Методы формирования сценарных условий технологического развития авиастроения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы формирования сценарных условий технологического развития авиастроения

Клочков В.В.

Ключевые слова: прогнозирование, авиастроение, сценарии, выбор технологий, технологические развилки.

Keywords: прогнозирование, авиастроение, сценарии, сценарные условия, выбор технологий, технологические развилки.

Авиация и авиастроение являются

· социотехнической и организационно-экономической системой, поскольку она включает в себя как технические системы и объекты (авиационную технику, наземную инфраструктуру, производственную и экспериментальную базу, и т.п.), так и экономические - предприятия и отрасли, социальные - индивидов и их сообщества, и т.п.;

· активной системой (подробнее см. [1]), т.е. ее отдельные субъекты обладают собственными интересами, а развитие является целенаправленным, целеустремленным (что необязательно означает его соответствие интересам большинства граждан, национальным интересам государств и т.п.);

· открытой системой, взаимодействующей с рядом других, внешних систем, подверженной их влиянию и, возможно, оказывающей свое влияние на них.

На развитие сложных систем влияют многие неопределенные факторы как внешние по отношению к ним, так и внутренние. Для анализа и прогнозирования развития в условиях неопределенности влияющих факторов разработано несколько известных подходов. Можно рассматривать эти факторы как случайные или, например, интервальные, нечеткие и т.п. величины на «входе» изучаемой динамической системы, непосредственно анализируя ее «выход» методами стохастической динамики, интервальной или нечеткой математики и т.п. Но возможен и другой подход, который и называется сценарным. Рассматривается лишь несколько (и, как правило, немного) вариантов изменения влияющих факторов - областей их значений, траекторий изменения на протяжении прогнозного периода. Для каждого такого варианта рассматривается «выход» системы по принципу «что, если…» Совокупность влияющих условий и последствий их реализации, результатов развития системы и называется сценарием. Такой подход к прогнозированию и управлению в условиях неопределенности проще и нагляднее, чем описанные выше альтернативы. Кроме того, для некоторых систем его применение содержательно обосновано их свойствами, спецификой зависимости «выхода» от «входа».

Научно обоснованное формирование сценарных условий развития науки и технологий в авиастроении должно опираться на системную методологию. Как правило, при разработке сценариев будущего изменения каких-либо внешних факторов, влияющих на развитие сложных систем (к которым относится и авиация) преобладает экспертный подход, сопряженный со значительным риском волюнтаризма, субъективности сформированных сценариев. Поэтому актуальна разработка методологических подходов, позволяющих придать формированию сценариев более объективный характер.

Принципы формирования сценариев и сценарных условий развития авиастроения

В зависимости от параметров социально-экономического развития и состояния национальной безопасности могут складываться различные внешние условия, предпосылки для развития авиации и авиастроения. Можно выделить качественно отличающиеся друг от друга наборы таких условий. Базовые сценарные условия - это качественно или количественно заданные параметры внешних условий, в которых авиация будет играть определенные роли в социально-экономическом развитии страны, обеспечении национальной безопасности. В различных базовых сценарных условиях возникают различные потребности в развитии авиации и авиастроения, возможно изменение характера вооруженных конфликтов, появление новых классов боевых и специальных задач. При этом могут возникать новые рынки авиаперевозок, авиационных работ, продукции авиастроения.

Базовые сценарии - это варианты развития социально-экономической, геополитической, военно-политической ситуации и соответствующие им различные «образы будущего» авиации. Каждый базовый сценарий включает в себя

· базовые сценарные условия;

· соответствующие им роли авиации в экономике, обороне, жизни общества;

· цели создания научно-технического задела в авиастроении (связанные с ролью авиации в том или ином «образе будущего») и определенные целевые значения показателей их достижения;

· отвечающие этим целям наборы перспективных платформ и их характеристики.

Базовые сценарии определяют потребности в развитии науки и технологий в авиастроении. В то же время, ответ на эти потребности (т.е. конкретный выбор технологий) тоже может быть не единственным, он также зависит от влияющих неопределенных факторов. Например, если требуется обеспечить доступные авиаперевозки, можно выбрать различные типы силовых установок в зависимости от того, какое топливо дешевле. С одной стороны, прогнозы изменения внешних факторов следует строить в рамках прогнозирования развития соответствующих внешних систем, что явно выходит за рамки прогнозирования развития рассматриваемой системы, в данном случае, авиации и авиастроения. Т.е. отраслевые специалисты, работающие в авиастроении, не обладают необходимыми для этого компетенциями, а также «мощностями», поскольку разработка комплексного прогноза развития всех отраслей национальной экономики по своей трудоемкости на 1-2 порядка превосходит разработку прогноза развития конкретной отрасли. Кроме того, даже с точки зрения многих исследователей, специализирующихся в области изучения, например, топливно-энергетического комплекса, динамика цен энергетических ресурсов настолько плохо предсказуема, что сложно выделить конечное количество определенных траекторий их изменения в отдаленном будущем (а развитие технологий авиастроения необходимо прогнозировать и планировать на горизонты до 30-50 лет). При этом цены на энергоносители и, в частности, на авиатопливо

· оказывают существенное влияние на эксплуатационные расходы авиакомпаний, уровень тарифов, прибыли и убытки авиаперевозчиков, а в долгосрочной перспективе - и на выбор направлений научно-технологического развития авиастроения, подробнее см. [4];

· исключительно изменчивы - так, на протяжении только первой декады 2000-х гг., за несколько лет, цена сырой нефти и цена авиатоплива возросла в несколько раз, см. рис. 1, а в 2014-2015 гг., наоборот, имело место более чем двукратное падение мировых цен на эти ресурсы, и сложно объяснить такие изменения объективным процессом балансировки спроса и предложения нефти.

Рисунок 1. Динамика средних цен авиатоплива в аэропортах России и Западной Европы в 2000-е гг.

Т.е. возможности надежного, достоверного прогнозирования конкретных траекторий изменения ряда внешних факторов, весьма значимых для авиации, практически отсутствуют (либо попытки их прогнозирования приведут к недопустимому расширению предмета исследований, т.е. для этого отраслевым экономистам авиастроения придется глубоко погрузиться в экономику соответствующих отраслей).

С другой стороны, оставаясь исключительно в рамках исследований авиации как сложной системы, можно сформулировать некоторые плодотворные рекомендации по выбору вариантов изменения внешних условий, актуальных именно для прогнозирования развития технологий. Воспользуемся тем, что «отклик» авиации как сложной системы на изменения внешних условий, как правило,

· дискретен, т.е. в зависимости от внешних условий могут быть выбраны те или иные, оптимальные в данных условиях, технологии, значимо отличающиеся друг от друга;

· неравномерен, т.е. имеет области сильного и слабого изменения при изменении внешних условий.

Анализ внутренних свойств авиастроения и воздушного транспорта позволяет содержательно выделять несколько дискретных сценариев изменения внешних условий, качественно отличающихся друг от друга траекториями развития науки и технологий. Формирование сценариев сводится, таким образом, к выявлению областей параметров внешних условий, в которых наблюдаются значимые количественные или даже качественные изменения в рассматриваемой системе.

Технологические вариации базовых сценариев - это альтернативные направления технологического развития авиастроения, с использованием которых можно реализовать функции перечисленных в этих сценариях платформ. Технологические сценарные условия - это диапазоны (многомерные области) значений внешних условий, соответствующих выбору той или иной технологической вариации базового сценария.

Варианты внешних условий, при которых будет реализована та или иная вариация базового сценария, могут формироваться, фактически, «обратным счетом». Это должно делаться на основе анализа поведения прогнозируемой системы и выявления областей параметров внешних условий, в которых наблюдаются значимые количественные или даже качественные изменения. Тогда, даже при слабой предсказуемости изменения внешних условий, можно сформулировать прогноз развития изучаемой системы в следующих терминах: «если параметры внешних условий будут лежать в следующей области:…, можно ожидать следующих тенденций развития системы… иначе…» и т.д.

Границы выявленных областей соответствуют технологическим развилкам, разделяющим альтернативные варианты научно-технологического развития отрасли (технологические вариации). Определение конечного набора технологических вариаций и разделяющих их технологических развилок позволяет ставить перед исследователями в других отраслях (в ТЭК, иных отраслях транспорта и машиностроения, и т.п.) более определенные вопросы, на которые можно дать научно обоснованный ответ даже при значительной неопределенности будущего этих отраслей, например, «превысит ли цена продукции вашей отрасли некоторый порог?»

Вместо предсказания полной динамики их показателей, требуется лишь определить, попадут ли они в определенные области значений. Такая постановка вопроса существенно повышает вероятность определенного (и научно обоснованного) ответа, даже при высокой неопределенности динамики интересующих показателей.

Таким образом, технологические вариации базовых сценариев определяются не столько динамикой изменения внешних условий (существенно неопределенной), сколько свойствами самой управляемой системы. Поэтому выделенные таким образом технологические вариации можно назвать «объектно-ориентированными» или «основанными на свойствах объекта».

Общая структура сценариев и сценарных условий развития науки и технологий в авиастроении изображена на рис. 2. Также на нем приведено краткое описание общей идеологии их формирования. Если базовые сценарии определяются в рамках Форсайта спроса, поскольку определяют потребности в развитии авиационных технологий, предпосылки для развития отрасли, то технологические вариации - часть Форсайта предложения, поскольку определяют уже способы ответа на выявленные потребности.

Рисунок 2. Общая структура сценариев развития науки и технологий в авиастроении и краткое описание принципов их формирования.

Пример определения «технологических развилок» в развитии авиастроения, гражданской авиации и взаимодействующих с ними отраслей

На рис. 3-5 схематично представлен пример выявления технологической развилки в процессе взаимодействия авиации (воздушного транспорта и авиастроения) и топливно-энергетического комплекса, ТЭК. Если цена на альтернативные энергоносители будет ниже определенного уровня , авиация будет готова на них перейти и предъявлять значительный спрос, см. рис. 3. Фактически это означает, что, во-первых, авиастроение будет готово поменять технологии, разработать и освоить выпуск авиационной техники, предназначенной для использования нового вида энергоносителей, и, во-вторых, гражданская авиация, пользуясь возможностями снижения эксплуатационных расходов и тарифов, расширит предложение авиаперевозок, что, в свою очередь, обеспечит высокий спрос на новый вид энергоносителей и соответствующую авиационную технику.

Рисунок 3. Функция спроса авиации на новый вид энергоносителей (пример).

В то же время, для ТЭК как потенциального производителя альтернативного вида энергоносителей также существует в данном случае технологическая развилка следующего характера, см. рис. 4. Если объем продаж нового вида энергоносителей будет выше определенного порога , ТЭК будет готов их производить по «серийной» технологии и продавать относительно дешево (именно в силу значительных масштабов производства и экономии на масштабе). В противном случае предложение данного вида ресурсов возможно, но по более высоким ценам, поскольку осваивать их массовое производство ТЭК невыгодно.

Рисунок 4. Функция предложения нового вида энергоносителей со стороны ТЭК (пример).

В приведенном примере значимые для взаимодействующих отраслей входные переменные и их пороговые значения «перпендикулярны» (для авиации важна цена энергоресурсов, и при ее снижении ниже порога возможен резкий рост спроса на эти ресурсы до некоторого уровня; для ТЭК важны именно объемы продаж энергоресурсов, и если они превысят некоторый порог , возможно скачкообразное снижение их цены до некоторого уровня). Возникает вопрос: насколько совместимы между собой пороги значимых внешних показателей для обеих взаимодействующих отраслей? Условия, при которых их интересы при переходе к новому виду энергоносителей совместимы между собой, имеют следующий вид:

А) ,

т.е. спрос на энергоносители при пороговой цене для перехода авиации на них должен быть выше, чем пороговый объем производства для ТЭК, при котором он готов производить и продавать их дешево;

Б) ,

т.е. цена предложения энергоносителей, по которой ТЭК готов их продавать при достаточном объеме спроса, должна быть ниже пороговой цены, при которой авиация готова перейти на новые энергоносители.

Условия (А, Б) должны выполняться одновременно - тогда переход к новому виду энергоресурсов взаимовыгоден для обеих отраслей и, следовательно, возможен в рыночной экономике, т.е. соответствующая технологическая развилка в развитии авиации и ТЭК актуальна. Наглядно можно представить такую ситуацию в виде, показанном на рис. 5 (здесь совмещены графики спроса и предложения энергоресурсов, приведенные на рис. 3 и 4).

Рисунок 5. Области компромисса в пространстве внешних условий для авиации и ТЭК, взаимодействующих на рынке энергоресурсов (пример).

Заштрихованные области отражают «области компромисса» между двумя взаимодействующими отраслями. В этих областях любая точка , в принципе, приемлема для обеих отраслей, т.к. лежит левее кривой спроса авиации на энергоресурсы данного вида, но правее кривой их предложения со стороны ТЭК. В примере, приведенном на рис. 5, таких областей две: внизу справа - соответствующая фактическому отсутствию рынка энергоресурсов нового типа для авиации (высокие цены, низкие объемы продаж), и вверху слева - область, соответствующая переходу авиации к использованию альтернативных энергоносителей, а ТЭК - к их массовому выпуску. В принципе, области, изображенной внизу справа, может и не быть. Здесь представляет интерес именно область, расположенная в центре графика. Она будет непустой лишь при одновременном выполнении условий (А, Б). В этом случае взаимодействующие отрасли могут успешно преодолеть «технологическую развилку» и выйти на новый уровень как развития технологий, так и экономического развития, удовлетворения человеческих потребностей (в данном случае, в скоростных перевозках, поскольку они становятся существенно доступнее при использовании более дешевых энергоресурсов) и т.п. Подчеркнем, что соответствующие пороги, которые можно преодолеть, появляются не сразу, а именно в процессе научно-технологического развития. И его прогнозирование, в рамках предлагаемого здесь подхода, прежде всего, сводится к оценке этих порогов на основе анализа свойств управляемых систем (в данном случае, отраслей экономики и областей техники).

На этом примере можно заметить (на рис. 5 это наглядно видно, поскольку области компромисса лежат левее кривой спроса, но правее кривой предложения), что само наличие технологических развилок обусловлено именно скачкообразным характером изменения зависимостей, в данном случае - кривых спроса и предложения энергоносителей. В принципе, областей компромиссов между взаимодействующими отраслями и соответствующих развилок может быть несколько, и новые возникают по мере научно-технологического развития отраслей, как показано на рис. 6.

Рисунок 6. Множественность областей компромисса и технологических развилок (пример).

При этом продвижение «влево-вверх», т.е. в сторону меньших цен, но больших объемов производства, означает и прогресс в удовлетворении человеческих потребностей: блага (в данном случае - и энергоносители, и авиаперевозки) становятся доступнее, а их потребление расширяется.

Как упоминалось выше, параметры внешних условий, как правило, многочисленны, т.е. вектор внешних условий многомерен. Многомерны и пороговые уровни значений этих параметров, которые принимают вид некоторых граничных, пороговых гиперповерхностей в пространстве значений параметров внешних условий. Они и определяют технологические развилки.

Строго говоря, многомерная область значений параметров внешних условий должна включать в себя и координату времени. Т.е. рассматриваются именно динамические сценарии изменения внешних условий. Например, если известна (или задана, в виде прогноза) динамика распределения населения по уровню дохода, можно вычислить и траекторию изменения порогового уровня стоимости авиаперевозок, при котором достигается заданная подвижность населения (например, существенно более высокая, чем в нынешнем состоянии, что и позволяет говорить о качественно ином сценарии развития). Далее, исходя из моделей влияния энергетического сектора на технологическое развитие авиации, можно определить и граничную, пороговую траекторию изменения цены тех или иных видов энергоресурсов, потребляемых авиацией. Либо, по крайней мере, можно вместо непрерывных траекторий определять граничные значения параметров внешних условий, соответствующие различным дискретным временным горизонтам - например, через 10, 20, 50 лет и т.п.

Пример определения границы «переключения» между технологическими альтернативами

Пусть альтернативные технологии влияют на стоимость владения воздушным судном (ВС) следующим образом:

· применение первой обеспечивает большую энергоэффективность воздушных судов в эксплуатации, но также увеличивает их цену;

· применение второй ведет к большему энергопотреблению в эксплуатации, но цена воздушного судна ниже, чем при применении первой.

Пусть все остальные составляющие прямых эксплуатационных расходов авиакомпаний (ПЭР) одинаковы. Т.е. стоимости пассажиро-километра (пусть они и являются критерием выбора) равны

;

, где

, - стоимости пассажиро-километра полета при применении первой и второй технологии соответственно,

- цена единицы энергии,

, - удельный расход энергии в расчете на пассажиро-километр при применении первой и второй технологии соответственно,

, - цена воздушного судна при применении первой и второй технологии соответственно,

- назначенный ресурс воздушного судна,

, - прочие составляющие эксплуатационных расходов расчете на пассажиро-километр при применении первой и второй технологии соответственно.

По условию и , - накопленный к определенному моменту времени выпуск ВС.

Но, в свою очередь, цена ВС зависит от серийности его выпуска:

.

И, наконец, серийность выпуска определяется пассажирооборотом и производительностью одного ВС:

, где

- зависимость спроса на перевозки (пассажирооборота) от стоимости пассажиро-километра полета,

- производительность воздушного судна.

В свою очередь, спрос на перевозки падает с ростом тарифа и растет с ростом ВВП страны или мира :

; ,

Таким образом, стоимость пассажиро-километра зависит от следующих внешних условий: от цены энергоресурсов и от ВВП, причем, она растет с ростом цены энергии и падает с ростом ВВП:

;

.

(равновесные значения стоимости пассажиро-километра и цены ВС определяются из решения полученных уравнений). При этом можно качественно предсказать следующие результаты выбора оптимальной технологии. При повышении цены энергии, разумеется, первая технология становится предпочтительнее. Но ВС при этом дороже в разработке. Чем выше ВВП, тем выше, при прочих равных, спрос на перевозки и потребное количество ВС. И при больших значениях ВВП относительная дороговизна технологии 1 распределяется на больший объем транспортной работы и выпуска ВС, и, в конце концов, вносит меньший вклад в стоимость пассажиро-километра. Т.е. разделяющая граница в пространстве внешних факторов будет не параллельной или перпендикулярной осям, а наклонной (причем, скорее всего, в рассмотренном примере эта граница не будет прямой), см. рис. 7.

Рисунок 7. Пример формы границы в пространстве внешних условий.

На этом же рисунке можно отразить и несовместимость некоторых сочетаний внешних условий. Если, например, в нефтедобывающей стране с ростом цен энергоресурсов значимо возрастает ВВП, благосостояние населения и спрос на авиаперевозки (пример условный), тогда при высоких ценах энергоресурсов ВВП не может быть низким. Следовательно, «северо-западная» область, в верхней левой части графика, является «запрещенной» именно с точки зрения реалистичности внешних условий, а не внутренних свойств самой системы, авиации. На рис. 7 она заштрихована.

Продолжим рассмотренный выше пример выбора между двумя технологиями, более и менее энергоэффективной (но и, соответственно, более или менее дорогостоящей в смысле цены изделий). Предположим, что соответствующие уравнения решены, и далее рассматриваются уже равновесные значения стоимости пассажиро-километра полета и цены ВС:

;

,

причем, .

Здесь стоимость пассажиро-километра является критерием эффективности технологии, т.е. целевым функционалом. Пространство внешних условий двумерно и включает в себя ВВП и цену энергоресурсов: . В этом пространстве необходимо найти границу, разделяющую области предпочтительности технологий 1 и 2, из условия

, или

, или

.

Поскольку время здесь рассматривается как независимая переменная, для определения границы в пространстве внешних условий можно опустить его в полученном уравнении:

.

Его решением будут сочетания значений ВВП и цены энергоресурсов , причем, чем выше ВВП, тем ниже соответствующая цена энергоресурсов (поскольку равновесная цена ВС с ростом ВВП в рассматриваемой модели падает). Эти точки образуют континуум, изображенный убывающей линией на рис. 7. Таким образом, область значений , при которых предпочтительнее технология 1, соответствует одному сценарию технологического развития, а область, в которой предпочтительнее технология 2 - второй сценарий, и далее от специалистов в области макроэкономического прогнозирования и в области анализа рынков энергоресурсов требуется лишь определить, будут ли значения ВВП и цены энергоресурсов выше или ниже найденной границы в пространстве этих параметров.

На основе анализа проблем долгосрочного прогнозирования научно-технологического развития авиастроения в условиях существенной неопределенности внешних факторов, предложен новый подход к формированию сценариев развития, который включает в себя:

Ш учет особенностей динамики технологического развития, в частности - дискретности технологий;

Ш поиск пороговых значений параметров внешних условий, при которых становится целесообразным (с точки зрения поставленных целей развития отрасли) «переключение» на ту или иную альтернативную технологию, т.е. поиск «технологических развилок»;

Ш формирование сценарных условий в виде

· базовых сценарных условий (социально-экономических, геополитических и др.), соответствующих различным вариантам «образа будущего» авиации,

· и диапазонов (многомерных областей) значений внешних условий, соответствующих тому или иному выбору технологий (технологическим вариациям). Границы соответствующих областей соответствуют технологическим развилкам, разделяющим альтернативные варианты научно-технологического развития отрасли.

2. Такой «объектно-ориентированный» подход к формированию сценарных условий развития науки и технологий в авиастроении, в меньшей степени ориентирован на изучение внешних по отношению к авиации и авиастроению систем (что неограниченно расширяло бы необходимый фронт исследований), и в большей степени - на изучение их внутреннего устройства, их специфики и поведения в зависимости от внешних условий. Это существенно снижает трудоемкость прогнозирования перспектив развития науки и технологий в авиастроении и сужает спектр необходимых для этого компетенций.

Предлагаемый методологический подход позволяет свести необозримое множество возможных вариантов изменения внешних условий (а его мощность может быть больше, чем континуум) к конечному набору сценариев, каждый из которых приводит к специфическому варианту развития изучаемой системы, качественно отличающемуся от прочих - в данном случае, выбором тех или иных технологий. Определение конечного набора технологических развилок позволяет ставить перед исследователями в других отраслях более определенные вопросы, на которые можно дать научно обоснованный ответ даже при значительной неопределенности будущего этих отраслей. Вместо предсказания полной динамики их показателей, требуется лишь определить, попадут ли они в определенные области значений.

гражданский авиастроение технологический развилка

Список литературы

1. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Теория активных систем: состояние и перспективы. - М.: Синтег, 1999. - 128 с.

2. Дутов А.В., Клочков В.В. Стратегическое управление развитием авиационных технологий: проблемы и современные решения // Экономический анализ: теория и практика. 2013. - № 48 (351). - С. 2-15.

3. Клочков В.В., Чернер Н.В. Управление изменениями в распределенных производственных системах: проблемы внедрения комплементарных инновационных технологий // Друкеровский вестник. 2015. - № 4. - С. 21-36.

4. Commercial Aircraft Design Characteristics - Trends and Growth Projections / International Industry Working Group, January 2007, 5^th Edition. - 60 p.

Размещено на Allbest.ru