איליי ויטני

תולדות חיים עד המצאת מנפטת הכותנה (ג'ין)

איליי ויטני נולד במסצ'וסטס. בצעירותו עבד בבית המלאכה בחווה של אביו וגילה כשרון מכני בולט. למד משפטים באוניברסיטת ייל בניו הייבן (קונטיקט) והשתתף גם בשיעורי מדעים ומתמטיקה. עם סיום לימודיו בשנת 1792 (בגיל 27 המבוגר יחסית לתקופתו) קיבל ויטני הצעה מבעל מטעים דרומי ליד העיר סוואנה להתגורר במטע שלו וללמד את בנותיו. הוא נענה להצעה משום שהיה צריך להחזיר הלוואות שנטל למימון לימודיו וכדי להתכונן לבחינות הסמכה לעורך דין. 
עקב חילוקי דעות עם בעל המטעים עבר ויטני להתגורר במטע קרוב של קטרין גרין, אלמנתו של גיבור מלחמת העצמאות האמריקאית הגנרל נתנאל גרין. שם הוא נפגש עם בעלי מטעים שכנים ולמד על הצורך במכונת ניפוט (מנפטה) להפרדת הגרעינים המחוספסים מהסיבים של כותנה קצרת סיב. זן כותנה זה הוא עמיד לשינויי מזג אוויר וניתן לגדלו על פני שטחים נרחבים מאוד במדינות החוף האטלנטי הדרומי ומפרץ מקסיקו ובעמק המיסיסיפי הדרומי. לא כדאי היה לגדל כותנה קצרת סיבים שגרעיניה מחוספסים משום שניפוט ידני שלה בעזרת מסרק הוא איטי ביותר (כחצי ק"ג סיבים ביום עבודה) ומחיר סיבים קצרים הוא נמוך. באותה תקופה גידלו בארצות הברית רק כותנה ארוכת סיבים ("כותנת האיים") כגידול לוואי במטעי האורז. גרעיני כותנה זו חלקים ונוחים יותר לניפוט ידני אך היא רגישה לשינויי מזג וניתן לגדל אותה רק בשטחים מצומצמים מאוד ליד החוף האטלנטי הדרומי בלבד.
תוך חודשים ספורים (1793) המציא ויטני מכונת מנפטה (ג'ין) שבה מסתובב מסרק גלילי המושך סיבים דרך סבכה צפופה (מסרק סטטי) שאינה מאפשרת לגרעינים לעבור דרכה. בה בעת מסתובב גם גליל מברשות המנקה מהמסרק הגלילי את הסיבים שעברו את הסבכה. דגם מנפטה קטן הופעל על ידי ידית סיבוב ידנית (ארכובה) והפריד גרעינים וסיבים בקצב מהיר פי 50 לעומת ניפוט ידני. דגמים גדולים הונעו על ידי פרדות או בכוח המים והספק הניפוט שלהן היה הרבה יותר גדול. עקרונות הפעולה של המנפטה הזו ישימים עד היום במנפטות מודרניות. ויטני רשם פטנט והקים חברה ליצור והפעלת מנפטות גדולות. הפטנט הופר והועתק. ויטני ניהל עשרות משפטים ופסקי הדין השפיעו על תיקון ופרשנות חוק הפטנטים. כתוצאה הרוויח ויטני מעט מאוד כסף מהמצאתו אך רכש ניסיון בהקמה ותפעול של מפעל ייצור בניו הייבן המונע בכוח המים.

ההשפעה של המצאת המנפטה

בסוף המאה ה-18 ותחילת המאה ה-19 נוצר עודף עבדים בארצות הברית וירד ערכם עקב ריבוי טבעי של עבדים וקפאון הביקוש לגידולים עיקריים במטעי העבדים: טבק, אורז ואינדיגו. בעקבות אירופה המערבית, גם בקרב בעלי עבדים בארצות הברית התרבו הקריאות לביטול העבדות (למשל תומאס ג'פרסון) וכן יוזמות של בעלי מטעים לשחרור עבדיהם (למשל ג'ורג' וושינגטון).
המצאת המנפטה (1793) הוזילה עשרות מונים את מחיר סיבי הכותנה והפכה אותם לסיבים העיקריים של תעשיית הטקסטיל שהובילה את המהפכה התעשייתית באירופה. ב-68 השנים הבאות עד מלחמת האזרחים גדל יבול הכותנה במדינות הדרום בארצות הברית פי 1000 ויותר (כמעט כולו כותנה קצרת סיב) וערכו הגיע ל-60% מערך התוצר החקלאי שם. יצוא הכותנה ממדינות הדרום סיפק כשני שלישים מיבול הכותנה העולמי וכ-57% מכלל היצוא של ארצות הברית. 
גידול הכותנה (במיוחד הקטיף) היה עתיר עבודה והגדיל את הביקוש לעבדים ואת מחירם. בתקופה זו גדל מספר העבדים פי שישה, גדלה החשיבות של העבדות לכלכלת מדינות הדרום וגברה ההתנגדות שם לביטולה. בשנת 1860-1 פרשו מדינות הדרום מארצות הברית משום שחששו מביטול העבדות ודרשו את התרת העבדות בטריטוריות החדשות שנכבשו ממקסיקו (ואולי גם משום שהתנגדו לייקור מוצרי יבוא עקב מכסי מגן לטובת תוצרת התעשייה הצפונית). אחת מכל שש משרות בבריטניה ומשרות רבות במדינות אחרות במערב אירופה היו תלויות בכותנה. דעת הקהל במדינות הדרום הייתה משוכנעת שמדינות אירופה יתערבו לטובתן כדי להבטיח את הספקת סיבי הכותנה וכדי למנוע משבר כלכלי (נאום הסנטור המונד בסנט 1858: "...כותנה היא מלך...איש לא יעז להילחם בכותנה"). פרישת מדינות הדרום גרמה לפרוץ מלחמת האזרחים בארצות הברית (1861-65).

מימוש יצור רובים מחלקים חילופיים

בשנת 1798 זכה ויטני בחוזה ממשלתי לייצור והספקת 10,000 רובים תוך שנתיים, הגם שלא עסק בכך קודם לכן. עד אז יוצר כל רובה על ידי בעל מלאכה מומחה שייצר והתאים חלקים (למשל הדק) לכל רובה בנפרד. חלקים של רובה אחד לא התאימו כמובן לרובה שיוצר על ידי בעל מלאכה אחר ואפילו לא לרובה אחר שיוצר על ידי אותו בעל מלאכה. כתוצאה, גם נַשָּקִים בצבא נאלצו לעבד ולהתאים חלקים לרובים שהתקלקלו.
ויטני הציע לייצר את הרובים מחלקים סטנדרטיים חליפיים. שאיפה זו לא הייתה חדשה אך טרם מומשה. כדי ליישם אותה חישב ויטני דיוקי ייצור דרושים והמציא מכונות ומתקני ייצור ומדידי אַפיצוּת. הוא חילק את תהליך הייצור למשימות פשוטות שכל אחת מהן בוצעה בתחנת עבודה נפרדת וביחד היוו התחנות קו ייצור שלם. המשימות הפשוטות צמצמו מאוד את המומחיות הנדרשת מעובדי יצור ואת תקופת ההכשרה שלהם. בתמיכת הנשיא ג'פרסון ושר הצבא (בוגר ייל) הסכים הממשל לדחיית האספקות. הרובים סופקו בפיגור רב רק לאחר 10 שנים. ויטני פרסם והפיץ את שיטת ייצור החלקים החליפיים למוצרים מורכבים, כמו מרכבות ומנועי קיטור, בקו ייצור. 
במאמר שפִרסם בעיתון ענה ויטני להאשמות שמחיר ייצור רובים במפעלים פרטיים יקר מיצור במפעלים ממשלתיים. במאמרו הוא הסביר שחישוב העלות האמיתית צריך לקחת בחשבון עלויות פחת וריבית הנובעות מהשקעות בהקמת המפעל וקו היצור ורכש מכונות. מפעלים ממשלתיים התעלמו מעלויות אלו. משום כך נחשב ויטני לחלוץ תורת התמחיר.

ההשפעה של ייצור חלקים חילופיים בקו ייצור

ייצור מוצרים מורכבים מחלקים סטנדרטיים חילופיים כונתה בעולם במאה ה-19 "שיטת הייצור האמריקאית". היא תרמה תרומה חשובה למהפכה התעשייתית ולהתפתחות התעשייה במדינות הצפון בארצות הברית. ערב מלחמת האזרחים ייצרו מדינות הצפון 80% מהיצור התעשייתי בארצות הברית (ועוד 10% יוצרו במדינות הגבול הדרומיות שלא פרשו). היתרון התעשייתי המכריע היה גורם חיוני לניצחון מדינות הצפון במלחמת האזרחים. ניצחון זה שמר על שלמות ארצות הברית וביטל בה את העבדות.