている。

電力消費と経済成長は強く相関している。^{[ 29 ]}一人当たりの電力消費は経済発展とほぼ完全に相関している。^{[ 30 ]}電化は、電力損失を最小限に抑えながら長距離送電を可能にした最初の技術だった。^{[ 20 ]}電動機は、電力分配用のラインシャフトを不要にし、工場の生産性を劇的に向上させた。非常に大規模な中央発電所は規模の経済を生み出し、往復式蒸気機関よりもはるかに効率的に発電した。^{[ 12 ] [ 29 ] [20] [ 25 ] [ 31 ]電動機は} 、蒸気機関と比較して発電の設備投資コストを大幅に削減した。^{[ 25 ]}

電気以前の動力伝達の主な形態は、ラインシャフト、油圧動力ネットワーク、空気圧およびワイヤーロープシステムでした。ラインシャフトは、初期の産業用蒸気機関から工場の電化まで、工場における動力伝達の一般的な形態でした。ラインシャフトは工場の配置を制限し、高い動力損失に悩まされました。^{[ 20 ]}油圧動力は19世紀半ばに使用されました。ベッセマー法や港湾のクレーン、特に英国で広く使用されました。ロンドンや他のいくつかの都市には、広範囲の産業に加圧水を供給する油圧設備がありました。^{[ 20 ]}

空気圧動力は、19 世紀後半に産業や鉱業、トンネル工事で使用され始めました。一般的な用途としては、削岩機やジャックハンマーなどがありました。^{[ 20 ]}大きな溝付き車輪で支えられたワイヤーロープは、数マイルまたは数キロメートルの距離で低損失で動力を伝達することができました。ワイヤーロープシステムは、電化の直前に登場しました。^{[ 20 ]}

工業プロセスでの熱回収は、1828年に銑鉄製造用の高炉での熱風として初めて広く利用されました。その後、熱再利用には、最初にガラス製造に、後に平炉での鋼鉄製造に使用されたシーメンス・マルティン法が含まれます。今日では、化学、石油精製、パルプ・製紙などの多くの基礎産業で、多くのプロセスで熱交換器などのさまざまな方法を使用して熱が再利用されています。 ^{[ 32 ]}多段蒸発器は、高温効果からの蒸気を使用して、より低い温度で沸騰する流体を蒸発させます。クラフトパルプ化薬品の回収では、使用済み黒液を、1つの効果からの蒸気を再利用して前の効果で液体を沸騰させることにより、5回または6回蒸発させることができます。コジェネレーションは、高圧蒸気を使用して発電し、その後、結果として得られた低圧蒸気をプロセスまたは建物の熱として使用するプロセスです。

工業プロセスは数多くの小規模な改良を経ており、それらが総合的に見て、生産単位当たりのエネルギー消費量を大幅に削減することに成功した。

摩擦の低減は、鉄道が貨車に比べて成功した主な理由の一つであった。これは、1805年にイギリスのクロイドンで鉄板で覆われた木製路面電車で実証された。

「普通の有料道路では、優秀な馬は2000ポンド、つまり1トンの荷物を牽引できます。新しい道路の優位性を目視で証明するために、紳士の一団が実験に招待されました。12台の荷馬車に石を積み込み、各荷馬車の重量を3トンにし、荷馬車を連結しました。次に馬を繋ぎ、その馬は荷馬車を楽々と6マイル、2時間で牽引しました。途中で4回停止し、重い荷物を牽引する力だけでなく、発進力も備えていることを証明しました。」^{[ 33 ]}

石油オイルなどによる潤滑性の向上により、製粉所や工場での摩擦損失が低減した。^{[ 34 ]} 19世紀後半には、合金鋼と精密機械加工技術を用いて摩擦低減軸受が開発された。摩擦低減軸受は1880年代までに自転車に広く使用されるようになった。工場電化以前の数十年間、ラインシャフトに軸受が使用され始めたが、その高い動力損失の主な原因は軸受以前のシャフトであり、その損失は一般的に25～30%、場合によっては50%にも達した。^{[ 20 ]}

電灯は石油やガス灯よりもはるかに効率的で、煙や排気ガス、熱も発生させなかった。電灯は労働時間を延長し、工場、企業、家庭の生産性を向上させた。電灯は石油やガス灯のように火災の危険性も高くなかった。^{[ 35 ]}

電灯の効率は、最初の白熱電球からタングステンフィラメント電球まで、継続的に向上してきました。^{[ 36 ]} 1930年代後半に商業化された蛍光灯は、白熱灯よりもはるかに効率的です。 発光ダイオード（LED）は非常に効率的で長寿命です。^{[ 37 ]}

未舗装の道路は、非常に時間がかかり、輸送コストが高く、危険でした。^{[ 39 ]} 18世紀には、層状の砂利がますます使用されるようになり、19世紀初頭には3層のマカダムが使用されるようになりました。これらの道路は、水を流すために中央が盛り上がり、両側に排水溝がありました。^{[ 39 ]} 最上層の石は最終的に細かく砕かれ、表面をある程度滑らかにしました。下層は、良好な排水を可能にする小さな石で構成されていました。^{[ 39 ]}重要なことに、荷馬車の車輪や馬の蹄に対する抵抗が少なく、足が泥に沈みませんでした。板張りの道路も、1810年代から1820年代にかけて米国で使用されました。改良された道路はコストがかかり、陸上輸送のコストを半分以下に削減しましたが、すぐに主要な輸送インフラとして鉄道に取って代わられました。^{[ 39 ]}

帆船は、荷馬車で 30 マイル分の費用で 3000 マイル以上も商品を輸送することができました。^{[ 40 ]} 1 トンの荷馬車を引ける馬は、30 トンのバージを引くことができました。イギリスの第一次産業革命の間、道路が少なく、荷馬車の使用コストが高かったため、マンチェスターの溶鉱炉に石炭を供給するのは困難でした。しかし、運河バージは実用的であることが知られており、これは1761 年に開通し、ウォーズリーからマンチェスターに石炭を運ぶブリッジウォーター運河の建設によって実証されました。ブリッジウォーター運河の成功は、1830 年代に鉄道が出現するまで続く運河建設の熱狂を引き起こしました。^{[ 38 ] [ 39 ]}

鉄道は陸上輸送のコストを大幅に削減した。1890年までに、馬車による貨物輸送のコストは1トンマイルあたり24.5セントであったのに対し、鉄道では1トンマイルあたり0.875セントとなり、96%の減少となったと推定されている。^{[ 41 ]}

路面電車（トラム、トロリー、または路面電車）は、1890年代後半から20世紀最初の20年間にかけての鉄道建設の最終段階でした。路面電車は1920年以降、すぐにモーターバスや自動車に取って代わられました。^{[ 42 ]}

内燃機関を搭載した車両が走る高速道路の開通により、陸上輸送の機械化は完了した。1920年頃にトラックが登場すると、農産物を市場や鉄道駅まで輸送するコストは大幅に削減された。自動車による高速道路輸送は、在庫の削減にも貢献した。

1930年代の米国における高い生産性成長は、その10年間の高速道路建設プログラムに大きく起因していた。^{[ 43 ]}

パイプラインは最もエネルギー効率の良い輸送手段です。^{[ 38 ]}鉄鋼パイプラインは19世紀後半に使用され始めましたが、主要なインフラとなったのは20世紀になってからです。^{[ 39 ] [ 44 ]}遠心ポンプと遠心圧縮機は、液体と天然ガスをポンプで送る効率的な手段です。

種まき機は、適切な深さに種を間隔を空けて植えるための機械装置です。紀元前1世紀以前の古代中国で誕生しました。収穫量が植えた種1粒あたりに収穫できる種子の数で測られていた時代、種子の節約は非常に重要でした。収穫できる種子の数は通常3～5粒でした。種まき機は植え付けの労力も節約しました。最も重要なのは、種まき機によって作物が列状に栽培されるようになり、植物間の競争が減り、収穫量が増えたことです。16世紀のヨーロッパでは、中国から持ち帰られた口頭の説明や粗雑な図面に基づいて再発明されました。^{[ 6 ]}ジェスロ・タルは1700年に特許を取得しましたが、高価で信頼性に欠けていました。信頼性の高い種まき機は19世紀半ばに登場しました。^{[ 45 ]}

農業が始まって以来、脱穀は手作業で脱穀棒を使って行われており、多くの労力を要した。脱穀機（1794年頃）は作業を簡素化し、動物の力を使うことを可能にした。1860年代までに脱穀機は広く普及し、最終的には農業労働の4分の1を代替した。^{[ 46 ]} ヨーロッパでは、職を失った労働者の多くが飢餓の瀬戸際に追いやられた。

1790 年頃までは、労働者は鎌で 1 日あたり 1/4 エーカーを収穫することができました。^{[ 26 ]} 1800 年代初頭には穀物クレードルが導入され、手作業の生産性が大幅に向上しました。サイラス・マコーミックの馬牽引式刈り取り機(Ptd. 1834) 1 台で、南北戦争で 5 人の兵士が軍務に就くことができたと推定されています。^{[ 47 ]} 1890 年までに、2 人の人と 2 頭の馬で 1 日あたり 20 エーカーの小麦を刈り取り、熊手で集め、束ねることができました。^{[ 26 ]} 1880 年代には、刈り取り機と脱穀機が組み合わされてコンバイン ハーベスターになりました。これらの機械は、牽引するために多数の馬またはラバを必要としました。19 世紀全体を通して、小麦の生産における 1 人時あたりの生産量は約 500%、トウモロコシでは約 250% 増加しました。^{[ 19 ]}

農業機械と作物の収穫量の増加により、1900 年には 35 ～ 40 時間かかっていた 100 ブッシェルのトウモロコシを生産するのにかかる労働時間は、1999 年には 2 時間 45 分に短縮されました。^{[ 48 ]}農業の機械化から内燃機関への転換は 1915 年以降に始まりました。農業と輸送が内燃機関に転換された後、1920 年代には馬の個体数が減少し始めました。^{[ 49 ]} これにより労働力が節約されただけでなく、以前は役畜の飼育に使われていた多くの土地が解放されました。

アメリカにおけるトラクター販売のピークは1950年代であった。^{[ 49 ]} 1950年代には農業機械の馬力が大幅に増加した。

産業革命以前の最も重要な機械装置は水車と風車でした。水車はローマ時代に遡り、風車はそれよりやや後です。水力と風力は当初、穀物を挽いて小麦粉にするために使われていましたが、後にトリップハンマーの動力として、ぼろ布を叩いてパルプを作り紙を作るためや、鉱石を粉砕するために応用されました。産業革命の直前には、ヨーロッパで鉄の精錬用のふいごに水力が利用されました。（水力送風ふいごは古代中国でも使用されていました。）風力と水力は製材所でも使用されていました。^{[ 38 ]} 製粉所や機械式時計の建設技術は、産業革命の機械の発展にとって重要でした。^{[ 50 ]}

紡績機は中世の発明で、糸の製造生産性を10倍以上に高めました。産業革命に先立つ初期の発展の一つは、1589年頃の織機（ストッキングフレーム）でした。産業革命の後半には、織物の生産性を2倍にするシンプルな装置である飛び杼が登場しました。糸を紡ぐことは布の製造における制約要因であり、1人の織工に糸を供給するために紡績機を使う10人の紡績工が必要でした。ジェニー紡績機では、1人の紡績工が一度に8本の糸を紡ぐことができました。水力紡績機（特許1768年）は水力を紡績に利用しましたが、一度に1本の糸しか紡ぐことができませんでした。水力紡績機は操作が簡単で、1つの建物に多数設置することができました。ミュール紡績機（1779年）は、水力を使って1台の機械で多数の糸を紡ぐことを可能にしました。布の生産が増加した時期に消費者の綿に対する嗜好が変化したことが、綿繰り機（特許1794年）の発明につながりました。蒸気動力は最終的に産業革命中に水力の補助として使用されるようになり、電化されるまで両方とも使用されました。紡績技術の生産性のグラフは、この記事に関連する他の多くのデータとともに、Ayres (1989) に掲載されています。^{[ 51 ]}

綿繰り機（1792年）を使えば、男性は1日で、以前はローラー式綿繰り機を使って1日1ポンドずつ処理するのに女性が2ヶ月かかっていた量の高地綿から種を取り除くことができた。^{[ 52 ] [ 53 ]}

特殊用途機械による生産性の大幅な向上を示す初期の例として、1803年頃のポーツマス・ブロックミルが挙げられる。これらの機械を使えば、10人の作業員が110人の熟練職人と同じ数のブロックを生産できた。^{[ 38 ]}

1830年代には、いくつかの技術が結びつき、木造建築の重要な転換が起こりました。丸鋸（1777年）、釘打ち機（1794年）、蒸気機関によって、2インチ×4インチなどの細長い木材を効率的に製造し、釘で接合することが可能になり、これがバルーンフレーミング（1832年）として知られるようになりました。これが、木造接合による古来の木造建築方法の衰退の始まりでした。^{[ 54 ]}

繊維産業の機械化に続いて、靴産業の機械化が起こった。^{[ 55 ]}

19世紀初頭に発明され改良され、1870年代までに大量生産されたミシンは、生産性を500%以上向上させた。[ 56 ^{]ミシンは}、機械化された靴の生産にとって重要な生産性向上ツールであった。

工作機械の普及、蒸気機関の改良、鉄道による安価な輸送手段の登場により、機械産業は19世紀最後の四半期までに米国経済で最大の部門（利益増加額ベース）となり、産業経済へと発展した。^{[ 57 ]}

商業的に成功した最初のガラス瓶吹き機は1905年に導入されました。^{[ 58 ]} この機械は、12時間交代制で働く2人組の作業員によって操作され、24時間で17,280本の瓶を生産することができました。これは、6人の男性と少年が1日かけて工場で生産する2,880本の瓶と比べて大幅に少ない数です。機械による瓶の製造コストは1グロスあたり10～12セントでしたが、手作業のガラス吹き職人と助手による製造では1グロスあたり1.80ドルでした。

金属部品を切削、研削、成形する工作機械は、産業革命のもう一つの重要な機械的革新でした。工作機械が登場する以前は、多くの機械や互換性のある部品に不可欠な精密部品を作るのは非常に高価でした。歴史的に重要な工作機械は、ねじ切り旋盤、フライス盤、金属プレーナー（金属加工）で、これらはすべて1800年から1840年の間に使用されました。^{[ 52 ]}しかし、1900年頃には、小型電気モーター、特殊鋼、新しい切削および研削材料の組み合わせにより、工作機械で鋼鉄部品を大量生産することが可能になりました。^{[ 17 ]}フォード モデルT の生産には32,000台の工作機械が必要でした。^{[ 47 ]}

近代製造業は、電気、油圧、空気圧の動力を利用した機械が産業における手作業に取って代わり始めた1900年頃に始まった。^{[ 59 ]} 初期の例としては、瓶の製造における労働力を80%以上削減したオーウェンズ自動ガラス瓶吹き機がある。^{[ 60 ]}

蒸気ショベルなどの大型鉱山機械は19世紀半ばに登場したが、 19世紀後半から20世紀初頭にかけて連続軌道と空気入りタイヤが広く導入されるまでは、レールに限定されていた。それまでは、鉱山作業の多くは主に空気圧ドリル、削岩機、つるはし、ショベルで行われていた。^{[ 61 ]}

石炭層掘削機は1890年頃に登場し、1934年までに石炭生産の75%で使用されるようになった。1930年頃には石炭の積み込みはまだシャベルで手作業で行われていたが、機械式のピックアップおよび積み込み機が使用されるようになっていた。^{[ 59 ]} 石炭ボーリング機の使用により、1949年から1969年の間に地下石炭採掘の生産性が3倍に向上した。^{[ 62 ]}

現在、労働集約的な採掘方法から、より機械化され自動化された採掘へと移行が進んでいる。^{[ 63 ]}

工場制が導入される前は、紡績や織物など、多くの生産が家庭で行われ、家庭消費用であった。^{[ 68 ] [ 69 ]}これは、特にアメリカでは輸送インフラが不足していたことが一因であった。^{[ 70 ]}

分業は古代から行われていましたが、産業革命期にはますます専門化が進み、靴職人が靴を作る工程の一部として革を裁断するのではなく、労働者は革を裁断することだけを行うようになりました。^{[ 21 ] [ 55 ]}アダム・スミスの有名なピン工場の例 では、職人がピン全体を作るよりも、各労働者が単一の作業を行う方がはるかに生産性が高かったのです。

産業革命以前から産業革命にかけて、多くの仕事は家内工業（家内工業とも呼ばれる）の下で下請けに出され、家内で仕事が行われた。家内工業の仕事には、紡績、織物、皮革裁断、そしてあまり一般的ではないが銃器部品などの特殊な品目も含まれていた。商人資本家や熟練職人が材料を提供し、作業部品を集め、中央の工房で完成品に加工した。^{[ 47 ] [ 21 ] [ 55 ]}

産業革命期には、多くの生産が工房で行われ、工房は通常、完成品が販売される建物の裏側または上階に位置していました。これらの工房では、工具や時には簡単な機械が使用され、それらは通常、手動または動物の力で動かされていました。熟練職人、職長、または商人資本家が作業を監督し、品質を維持しました。工房は規模を拡大しましたが、19世紀初頭に工場制に取って代わられました。工場制の下では、資本家が労働者を雇用し、建物、機械、資材を提供し、完成品の販売を扱いました。^{[ 47 ]}

作業を分析し、より体系化した後に行われた従来の作業プロセスの変更は、労働と資本の生産性を大幅に向上させた。これは、職人が製品全体を作るヨーロッパの職人技システムから、専用機械や工作機械を使用して部品を精密に製造し、互換性を持たせるアメリカの製造システムへの転換であった。互換性のある部品は当初高価であったため、このプロセスを完成させるには数十年かかり、多大な費用がかかった。互換性のある部品は、加工中の部品を保持して正確に位置合わせするための治具、工作機械をガイドするためのジグ、完成部品の重要な寸法を測定するためのゲージを使用することで実現された。^{[ 47 ]}

その他の作業プロセスには、レンガ積みなどの個々の作業を行う際のステップ数を最小限に抑えるために、時間と動作の研究を行い、最適な方法を決定しました。このシステムは、この方法の最も有名な開発者であるフレデリック・ウィンズロー・テイラーにちなんでテイラー主義として知られるようになり、彼の著作『科学的管理の原理』にちなんで科学的管理としても知られています。^{[ 71 ]}

標準化と互換性は、米国が例外的な存在である主な理由と考えられています。^{[ 72 ]}標準化は互換性のある部品への変化の一部でしたが、鉄道産業と大量生産品によっても促進されました。^{[ 47 ] [ 73 ]}鉄道の軌間標準化と鉄道車両の規格により、鉄道の相互接続が可能になりました。 鉄道時刻はタイムゾーンを正式に定めました。工業規格には、ねじのサイズとねじ山、そして後に電気規格が含まれていました。輸送コンテナ規格は、1960 年代後半に緩やかに採用され、1970 年頃に正式に採用されました。^{[ 66 ]} 今日では、膨大な数の技術規格があります。商業規格には、ベッドのサイズなどが含まれます。建築規格は、階段、ドア、カウンターの高さ、建物を安全で機能的にし、場合によってはある程度の互換性を可能にするその他の設計など、多数の寸法をカバーしています。

電化により、工作機械などの機械を作業の流れに沿って体系的に配置することが可能になった。電化は、部品や組立品を作業者に運ぶコンベアを電動化する実用的な方法であり、大量生産と組立ラインにつながる重要なステップであった。^{[ 20 ]}

経営管理は、経営手法や会計システムを含む、もう一つの重要な業務形態です。19世紀後半に企業の規模が拡大するにつれて、個人事業主やパートナーによる経営ではなく、部門ごとに組織され、専門の経営者によって管理されるようになりました。^{[ 74 ]}

私たちが知っているような経営管理は、広大な地域で列車、貨車、設備、人員、貨物を管理しなければならなかった鉄道会社によって発展しました。^{[ 74 ]}

現代の企業 (MBE) は、特に大規模な企業の組織化と管理を指します。^{[ 75 ]} MBE は、エンジニアリング、研究開発、情報技術、経営管理、財務、会計などの知識ベースの技術を使用する専門家を雇用しています。MBE は通常、規模の経済から恩恵を受けています。

「鉄道会計が導入される前は、私たちは暗闇の中で穴を掘るモグラのようなものだった。」^{[ 76 ]}アンドリュー・カーネギー

連続生産とは、長期間、場合によっては数年間にわたって中断なく工程を稼働させる方法である。連続生産は古代の高炉から始まり、産業革命期にフォアドリニエ抄紙機が発明されたことで機械化された工程で普及し、連続圧延の着想源となった。^{[ 77 ]} 19世紀後半から20世紀初頭にかけて、化学工業や石油精製産業で広く使用されるようになった。その後、鋼鉄やその他の金属の直接ストリップ鋳造にも応用された。

初期の蒸気機関は、綿紡績から圧延工場まで、多くの連続運転用途に必要な一定の負荷で動力を供給することができず、動力源は水に限定されていました。コーリス蒸気機関などの蒸気機関の進歩と制御理論の発展により、より安定したエンジン回転速度が実現し、綿紡績のような精密な作業にも蒸気動力が活用できるようになりました。負荷変動があっても一定速度で回転する交流モーターは、このようなプロセスに最適でした。

鋳鉄を作る工程は、紀元3世紀以前に中国で知られていました。^{[ 81 ]}鋳鉄の生産は14世紀にヨーロッパに伝わり、1500年頃にはイギリスにも伝わりました。鋳鉄は鍋やその他の道具を作るのに便利でしたが、ほとんどの道具を作るには脆すぎました。しかし、鋳鉄は錬鉄よりも融点が低く、原始的な技術でもはるかに簡単に作ることができました。^{[ 82 ]}錬鉄は、多くの金物、道具、その他の道具を作るのに使用された材料でした。ヨーロッパで鋳鉄が作られる前は、錬鉄はブルームリー製法で少量ずつ作られていましたが、これは中国では使われていませんでした。^{[ 81 ]}錬鉄は、ブルームリー製法で作るよりも鋳鉄から作る方が安価でした。

良質な錬鉄を作るための安価な方法はパドル法であり、これは1800年以降に広く普及した。^{[ 83 ]}パドル法では、溶融した鋳鉄をかき混ぜて小さな塊が十分に脱炭して熱い錬鉄の塊を形成し、それを取り出してハンマーで叩いて形を整えた。パドル法は非常に労働集約的であった。パドル法は、19世紀中頃と後半にそれぞれベッセマー法と平炉法が導入されるまで使用された。^{[ 21 ]}

ブリスター鋼は、錬鉄を木炭で包み、数日間加熱することによって作られました（セメンテーション法）。ブリスター鋼は、加熱して錬鉄でハンマーで叩くことで、はさみ、ナイフ、斧などの刃物に使われるせん鋼を作ることができました。せん鋼は品質が均一ではなく、18 世紀に人気のあった高級品である時計のゼンマイを作るには、より良い製法が必要でした。成功した製法は、るつぼで錬鉄とブリスター鋼を溶かすことで作られるるつぼ鋼でした。 ^{[ 21 ] [ 28 ]}

鉄鋼やその他の金属の生産は、溶融に十分な高温を得ることが困難であったため妨げられていた。熱風と呼ばれる燃焼空気の予熱によって排ガスから熱を回収するなどの熱力学的原理の理解により、エネルギー効率が大幅に向上し、温度も上昇した。予熱された燃焼空気は、鉄の生産や平炉で使用された。1780年、1829年に熱風が導入される前は、銑鉄の重量の7倍のコークスが必要であった。^{[ 84 ]} 銑鉄1ショートトンあたりのコークスの量は1900年には35ハンドレッドウェイトであったが、1950年には13に減少した。1970年までに、最も効率的な高炉では銑鉄1ショートトンあたり10ハンドレッドウェイトのコークスが使用された。^{[ 27 ]}

鋼は錬鉄よりもはるかに強度が高く、長大な橋、高層ビル、自動車、その他の製品の製造を可能にした。鋼はまた、優れたねじ付き締結具（ねじ、ナット、ボルト）、釘、ワイヤー、その他の金物製品の製造にも使用された。鋼鉄製のレールは錬鉄製のレールよりも10倍以上長持ちした。^{[ 85 ]}

ベッセマー法と平炉法は、銑鉄中の炭素を熱源として利用するため、パドル法による製鋼よりもはるかに効率的でした。ベッセマー法（1855年特許取得）とシーメンス・マルティン法（1865年頃）は、鋼鉄のコストを大幅に削減しました。19世紀末までに、ギルクリスト・トーマス法（基本法）は、同世紀半ばのパドル法と比較して、生産コストを90%削減しました。

今日では、自動車、パイプライン、ドリルビットなどの特殊用途に適した優れた特性を持つさまざまな合金鋼が入手可能です。19 世紀後半に開発が始まった高速度鋼または工具鋼は、工作機械が鋼をはるかに高速で切削することを可能にしました。 ^{[ 86 ]}高速度鋼やさらに硬い材料は、自動車の大量生産 に不可欠な要素でした。 ^{[ 87 ]}

最も重要な特殊材料のいくつかは、極度の機械的ストレスと高温に耐えなければならない蒸気タービンとガスタービンのブレードです。 ^{[ 28 ]}

高炉の規模は20世紀を通じて大きく拡大し、熱回収や微粉炭などの革新技術によってコークスが置き換えられ、エネルギー効率が向上した。^{[ 88 ]}

ベッセマー鋼は、空気を吹き込む際に窒素が混入するため、経年劣化により脆くなった。^{[ 89 ]}また、ベッセマー法は特定の鉱石（低リン酸塩赤鉄鉱）に限定されていた。19世紀末までに、ベッセマー法は平炉（OHF）に取って代わられた。第二次世界大戦後、OHFは転炉（BOF）に取って代わられた。転炉は空気の代わりに酸素を使用し、鋼のバッチを製造するのにOHFの8～9時間に対し約35～40分しかかからなかった。BOFはエネルギー効率も優れていた。^{[ 88 ]}

1913年までに、鋼鉄の80%は高炉から直接溶銑を製造し、「銑鉄」（インゴット）を鋳造して再溶解する工程を省いていた。^{[ 59 ]}

1928年にARMCOによって開発された連続広幅帯鋼圧延機は、戦間期の鉄鋼業界における最も重要な発展であった。^{[ 90 ]}連続広幅帯鋼圧延は、厚くて粗いインゴットから始まった。より滑らかで均一な厚さのシートが生産され、プレス加工に適しており、塗装面もきれいであった。自動車の車体鋼や家電製品に適していた。断続的なプロセスに比べて労働力はごくわずかで済み、連続的な取り扱いが不要なため、より安全であった。連続圧延は、改良されたセクション速度制御によって可能になった。

1950 年以降、連続鋳造は、スラブ、ビレット (正方形断面)、ブルーム (長方形) を作るという断続的な工程をなくすことで、鋼を構造用形鋼に変換する生産性の向上に貢献しました。これらのスラブやビレットは通常、圧延する前に再加熱する必要がありました。^{[ 24 ]} 1989 年に導入された薄スラブ鋳造は、1 トンあたりの労働時間を 1 時間未満に削減しました。連続薄スラブ鋳造と BOF は、20 世紀の製鉄における最も重要な 2 つの生産性向上でした。^{[ 91 ]}

これらの革新の結果、1920年から2000年の間に鉄鋼業界における労働需要は1,000分の1に減少し、1トンあたり3労働時間以上からわずか0.003労働時間になった。^{[ 24 ]}

炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなどのナトリウム化合物は、ガラスや石鹸の製造など重要な製品に使用される重要な工業用化学物質です。 1791年にルブラン法が発明されるまで、炭酸ナトリウムは海藻や植物バリラの灰から高コストで製造されていました。ルブラン法は1860年代からソルベー法に取って代わられました。安価な電気が広く普及したことで、塩素とともに電気化学プロセスによって多くのナトリウムが生産されています。^{[ 21 ]}

セメントはコンクリートの結合材であり、コンクリートは低コスト、汎用性、耐久性から、今日最も広く使用されている建築材料の1つです。 1824年から1825年に発明されたポルトランドセメントは、石灰石やその他の天然鉱物を窯で焼成することによって作られます。^{[ 92 ]} 1890年代に回転式セメント窯が完成し、この方法は現在でも使用されています。^{[ 93 ]}構造物に適した鉄筋コンクリートは、20世紀初頭に使用され始めました。^{[ 94 ]}

紙は、連続シートを作るフォアドリニエ抄紙機（1801 年頃）が開発されるまで、1 枚ずつ手作業で作られていました。 紙の製造は、印刷機の発明時から、ぼろ布の不足に対応して木材パルプが開発されるまで（1850 年頃）、綿や麻のぼろ布の供給によって著しく制限されていました。^{[ 4 ]}木材パルプを作るための 亜硫酸法は、1874 年にスウェーデンで操業を開始しました。亜硫酸パルプから作られた紙は、以前使用されていた粉砕木材パルプ（1840 年頃）よりも優れた強度特性を持っていました。^{[ 95 ]}クラフト（スウェーデン語で「強い」）パルプ化プロセスは、1930 年代に商業化されました。クラフトプロセスでは、パルプ化化学薬品が回収され、内部でリサイクルされるため、エネルギーを節約し、汚染も削減できます。^{[ 95 ] [ 96 ]} クラフト紙板は、段ボール箱の外層を作る材料です。クラフト段ボール箱が利用可能になるまで、包装は質の悪い紙や板紙の箱、木箱や木枠で構成されていました。段ボール箱は木箱よりも製造に要する労力がはるかに少なく、内容物を十分に保護します。^{[ 95 ]} 輸送コンテナは包装の必要性を減らします。^{[ 66 ]}

加硫ゴムによって空気入りタイヤが実現し、それがひいては私たちが知るようなオンロード車やオフロード車の開発を可能にした。 合成ゴムは、天然ゴムの供給が途絶えた第二次世界大戦中に重要性を増した。

ゴムは、エラストマーと呼ばれる化学物質群の着想源となった。エラストマーの中には、単独で、あるいはゴムや他の化合物と混合して、シールやガスケット、衝撃吸収バンパー、その他様々な用途に使用されるものがある。

プラスチックは安価に日用品に加工できるため、包装材、容器、部品、家庭用配管など、さまざまな商品のコストを大幅に削減することができた。

光ファイバーは1980年代に電話網において銅線に取って代わり始めた。光ファイバーは非常に細いため、ケーブルや導管の中に多数束ねることができる。また、光ファイバーは信号伝送においてエネルギー効率にも優れている。

1920年代に始まった地震探査は、反射音波を利用して地下の地質構造をマッピングし、潜在的な油田の位置を特定するのに役立てる。これは、主に運と地質学の知識に頼っていた従来の方法に比べて大きな進歩であったが、いくつかの主要な発見では依然として運が重要であった。回転式掘削は、石油や水の井戸を掘削するより速く効率的な方法であった。1930年に東テキサス油田が最初に発見された後、この方法は普及した。

切削加工などの刃先用に、数多くの新しい硬質材料が開発されました。 1868年に開発されたマシェット鋼は、 1900年頃にベスレヘム・スチール社のフレデリック・ウィンスロー・テイラー率いるチームによって開発された高速度鋼の先駆けでした。 ^{[ 71 ]} 高速度鋼は、赤熱しても硬度を維持しました。その後、数多くの現代的な合金が開発されました。

1935年から1955年にかけて、切削刃の硬度向上により切削速度が 毎分120～200フィートから毎分1000フィートに上昇し、加工コストが75%低下した。 ^{[ 97 ]} 

切削加工において最も重要な新しい硬質材料の一つは、炭化タングステンである。

脱物質化とは、製造、建設、包装、その他の用途における材料の使用量の削減のことである。米国では、1900年以降、生産単位当たりの原材料の量が約60%減少した。日本では、1973年以降、40%減少している。^{[ 98 ]}

脱物質化は、より優れた材料への置き換えと、機能を維持しながら重量を減らすためのエンジニアリングによって可能になります。現代の例としては、ガラスや板紙に代わるプラスチック製の飲料容器、輸送に使用されるプラスチック製のシュリンクラップ、軽量のプラスチック製梱包材などがあります。 脱物質化は米国の鉄鋼業界でも起こっており、消費量は絶対量と一人当たりの両方で1973年にピークを迎えました。^{[ 88 ]}同時に、一人当たりの鉄鋼消費量は、製造業を発展途上国にアウトソーシングすることで世界的に増加しました。^{[ 99 ]}累積的な世界のGDPまたは富は、1970年以降、エネルギー消費量に正比例して増加していますが、ジェボンズのパラドックスは、効率の改善がエネルギー消費量の増加につながると提唱しています。^{[ 100 ] [ 101 ]}世界的なエネルギーへのアクセスは、脱物質化を制約しています。^{[ 102 ]}

電信は鉄道時代の始まり頃に登場し、鉄道会社は通常、列車との通信のために路線沿いに電信線を設置した。^{[ 103 ]}

テレプリンターは1910年に登場し^{[ 104 ]}、1929年までにモールス符号オペレーターの80～90%を置き換えた。テレタイプ1人がモールス符号オペレーター15人を置き換えたと推定されている^{[ 59 ] 。}

電話の初期の利用は主にビジネス向けだった。月額料金は平均的な労働者の収入の約3分の1だった。^{[ 24 ]}電話はトラックや新しい道路網とともに、1920年代に企業が在庫を大幅に削減することを可能にした。^{[ 51 ]}

電話は、1892年に自動交換機が導入されるまで、交換手が交換機を使って対応していた。1929年までに、ベルシステムの31.9%が自動化された。^{[ 59 ]}

自動電話交換機は当初、真空管デバイスで制御される電気機械式スイッチを使用していたが、これは大量の電力を消費した。通話量は最終的に急速に増加し、電話システムがすべての電力生産を消費してしまうのではないかと懸念されたため、ベル研究所はトランジスタの研究を開始した。^{[ 105 ]}

第二次世界大戦後、マイクロ波伝送は長距離電話や、テレビ番組を地方局に送信して再放送するために利用されるようになった。

1970年代後半に光ファイバー通信が登場した頃には、家庭への電話の普及は成熟していた。光ファイバーは、従来の銅線に比べて情報の伝送容量を大幅に増加させ、長距離通信のコストをさらに低下させた。^{[ 106 ]}

通信衛星は1960年代に使用され始め、今日ではクレジットカード取引データ、ラジオ、テレビ、電話通話など、さまざまな情報を伝送しています。^{[ 103 ]} 全地球測位システム（GPS）は衛星からの信号で動作します。

ファックス（ファクシミリの略）機は、1900年代初頭から様々な種類が存在していたが、1970年代半ばから広く普及し始めた。

初期の電気データ処理は、パンチカードを集計機に通すことで行われていました。カードの穴を通して電気的な接触が生じ、電子カウンターがインクリメントされる仕組みでした。集計機はユニットレコード装置と呼ばれるカテゴリーに属し、パンチカードの流れはプログラムのような順序で配置され、高度なデータ処理を可能にしていました。ユニットレコード装置は、コンピュータが登場する以前は広く使用されていました。

集計機の有用性は、1890年の米国国勢調査の作成によって実証され、従来の手作業による方法で推定13年かかっていた国勢調査の処理を1年未満で完了させ、大幅な労働力の節約を実現した。^{[ 113 ]}

初期のデジタルコンピュータは、集計機よりも生産性が高かったものの、その差はそれほど大きくありませんでした。初期のコンピュータは、何千個もの真空管（熱電子管）を使用しており、大量の電力を消費し、頻繁に交換する必要がありました。1950年代までに、真空管はトランジスタに置き換えられました。トランジスタははるかに信頼性が高く、消費電力も比較的少なくて済みました。1960年代には、何千個ものトランジスタやその他の電子部品をシリコン半導体ウェハ上に集積回路として製造できるようになり、現在ではこれらの集積回路がコンピュータに広く使用されています。

1980年代までは、コンピュータはデータやプログラムの入力に紙テープやパンチカードを使用していた。当時、公共料金の請求書はパンチカードに印刷されたものが毎月届き、顧客が支払いとともに返送するのが一般的だった。

1973年、IBMは電子レジを店舗のメインフレームコンピュータにネットワーク接続したPOS端末を導入しました。1980年代にはバーコードリーダーが追加されました。これらの技術により在庫管理が自動化されました。ウォルマートはPOSを早期に導入した企業の一つです。労働統計局は、レジでのバーコードスキャナーによりレジ処理速度が30%向上し、レジ係と袋詰め係の労働力が10～15%削減されたと推定しています。^{[ 114 ]}

リレーショナルデータベースソフトウェアの開発により、データを異なるテーブルに格納できるようになったことで、データストレージはより効率的に整理されるようになりました。たとえば、架空の航空会社には、飛行機、従業員、整備請負業者、ケータリング業者、フライト、空港、支払い、チケットなど、多数のテーブルが存在する可能性があります。それぞれのテーブルには、スプレッドシートなどのフラットファイルよりも、より限定された、より具体的な情報が格納されています。これらのテーブルは、キーと呼ばれる共通のデータフィールドによって関連付けられ、リレーショナルモデルと呼ばれるものが作成されます。クエリを実行することで、テーブル全体を取得することなく、さまざまな特定の構成でデータを取得できます。たとえば、チケット番号や名前など、さまざまな方法で乗客の座席割り当てを簡単に検索し、クエリされた情報のみを提供できます。SQLは、確立された標準クエリ言語です。

1990年代半ば以降、インタラクティブなウェブページによって、ユーザーはインターネット経由で様々なサーバーにアクセスし、オンラインショッピング、請求書の支払い、株式取引、銀行口座の管理、自動車登録の更新といった電子商取引を行うことができるようになった。これは、取引情報がデータベースに直接転送されるため、バックオフィス業務の自動化の究極の形と言える。

コンピュータは通信部門の生産性も大幅に向上させ、特に電話交換手の廃止などの分野でその効果が顕著でした。エンジニアリング分野では、コンピュータがCADによる手動製図に取って代わり、製図担当者の生産性は平均で500%向上しました。^{[ 17 ]} 電子回路の設計、応力解析、熱収支、物質収支に使用される計算のためのソフトウェアが開発されました。 プロセスシミュレーションソフトウェアは、定常状態シミュレーションと動的シミュレーションの両方に対応して開発されており、後者は製油所や製紙工場などの実際のプロセスを操作しているのと非常によく似た体験をユーザーに提供し、ユーザーがプロセスを最適化したり、プロセスの変更を試したりすることを可能にします。

近年、現金自動預け払い機（ATM）が普及し、小売店でのセルフレジは1990年代に登場した。

航空券予約システムや銀行業務は、コンピュータが事実上不可欠な分野である。現代の軍事システムもまた、コンピュータに依存している。

1959年、テキサコのポートアーサー製油所は、デジタルプロセス制御を採用した最初の化学プラントとなった。^{[ 114 ]}

コンピュータは製造業に革命をもたらしたわけではない。なぜなら、制御システムという形での自動化はすでに数十年前から存在していたからだ。しかし、コンピュータによってより高度な制御が可能になり、それが製品の品質向上やプロセスの最適化につながったのは事実である。