Текст книги "История технических инноваций: учебное пособие"

1.2. Технологические уклады

Нет ничего более постоянного, чем перемены.

Карл Людвиг Берне

Инновации сегодня идут сплошным увеличивающимся потоком, их появление – не разовое исключительное событие, а уже целая индустрия, которая становится основным источником государственных доходов. Место государства на мировой арене в наше время стало определяться не величиной армии и даже не ее техническим оснащением, а успешностью и быстротой массового внедрения технических инноваций. На долю новых знаний, воплощаемых в технологиях, оборудовании, образовании кадров, организации производства, в развитых странах приходится от 70 до 85 % прироста валового внутреннего продукта (ВВП).

Таблица 1

Технологические уклады

При этом постоянно растет доля государственных расходов на науку и образование, достигая в развитых странах в среднем 3 % ВВП, а доля частных инвестиций в инновации может быть в разы больше государственного финансирования. И все это необходимо делать не только для того, чтобы улучшить жизнь населения, но и для победы в технологической гонке, приз в которой, ни много ни мало – сохранение государственности и национальной независимости.

В свое время Сергеем Юрьевичем Глазьевым была разработана теория долгосрочного технико-экономического развития. Основа этой теории – идея последовательной смены технологических укладов.

Технологический уклад (ТУ) – совокупность технологий, характерных для определенного уровня развития производства.

В рамках ТУ осуществляется замкнутый цикл, включающий добычу и получение первичных ресурсов, все стадии их переработки и выпуск набора конечных продуктов, удовлетворяющих соответствующий тип общественного потребления.

Например, крестьянин выращивает лен, на фабрике его перерабатывают, ткут ткань, шьют занавес, используют в театре. Если бы лен не был выращен, гвоздь не выкован, электричество не выработано, то и театр был бы другим, если бы вообще был.

В связи с научным и технико-технологическим прогрессом происходит переход от более низких укладов к более высоким, прогрессивным.

ТУ проявляется во всех сферах человеческой жизни, от добычи природных ресурсов и профессиональной подготовки кадров до непроизводственного потребления. Например, изобретение парового двигателя привело к увеличению добычи угля, бурному росту городов, повышению производительности труда, появлению квалифицированного рабочего класса, к изменению проведения досуга большими массами населения. Поэтому, как это не покажется странным на первый взгляд, можно выстроить причинно-следственную цепочку от парового двигателя к появлению кино, фотографии, радио, театру, войнам, революциям и т. п.

В соответствии с теорией, предложенной С.Ю. Глазьевым, можно объяснить смену мировых лидеров: то государство, которое первым вступает в новый технологический уклад, получает преимущество и быстро становится основным игроком на мировой арене. В табл. 1 указаны периоды основных технологических укладов, определяющие их ключевые факторы, технологическое ядро и те страны, которые первыми вступили в новый уклад.

1-й технологический уклад. 1770–1830 гг. Ключевым фактором, определяющим новый технологический уклад, является изобретение и внедрение текстильных машин. Естественно, что это повлекло за собой развитие текстильной промышленности и текстильного машиностроения, что, в свою очередь, потребовало больше чугуна и железа для изготовления станков. Для приведения станков в движение необходим источник энергии. Это привело к строительству каналов для обеспечения работы водяных двигателей и транспортировки товаров. Лидерами стали, в первую очередь, Великобритания, затем Франция и Бельгия.

Быстро стали появляться заводы и фабрики с узкоспециализированным разделением труда между работниками. Предметная система труда, при которой ремесленник изготавливал изделие от начала и до конца, уступила место операционной. Теперь рабочий выполнял только отдельные операции по изготовлению конечного продукта – быстро, качественно, дешево. Воцарился прагматичный капитализм, резко поменявший быт, социальное устройство и мировоззрение общества. Вместо лавок ремесленников, торгующих только тем, что сами сделали, стали появляться прототипы современных магазинов, предлагающие многообразные товары промышленного производства.

2-й технологический уклад. 1830–1880 гг. Катализатором перехода к новому технологическому укладу стал паровой двигатель. Его появление позволило производство сделать энергетически независимым от рек. Появилась возможность размещать фабрики и заводы в больших городах, где есть рабочая сила и необходимая инфраструктура. Впервые у человека появился свой рукотворный источник энергии, настолько мощный и компактный, что его можно поместить на корабль и даже на самодвижущуюся повозку. Символом изменений стала железная дорога. Хотя поначалу многие просвещенные люди того времени предсказывали неудачу этой диковинке. Например, прусский король считал, что «никто не будет платить приличные деньги за то, чтобы добраться из Берлина в Потсдам за час, в то время, как можно на своей лошади потратить на ту же самую поездку день и ничего при этом не платить». При пуске первой железной дороги в России на первый поезд посадили солдат, так как у специалистов были опасения, что при такой огромной скорости в 60 км/ч – от быстрой смены пейзажей человек может сойти с ума. Но с ума никто не сошел, а там, где прокладывалась железнодорожная ветка, жизнь резко изменялась.

Бурно развивалось машино-, пароходостроение. Это потянуло за собой развитие станкоинструментальной промышленности, черной металлургии. Основным энергоносителем стал уголь, что привело к золотому веку угольной промышленности.

К группе мировых лидеров добавляются Германия и США. Увеличивается концентрация производства, и города становятся еще больше.

Российские начинания в области постройки и использования паровых двигателей так и остались уделом одиночек, таких как отец и сын Черепановы. Это привело к снижению темпов развития Российской империи, отставанию от передовых стран, обострению ее внутренних противоречий, революции и к распаду в 1917 г.

3-й технологический уклад. 1880–1930 гг. Катализатором нового технологического уклада снова стал двигатель – на этот раз электрический. Развивается тяжелое машиностроение, производство и прокат стали, строятся линии электропередач, бурно развивается неорганическая химия.

Группа лидеров: Германия, США, Великобритания, Франция, Бельгия, Швейцария, Нидерланды. Этот ТУ характеризуется повышением гибкости производства на основе использования электродвигателя, стандартизацией производства. Впечатляют успехи Соединенных Штатов Америки. Но еще больших успехов добились в Советском Союзе: ликвидируется неграмотность населения, неимоверными усилиями осуществляется электрификация страны, строятся металлургические и машиностроительные гиганты, и уже в следующий виток технологической гонки СССР вступает вместе с лидерами.

4-й технологический уклад. 1930–1970 гг. По традиции «виновником» перехода к новому технологическому укладу стал двигатель – это двигатель внутреннего сгорания. Начинается повсеместное строительство автомобильных дорог. Лошадь окончательно уступила место трактору. Для прокорма железного коня требуется уже не уголь, а бензин. Боеспособность армии стала определяться количеством моторов, поставленных на автомобили, танки, самолеты и корабли. В промышленности налаживается массовое и серийное производство. Из цехов выходят тысячи танков и автомобилей. Естественно, что для получения бензина из нефти требуется развитие нефтехимии и всей органической химии в целом.

США, страны Западной Европы получили мощного конкурента – СССР, имеющего после войны армады танков, самолетов и развитую промышленную базу, способную очень быстро эту армаду увеличить. Настало время биполярного мира, гонки вооружений между двумя сверхдержавами. Следствием этой гонки стало стремительное освоение космоса и проникновение в тайны использования ядерной энергии.

Вся новейшая история так или иначе связана с борьбой государств за источники и рынки углеводородов – основных современных энергоносителей. Сталинградская битва, решившая исход Второй мировой войны, была, пожалуй, самой ожесточенной битвой во всей известной истории цивилизации. Такой накал битвы в пустынных и бедных степях Приволжья объясняется совсем не тем, что город носил имя Сталина. Тот, кто владел Сталинградом и Волгой, владел путями доставки бакинской нефти, крайне необходимой для самолетов и танков воюющих держав.

Многие страны на постсоветском пространстве рассматриваются зонами стратегических интересов США, России и Евросоюза в основном потому, что являются транзитными для транспортировки газа в Европу.

С учетом того, что углеводородам в ближайшей перспективе нет достойной замены, уже сейчас начинается борьба за нефть и газ шельфа Северного Ледовитого океана. Но хочется надеяться, что человечество достаточно созрело для решения возникающих проблем мирным путем и найдется новый источник энергии, знаменующий переход к новой энергетической эпохе, не связанной с безвозвратной и нещадной эксплуатацией невосполнимых ресурсов земных недр.

5-й технологический уклад. 1970–2010 гг. Увлекшись количеством тракторов и тоннами выплавляемой стали на душу населения, в Советском Союзе как-то пропустили появление сущей мелочи – полупроводникового диода и транзистора. Именно эти «безделицы» нарушили уже сложившуюся традицию, связанную с тем, что новый технологический уклад начинается с двигателя. Появление полупроводников обусловило рождение новой промышленности – электронной. Это вызвало лавинообразное развитие вычислительной, оптико-волоконной техники, программного обеспечения, телекоммуникаций, роботостроения, сферы информационных услуг.

США в этот период еще больше укрепили свои позиции, а Советский Союз, не начавший вовремя переход к новому технологическому укладу, проиграл и распался. На сцену вышел новый лидер – Китай.

Однако глобальная конкуренция сегодня ведется не столько между странами, сколько между транснациональными воспроизводственными системами. Несколько таких систем, тесно связанных друг с другом, определяют глобальное экономическое развитие. Они формируют ядро мировой экономической системы, концентрирующее интеллектуальный, научно-технический и финансовый потенциал в развитых государствах.

Такие системы называются транснациональными корпорациями (ТНК). Эти корпорации, связанные с ядром мировой экономической системы, сегодня контролируют более половины оборота мировой торговли и финансов, наиболее прибыльные отрасли экономики разных стран, включая добывающую и наукоемкую промышленность, телекоммуникации, производственную инфраструктуру.

Многие ТНК превосходят по экономическому обороту крупные страны, подчиняют своему влиянию правительства, решающим образом воздействуют на формирование международного права и на работу международных институтов. Ведущие 500 транснациональных корпораций охватывают свыше трети экспорта обрабатывающей промышленности, ³/₄ мировой торговли сырьевыми товарами, ⁴/₅ торговли новыми технологиями, обеспечивают работу десяткам миллионам человек практически во всех странах мира.

Среди пятисот наиболее крупных и успешных фирм, действующих на мировом рынке, более двухсот – американских, около сотни – японских, чуть более полусотни – европейских.

К сожалению, ни одна российская компания к их числу не относится. Это свидетельствует о том, что Россия не вписалась в текущий технологический уклад и выбыла из числа мировых лидеров. Но не все потеряно, на дворе новая технологическая эпоха, последствия которой будут не менее захватывающими, чем результаты предыдущих.

6-й технологический уклад. После 2010 г. Новым катализатором технического прогресса становятся нанотехнологии. Они определяют появление генной инженерии, развитие альтернативной энергетики, новых конструкционных материалов, лекарств и т. п.

В России есть все необходимые предпосылки для восстановления статуса технологической державы. Прежде всего, это наличие развитой системы образования, науки и промышленности, что должно позволить нам научиться, наконец, разумно и бережно тратить огромные природные ресурсы, наличие которых должно стать нашим преимуществом, а не недостатком, тормозящим внедрение современных технологий в производство.

1. Значение изобретения парового двигателя для экономического развития Англии.

2. Пути изменения технологического уклада в современной России.

3. Сколково – пилотный проект инновационного пути развития России.

4. История развития отдельных транснациональных корпораций.

5. Влияние различных технологических укладов на стратегию и тактику военных действий.

6. Влияние генной инженерии на развитие сельского хозяйства.

1. Что нужно предпринять, чтобы Россия стала лидером нового технологического уклада?

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. Из истории науки / В.А. Тихомирова, А.И. Черноушан. – М.: Бюро Квантум, 1996.

3. Кудрявцев П.С. Курс истории физики: учеб, пособие для студентов пед. ин-тов по физ. спец. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Просвещение, 1982.

4. Лев В.Е Из чего все: Научно-художественная Литература. – М.: Дет. лит., 1983.

5. Надеждин Н.Я. История науки и техники. – Ростов н/Д: Феникс, 2006.

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

7. Сайт С.П. Курдюмова «Синергетика». – spkurdyumov.narod.ru

1.3. Техническая эволюция

На ход эволюции не могут влиять чьи-то личные «хочу – не хочу». Бесполезно пытаться влиять на ураган, землетрясение или наводнение. Предугадать невозможно, сопротивляться бесполезно.

Харуки Мураками

В повести Станислава Лема «Непобедимый» механизмы, способные к самовоспроизведению и самоусовершенствованию, вступили между собой в битву за выживание. В результате естественного отбора на этой планете началась эволюция механизмов, в точности похожая на эволюцию живых организмов. В другом своем произведении «Сумма технологий» Станислав Лем прямо проводит параллель между биологической и технологической эволюцией, осуществляющимися по одинаковым законам. И это сходство не случайно, так как основу обоих процессов составляют изменчивость и отбор (табл. 2).

Впервые сходство эволюционных ролей генома и технической документации отметил в середине 1970-х годов советский инженер Б.И. Кудрин. Он увидел, что различные виды насосов на Магнитогорском металлургическом комбинате вытесняют (конечно, посредством человека) друг друга подобно конкурирующим видам животных.

В живой природе набор генов подвергается случайным мутациям и постоянным скрещиваниям. Особо удачные сочетания генов передаются потомкам по наследству от тех, кто выжил в конкурентной борьбе. В технике тоже есть своего рода геном – это те удачные идеи, которые передаются в чертежах, изделиях, технологиях производства. Естественно, что копируются, развиваются и совершенствуются только те технические решения, которые успешно прошли испытание практикой и рыночной конкуренцией.

Таблица 2

Сравнение эволюционных процессов в живой природе и технике

Аналогия между развитием техники и природы может быть продолжена. Совокупность популяций разных видов живых существ, населяющих определенный участок водоема или суши, и связанных между собой отношениями с приспособленностью к условиям окружающей среды, в биологии получила название биоценоза. Там, где растут кедры, могут жить клесты и многие другие виды животных, которые питаются кедровыми шишками или теми, кто питается этими шишками. В сибирском болоте встречаются вместе одни виды животных и растений, в арктических водах – другие.

В технике также можно выделить некоторую совокупность механизмов, которая свойственна для отдельных техногенных образований. Само название этой совокупности – техноценоз, подчеркивает аналогию с биоценозом. Например, в метро мы обязательно встретим турникеты, эскалатор, обширное семейство вентиляторов, очень много самых разнообразных осветительных устройств и пр. Они тоже могут быть связаны между собой: эскалатор не сможет работать, если отсутствует электродвигатель. Понятно, что технический мир, скажем, авианосца будет более разнообразным и сложным, чем техника торгового центра, примерно так же, как мир пустыни будет отличаться от мира джунглей Амазонки. Встретить на военном корабле турникет будет так же странно, как увидеть жирафа, пасущегося в тундре.

«Вымирание» одних технических видов приводит к исчезновению и тех, которые с ними тесно связаны. Как только водобойные молоты на уральских заводах были вытеснены паровыми молотами, век водяных мельниц закончился.

В процессе эволюции реакция живых организмов на воздействие окружающей среды постепенно усложнялась: холоднокровная змея в случае резкого похолодания просто впадает в оцепенение, а какой-нибудь суслик начинает рыть себе норку. Амеба может что-то есть, а может и не есть – на этом диапазон ее возможных реакций на внешнюю среду практически исчерпывается, тогда как действия вороны, пытающейся добыть пельмени из повешенной за окном сумки, представляются нам чуть ли не разумными.

Реакцию телеги на внешние воздействия, так же как реакцию амебы, нельзя назвать разнообразной – она едет туда, куда ее тянет лошадь. Современный автомобиль может сам включать фары, когда становится темно, работать стеклоочистителями, если вдруг пойдет дождь, не трогаться с места, если водитель не пристегнут ремнем безопасности и т. п. Действия становятся настолько разнообразными, что владельцу иногда кажется, что его «железный конь» обладает разумом.

Многочисленные фантасты, предсказывающие появление искусственного разума, имеют на это все основания. Если эволюция живой природы завершается появлением человека, то эволюция техники, по логике, также должна привести к созданию разума.

Но не будем дальше углубляться в этот очень интересный и захватывающий вопрос. Отметим лишь, что принципиальная разница между живой и технической эволюцией заключается только в том, что техническая эволюция опосредована человеком, своего рода творцом, богом технического мира, поэтому борьба «технического вида» за выживание начинается задолго до его рождения в головах людей и условно может быть разделена на четыре этапа.

I – этап мысленного конструирования. В сознании конструктора в процессе создания изделия рождается множество различных вариантов решения технической задачи как изготовления машины в целом, так и отдельных ее частей и механизмов. Такие «мутации» осуществляются на основе возникновения и распада нейронных связей в мозгу, происходящих за сотые доли. Еще до того момента, как будет осуществлена попытка построения модели будущего изделия в виде чертежа, огромное множество конкурирующих вариантов «умрет» в сознании конструктора. Выживут только наиболее удачные, имеющие шанс на реальное воплощение. В результате такого естественного отбора, в миллионы, а может быть в миллиарды раз более быстрого, чем природный, происходит рождение идеи, замысла будущего технического детища.

При создании чертежей начинается естественный отбор уже на уровне отдельных узлов и механизмов, что позволяет совершенствовать строение будущего изделия, минуя миллионы лет генетических мутаций и изменений. Конструктор может, подумав минуту, увеличить площадь гусениц проектируемого трактора, чтобы он не проваливался при перемещении по болотистой местности, а природе, чтобы создать кожистые перепонки на копытах лося, потребовались миллионы лет естественного отбора.

II этап практического создания. При практическом воплощении чертежей в реальность, на первых же испытаниях создаваемой машины всегда возникают проблемы, которые не могли быть выявлены на предыдущей стадии. Как бы ни старался конструктор предусмотреть все возможные затруднения, реальность оказывается всегда сложнее, чем мы предполагали.

Так, например, испытания первого в мире дирижабля закончились для его изобретателя и пилота – француза Жиффара весьма неожиданно. Мощность двигателя аппарата оказалась недостаточной для движения против ветра, и смельчака унесло в лес к неудовольствию многочисленных зевак, собравшихся на парижском ипподроме. Понятно, что в дальнейшем Жиффар увеличил мощность парового двигателя, что привело к уменьшению грузоподъемности дирижабля.

То же самое происходит и в природе: если лось при бегстве от волков оказывается на снежном насте и снежная корочка не выдерживает давления его тяжелого тела, то он становится легкой добычей для хищников, строение тела которых оказалось легким и весьма удачным для данной конкретной ситуации.

Конечно, природа могла бы (а может, так и было) еще более увеличить площадь его копыт и превратить их в некоторое подобие лыж или ластов. Но в этом случае лось с ластами потерял бы быстроходность на твердой земле. В результате долгих миллионов лет перебора вариантов, не закончившегося и сегодня, формируется оптимальное соотношение между быстротой движения по глубокому снегу и по твердой земле. Точно так же изобретатель подбирает оптимальное соотношение между быстротой и грузоподъемностью своего дирижабля.

Может оказаться, что в настоящее время нет конструкционных материалов и технических решений для воплощения задуманной технической диковинки. В этом случае инновация прекращает свое существование еще на стадии рождения и вновь возрождается только при появлении соответствующих условий. Например, создание персонального компьютера невозможно без полупроводниковых транзисторов, создание дальнобойной пушки без прочной стали закончится разрывом ствола и гибелью экспериментаторов. Трудно себе представить броненосец без парового котла, как и самолет без двигателя внутреннего сгорания или реактивного двигателя.

В условиях природного естественного отбора и временной растянутости всех изменений невозможно представить ситуацию, когда вдруг начал появляться новый вид каких-нибудь сверхгигантских жирафов, спина которых не выдерживала бы их веса и ломалась при попытке нагнуться. В природе новые конструкционные материалы и отдельные функциональные узлы появляются постепенно вместе с изменениями видов, но если уж возникли, то начинают максимально использоваться всеми модификациями потомков. Например, появление твердого панциря у морских животных оказалось удачным и «пошло в тираж» в разных видах – от улитки до черепахи. Глаз и вовсе оказался весьма полезным устройством и стал входить в базовую комплектацию почти всех новых моделей, появившихся за последние полмиллиарда лет, даже тех, которым он особенно и не нужен, таких как, например, крот.

III – этап массового копирования и производства. Иные трудности начинают возникать при массовом производстве новорожденного изобретения, так как количество разнообразных факторов, существенно влияющих на его дальнейшую судьбу, значительно возрастает.

Легендарный танк Т—34 оказался лучшим из всех во Второй мировой войне во многом благодаря тому, что был очень прост и недорог в производстве, а немецкий тяжелый танк «Тигр», по многим показателям превосходивший советские танки, был капризен в эксплуатации, но, самое главное, очень дорог. Поэтому количество произведенных «Тигров» даже близко не смогло сравняться с количеством выпущенных «тридцатичетверок».

В природе также можно найти примеры, когда вид компенсирует свои недостатки массовым и нетрудоемким производством. Рыба-луна производит несколько миллионов икринок. При таких масштабах икрометания даже при гигантских потерях на пути от икринки до взрослой особи популяция не исчезает.

IV – этап коммерческой реализации. Если не будет спроса на выпущенную продукцию, массовое производство быстро прекратится, а производитель разорится. Самое главное условие выживания технической инновации – это спрос, готовность людей платить деньги за ее приобретение и использование, превышающие траты на ее производство. Это последний и решающий этап тернистого пути от малька-изобретения до взрослой инновации, успешность которой определяется сложными взаимоотношениями с окружающей средой.

Во-первых, успешность определяется сложностью эксплуатации, развитостью соответствующей инфраструктуры. Автомобили с водородными двигателями существуют и сейчас, но конкуренцию традиционным автомобилям они смогут составить только тогда, когда повсеместно будут установлены водородные заправки и обеспечен соответствующий автосервис.

Во-вторых, быстрота продвижения инновации зависит от ее взаимодействия с существующей технической средой, она должна занять свою нишу и стать востребованной и даже необходимой, вступить во взаимовыгодный симбиоз с другими техническими видами. Цифровой фотоаппарат никогда не стал бы столь популярным и не вытеснил бы пленочный, если бы не было персонального компьютера, а навигатор не был бы таким компактным и удобным без искусственных спутников, радиолокаторы не особенно нужны, если в небе не летают самолеты. В природе такая взаимозависимость хорошо известна: не будет мышей, не будет и сов, если бы не было акул, то и не было бы рыб-прилипал.

Ну и, в-третьих, новичку необходимо победить в битве с конкурирующими техническими изделиями, занимающими ту же нишу. Сходство с борьбой в живой природе становится очевидным: ондатра, однажды неосторожно завезенная в реки средней полосы России, чуть полностью не вытеснила более привередливого и менее наглого местного бобра. Кролики, попавшие в Австралию, так расплодились, что чуть не уничтожили всю травоядную австралийскую живность, которой просто не осталось никакой пищи. А млекопитающие, благодаря своей хитрости, выносливости и приспособляемости, смогли заменить более сильных динозавров в природе, теперь они едят мороженое и рассматривают ископаемые кости побежденных конкурентов в своих музеях.

Цифровые фотоаппараты, едва приблизившись по качеству снимков к пленочным, моментально их уничтожили, лишив нас таинства проявления и закрепления фотографий в ванной. Гордые парусники исчезли под напором вечно дымящих пароходов, которые, в свою очередь, уступили место теплоходам и атомоходам. Граммофоны и патефоны были вытеснены проигрывателями виниловых пластинок, которые еще быстрее уступили место магнитофонам. Магнитофоны были за несколько лет отправлены в музей цифровыми проигрывателями, использующими CD-диски и флеш-карты.

В итоге, при благоприятном стечении всех вышеназванных и многих других обстоятельств (цена, качество, мода, экономическая ситуация и т. п.), удача может улыбнуться новичку: появляется долгожданный покупательский спрос, за новинкой выстраиваются очереди, на производителя проливается денежный дождь. Так над пылесосом изобретателя Бута долго потешались, пока его не начали использовать для уборки в королевской Британской семье вместо традиционного веника. Такая замена и называется техническим прогрессом.