История технических инноваций

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Игошев Б.М., Усольцев А.П.

Учебное пособие для школьников по элективному курсу

«Технические инновации»

История технических инноваций

2011

Содержание

Введение

1. Закономерности научно-технического прогресса

1.1 Технические инновации

1.2 Технологические уклады

1.3 Техническая эволюция

1.4 Энергетические эпохи

1.5 Энергосбережение и устойчивое развитие

2. Основные технические инновации в истории человечества

2.1 Древние инновации

2.2 Тепловые двигатели

2.3 Электричество

2.4 Освещение

2.5 Радио

2.6 Радиовещание

2.7 Телевидение

2.8 Полупроводники

3. Освоение человеком окружающего пространства

3.1 Земля

3.2 Океан

3.3 Воздух

3.4 Космос

3.5 Подземелье

4. Технические инновации в различных сферах человеческой деятельности

4.1 Строительство

4.2 Бытовая техника

4.3 Медицина

4.4 Спорт

4.5 Образование

4.6 Искусство

4.7 Военное дело

4.8 Наука

4.9 Охрана природы

Заключение

Сводная таблица технических инноваций

Введение

научный инновация технический

Классический образ учёного, созданный множеством фильмов и художественных произведений, - это увлечённый своей идеей бессребреник, которого ничего, кроме чистой науки, не интересует. В этот образ не вписывается работа над коммерческим успехом сделанных им изобретений и открытий. Это, чаще всего, удел отрицательных героев кинофильмов - дельцов, гоняющихся за богатством и славой.

Но сколько полезных, важных, фундаментальных открытий и изобретений оказались забыты 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 государств и даже огромных империй, привели к смене целых исторических эпох и общественных формаций. И называются такие изобретения техническими инновациями.

От успешности их внедрения 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 написать книгу о технических инновациях.

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 различных технических сфер.

Во второй главе следует краткий хронологический обзор основных технических инноваций. В этот список безоговорочно попали инновации, изменившие технологический уклад (как, например, тепловые двигатели или полупроводники), и те, которые качественно изменили само Человечество (это 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 окружающего человека 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. В больнице, в школе, на стадионе, в театре, дома на кухне - 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, этот рассказ никак нельзя назвать полным. Книга по своему содержанию является хрестоматийной: можно найти десятки, а то и сотни книг и сайтов, посвященных теме каждого из параграфов этой 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 те закономерности, о которых сказано выше. Главная цель книги заключается в том, чтобы ее читатель за сухими цифрами и датами увидел красоту, драматизм, противоречивость технической реализации человеческих мечтаний и захотел узнать об этом больше. Что же, 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, - мир техники. Изучая этот созданный нами мир, мы лучше понимаем себя, свои желания, недостатки и возможности.

1. Закономерности научно-технического прогресса

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. Но есть множество примеров, и их становится все больше, когда упорный и удачливый изобретатель обретает богатство и славу при жизни.

Удача особенно нужна изобретателю на первой стадии развития инновации - стадии убыток и насмешек. Именно в это время надо найти еще 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. Поэтому этот график так и называется - S-образная кривая (рис. 1).

Рис. 1

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

Участок обучения. Внедрение в практику новорождённой идеи требует постоянного повышения затрат, при этом идёт накопление опыта её создателей, преодоление возникающих технологических, организационных, социальных и иных трудностей. Естественно, что отдача от пока только развивающейся инновации низка и растёт она 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 не вызывало - изящные и красивые парусники шутя обгоняли это дымящее и неуклюжее сооружение.

Участок повышенной отдачи. Когда основные трудности преодолены, новатор получает монопольное преимущество и компенсирует себе все понесённые 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 такой возможностью не стоит. Например, русский изобретатель Александр Николаевич Лодыгин изобрёл первую электрическую лампу накаливания, но запатентовал её 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».

Но существование патентной системы и признание так называемых «авторских прав» имеет и свою оборотную сторону. Например, «Вестингауз Электрик» создал патентный союз в составе General Electric, 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, можно сказать, что 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 всё более дорогими, и каждый раз дают всё 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 своём участке обучения. Окрепнув, она окончательно добивает свою предшественницу. Возникает новая S-образная кривая (рис. 1). 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. 2). 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.

Причём время технологических разрывов становится всё меньше и меньше. Огнестрельное оружие практически полностью заменило холодное оружие примерно за четыре столетия, винтовые самолёты 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 5, а DVD осуществили буквально трёхгодичный блицкриг.

Со временем уменьшения технологических разрывов параллельно возрастает количество 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 ещё 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 ещё ждали своего часа.

Появление в арсенале человека Огня и Колеса являются техническими инновациями в области энергетики, которые, как будет показано дальше, играют особо важную роль в ходе Истории. Укрощение огня и использование шкур убитых животных как одежды сразу отделило Человека от всего другого животного мира - энергетически он стал куда как 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 заготовить 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 завершённый до сих пор.

Изобретение плавсредств позволило человеку освоить новые жизненные пространства. Передвижение 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 ещё одной гениальной и судьбоносной технической инновацией. Энергетическая обеспеченность человека ещё 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 бы не было.

Использование подков и хомута, как это ни покажется удивительным, тоже оказало огромное влияние на ход истории: римляне, первыми догадавшиеся это сделать, 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.

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 добрые 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 нетороплив был характер тогдашних инноваций.

Но сейчас другое время, поэтому в недалёком будущем мы станем свидетелями очень большого количества важных событий и технических изменений: внедрение 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 будущим потомкам, внести пусть и очень небольшой, но свой вклад в общее дело!

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

Литература

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

Данилов, Н.И. Использование ресурсов и энергии: учебное 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.

Темы для докладов и рефератов

Инноватика - новая сфера профессиональной деятельности.

Технические инновации - необходимое условие экономического развития корпораций.

Мел

Дискуссии

Авторское право - стимул или тормоз технического прогресса?

Литература

1. Фостер, Р. Обновление производства: атакующие выигрывают / Р. Фостер. - М.: Прогресс, 1987.

2. Официальный сайт журнала «Наука и жизнь» - www.nkj.ru

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

1.2 Технологические уклады

Нет ничего более постоянного, чем перемены.

Карл Людвиг Бёрне

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).

При этом постоянно растет доля государственных расходов на науку и образование, достигшая в среднем 3% ВВП, и 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 макропроизводственный цикл, включающий добычу и получение первичных ресурсов, все стадии их переработки и выпуск набора конечных продуктов, удовлетворяющих соответствующий тип общественного потребления. 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, вполне 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 таблице 1 указаны периоды основных технологических укладов, определяющие их ключевые факторы, технологическое ядро и те страны, которые первыми вступили в новый уклад.

Рассмотрим эту таблицу более подробно.

Таблица 1. Технологические уклады

№ТУ	Годы	Ядро	Ключевой фактор	Технологические лидеры
1	1770-1830	Текстильная промышленность, текстильное машиностроение, выплавка чугуна, обработка железа, строительство каналов, водяной двигатель	Текстильные машины	Великобритания, Франция, Бельгия
2	1830-1880	Паровой двигатель, железнодорожное строительство, транспорт, машино-, пароходостроение, угольная, станкоинструментальная промышленность черная металлургия	Паровой двигатель, станки	Великобритания, Франция, Бельгия, Германия, США
3	1880-1930	Электротехническое, тяжелое машиностроение, производство и прокат стали, линии электропередач, неорганическая химия	Электро-двигатель, сталь	Великобритания, Франция, Бельгия, Германия, США
4	1930-1970	Автомобиле-, тракторостроение, цветная металлургия, производство товаров длительного пользования, синтетические материалы, органическая химия, производство и переработка нефти	Двигатель внутреннего сгорания, нефтехимия	США, страны Западной Европы, СССР, Япония
5	1970-2010	Электронная промышленность, вычислительная, оптико-волоконная техника, программное обеспечение, телекоммуникации, роботостроение, производство и переработка газа, информационные услуги.	Микро-электронные компоненты	США, Китай, Южная Корея
6	2010-	Клеточные технологии и методы генной инженерии; альтернативная энергетика	Нанотехнологии	?

1 технологический уклад. 1770-1830 годы. 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 стала, в первую очередь, Великобритания, затем Франция и Бельгия.

Быстро стали появляться заводы и фабрики с узкоспециализированным разделением труда между её 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, дёшево. 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 технологический уклад. 1830-1880 годы. Катализатором перехода к новому технологическому укладу стал паровой двигатель. Его появление позволило производство сделать энергетически независимым от рек. Теперь 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 добавляется Германия и США. Увеличивается концентрация производства, и города становятся еще больше.

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

3 технологический уклад. 1880-1930 годы. 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 технологический уклад. 1930-1970 годы. 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, после войны имеющего армады танков, самолетов и развитую промышленную базу, способную очень быстро эту армаду увеличить еще больше. 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 ожесточённой битвой во всей известной истории цивилизации. Такой накал битвы в пустынных и бедных степях Приволжья объясняется совсем не тем, что город имел имя Сталина. Тот, кто владел Сталинградом и Волгой, владел путями доставки Бакинской нефти, крайне необходимой для самолётов и танков воюющих держав.

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

С учётом 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 путём, и что найдётся новый источник энергии, ознаменующий переход к новой энергетической эпохе, не связанной с безвозвратной и нещадной эксплуатацией невосполнимых ресурсов земных недр.

5 технологический уклад. 1970-2010 годы. 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 лавинообразно вызвало развитие вычислительной, оптико-волоконной техники, программного обеспечения, телекоммуникаций, роботостроения, сферы информационных услуг.

США 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.

Но 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 своему 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 технологический уклад. С 2010 года. 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. Это 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.

Темы для докладов и рефератов

Значение изобретения парового двигателя для экономического развития Англии.

Пути изменения технологического уклада в современной России.

Сколково - пилотный проект инновационного пути развития России.

История развития отдельных транснациональных корпораций.

Влияние различных технологических укладов на стратегию и тактику военных действий.

Влияние генной инженерии на развитие сельского хозяйства.

Дискуссии

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

Литература

Данилов, Н.И. Использование ресурсов и энергии: учебное 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.

Из истории науки / В.А. Тихомирова, А.И. Черноушан. - М.: Бюро Квантум, 1996. -128 с.

Кудрявцев, П.С. Курс истории физики: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по физ. спец. -2-е изд., испр. и доп. / П.С. Кудрявцев. - М.: Просвещение, 1982. - 448 с.

Лев, В.Г. Из чего всё: Научно-художественная литература / В.Г. Лев. - М.: Дет. лит. 1983. -192 с.

Надеждин Н.Я. История науки и техники / Н.Я Надеждин. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 621 с.

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

http://spkurdyumov.narod.ru/Glzv33.jpg

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, которые осуществляются по одинаковым законам. И это сходство не случайно, так как основу обоих процессов составляют изменчивость и отбор.

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.

Аналогия между развитием техники и природы может быть продолжена и дальше. Совокупность популяций разных видов живых существ, населяющих определенный участок водоёма 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 - техногеноз, 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 также, 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, так же 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.

Таблица 2. Сравнение эволюционных процессов в живой природе и технике

Живая природа	Техника
Случайные мутации и скрещивания	Случайности и совместное использование изобретений
Удачные мутации закрепляются и копируются	Удачные технические узлы и решения используются в разных устройствах
Информация передаётся через геном	Идеи передаются через чертежи, схемы, описания
Конкурентная борьба между животными и видами	Конкурентная борьба между производителями технических устройств
Естественный отбор	Отбор, осуществляемый потребителями
Симбиоз животных	Симбиоз технических средств
Биоценоз	Техноценоз
Усложнение реакций на воздействия окружающей среды	Усложнение обратной связи
Появление человека	Создание искусственного интеллекта

Рассмотрим эти этапы.

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. Ещё 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 предъявляет свои требования и 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 лёгкой добычей для хищников, конструкция которых оказалась легкой и весьма удачной для данной конкретной ситуации.

Конечно, природа могла бы (а может, так и было) ещё 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 твёрдой земле. В результате долгих миллионов лет перебора вариантов, не закончившегося и сегодня, формируется оптимальное соотношение между быстротой движения по глубокому снегу и по твёрдой земле. Точно так же изобретатель подбирает оптимальное соотношение между быстротой и грузоподъёмностью своего дирижабля.

Может оказаться так, что в настоящее время нет конструкционных материалов и технических решений для воплощения задуманной технической диковинки. В этом случае инновация прекращает своё существование ещё 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 самолёт без двигателя внутреннего сгорания или реактивного двигателя.

В условиях природного естественного отбора и временнуй 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 твёрдого 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 последний миллиард лет, даже тех, которым он особенно и не нужен, таких как, например, крот.

III - этап массового копирования и производства. Следующие 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 советсткие танки, был капризен в эксплуатации, но, самое главное, очень дорог. Поэтому количество произведённых «Тигров» даже близко не смогло сравняться с количеством выпущенных «тридцатичетвёрок».

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 водородные заправки и соответствующий автосервис.

Во-вторых, быстрота продвижения инновации зависит от её 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 стал бы столь популярным и не вытеснил бы плёночный, 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 самолёты. 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 завезённая 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 на троне, теперь они едят мороженое и рассматривают ископаемые кости побеждённых конкурентов в своих музеях.

Цифровые фотоаппараты, едва приблизившись по качеству снимков к плёночным, 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, в свою очередь, 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 стала использовать для уборки в королевской Британской семье.

Такая замена и называется техническим прогрессом.

Темы для докладов и рефератов

Техноценозы и закономерности их появления и развития.

Техноценоз металлургического завода.

Техноценоз атомного авианосца.

История развития средств связи (до изобретения радио).

Естественный отбор в технической эволюции (на примере развития средств звукозаписи).

Технический симбиоз.

Дискуссии

Искусственный разум - конкурент или помощник Человека?

Развитие техники - фактор деградации или развития человека?

Литература

Горбань, А.Н. Демон Дарвина: идея оптимальности и естественный отбор / А.Н. Горбань, Р.Г. Хлебопрос. - М.: Наука, 1988.

Варшавский, / В.И. Оркестр играет без дирижера: размышления об эволюции некоторых технических систем и управлении ими / В.И. Варшавский, Д.А. Поспелов. - М.: Наука, 1984.

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

1.4 Энергетические эпохи

Если вы не думаете о будущем, то его у вас и не будет.

Джон Голсуорси

Исторические эпохи можно разделять по разным основаниям: по сменам общественно-экономических формаций, по существованию империй, по основному конструкционному материалу и т.п. Но одной из фундаментальных причин, определяющей смену экономических формаций, взлет и падение империй и целых цивилизаций, является смена господствующего источника энергии и зависящей от него энерготехники. Поэтому вполне возможно рассматривать историю человечества как последовательную смену энергетических эпох.

Эпоха мускульной энергетики. За этот период источником энергии служила химическая энергия пищи, превращающаяся в мускульную силу человека, а позже и прирученных животных. Верблюды, ослы, лошади, буйволы, быки, ламы, олени, собаки, слоны и даже страусы - все эти животные являлись энергетическими двигателями древних эпох в разных странах и на разных континентах. На них возили товар, распахивали землю, качали воду, поднимали грузы и т.п. Наличие такого энергоисточника в хозяйстве было необходимым условием выживания, показателем благополучия. Коэффициент полезного действия таких «генераторов» определялся их индивидуальными физиологическими показателями и увеличивался посредством простых механизмов - хомута и подковы, рычага, ворота, блока и т.п.

...