Примечание 6.5. Автомобили как мехатронные устройства
Нет лучшего примера объединения электронных и механических компонентов, чем современный легковой автомобиль. Oldsmobile Tornado, выпущенный «Дженерал Моторе» в 1977 году, был первой машиной, снабженной электронным блоком управления (ЭБУ), способным контролировать зажигание. Четырьмя годами позже «Дженерал Моторе» имела около 50 тысяч строк кода в программном обеспечении контроля двигателя, собранного на главном производстве (Madden 2015). Сейчас даже в дешевых автомобилях установлено до 50 ЭБУ, а некоторые машины класса «премиум» (включая «Мерседес-Бенц» S-класса) содержат до 100 соединенных в сеть ЭБУ, и поддерживающее их ПО имеет до 100 миллионов строк кода. И это по сравнению с 5,7 миллиона строк ПО, необходимых для функционирования F-35, ударного истребителя ВВС США, или 6,5 миллиона строк для «Боинга-787», самой последней версии коммерческого авиалайнера (Charette 2009).
Автомобильная электроника становится более сложной, но сравнение количества строк ведет к неверным выводам. Главная причина, почему ПО для автомобилей более объемное, состоит в том, что требуется обеспечивать большее количество опций и конфигураций, предлагаемых в роскошных моделях, включая информационно-развлекательный центр и систему навигации, которые не имеют ничего общего с автомобильным делом; также присутствует значительная доля повторно используемого, автоматически сгенерированного и излишнего кода. Электроника и ПО сейчас составляют до 40 % затрат на производство автомобилей класса «премиум»: машины превратились из чисто механических устройств в мехатронные гибриды, и каждое дополнение в области полезных контрольных функций – система слежения за разметкой, система автоматического торможения или продвинутый комплекс диагностики – расширяет требования к ПО и увеличивает цену машины. Тренд очевиден, но полностью автономные, самоуправляемые автомобили не появятся так быстро, как ожидают многие некритично настроенные обозреватели.
Автомобили – идеальный образец отрасли, в которой исследования, дизайн, маркетинг и обслуживание играют не менее важную роль, чем реальное производство товаров. Независимо от того, как изменилось использование воплощенной энергии (на автомобиль, компьютер или заводской узел): выросло (благодаря более энергоемким материалам, большей массе или лучшей выработке), осталось тем же самым или уменьшилось, – кроме объема выпуска стали очень важны внешний вид, заметность бренда и качество. Этот тренд имеет значительные импликации как для использования энергии в будущем, так и для структуры занятости, но мы пока не можем знать, каково будет его влияние (больше на эту тему – в главе 7).
Транспорт
Несколько атрибутов характеризуют все виды транспорта на ископаемом топливе и электрического транспорта. По контрасту с традиционными способами перевозки людей и товаров они много быстрее, иногда просто невероятно: каждый год десятки миллионов людей пересекают Атлантику за 6–8 часов, хотя столетием ранее на это уходило шесть дней (Hugill 1993), а половину тысячелетия назад задача была решена за пять недель. Транспорт стал несравнимо более надежным: даже лучшая упряжка с сильнейшими лошадьми встретилась бы с трудностями при попытке пересечь альпийские перевалы, ее ждали бы сломанные оси, изувеченные животные и ослепляющие шторма; сейчас сотни полетов совершаются над теми же горами, а поезда идут по туннелям. Что до цен, то перед Первой мировой войной пересечь Атлантику стоило в среднем 75$ (Dupont, Keeling and Weiss 2012), или около 1900$ в ценах 2015 года. Дорога туда-обратно обошлась бы почти в 4000$, и это по сравнению со средней (без скидок) ценой в 1000 долларов на перелет Лондон – Нью-Йорк.
Начало XIX века ознаменовалось важным прогрессом в общей мощности, в эффективности и в стационарном использовании природной кинетической энергии водяных и ветряных мельниц, но наземный транспорт, приводимый в движение теми же мускулами, очень мало изменился со времен древности. Тысячелетиями не было более быстрого способа путешествовать по земле, чем на спине хорошей лошади. Столетиями не было транспорта менее утомительного, чем экипаж на хорошей подвеске. К 1800 году некоторые дороги получили лучшее твердое покрытие, и многие экипажи обзавелись хорошими рессорами, но все это были различия в степени, но не в принципе. Железные дороги преобразили транспортную систему на протяжении всего лишь десятилетий. Благодаря им не только сжалось и изменило свою конфигурацию пространство, повысился и уровень комфорта для путешественников. Скорость миля в минуту (96 км/ч) была первый раз достигнута на краткое время рядовым английским поездом в 1847 году; этот год также отмечен величайшей активностью в постройке железных дорог в Великобритании, которая получила плотную сеть нового транспорта всего за два поколения (O’Brien 1983).
Крупномасштабная постройка железных дорог, по которым двинулись поезда, снабжаемые все более мощными паровыми машинами на угле, была завершена в Европе и Северной Америке менее чем за 20 лет: 1820-е годы стали десятилетием экспериментов; к 1890-м самые быстрые поезда проходили отрезки маршрута со скоростью более 100 км/час. Очень быстро после своего появления пассажирские вагоны, поначалу просто телеги на рельсах, обзавелись отоплением и удобствами. Пассажиры, способные заплатить больше, получали соответствующий комфорт, питание и спальные принадлежности. Быстрые и более удобные поезда возили не только путешественников и мигрантов в города, они привносили городской стиль жизни в сельскую местность. Туристическое агентство «Томас Кук» начало предлагать поездки выходного дня на поездах с 1841 года. Линии электричек обеспечили первую большую волну субурбанизации. Растущая емкость грузовых поездов позволила ускорить доставку ресурсов и готовых товаров.
Общая протяженность британских железных дорог вскоре была превзойдена американскими, которые начали сооружать в 1834 году в Филадельфии. К 1860 году в США было 48 тысяч километров путей, в три раза больше, чем в Соединенном Королевстве. К 1900 году разница увеличилась почти в 10 раз. Первая трансконтинентальная ветка была закончена в 1869 году, и к концу века построили еще четыре таких линии (Hubbard 1981). В России железнодорожный транспорт тоже развивался очень быстро: к 1860 году было менее 2000 км путей, но цифра выросла до более 30 тысяч к 1890-му и до почти 70 тысяч в 1913-м (Falcus 1972). Трансконтинентальную ветку через всю Сибирь до Владивостока начали строить в 1891 году, но полностью закончили только в 1917-м. Когда англичане ушли из Индии в 1947 году, они оставили после себя 54 тысяч километров железных дорог (и 69 тысяч на всем субконтиненте). Никакая другая материковая страна Азии не строила железные дороги в значительных объемах до Второй мировой войны.
После войны конкуренция со стороны автомобилей, автобусов и самолетов снизила сравнительную важность железных дорог в большинстве промышленных стран, но на протяжении второй половины XX века СССР, Бразилия, Ирак и Алжир были в числе стран, энергично строивших новые ветки, а Китай стал лидером в Азии, он добавил более 30 тысяч километров между 1950 и 1990 годами. Но самая успешная инновация послевоенного периода – быстрые электрифицированные поезда дальнего следования. Японские shinkasen, начавшие ходить в 1964 году между Токио и Осакой, достигали максимума скорости в 250 км/ч, а появившиеся позже nozomi достигли 300 км/ч (Smil 2014а; рис. 6.10).
