Текст книги "История технических инноваций: учебное пособие"

Борис Михайлович Игошев, Александр Петрович Усольцев
История технических инноваций

Введение

Классический образ ученого, созданный во множестве фильмов и художественных произведений, – это, как правило, увлеченный своей идеей бессребреник, которого ничего, кроме чистой науки, не интересует. В этот образ не вписывается коммерческая деятельность по внедрению сделанных им изобретений и открытий. Это, чаще всего, удел отрицательных героев кинофильмов – дельцов, гоняющихся за богатством и славой.

Однако много полезных, важных, фундаментальных открытий и изобретений оказались забытыми только потому, что их создатель не смог или просто не захотел проявить настойчивости, внутренней организованности, таланта в очень непростом деле практического внедрения своего детища!

Весь путь развития цивилизации определяется не теми техническими изобретениями, которые погибли в зародыше, а теми, которые окрепли, получили повсеместное практическое применение, изменили жизнь людей и их мировоззрение, обусловили появление и крушение целых государств и даже огромных империй, привели к смене исторических эпох и общественных формаций. Такие изобретения называются техническими инновациями.

От успешности внедрения технических инноваций зависит будущее и нашей страны: останется ли Россия такой, какой она нам досталась от предыдущих поколений, – передовой технической державой или превратится в сырьевой придаток других государств и потеряет свои огромные, но не бесконечные природные ресурсы, принадлежащие уже не нам, а нашим потомкам. Именно поэтому мы посчитали очень важным, чтобы молодые граждане нашей страны понимали важность технической модернизации, гордились успехами россиян, внесших значительный вклад в развитие мирового технического прогресса.

В первой главе излагаются основные закономерности процессов технической эволюции, смены одних технических устройств другими, значение этих процессов для развития отдельных государств и всей человеческой цивилизации в целом. Эти закономерности можно легко увидеть во всех следующих историях развития техники самого разного назначения.

Во второй главе следует краткий хронологический обзор основных технических инноваций. В этот список в первую очередь попали инновации, изменившие технологический уклад (например, тепловые двигатели или полупроводники), и те, которые качественно изменили само Человечество (изобретение радио, телевидения и электрического освещения). Конечно, могут быть и другие соображения, в соответствии с которыми основными будут другие инновации. Мы будем рады, если читатель сам сможет дополнить этот список или составить свой.

Третья глава посвящена освоению человеком окружающего пространства. Первой была земля, на которую человек ступил, спустившись с дерева. Затем это была вода, которая веками служила людям для сообщения между собой на больших расстояниях. Следующая, воздушная, стихия освоена человеком относительно недавно, но уже перестала быть чем-то экзотическим и необычным. Бесконечный космос никогда не будет пройден Человечеством полностью, но ближнее, околоземное пространство можно считать уже почти обжитым. Стихия, наиболее к нам близкая, остается при этом наименее изученной – это земля под нашими ногами. Но несомненно, что и эта среда будет постепенно использоваться все больше и больше, и при ее освоении будут пройдены этапы изучения, освоения и использования.

В четвертой главе рассматривается развитие технических инноваций в самых разных сферах применения, охватывающих всю нашу жизнь. Дома на кухне, в больнице, в школе, на стадионе, в театре, – всюду мы встречаем созданных инженерами и учеными искусственных помощников. Исчезни они сегодня, наша жизнь станет не только скучной, но и короткой – начнутся голод, холод, эпидемии.

Безусловно, наш рассказ нельзя назвать полным. Книга по своему содержанию является хрестоматийной: можно найти десятки, а то и сотни книг и сайтов, посвященных теме каждого из параграфов нашей книги (чего стоит, например, тема, связанная с созданием подводных лодок!). Но этот материал является достаточным, чтобы ознакомиться с историей развития инноваций в этой сфере и увидеть в действии определенные закономерности. Главная цель книги заключается в том, чтобы ее читатель за сухими цифрами и датами увидел красоту, драматизм, противоречивость технического воплощения человеческих мечтаний и захотел узнать об этом больше. Очередная техническая новинка Человечества в этом поможет – Интернет к вашим услугам! Именно там размещена большая часть использованного в книге материала. Вас ждет открытый, развивающийся и потрясающе интересный мир техники. Изучая этот созданный человеком мир, мы лучше понимаем себя, свои желания, недостатки и возможности.

Глава I
Закономерности научно-технического прогресса

В этой главе рассматриваются общие закономерности научно-технического прогресса, которые не так-то и просто увидеть в огромном количестве различных фактов и событий. Без выделения этого общего нельзя понять и объяснить происходящие события, а самое главное, нельзя строить и прогнозировать будущее.

Почему империи и государства появляются, а потом разваливаются? И что общего эти исторические процессы имеют с незначительными на первый взгляд событиями, такими как изобретение подковы или транзистора? Что общего между эволюцией птиц и динамикой продаж на рынке автомашин разных моделей? Почему утепление дверей и окон вашего дома необходимо для сохранения белых медведей и африканских слонов?

Содержание этой главы поможет найти ответ на эти и многие другие вопросы.

1.1. Технические инновации

Сделать изобретение легко; гораздо труднее найти ему практическое применение.

Томас Эдисон

Термин «инновация» был введен экономистами И. Шумпетером и Г. Меншем в 1911 г. Производным является слово «новация» (от анг. novation), буквально – новшество или нововведение.

Инновация – это новация, которая сопровождается инвестициями. Иными словами, инновация – это нововведение, затраты на внедрение которого окупаются и дают прибыль.

Техническая инновация – воплощение научного открытия или технического изобретения в конкретном материальном продукте или технологии его изготовления.

Изобретение, вызывающее смех окружающих и приносящее убытки своему изобретателю, до статуса инновации не дотягивает. Большая часть таких изобретений умирает и забывается. Некоторые из них оживают и становятся инновациями через столетия. Темп нашей жизни все больше ускоряется, поэтому примеров, когда упорный и удачливый изобретатель обретает богатство и славу при жизни, становится все больше.

Удача особенно нужна изобретателю на первой стадии развития инновации – стадии убытков и насмешек. Именно в это время надо найти еще хотя бы одного безумца, кто рискнет вложить средства в то, во что никто никогда денег не вкладывал.

Начальная прибыль от нововведения даже близко не приближается к затратам. Если в это время изобретателям сообщить, что впоследствии они станут миллионерами, то они воспримут это как еще одну насмешку.

Зато потом начинает казаться, что деньги рекой текут к удачливому бизнесмену, который может уже больше ничего не делать, а предаваться воспоминаниям о трудных временах и глупых людях.

Все дело в том, что зависимость этого результата от затрат не является линейной, как это может сначала показаться, а имеет более сложный характер: каждый вложенный рубль (доллар, марка, фунт, иена) может давать прибыли на копейку, а может и на сто рублей. Если мы построим некий условный график зависимости результата от затрат, он будет иметь вид, напоминающий латинскую букву S. Этот график так и называется – S-образная кривая (рис. 1).

S-кривую можно разбить на три характерных участка: обучения, повышенной отдачи и насыщения.

Рис. 1

Участок обучения. Внедрение в практику новорожденной идеи требует постоянного увеличения затрат, при этом идет накопление опыта ее создателей, преодоление возникающих технологических, организационных, социальных и иных трудностей. Естественно, что отдача от пока только развивающейся инновации низка и растет довольно медленно.

Один из первых пароходов Фултона греб по воде гусеницами и был больше похож на трактор и внешним видом, и скоростью. Понятно, что кроме насмешек и недоумений это водоплавающее средство ничего не вызывало – изящные и красивые парусники шутя обгоняли дымящее и неуклюжее сооружение.

Участок повышенной отдачи. Когда основные трудности преодолены, новатор получает монопольное преимущество и компенсирует все понесенные им затраты. Дополнительные вложения на этом этапе дают значительное улучшение продукта и снижают его себестоимость, а следовательно, увеличивается прибыль.

Пароход Фултона с гребными колесами, курсируя несколько лет по рекам Северной Америки, позволил вернуть изобретателю все деньги, потраченные на предыдущие технические эксперименты. Маркони с лихвой окупил все затраты на совершенствование средств связи, торгуя радиоприборами по всему миру. Первые радиопередатчики были закуплены даже для нужд русского флота, и это на родине изобретателя радио А.С. Попова!

Догнать новатора на этой стадии очень непросто, так как тот, кто пытается конкурировать с первопроходцем, должен пройти свой участок обучения и совершить те же ошибки, что предшественник. Именно на этом этапе чаще всего и происходит интеллектуальное технологическое воровство, когда заработанный упорным трудом и финансовыми вложениями результат используется другими людьми. Для предотвращения таких случаев и существует патентная система, позволяющая изобретателю официально закрепить свой приоритет. Пренебрегать этим не стоит. Например, русский изобретатель Александр Николаевич Лодыгин изобрел первую электрическую лампу накаливания, но запатентовал ее только в Европе и по разным причинам не стал этого делать в США. Этим воспользовался талантливый и предприимчивый Томас Эдисон. Он усовершенствовал лампы накаливания, очень быстро наладил их выпуск и заработал на их продаже большие деньги, тогда как Лодыгин, естественно, ничего от этого не получил. Так появилась всемирно известная компания, существующая и сегодня – «Дженерал Электрик» (General Electric).

Но существование патентной системы и признание так называемых «авторских прав» имеет и свою оборотную сторону. Например, «Вестингауз Электрик» создал патентный союз в составе «Дженерал Электрик», ATT и «Радио корпорейшн оф Америка». Все радиоизделия стали продаваться под их общей маркой – RCA. Естественно, чтобы воспользоваться «золотым временем» повышенной отдачи технологии, Патентный союз попытался монополизировать производство, но это ему не удалось. К разочарованию Патентного союза, несколько контрактов с владельцами патентов содержали оговорки в защиту «любителей», и это позволило другим использовать патенты.

Если конкурирующие производители были действительно любителями, они могли игнорировать требования патентного союза. Таким образом, дальнейшее развитие радиотехники во многом осуществлялось благодаря уловкам в законодательстве, а фирмы, бывшие на «участке обучения» лидерами научно-технического прогресса, в дальнейшем превращаются в его сильнейший тормоз. Американец Эдвин Армстронг, запатентовавший FM-радио, покончил с собой, не вынеся бесконечных судебных тяжб с корпорациями по поводу использования сделанных им изобретений.

Участок насыщения. Рано или поздно наступает такой момент, когда инновация исчерпывает свои возможности – наступает насыщение. Дальнейшие усовершенствования становятся все более дорогими, и каждый раз дают все менее значительный результат. Начинают сказываться ограничения технологии, которая уже полностью исчерпала свои возможности. Например, дальнейшее совершенствование современных двигателей внутреннего сгорания приводит к их значительному удорожанию, что никак не окупается самым минимальным ростом КПД, который уже сейчас близок к максимально возможному. Становится понятно, что необходимо менять саму концепцию, переходить на двигатели принципиально другого рода.

И вот тут появляется следующая инновационная концепция, которая тихо и незаметно проводила «детство» на своем участке обучения. Окрепнув, она окончательно добивает свою предшественницу. Возникает новая S-образная кривая (рис. 2). Поэтому компаниям, занимающимся внедрением новых технологий, очень важно знать, на каком этапе находится их инновация. От этого зависит их стратегия: если работа находится на втором участке, то экономическая эффективность максимальна, можно начинать максимально вкладывать средства в разрабатываемый продукт (рис. З). Если нововведение таковым уже не является и близко к участку насыщения, экономическая эффективность резко падает, то необходимо прекращать бессмысленные траты и срочно переходить к новому проекту.

Рис. 2

Рис. 3

Время перехода от одной группы продуктов или процессов (технологии) к другой называется технологическим разрывом (ТР) или «переломной точкой». В этой точке появляется новая концепция, техническая идея, которая определяет, «канализирует» генеральное направление развития во всей данной технической области.

Причем время технологических разрывов становится все меньше и меньше. Огнестрельное оружие практически полностью заменило холодное оружие примерно за четыре столетия, винтовые самолеты уступили место реактивным за полсотни лет, вакуумные лампы были заменены на полупроводники в течение лет 15–20, электронно-лучевые трубки безоговорочно проиграли жидкокристаллическим экранам лет за 10, магнитофонная запись исчезла под натиском компакт-дисков уже лет за пять, а DVD осуществили буквально трехгодичный блицкриг.

Со временем уменьшения технологических разрывов параллельно возрастает число новых линий развития технологий в различных областях человеческой деятельности. Это приводит к увеличению количества людей, занимающихся разработкой и внедрением новых технологий. Уже сегодня внедрение технических новшеств становится самой перспективной индустрией. Возникла новая отрасль человеческой деятельности – инноватика. На наших глазах появилась еще одна новая профессия – инноватик, или инноватор.

Естественно, что первые технические инновации были сделаны человеком задолго до того, как был введен этот термин. Можно сказать, что использование палки в качестве рычага или дубинки является одной из первых и, может быть, главной технической инновацией в истории человечества. Имена гениальных инноваторов древности до нас не дошли: во-первых, имен у них еще могло и не быть, а во-вторых, технические инновации в области информационных технологий, как и сами эти информационные технологии, еще ждали своего часа.

Появление в арсенале человека Огня и Колеса техническими инновациями в области энергетики, которые, как будет показано дальше, сыграли особо важную роль. Укрощение огня и использование шкур убитых животных как одежды сразу отделило человека от всего другого животного мира – энергетически он стал гораздо более обеспеченным существом, чем все другие, а значит, и более независимым от капризов природы. Человеку не нужно копить жир на зиму как медведю, ему нужно потеплее одеться и заготавливать больше дров.

Изобретение Колеса позволило человеку повысить КПД своих действий по транспортировке тяжелых грузов. Это обусловило развитие торговли и строительства. Постройка египетских пирамид без колес и рычагов превратилась бы в тысячелетний долгострой, не завершенный до сих пор.

Изобретение средств передвижения по воде позволило человеку освоить новые жизненные пространства. Плавание на плоту или в лодке может быть более легким и быстрым, чем пешая ходьба по лесу, болотам и камням. Догадка использовать силу ветра для передвижения этих лодок явилась еще одной гениальной и судьбоносной технической инновацией. Энергетическая обеспеченность человека еще более повысилась, он смог покрывать огромные расстояния и перевозить грузы, во много раз превышающие его собственный вес, и обогнать по этому показателю даже муравья, непревзойденного трудягу, поднимающего вес в сотни раз больше собственного.

Трудно себе представить, как выглядела бы карта государств древности без этих изобретений. Скорее всего, огромных империй не было бы.

Использование подков и хомута, как это ни покажется удивительным, тоже оказало огромное влияние на ход истории: римляне, первыми догадавшиеся это сделать в массовых масштабах, повысили коэффициент полезного действия своих мускульных источников энергии – лошадей, быков мулов и пр., покорили всех соседей, до которых смогли доехать и доплыть, и создали тысячелетнюю Римскую империю.

После распада Римской империи воцарилось Средневековье, в котором, как известно, очень настороженно, а порой и очень негативно относились к инновациям, кроме тех, которые были направлены на благо Церкви. К таким инновациям сначала относилось и книгопечатание, призванное, прежде всего, распространять идеи, угодные Церкви. Но появление печатных книг означало революцию в области информационных технологий. Идеи стали распространяться значительно

быстрее, в том числе, и высказываемые такими еретиками, как Джордано Бруно, Николай Коперник и Галилео Галилей. Средневековое мракобесие стало постепенно подтачиваться инновациями, рождающимися в сумрачных помещениях его многочисленных монастырей и немногочисленных университетов.

Появление ветряных и водяных мельниц изменило производственные процессы, изобретение пороха и огнестрельного оружия привело к изменению военных стратегий и характера военных действий. Научно-технический прогресс неумолимо набирал ход, могущество того или иного государства уже в большей степени стало зависеть не от количества подданных его правителя, а от производительности их труда, не от размеров армии и гениальности полководцев, а от их технической вооруженности. Испанский колонизатор Кортес, имеющий ружья, лошадей и корабли, избил и ограбил индейцев, многократно превосходящих его по численности. Были случаи, когда отряд, вооруженный огнестрельным оружием, обращал в бегство целое войско в пятнадцать тысяч человек, имеющих только луки и копья.

Печатные книги и паровые машины ускорили прогресс. Теперь уже за одно столетие исторических событий и технических инноваций случалось больше, чем за тысячелетие Древнего мира.

Дальше инновации и события посыпались как из рога изобилия: использование электричества, изобретение телеграфа, радио, бензиновых двигателей, самолетов, ядерная бомбардировка американцами японских городов, полет Гагарина в космос, появление компьютеров, всемирных компьютерных сетей, использование генной инженерии и т. д.

Вполне возможно, что в старые неторопливые времена за это же время могло бы произойти только одно знаменательное техническое событие: например, вместо костяных наконечников к стрелам стали приделывать бронзовые. И то, скорее всего, времени бы не хватило на то, чтобы это новшество распространилось на всех, уж очень неспешен был характер тогдашних инноваций.

Но сейчас другое время, поэтому в недалеком будущем мы станем свидетелями очень большого количества важных событий и технических изменений: внедрения новых энергоисточников, средств компьютерной коммуникации, медицинских приборов, межпланетных космических кораблей и т. п.

Но еще интереснее быть не свидетелем, а участником и двигателем научно-технического прогресса, самому передавать эстафету от изобретателей прошлого к нашим потомкам, внести пусть и очень небольшой, но свой вклад в общее дело!

Как сказал Стив Джобс, основатель компании Apple, переманивая к себе на работу успешного топ-менеджера пепси-колы: «Может, сделаешь что-нибудь стоящее или так и будешь всю жизнь сладкой водичкой торговать?»

А начать можно с самого простого – прочитать интересную статью про современные достижения науки и техники, поставить дома опыт по физике, решить интересную математическую задачу.

1. Инноватика – новая сфера профессиональной деятельности.

2. Технические инновации – необходимое условие экономического развития корпораций.

3. Мелкий и средний бизнес – полигон технических инноваций.

1. Авторское право – стимул или тормоз технического прогресса?

1. Данилов Н.И. Использование ресурсов и энергии: учеб, пособие для элективного курса «Энергосбережение» в старших классах / Н.И. Данилов, Ю.Н. Тимофеева, А.П. Усольцев, Я.М. Щелоков, В.Ю. Балдин. – Екатеринбург, 2010.

2. Лесков С.Л. Живая инновация. Мышление XXI века: пособие для старшеклассников. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2010.

3. Фостер Р. Обновление производства: атакующие выигрывают. – М.: Прогресс, 1987.

4. Официальный сайт журнала «Наука и жизнь». – www.nkj.ru

5. www.integro.ru/system/ots/evolution