The Ratio of Output and R&D Effectiveness in Aircraft Industry in the 20th Century. Database Statistical Analysis

Kuzmin Yurii Viktorovich PhD in Physics and Mathematics Senior researcher, S.I.Vavilov Institute for the History of Science and Technology, RAS 125315, Russia, g. Moscow, ul. Baltiiskaya, 14 ykuzmin@rambler.ru Other publications by this author

По плодам их узнаете их.
Мф 7:16

Введение

Развитие технологии – интересный объект для исторического изучения. Технология может изучаться и как процесс накопления и изменения знаний и умений, и как процесс их приложения к созданию материальных и нематериальных изделий, и как социально-экономический институт, смыкаясь с понятием «отрасль промышленности» или «отрасль экономики», и как средство, обеспечивающее рост возможностей человечества (например, технология воздушных перевозок и связанный с этим рост мобильности населения в XX веке).

Развитию отдельных технологий посвящено множество исследований, например, ^[1-3]. Эти книги стали эталоном для отечественных историков техники, на них во многом равняются и современные исследователи. Из новых работ, посвящённых развитию технологии в отдельной стране, выделим коллективный труд ^[4].

Разные исследователи по-разному расставляют акценты. Если работа ^[3] рассматривает совершенствование конструкций, смену поколений как некий самостоятельный процесс, подобно многим работам по истории науки, излагающим её как симфонию идей, то ^[4] больше ориентирована на результаты работы промышленности и на развитие промышленности как социального института.

Из количественных данных в работах по истории технологий часто приводятся данные о выпуске, данные об отрасли (число заводов, НИИ, сотрудников, станков и т.д., данные о потреблении ресурсов) и пиковые данные, характеризующие образцы техники (данные испытаний, установленные рекорды, сведения о выдающихся перелётах и т.д.).

Возможно привлечение и иного массива количественных данных, который позволяет получить интересные и не встречавшиеся в предыдущих работах результаты. Это средневзвешенные значения, то есть, динамика не максимальных показателей (скажем, рекордов скорости), а средних значений, достигнутых на выпускаемых изделиях (средней скорости выпущенных в данном году истребителей, например). Средневзвешенными могут быть как количественные показатели (скорость, масса, дальность), так и качественные (доля бипланов среди всех выпускаемых самолётов).

Анализ таких величин позволил выявить стадии развития технологии самолётостроения, моменты, в которые поведение динамики как количественных, так и качественных показателей изделий резко, принципиально изменяется ^{[5, 6]}. В данной статье также вводится новый набор количественных данных, на этот раз – для количественного сопоставления динамики производства и результативности НИОКР (научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ).

Методология Предмет исследования

Предмет исследования – сопоставление динамики производства самолётов в мире и результативности опытно-конструкторских работ. Период исследования – XX век, точнее, с 1903 г. (год первого успешного полёта самолёта) до 2000 г. включительно.

В статье, в частности, проводится проверка «наивной» гипотезы о корреляции, пусть с временным запаздыванием или опережением, этих двух показателей. Скажем сразу: гипотеза оказывается неверной. Точнее, корреляция наблюдается до определенного момента, а затем сразу, во всём мире синхронно, исчезает, и показатели «выпуск самолётов» и «результативность НИОКР» перестают коррелировать.

Сравнение методов исследования

Обычно в применении к технологии используется понятие «Объём НИОКР»: абсолютный показатель, выраженный в денежных единицах или в человеко-часах, или «Интенсивность НИОКР: относительный показатель, в английской традиции – отношение затрат на НИОКР к объёмам продаж или к стоимости произведённой продукции.

Но для изучения мировой динамики за век финансовый подход не подходит сразу по нескольким причинам. Во-первых, цены мало отражают реальность в странах с нерыночной экономикой, а также при вмешательстве государства – а оно в авиастроении во всех странах было очень значительным. Во-вторых, уровень жизни конструкторов, скажем, в 1930-е годы в СССР, Японии, Германии и в США очень разнился, соответственно, разнились и финансовые затраты на них. Наконец, не ясно, где провести границы с учётом разной организации НИОКР. Если в Японии практически вся активность была сосредоточена в корпорациях, то в СССР, например, в тесной связке с ОКБ работало множество институтов – ЦАГИ, ЦИАМ, ВИАМ и другие. Учитывать их или нет?

Та же проблема возникает при попытке оценки объёмов НИОКР по численности занятых или по трудозатратам. Во-первых, разнится – иногда на порядки – производительность творческого труда. Это связано и с общим уровнем развития отрасли в стране, институциональными отличиями, в том числе с количеством обслуживающего и руководящего персонала. Во-вторых, возникает ранее отмеченная проблема, где именно провести границу занятых в данной отрасли.

Ещё два возможных подхода связаны с библиометрией. Первый учитывает число появляющихся публикаций, второй – число полученных патентов.

Рис. 1. Рост числа публикаций по аэронавтике ^{[7, с.127]}

В качестве примера укажем ^[7]. Она построена просто: взят библиографический справочник ^[8], изданный в Вашингтоне в 1910 г., по его данным рассчитана динамика числа публикаций по темам и годам и построен красивый график (Рис. 1). График демонстрирует бурный рост с несколькими провалами, в том числе, в 1905-1906 годах и, на первый взгляд, может быть использован в трудах по истории авиации. Загиб вниз графика в 1910 г. – это артефакт, связанный с тем, что сам библиографический сборник вышел в 1910 г., и в него попали только публикации, появившиеся в начале года.

Но работа ^[7] страдает от того же недостатка, что и большинство работ по экономической истории: берётся один источник данных (в данном случае – справочник Брокетта), и только он и используется для анализа положения в объективной реальности – в данном случае, в развитии технологии. Брокетт, без сомнений, проделал гигантскую работу, однако мой опыт знакомства с литературой начала XX века по аэронавтике говорит, что его справочник слишком «американоцентричен». Доля публикаций авторов из США непропорционально велика, что неудивительно. Сказываются и языковые ограничения составителя: в справочнике много публикаций на итальянском языке и ни одной – на испанском, хотя воздухоплавание и авиация в начале века активно развивались в обеих странах.

Публикации на русском языке в справочнике ^[8] есть, но это только около дюжины статей из журнала «Воздухоплаватель», издававшегося в 1880-1883 годах. Но с 1902 г. в России печатался ежемесячный журнал «Аэро и Автомобильная жизнь», а с 1909 г. два раза в месяц выходил авторитетный журнал «Библиотека Воздухоплавания», главным редактором которого был знаменитый в будущем авиаконструктор Д.П. Григорович. Ни одной статьи из этих журналов в библиографии Брокетта нет. А ведь Россия – это только один пример, и вторая половина 1900-х годов характерна именно тем, что авиация и авиационные науки становились популярными во всё большем количестве стран, причём не только европейских (например, в Сиаме). Таким образом, ценность выводов работы ^[7] начинает вызывать сомнения.

Но даже если избежать ошибок, связанных с ограниченностью исходных данных, метод по оценке количества публикаций или патентов неизбежно создаёт сильные перекосы, как межстрановые, так и динамические.

В самолётостроении много работ было засекречено, и степень засекреченности была очень разной для разных политических режимов. Поэтому если, например, ориентироваться на число патентов и открытых публикаций, то представление о соотношении интенсивности НИОКР в Веймарской республике и в гитлеровской Германии получится совсем неверным. То же касается соответствий «1920-е – 1930-е годы в СССР» или «брежневский СССР – 1990-е годы».

Патентное право в разных странах также развито по-разному. В США патентуются очень частные технические решения, в Германии патентов было несравненно меньше, патентное право и число патентов СССР и России менялись с развитием страны. Поэтому и библиометрические методы я считаю не вполне удовлетворительными.

Предлагаемый метод исследования и основные определения

Я предлагаю рассматривать не трудно определимую интенсивность НИОКР, а динамику результативности НИОКР. Результативность же можно оценить по количеству появляющихся новых модификаций или типов изделий.

В статье рассматривается взаимосвязь производства и результативности НИОКР в самолётостроении, определённой согласно предыдущему абзацу. Изучается мировая динамика и динамика по отдельным странам в течение века, шаг времени – один год.

Годом производства самолёта и датой появления новой модификации считается дата первого полёта. Самолётом считается летательный аппарат тяжелее воздуха, основная часть подъёмной силы в котором создаётся неподвижным или машущим крылом, оснащённый двигателем для создания тяги и имеющий лётный экипаж.

Таким образом, немногочисленные махолёты, мускулолёты с крылом (двигатель в этом случае «совмещён» с пилотом), самолёты вертикального взлёта входят в рассматриваемую категорию, а вертолёты, автожиры, планеры и беспилотные летательные аппараты всех видов – не входят, не входят в рассмотрение и летательные аппараты легче воздуха. Часто махолёты (орнитоптеры) не относят к самолётам, но их были считанные модификации и на результатах их включение практически не сказалось.

Рассматриваются только завершённые конструкции, в том числе, так и не взлетевшие по разным причинам. Возможны и другие подходы (например, «отсечение» на стадии утверждения макета по советской терминологии или фиксирования облика по американской), но в данной статье сделано именно так.

В соответствии со сложившейся в отрасли практикой выделяется понятия «тип самолёта» и «модификация самолёта». Различие между ними определяется в разных конструкторских школах по-разному. В статье используется следующее определение.

Тип – конструкция самолёта, отличающаяся от предыдущих конструкций того же разработчика качественными параметрами. В базе учитывается более 40 таких параметров от профиля крыла до схемы шасси и используемых конструкционных материалов. Если имеются отличия – то это новый тип. При определении «типа» мы не ориентируемся на обозначения производителя. Например, Су-27 и Су-35, или МиГ-29 и МиГ-35 – это модификации одного типа, а 81 построенный самолёт «Илья Муромец» пришлось разбить на шесть существенно отличающихся друг от друга типов.

Новая модификация – это изменение базового типа, связанное с изменениями размеров планера, изменением силовой установки, существенным изменением компоновки, масс или назначения. Не учитываются как новые модификации самолёты, построенные любителями по чертежам других разработчиков или, тем более, собранные из наборов.

Установка только нового оборудования – например, новой радиостанции или навигационной системы без изменения планера и/или силовой установки, как новая модификация не рассматривается.

Сам тип является первой модификацией данного типа. Таким образом, модификаций не меньше, чем типов. Сейчас в базе данных учтены 20810 модификаций самолётов XX века, относящихся к 10520 типам. Дальнейшее эволюционное развитие получило лишь около 1/3 типов: 7095 типов существовало только в изначальной модификации.

При оценке НИОКР учтены все реально созданные новые модификации, в том числе, полученные в процессе модернизации ранее созданных машин. А вот в производстве – только заново построенные самолёты.

Структура базы данных

Информация о разработке и производстве самолётов собиралась в базе данных. В качестве оболочки использована удобная реляционная база данных Microsoft Access.

Access позволяет проверять уникальность значений, подставлять в поля значения из справочников, что исключает описки и опечатки. Access при помощи условий на связи таблиц не даёт ввести событие, в котором участвует человек или модификация, не описанные в основных таблицах. Так исчезают «висящие в пустоте» данные, которые не учитывались бы при построении итоговых отчётов. Наконец, Access обладает удобным и мощным языком запросов, которые строятся как с использованием визуального редактора, так и на языке SQL (structured query language).

В базе данных имеется 40 таблиц, содержащих информацию, таких, как «летательные аппараты», «даты», «люди», «двигатели», «библиографические источники», «рекорды», «выпуск самолётов» и многие другие, связанных многочисленными отношениями с проверкой целостности данных. Основную роль играют таблица «_Aircraft», в которой описываются типы летательных аппаратов, и связанная с ней соотношением «один-много» таблица «Modifications» с описанием модификаций. В базе данных хранятся и изображения в трёх проекциях (слева, сверху, спереди) более 10000 модификаций в одном масштабе: 25 пикселей на 1 м. Это позволяет быстро визуально идентифицировать фотографии самолётов, встречающиеся в периодических изданиях и книгах и отвечать на вопрос "тот или не тот" (см. раздел "Проверка полноты исходных данных).

Рис. 2. Фрагмент схемы данных базы данных. Показаны только некоторые основные таблицы

Важную роль играют 70 таблиц-справочников, например: «вид двигателя», «тип оперения», «вид события», «роль человека в событии». Большая часть полей смысловых таблиц, кроме цифровых, дат и полей «примечание» может быть заполнен только значениями, содержащимися в справочниках или в других таблицах. Так, производитель самолётов вначале должен быть описан в таблице «Фирмы», и только потом использован в таблице «Выпуск по годам».

В ряд случаев вместо даты приходится использовать «период», состоящий из двух полей: начала и конца периода (см., напр., структуру таблицы «Выпуск по годам» на Рис. 2). Это связано с тем, что для ряда самолётов известны только даты начала и конца выпуска, но нет разбивки производства по годам. Не хватает типа «неполная дата» (например, с точностью до месяца или квартала), приходится вносить дополнительные поля «точность», в которых указывать, с какой точностью известно время того или иного события.

Рис. 3. Одна из форм, используемых при работе с таблицей

Разработан ряд форм для удобного внесения данных, одна из них приведена на Рис. 3. За годы развития база данных летательных аппаратов стала удобным в работе и многофункциональным инструментом.

Понятие страны создания самолёта и его производства

При определении страновой принадлежности последовательно используется «право земли»: самолёт учитывается в той стране, в которой он впервые поднялся в небо. То же и с модификациями: страна определяется по месту полёта первого прототипа. Таким образом, самолёт, созданный бразильцем Сантос-Дюмоном, впервые взлетевший близ Парижа, считается французским самолётом, как, впрочем, обычно и делается.

Не учитывается национальность и гражданство конструктора. Самолёты, созданные Мессершмиттом в Аргентине – аргентинские, а Луцким или Фоккером в Берлине – немецкие.

Введена «собирательная» страна Россия. Это Российская Империя и республика Россия до конца 1917 г., СССР с 1923 по 1991 г., Российская Федерация с 1992 г. Сложнее с периодом 1918-1922 г. «Россией» в этот период считается СССР в границах 1939 г. Таким образом, самолёты, построенные в Одессе и в Крыму в 1918-1919 годах, в том числе, под управлением австро-венгерской и немецкой администраций (а их было немало), считаются российскими.

«Принцип земли» принят и при учёте производства в оккупированных странах. Самолёты, построенные в Дании, Италии, Нидерландах, Франции, Чехословакии во время Второй Мировой войны под контролем немецких властей и для ВВС Германии засчитываются вышеназванным странам.

Самолёты, построенные в колониях и доминионах, засчитываются колониям и доминионам, а не метрополии, независимо от реальной политической автономии этих образований в рассматриваемый момент. Самолёты, построенные в г. Бангалор в1930-е годы – индийские, а не британские; в г. Джакарта в 1930-е годы – индонезийские, а не нидерландские; в г. Алжир в конце 1940-х годов – алжирские, а не французские.

База данных позволяет легко изменить эти принципы и получить иные результаты, основанные на других методиках, но в данной статье используется описанный выше подход. Он последователен, позволяет избежать систематических ошибок, разрывов графиков, связанных с политическими событиями, и удобен именно для анализа развития технологии.

Недостатки предлагаемого метода

Предлагаемый метод имеет свои недостатки, перечислим их.

Во-первых, фиксируются только НИОКР, доведённые до готового самолёта. Но проекты, могут быть не завершены из-за неблагоприятных внешних факторов, например, из-за начала Великой депрессии или войны (если речь идёт о гражданском самолётостроении) или краха государства в результате военного поражения или революции. Поэтому в разные периоды и в разных странах доля нереализованных проектов колеблется и иногда сильно вырастает. Самый известный пример, до сих пор не дающий покоя историкам авиации – множество нереализованных немецких проектов 1944-45 годов.

Кроме того, со временем разработка самолётов требует в среднем всё больше усилий (хотя, с другой стороны, компьютерные технологии её несколько упрощают). Поэтому для оценки объёма НИОКР надо умножать результативность НИОКР на растущий – и весьма быстро – со временем показатель. Как пример можно привести рост трудозатрат конструкторов при создании истребителей North American P-51 Mustang и North American F-86 Sabre. Они составляют 42000 и 1130000 часов соответственно ^[9], рост в 27 раз всего за десятилетие.

В связи с этим желательно умножить получившийся график «результативности НИОКР» на некоторую монотонно возрастающую функцию, описывающую средний рост трудозатрат конструкторов со временем. Но определить её сложно. Вместе с тем, даже без учёта этой возрастающей функции, в каждый данный момент вклад различных стран отображается корректно, и кратковременные колебания (или их отсутствие) динамики результативности НИОКР также видны.

Наконец, реактивный истребитель спроектировать сложнее, чем лёгкомоторный самолёт, поэтому желателен и анализ по назначению разрабатываемых самолётов. Можно ввести некоторый повышающий коэффициент для боевых машин. Но, опять-таки, его сложно определить. В то же время доли боевых машин колебались во всех странах более-менее синхронно: росли во время войн, снижались в мирные периоды. Можно отметить только два существенных исключения, это мирная ориентация авиастроения США в 1920-1930-е годы и повышенная, по сравнению со средним уровнем, милитаризация советской и китайской авиапромышленности. В данной работе никаких повышающих коэффициентов для боевых самолётов не предусмотрено.

Нет зависимости и от размера самолётов. Если в производстве есть мера «вес конструкции», которая прямо пропорциональна материалоемкости и хорошо коррелирует с трудоёмкостью, то для оценки объёма конструкторских работ эта мера подходит гораздо хуже, особенно с учётом постоянной борьбы за минимальный вес в авиации.

Ещё один недостаток метода неразрывно связан с его достоинством и состоит в том, что на протяжении столетия рассматривается только одна отрасль. Вместе с тем, появляются новые технологии и начинается отток конструкторов в смежные отрасли: для самолётостроения это вертолётостроение, ракетостроение, выпуск космических аппаратов. Но в этой статье мы изучаем именно интенсивность конструкторских работ в одной технологии, поэтому не учитываем деятельность конструктора в других областях.

Было бы интересно сравнить выводы, полученные на основе изучения одной технологии, с выводами, сделанными после изучения всего «пучка» родственных технологий.

Составить таблицу количества созданных новых модификаций по годам было намного сложнее, чем таблицу выпуска самолётов с той же точностью. Это связано с трудностями сбора сведений о неуспешных конструкциях, особенно созданных малыми фирмами и конструкторами-любителями. В общий выпуск такие самолёты, построенные в единичных экземплярах, дают малый вклад, но для подсчёта числа модификаций они существенны. Непросто собрать данные и о неудачных модификациях, созданных даже известными фирмами – обычно их не афишируют и не включают в юбилейные издания и каталоги.

Поэтому если приемлемые данные о выпуске самолётов в мире, собранные «снизу», появились у меня уже в 2014 г. ^[10], то данные о динамике создания модификаций – только в 2020 г.

Проверка полноты исходных данных

Для сбора данных о создании новых модификаций самолётов и их производстве мной использовано почти 12000 различных источников. Это архивные документы, как отечественные, так и опубликованные документы из архивов США, Франции, Великобритании и Германии; исторические труды, пресса, каталоги и энциклопедии, сайты фирм и т.д. Информация систематизировались в реляционной базе данных.

В результате в базе данных сформированы 36500 записей о производстве самолётов: модификация, год или период, производитель, разработчик (часто это разные организации), источник информации, возможные неточности.

Вместе с тем, не существует способа доказать, что мной собраны полные данные по всем построенным самолётам. Вполне может обнаружиться, что сто лет назад в одной из малых стран некий любитель построил самолёт, нигде его не регистрировал, взлетел и разбил машину.

Но есть статистические методы, позволяющие оценить близость к единице доли выборки из неизвестной, но конечной генеральной совокупности. Основной такой метод –подсчёт доли событий из той же совокупности, включённых в изучаемую выборку, в какой-либо другой, независимой выборке. Если выясняется, что в независимых выборках обычно встречается не более 5% событий, не включённых в исследуемую выборку, то можно с большой вероятностью утверждать, что доля выборки не менее 100%-5% = 95%.

В качестве независимых выборок для контроля использовались не только многочисленные справочники и энциклопедии, такие, например, как ежегодники Jane’s all the world’s aircraft, список наименований самолётов, подготовленный NASM и интернет-энциклопедии, в том числе, огромная интернет-энциклопедия «Уголок неба», но и годичные подшивки журналов разных стран за разные периоды XX века, как повествующих о текущих событиях (например Flight – в журнале говорится, в основном, о новых для редактора аппаратах), так и исторических (например, Le Fana d'Aviation, где в одном номере публикуются статьи о самолётах самых разных лет). Подшивка методично изучалась и выписывались все данные о новых, ранее мне неизвестных, модификациях летательных аппаратов.

Эту работу нельзя выполнять механически, например, путём машинного анализа текста, так как, особенно в ранние годы развития авиации, одни и те же аппараты фигурировали под разными названиями: под именем конструктора, производителя, владельца, спонсора, под прозвищем и т.д. Поэтому каждый раз приходилось обращаться к базе данных и либо находить в ней аппарат, ориентируясь на годы, топонимику, фамилии и, главное, описанные особенности конструкции, либо не находить и фиксировать новую модификацию.

Контрольные выборки, сделанные мной в последние годы, показывают, что подавляющее большинство модификаций уже учтено: достаточно часто подшивка прочитывается «от корки до корки» с фиксацией всех упоминаний о модификациях самолётов, и новых модификаций в результате не выявляется.

Разумеется, теоретически может существовать летательный аппарат, который был создан и не привлёк никакого отражения в прессе ни в момент своего появления, ни позже. Такой самолёт в базу не попадёт. Однако для журналистов местных изданий создание любой летающей конструкции – это достойный новостной повод, и обычно как минимум пара заметок в районных и областных газетах появляется. Сейчас всё большее количество местных газет переводится в электронную форму и архивы доступны в сети Интернет, особенно это касается английских, французских, немецких газет и газет США. Контрольные выборки проводились и по таким изданиям и дали хорошие результаты.

Я оцениваю, что сейчас в базу данных включены сведения не менее, чем о 95% модификаций самолётов, построенных во всём мире в XX веке. Считаю, что подобный опыт оценки полноты выборки может быть полезен и для других историков, не имеющих ранее составленного единого источника данных или не полагающихся всецело на такой источник.

Аналогичные работы

Мне неизвестны аналогичные работы, целью которых было бы определение количественной динамики интенсивности или результативности конструкторских работ в рамках какой-либо технологии.

Достаточно часто указываются результаты и характеристики деятельности отдельных фирм или ОКБ: численность, финансирование, количество созданных модификаций, масштабы их производства. Но ни одной работы, где бы данные о результативности НИОКР собирались за протяжённый период для всего мира я не встречал.

Мне также неизвестны работы, в которых проводилась бы проверка полноты исходных данных путём сравнения с независимыми выборками.

Попытки оценить число модификаций самолётов в отдельные периоды предпринимались и раньше, но обычно учёт был очень неполным. Например, в известной книге ^{[11, с. 184]} сказано: «К началу 1910 г. в мире было построено около 80 различных самолётов». В моей базе данных собраны сведения о 285 различных модификациях самолётов, относящихся к 251 разному типу, построенных в 1903-1909 годах включительно: разница в три с половиной раза.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В данной статье, в основном, сравнивается поведение двух динамических величин: появления новых модификаций самолётов за год и выпуска самолётов за год. Более детальный анализ, включая сравнение графиков появления новых модификаций и новых типов и разбивки самолётов по назначению, будет проведён в следующей статье.

Начальный период самолётостроения: взрывной рост разработок и производства

1905-1910 годы – период взрывного развития самолётостроения. С каждым годом, с каждым кварталом появлялось всё больше новых конструкций, строилось всё больше аэропланов, причём росла и доля успешных, способных к полёту конструкций (Рис. 4)

Рис. 4. Рост количества построенных самолётов в 1903-1908 годах

В 1911-1912 годах рост производства замедлился, но не остановился, а вот с разработками ситуация была обратной. Пик конструкторской активности был достигнут в начале 1911 г., после чего поток новых конструкций начал уменьшаться (Рис. 5).

Насколько я знаю, такое замедление НИОКР в самолётостроении в этот период констатируется впервые. Обычно, например, в ^[11], повествуется о поступательном развитии авиации – тем более, что в эти годы росло производство, строились новые авиазаводы, устанавливались всё новые рекорды.

Рис. 5. Разработка и производство самолётов в мире в 1903-1913 годах

Однако темпы появления новых конструкций замедлились. О причинах этого можно спорить. Я считаю, что исчерпался круг первых энтузиастов авиации. Более того, из этого круга отсеялись аутсайдеры, уменьшилось разнообразие подходов. Большая часть авиационных новостей в начале 1910-х годов касается самолётов немногих известных марок, таких, как Bleriot, Farman, Morane, Nieuport, Voisin во Франции; Burgess и Curtiss в США; Etrich и Rumpler в Германии.

Таким образом, временно приостанавливается приток свежих сил и, одновременно, происходит централизация, отбор наилучших конструкций, что ведёт как к росту выпуска, так и к некоторому снижению объёмов НИОКР.

Это первое по хронологии описываемых событий замеченное мной существенное отклонение поведения результативности НИОКР от динамики производства.

Сделаем первое наблюдение. В конце первой стадии развития технологии, стадии спорта и энтузиазма (о стадиях развития технологии см, напр., ^[5]), происходит замедление развития, связанное с исчерпанием сообщества первопроходцев и отсева аутсайдеров. При этом выпуск может продолжать монотонно возрастать.

К сожалению, этот вывод сделан на основе анализа только одной технологии. Было бы крайне интересно проверить его как гипотезу при подобном анализе НИОКР в других отраслях.

Первая мировая война

Рис. 6. Разработка и производство самолётов в мире в 1903-1938 годах

Первая Мировая война привела к росту производства самолётов в десятки раз. Если в 1912 году в мире построили 1400 аэропланов, то в 1918 году – более 80000 ^[2]. Во многих изданиях приводят выпуск для 1918 г., превышающий 90000 самолётов, например, в ^{[12, p. 57]} дано значение 96676 самолётов без учёта России. Это связано с тем, что в основном используются отчёты военных ведомств, где самолёт учитывается не по дате постройки или полёта при заводском облёте, а по дате передачи в часть. Многие серии, выпускаемые в 1917-1918 годах, целиком засчитываются 1918 г. Но точно разбить выпуск по годам во время Первой Мировой войны очень сложно, и если общее производство за 1915-1918 годы в моей базе хорошо согласуется с другими источниками, в т.ч. с ^[12], то выпуск в 1916-1917 годах у меня несколько больше, а вот в 1918 г. – заметно меньше. В дальнейшем я приложу силы к уточнению разбиения по годам в этот период и, возможно, пик производства 1914-1918 годов станет более тонким и высоким, но качественно картину это не изменит.

Интенсивность появления новых модификаций также выросла, хотя и не так сильно, и вскоре рост вновь прекратился. В 1918 г. было выпущено намного больше самолётов, чем в 1917, а вот новых модификаций появилось ровно столько же, сколько в 1916 г.: 412, и меньше, чем в 1917 г., когда был достигнут локальный максимум – 428 новых модификаций в год.

Вероятно, причина и роста, и его быстрого прекращения связана с вовлечением новых творческих сил. К производству самолётов перешли, как по требованию государственных властей, так и по собственной инициативе, в надежде на объёмные заказы, многие предприятия из других отраслей: мебельные, каретные, автомобильные, трамвае-, судо- и даже паровозостроительные. Они принесли в отрасль и свою инженерную культуру, иногда обогащавшую авиацию неожиданными эффективными решениями, а иногда приводившую к созданию на удивление недееспособных конструкций.

Но к 1917 г. резерв сил этой новой волны, видимо, тоже был исчерпан. Воспользовавшись парадигмой «вызов-ответ», сформулированной Тойнби в ^[13], мы можем сказать: на вызов, требующий быстрого роста выпуска самолётов во время Первой Мировой войны, был найден ответ, связанный с привлечением новых творческих сил из других областей производства, что привело и к росту результативности НИОКР, хотя он был и намного менее выражен, чем рост выпуска.

Итак, второе наблюдение таково: при резком увеличении потребности на продукты технологии привлекаются творческие силы из других, зачастую даже не смежных отраслей техники, что даёт заметный, но ограниченный эффект.

Послевоенный спад

Авиация с 1914 и до середины 1950-х годов была, в основном, средством войны. Поэтому после окончания войн производство драматически сократилось (Рис. 6). Интересно, что в относительных величинах спад в Великобритании был куда сильнее, чем в России (детали можно найти в ^[14]). В России объёмы производства в локальном максимуме 1917 г. и минимуме 1921 г. различались в 26 раз, в США (1918 и 1924 годы) – в 27, а в Великобритании (1918 и 1923 годы) – в 62 раза!

Рис. 7. Распределение результативности разработки самолётов по основным странам

Но вот с интенсивностью разработок ситуация была совсем другой. Если спад производства сильнее всего сказался на державах-победительницах, то позиции в разработках потеряли именно государственные образования, не пережившие Великую Войну. Это чётко видно на Рис. 7: доля в разработках и России, и Германии очень резко снижается, а восстанавливается с огромным трудом, что видно в правой части Рис. 7.

Отсюда третье наблюдение. Политические катаклизмы влияют на объём НИОКР куда сильнее, чем на объём производства. Восстановление же позиций на мировом рынке в области НИОКР происходит куда с меньшей эффективностью и занимает куда больше времени, чем в области производства.

Между войнами: сила и слабость гражданского самолётостроения

После окончания очень резкого, непродолжительного спада начался новый бурный рост. С 1920 по 1929 г. производство самолётов в мире выросло в 6,4 раза (средний рост 23% в год), а количество появляющихся в год новых модификаций – со 146 до 691, что означает рост в 4,7 раза или 19% в год.

Кто же формировал спрос на самолёты и кто были те новые творческие силы, которые создавали эти сотни новых, зачастую – принципиально новых конструкций?

Обратим внимание на быстрый рост доли США в это время (Рис. 7). Во второй раз, как и до Первой Мировой войны, основным потребителем стали не государства, а лётчики-частные лица, к ним добавились возникающие многочисленные гражданские авиакомпании. В США и в большинстве европейских стран произошла либерализация авиапромышленности, уменьшение госрегулирования, которое, в то же время, сопровождалось субсидиями для потребителей технологии – авиаперевозчиков.

Это и привело к бурному росту, продолжавшемуся вплоть до Чёрного вторника 29 октября 1929 г. Спад производства и разработок был практически синхронным и затронул, прежде всего, США и гражданскую подотрасль. Но уже через пару лет он сменился новым, пусть вначале и неуверенным ростом, при этом в общем выпуске росла доля военных машин.

До этого момента знаки производных функций выпуска самолётов и результативности разработок в целом совпадали, за исключением стагнации разработок в 1910-1912 годах. Оба графика росли и убывали синхронно. Но в середине 1930-х годов совпадение исчезло.

Несмотря на рост производства роста числа разработок не произошло. Оно продолжало монотонно снижаться. Система НИОКР ещё раз доказала, что она гораздо более хрупкий и труднее восстановимый ресурс, чем производственные возможности.

Произошли любопытные изменения роли стран. В разработках увеличилась доля «прочих» стран, прежде всего за счёт Италии и Японии.

Нарастила свою долю готовящаяся к войне Германия, однако… в 1938 г. она довела её только до показателя 1926 г., и этот показатель был несравненно ниже, чем доля Германии в мировых разработках во время Первой Мировой войны. Потери, связанные с поражением и последующим кризисом, оказались невосстановимыми.

Вместе с тем, доля СССР в разработках в середине 1930-х даже несколько превысила достижение России 1915-1917 годов, хотя рост разработок очень сильно отставал от роста выпуска.

Возможно, это связано с централизованным характером экономики двух стран: число создаваемых модификаций при этом невелико, так как в большинстве случаев работы ведутся по госзаказу, а негосударственный сектор сильно подавлен. Хотя и в этом случае появляются студенческие или любительские конструкции, их несравненно меньше, чем в таких странах, как США или Великобритания.

В 1937 г. рост числа новых разработок в СССР прекратился. Количество новых модификаций, созданных в 1936-1939 годах в СССР, распределяется по годам так: 57, 48, 33, 48. И если производство в годы репрессий и связанными с этим нервозностью работников и кадровой чехардой всё-таки показывало стабильный рост, то сфера разработок отреагировала вполне определённо. Это ещё раз иллюстрирует, что разработки чувствительнее и уязвимее к политическим катаклизмам, чем производство.

Падение доли разработок во Франции во второй половине 1930-х годов связано с приходом к власти «левого» правительства, национализации отрасли, слияния – часто механического и нерационального – фирм со сложившимися конструкторскими и технологическими школами. Следствием этого было прекращение многих линий развития конструкций самолётов и затягивание сроков разработок оставшихся проектов.

В эти годы произошла и смена лидера. Вместо Франции, законодателя мод начала века, вперёд вырвались США, при этом именно в США была самой большой доля гражданских самолётов – как в разработке, так и в производстве.

Ещё одна любопытная особенность состоит в том, что во время Великой депрессии спад количества новых модификаций начался чуть позже, чем спад производства. Несколько месяцев, несмотря на спад спроса и выпуска, количество новых предложений росло. Отчасти это объясняется инерцией конструкторского цикла: разработки были начаты в «сытое время» и их стремились завершить, несмотря на изменившиеся обстоятельства.

По моему мнению, есть здесь и рефлекторная хаотически-защитная составляющая поведения производственных организмов, полезная в «нормальных» условиях, но губительная в условиях долговременного ухудшения внешней среды, так как она увеличивает издержки и дополнительно уменьшает запас финансовой устойчивости предприятия. Компании пытаются предложить потребителям новинки, надеясь, что если не покупают старые модели – то купят новые, при этом не понимая, что дело не в характеристиках тех или иных моделей, а в глобальном изменении экономической ситуации.

На мой взгляд, нечто подобное наблюдалось в начале 1990-х годов в России: на резкий спад госзаказа (а другого в СССР в авиастроении и не было) ОКБ ответили не адекватным сокращением и оптимизацией расходов, а лихорадочным проектотворчеством, предлагая самые экзотические летательные аппараты, зачастую для весьма нишевых или даже существующих лишь в воображении творцов рынков, например, проекты гидросамолётов с грузоподъёмностью 500-1000 т. Всё это напоминает хаотическую реакцию организма при нехватке кислорода, когда при отсутствии разумного плана тело пытается сделать хоть что-то, чтобы изменить невыносимую ситуацию.

Сделаем четвёртое наблюдение: Либерализация производства и грамотное стимулирование спроса не только резко увеличивают производство, но и приводят к притоку в отрасль новых творческих сил, что даёт соответствующий прирост и в результатах разработок. Однако ориентированная на рынок технология сильно зависит от этого рынка. И если производство достаточно быстро восстанавливается после ударов, связанных с депрессией, то восстановление объёма разработок происходит гораздо мучительнее.

Парадокс Второй Мировой войны

Вторая Мировая война привела к невиданному ранее росту производства самолётов. Только за 1944 г. было произведено 10% всех самолётов, построенных за век, а в 1941-45 годах - более 1/3 векового производства ^[14]. Какова же изменилась интенсивность создания новых модификаций самолётов?

Мы видели, что вызов Первой Мировой войны повлёк за собой привлечение к конструированию самолётов новых коллективов из других отраслей, что привело к увеличению числа новых конструкций.Парадоксально, но во Вторую Мировую войну ничего подобного не произошло. Динамика числа модификаций никак не прореагировала на войну и связанную с этим коренную перестройку самолётостроения во всех странах-участницах. Точнее, число модификаций, появившихся за год, продолжало монотонно снижаться с темпом, сравнимым с темпом 1930-х годов (Рис. 8).

Можно провести более аккуратный анализ, исключив из рассмотрения в предшествующие периоды исчезнувшие сегменты отрасли: разработки в оккупированных странах, а также производство гражданских самолётов, не пригодных для роли учебных или военно-транспортных машин. Тогда вместо спада в предвоенные и в военные годы мы получим почти ровное плато, но никакого роста не будет и в этом случае.

Рис. 8. Разработка и производство самолётов в мире в 1920-1960 годах

Интересно, что спад разработок не был связан с разрушением или переносом производств. В Табл. 1 приведено количество модификаций самолётов, созданных в стране за 1936-1940 годы (усреднение по пятилеткам взято для сглаживания флуктуаций – длительность процесса создания самолёта уже в то время обычно превышала год), за 1941-1945 годы и отношение этих двух чисел.

Табл. 1. Создание новых модификаций по странам в 1936-40 и 1941-45 годах

Видно, что спад результативности НИОКР сильнее всего сказался в Германии. Интересно, что в СССР, значительная часть которого была оккупирована, в результате чего большую часть авиапромышленности пришлось эвакуировать далеко на Восток, и в США, территория которых не пострадала от войны, спад оказался практически одинаковым: 89% и 91% соответственно. Это сравнение показывает, что, вероятно, и в случае с СССР дело не только в эвакуации и потере производственных мощностей. Феномен роста интенсивности НИОКР в Великобритании заслуживает дальнейшего более подробного рассмотрения.

Спад НИОКР продолжился и после Второй Мировой войны, до самого начала Корейской войны. Затем, несмотря на новый двухкратный рост выпуска самолётов в 1951-1953 годах, причём, в основном технологически сложных и дорогих боевых машин во всех основных авиастроительных державах, темп создания новых модификаций отнюдь не начал расти но, по крайней мере, стабилизировался.

Вероятно, к этому времени в отрасли остался только остался костяк конструкторских школ, достаточно устойчивых как к изменениям внешней среды, так и к соблазнам смены области деятельности.

Почему же творческие реакции на вызов войны столь различны в случаях Первой и Второй Мировой войн? Почему рост производства вызвал в первом случае привлечение новых творческих сил, а во втором – практически нет, хотя рост выпуска во время Второй Мировой войны был более масштабным?

Вероятно, ресурс, говоря словами Тойнби, активного творческого меньшинства, способного создавать новое и развивать технологии, весьма исчерпаем, и повторное рекрутирование не удалось ни в одной из стран. В США, например, автостроительные компании широко привлекались к производству самолётов. Но не к проектированию их. А почти все «новые» ОКБ, появившиеся на рубеже 1930-19340-х годов в СССР возникали путём отпочковывания от существующих коллективов или их преобразования (Подробное перечисление выходит за рамки статьи. Укажем, что школы Сухого, Архангельского, Петлякова сформировались в ОКБ Туполева, МиГ – в ОКБ Поликарпова, Лавочкин после работы у конструктора Laville 10 лет проработал в системе Авиапрома и т.д.).

Между мировыми войнами родилось и выросло целое поколение людей, но повторить приём с «рекрутированием» новобранцев из других отраслей не удалось. Вероятно, субъектом творчества здесь выступает не отдельный человек, а более долгоживущая и трудно формируемая общность – конструкторская школа, характерные приметы которой видны в плодах её труда – в данном случае, самолётах – в течение десятилетий ^[15].

Сформулируем пятое наблюдение. Творческое конструкторское меньшинство – конечный и легко исчерпаемый ресурс. Расчёты на быстрое восполнение его, например, путём рекрутирования из других отраслей, могут не оправдаться даже при крайней степени нужды и при неограниченной государственной поддержке, как это было в годы Второй Мировой войны.

Послевоенная стагнация и парадокс 1980-х

На Рис. 9 приведён график появления новых модификаций и выпуска самолётов для второй половины XX века. К флуктуациям выпуска от года к году надо относиться скептически: часто установить точное распределение построенных самолётов по годам не удаётся, известен только период, в который строилась та или иная партия самолётов (подробно ограничения информации в базе данных изложены в статье ^[16]). Достоверно можно говорить о росте выпуска боевых самолётов в годы Корейской войны, спаду вокруг 1960 года, плато 1967-1980 года, очень резкому и необратимому спаду первой половины 1980-х годов и о новом, значительно более низком уровне, на котором стабилизировался мировой выпуск.

Диаграмма появления новых модификаций более точна: почти для всех машин (>99,6 %) известны дата или, по крайней мере, год первого полёта.

Спад производства 1960-г слабо отразился на НИОКР: провал 1963 г., когда появилось только 96 модификаций против 128 в 1962 г. и 125 в 1964 г. – это, скорее, флуктуация. В целом продолжился постепенный понижательный тренд, отчасти вызванный увеличением сложности самолётов и затрат на их разработку, отчасти – оттоком конструкторов в такие новые отрасли как вертолётостроение, ракетостроение и космическая техника.

Рис. 9. Разработка и производство самолётов в мире во второй половине XX века

Очень интересна реакция НИОКР на колоссальный спад выпуска самолётов в мире в начале 1980-х годов (о спаде производства в СССР и в мире см. ^[16]). В 1980-е годы наблюдается заметный рост конструкторской активности, несмотря на резкое снижение производства. Таким образом, в отличие от времени великой депрессии спад производства в 1980-е годы не привёл к спаду НИОКР.

В целом, колебания графика результативности НИОКР намного слабее, чем колебания графика выпуска. Ни спад, ни рост не приводят к заметным изменениям тренда.

Интенсивность НИОКР слабо реагирует не только на глобальные, но и на локальные спады производства, даже на самые резкие. Как пример рассмотрим СССР и Россию 1980-1990-х годов. Мировой кризис авиастроения начала 1980-х годов сказался и на СССР, но гораздо слабее, чем на США. После этого, в 1985 г. производство стабилизировалось на уровне около 650 самолётов в год. Но в 1991 г. начался новый резкий спад, и в 1997 г. Россия – уже без Украины, Узбекистана, Грузии с их самолётостроительными заводами построила только 101 самолёт, в 6 с лишним раз меньше.

Как же за это время изменилась доля России в мировых разработках самолётов, особенно с учётом того, что в Украине остались не только киевский и харьковский авиазаводы, но и всемирно известное КБ им. Антонова?

В Табл. 2 приведены данные о появлении новых модификаций по пятилеткам в СССР (с 1992 г. – для России) и по выпуску самолётов за те же периоды, поля % означают долю страны в мировых разработке и производстве соответственно.

Видно, что за 25 лет доля страны в мировом авиапроизводстве сократилась в 5 раз: с 7,5% до 1,5% (рост доли в 1986-90 годах означает не то, что в СССР производство росло, а то, что в США и других странах оно сократилось еще сильнее).

Табл. 2. Создание новых модификаций и выпуск самолётов в СССР и России по пятилеткам

А вот доля разработок очень долго оставалась крайне высокой, и если в начале 1970-х превосходила долю в мировом производстве в 16,9% / 7,5% = 2,25 раз, то во второй половине 1990-х диспропорция выросла до 15%/1,5% = 10 раз.

Таким образом, конструкторские коллективы устойчиво функционируют на стадии развитой технологии, медленно меняют интенсивность работы и в условиях экономического спада продолжают в прежнем темпе генерировать новые проекты, которые, однако, не могут окупиться в связи с изменившимися условиями.

На Рис. 10 дано распределение по годам доли новых модификаций самолётов по странам в XX веке. Видны устойчивое доминирование США с 1920-х годов, последовательный рост НИОКР в России вплоть до второй половины 1980-х годов, постепенное исчезновение авиационных конструкторских школ Великобритании и Франции и рост роли новых авиационных держав, в том числе, Китая и Бразилии.

Рис. 10. Распределение результативности разработки самолётов по основным странам в XX в.

Сделаем шестое наблюдение. Результативность НИОКР в развитой технологии слабо реагирует на рост и спад производства, иногда демонстрируя парадоксальное поведение: в начале спада результативность НИОКР растёт, но затем вновь возвращается к прежнему уровню. Даже спад производства в разы не приводит к сопоставимому сокращению результативности НИОКР.

Продолжение исследований

В этой статье мы только описали методику исследований, принятый подход и рассмотрели самые общие величины: мировую динамику выпуска и разработок самолётов в целом и распределение разработок по странам. Уже на этом этапе был сделан ряд интересных наблюдений.

Мы ввели два понятия, характеризующее технологическое новшество в авиастроении: новую модификацию и новый тип, но пока работали только с модификациями.

Изучение динамики появления новых типов совместно с модификациями позволит ответить на целый ряд других вопросов, связанных с развитием технологии, в том числе:

- выделить периоды создания принципиально новых конструкций и периоды эпигонства, периоды поисков нового и совершенствования старого;

- рассчитать относительную эффективность конструкторских работ в разных странах и её динамику, анализируя долю созданных типов, не получивших дальнейшего развития;

- показать тенденцию к демилитаризации авиации не только в производстве, но и в разработке самолётов;

- показать крайнюю консервативность не только временного, но и географического поведения НИОКР, исследуя динамику распределения НИОКР по странам, в том числе, с использованием коэффициента Херфиндаля-Хиршмана.

Выводы

Собранные данные о создании и производстве самолётов в XX веке позволили впервые в мире построить график появления новых модификаций самолётов.

Тремя неожиданными моментами стали: впервые замеченное замедление темпа разработок в 1911-1913 годах, полное отсутствие реакции графика числа новых модификаций на Вторую Мировую войну и парадоксальные реакции мирового графика числа новых модификаций на спад производства в 1980-е годы, а российского – на спад производства в стране в 1990-е.

Кроме того, удалось выявить ряд особенностей развития технологии самолётостроения, а именно:

• Определить период первоначального взрывного роста 1903-1910 годов, впервые увидеть кризис разработок 1911-1913 годов, связанные с исчерпанием возможностей первого поколения энтузиастов авиации;
• Продемонстрировать, как проявляется привлечение при необходимости внутреннего резерва общества, связанного с притоком новых сил из других отраслей;
• Показать, что политические катаклизмы отрицательно влияют на результативность НИОКР куда сильнее, чем экономические спады, даже такие, как Великая депрессия и спад начала 1990-х годов в России. Восстановление же разрушенной системы НИОКР идёт намного медленнее и с меньшими результатами, чем восстановление производства.
• Показать эффективность рыночных механизмов не только в производстве, но и в разработке и, в то же время, уязвимость рыночно ориентированной системе НИОКР при экономических кризисах
• Показать конечность и ограниченность творческого резерва, невозможность организации новых центров разработки «по желанию» даже в самых критических обстоятельствах и при использовании самого активного государственного стимулирования;
• И, главное, показать консервативность поведения НИОКР в развитой технологии, очень слабую реакцию результативности НИОКР как при росте, так и при падении спроса и производства.

Я полагаю, что часть или все эти особенности могут быть свойственны не только авиастроению и могут оказаться достаточно общим законом развития техники.

К сожалению, исследования только одной технологии не позволяют уверенно утверждать, в каких из особенностей проявляются общие свойства, внутренне присущие технологиям как социальным явлениям, а какие определяются внешними политическими и социальными событиями.

Хотелось бы увидеть исследования, в которых динамика производства и разработок проанализирована для какой-нибудь другой технологии.