«Умный» свет в «умном» городе. Часть IV. На пути к укладу 7.3
«Идеалъ, если онъ только не пустая мечта, неможетъ быть ничьим другимъ, какъ
осуществимымъ совершенствомъ того, что уже дано».
Из лекции, прочитанной Вл. Соловьевым на французском языке
в парижском салоне княгини Леониллы Сайн-Витгенштейн-Сайн
(Sayn-Wittgenstein-Sayn), урожденной княжны Барятинской, 23 мая 1888 г.
В завершающей статье цикла, посвященного «умному» городскому освещению излагаются дополнительные аргументы и обоснования авторского взгляда на первые этапы VI светодиодной революции, закладывающей основы седьмого светотехнического уклада.
Несколько прогнозов и замечаний по ходу светотехнической революции
Ведь прекрасно уметь пользоваться
заблуждениями других как примерами,
побуждающими к исправлению своих
собственных ошибок, и, сталкиваясь
с превратностями жизни, не думать
о том, каким образом следует
поступить в каждом конкретном
случае, но подражать успехам, которые
были достигнуты в прошлом.
Диодор
Согласно прогнозу Министерства энергетики США (US Department of Energy, DOE), обнародованному в сентябре 2017 г., предел роста эффективности современных светодиодных девайсов, представляющих собой синие светодиоды, покрытые «белым» люминофором (phosphor converted-LEDs, PC-LEDs), составит около 250 лм/Вт, причем предполагается, что PC-LEDs выйдут на этот уровень через 5-7 лет (рис. 1).
Рис. 1 Прогноз DOE по росту эффективности светодиодов
Согласно этому же прогнозу, эффективность многокомпонентных светодиодных структур (Color Mixed LED, СМ-LED) через 20-25 лет может превысить 300 лм/Вт.
Для достижения этих высочайших показателей разработчикам CM-LED предстоит разрешить, как минимум, два весьма непростых проблемных вопроса.
Первый - известная проблема т. н. «зеленой долины»: невысокая эффективность светодиодов в середине видимого диапазона длин волн (500-570 нм).
Второй проблемный вопрос - сложность сопряжения «разноцветных» LED- компонент для получения непрерывного спектра излучения, максимально приближенного к солнечному свету, привычному для любого живого существа. Суть этой проблемы заключается в большой нестабильности излучения светодиодных структур по спектру и интенсивности, зависимой от температуры, старения и ряда других факторов. Проблема усугубляется высокой цветовой чувствительностью человеческого зрения с учетом известной «трехмерности» цвета (яркость + цветовой тон + насыщенность). Для ее решения потребуется автоматическая компенсация отклонений за счет существенного усложнения драйверов. Известно, например, что изменение интенсивности излучения современных синих светодиодов в температурном диапазоне работы уличных светильников составляет ±5%, а для красных светодиодов этот показатель достигает ±50% и более. При этом, как видно на графиках рис. 1, эффективность СМ-LED в настоящее время всего лишь приближается к давно превзойденному «обычными» PC-LED значению 100 лм/Вт.
Решение задачи разработки эффективных СМ-LED оказалось сложнее, чем создание цветных LED-телевизоров и дисплеев, не только потому, что для освещения требуется повышенная энергоэффективность при непрерывном спектре излучения, но еще и потому, что эта технология должна работать в рамках территории, освещаемой группой светильников, где отклонение цветовой температуры даже одного из них может восприниматься как дефект.
В отсутствие эффективных зеленых светодиодов компромиссным вариантом решения задачи создания эффективного СМ-LED можно посчитать комбинацию красного и синего светодиода с покрытием последнего «зеленым» люминофором. Одна из возможных реализаций такой технологии, концепция Brilliant-Mix, была представлена фирмой OSRAM Opto Semiconductors в 2011 г. Однако достигнутая в рамках Brilliant-Mix эффективность в 110 лм/Вт недостаточна для конкуренции с PC-LED.
В действительности же предстоящая гипотетическая добавка эффективности СМ-LED кардинально не повлияет на ход VI светотехнической революции. В этом можно наглядно убедиться на графике исторического роста эффективности источников света на рис. 2.
Легко заметить, что VI светотехническая революция в части относительного роста эффективности источника освещения стоит в одном ряду с предыдущими пятью революциями. При этом по-прежнему под I революцией понимается переход от первого осветительного уклада (свечного) ко второму укладу - освещению масляными и керосиновыми лампами; II революция привела цивилизованное человечество к третьему укладу - освещению газовыми светильниками; III - к четвертому, освещению лампами накаливания; IV - к пятому, освещению ртутными лампами; V - соответственно, к шестому - освещению натриевыми лампами. Интегральная кривая роста эффективности источников наружного освещения показана на рис. 2 белым цветом.
Рис. 2 Эффективность источников света для основных технологий наружного освещения
Рост эффективности источников света, как и любой эволюционно-революционный процесс, включает в себя постепенный рост количественных характеристик и периоды ускорений, связанных с качественными изменениями. Этот рост в каждой частной светотехнической революции и во всем обозримом историческом процессе происходит по универсальной S-образной кривой, изначально полученной П. Ферхюльстом (Pierre Francois Verhulst) при анализе роста численности населения. В наше время, с погружением в VI светодиодную светотехническую революцию, эффективность источников света подходит к своему теоретическому пределу, поэтому весьма важной и отличительной от предыдущих революций является возможность получения добавочного энергосбережения, обеспечиваемого за счет управления. Применение этих методов является существенным сдвигом парадигмы, что можно будет трактовать как переход от светотехнического уклада 7.1, в котором светильники с натриевыми лампами просто заменяются на светодиодные, к укладу 7.2 с управляемыми светодиодными светильниками.
Как уже неоднократно отмечалось, попытки повышения эффективности освещения за счет управления светильниками предпринимались и в ряде предыдущих технологий. Так, в керосиновых лампах изменение яркости достигалось за счет регулирования величины выступания фитиля, а в газовых светильниках - за счет регулировки подачи газа. В натриевой технологии освещения лучшие результаты были получены при использовании электромагнитной пускорегулирующей аппаратуры (ЭмПРА) с коммутируемыми дросселями, а затем - с применением управляемой электронной пускорегули рующей аппаратуры (ЭПРА). В рамках натриевой технологии существует также групповой способ диммирования за счет управления напряжением линии освещения от «симисторно-автотрансформаторпого» регулятора. Однако все эти подходы не получили широкого распространения ввиду падения эффективности собственно ламп высокого давления при диммировании. Кроме того, и надежность оборудования в проектах с этими вариантами управления оставляла желать лучшего.
В отличие от всех предыдущих технологий светодиодные светильники обеспечивают большую кратность диммирования с дополнительным увеличением эффективности. При этом реализация всех возможностей по управлению наружным освещением сможет не только увеличить его интегральную энергоэффективность, но и придать «умному» освещению ряд функций, которые должны существенно улучшить совокупный экономический эффект.
Попутно отметим, что предстоящее противостояние между PC-LED и CM-LED явится очередным этапом борьбы конкурирующих «братских» технологий. Такая конкуренция неоднократно наблюдалась внутри каждого из предшествующих укладов освещения. В первом укладе это были факелы, свечи и лучины; во втором - масляные, спирто-скипидарные и керосиновые лампы; в третьем - газовые и газокалильные светильники; в четвертом - лампы на угольных стерженьках, на бамбуковых и на вольфрамовых нитях; в пятом - ртутные лампы с различными типами поджига; в шестом - натриевые и металлогалогенные лампы.
Переходя к современному состоянию светодиодного освещения, необходимо обратить внимание на результаты статистического анализа, проведенного фирмой Navigant Consulting по заказу DOE, в соответствии с которым доля светодиодных ламп в наружном освещении городов США приближается к 30% (рис. 3), что в абсолютном исчислении составляет 12,5 млн шт. При этом в 2016 г. общее количество централизованно управляемых светильников (connected lighting control) не превышало 0,6 млн шт. (т. е. =5% от всех светодиодных). По прогнозу DOE, к 2035 г. доля светодиодных ламп в США достигнет 86%, что можно было бы считать полной и окончательной победой светодиодно-люминесцентного этапа VI светотехнической революции. Однако к этому времени (а скорее всего, существенно раньше) должен наконец-то развиться тренд управляемого освещения, дающего существенный прирост энергоэффективности. По всей видимости, эта перманентная революция может получить и дальнейшее развитие в сторону внедрения управляемых CM LED-светильников, либо даже интервенции другой инновационной технологии - светодиодов на квантовых точках (Quantum dot LEDs). Впрочем, такие инновации не повлияют на авторскую классификацию этапов светодиодной революции и вряд ли дадут существенный прирост эффективности освещения. В то же время они могут повлечь за собой некоторое усложнение схемотехники и методов управления драйверами светильников, аналогично уже реализованному двухканальному управлению в драйверах по концепции Brilliant-Mix, которые также используют совершенно необходимую для этой технологии обратную связь от датчиков температуры светодиодов.
Рис. 3 Изменение соотношения уличных светильников со светодиодными (СД), натриевыми (НЛВД), металлогалогенными (МГЛ) и другими источниками света в США в 2010-2016 гг.
Становится все более очевидным, что мы находимся в начале довольно продолжительного этапа комплексной светотехнической революции в наружном освещении. Понимание этого поможет светотехническому сообществу выбирать взвешенные решения для осуществления «мягких» подготовленных переходов к каждому следующему шагу революции. Так, например, для будущего перехода к еще более сложным и более «умным» светильникам следует озаботиться закладыванием некоторой избыточности (или наращиваемости) в протоколы управления.
Таким образом, в седьмом светотехническом укладе на первый план начинает выходить интеллектуальное управление светом, превращая его в уклад 7.2. Очевидно, что прогресс на этом не остановится, и интеллектуальное управление, наряду с весьма немалым дополнительным энергосбережением, добавит новый функционал - с одной стороны, обеспечивающий уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат и ССВ (совокупная стоимость владения) в целом, а с другой - интегрирующий систему «умного» освещения с системами «умного» города, что уже можно трактовать как стратегию, направленную на максимизацию СКВ (совокупное качество владения). Такой светотехнический уклад качественно отличается от уклада 7.2, и его можно будет назвать укладом 7.3.
На Западе различные направления тренда, первоначально называемого Solid State Lighting (SSL), получили в дальнейшем целый ряд наименований: Connected Lighting Systems (CLS), Smart Lighting, Networked Lighting, IoT (Internet of Things) Lighting, Next Generation Lighting Systems (NGLS) и даже Human Centric Lighting (HCL). По мнению автора, несколько ранее появившийся отечественный термин «интеллектуальная сеть освещения» (Lighting Smart Grid, LSG) более точно отражает суть происходящей смены парадигм в наружном освещении, но, поскольку общепринятой становится аббревиатура CLS, ее и будем придерживаться.
Возвращаясь к рис. 3, отметим, что активное вытеснение светодиодами натриевых ламп высокого давления в уличном освещении лишь в малой степени затронуло менее эффективные металлогалогенные лампы, имеющие более комфортный спектр. Скорее всего, это свидетельствует о преобладании на нынешнем этапе революции визуального фактора в оценке качества освещения людьми, принимающими решения (decision-makers).
Тотальная светодиодизация улиц Лос-Анджелеса, инновационного и киношного мирового центра, крупнейшего порта на Восточном побережье США и побратима Санкт-Петербурга, по замыслу организаторов должна была стать вдохновляющим хайпом, зовущим весь мир в светлое светодиодное будущее. Появились уже и отечественные последователи этого хайпа, вкладывающие немалые средства в энергосервисные программы лосанджелесского типа и внедряющие их в целом ряде малых городов. На фоне приведенных рассуждений этот затратный проект представляется важным, но все же промежуточным результатом VI светотехнической революции, действующим лицам которой еще предстоит поработать над реализацией воплощений, более близких к идеалу. В последнее время публикуются впечатляющие прогнозы по возможной гигантской экономии электроэнергии за счет перехода на «умное» светодиодное освещение. Так, по графику на рис. 4, представляемому в ряде отчетов DOE, экономия электроэнергии в США к 2035 г. в случае реализации «целевого сценария» этой могущественной организации может составить в год до 5,1 -1012- BTU (British Thermal Unit), что соответствует примерно 75% от гипотетического энергопотребления, которое пришлось бы затратить на освещение без использования светодиодов. Не менее половины этой будущей экономии предполагается достичь за счет управления.
Рис.4 Прогноз DOE по экономии энергопотребления в уличном освещении США в результате перехода на светодиодное освещение
Важно отметить, что для обеспечения дальнейшего продвижения энергосбережения в освещении (да и не только в нем) необходимо развитие технологий оперативного управления генерирующими (включая источники возобновляемой энергии) и аккумулирующими мощностями. К последним, в широком смысле, можно отнести будущую водородную энергетику и уже существующие гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). К сожалению, современная отечественная структура энергетики пока не позволяет получить решающие стимулы для комплексного подхода к энергосбережению. Известен, например, отказ совета директоров ПАО «РусГидро» от дальнейшей реализации инвестиционного проекта Ленинградской ГАЭС на реке Шапша, принятый на заседании 10 августа 2017 г. Это решение было обусловлено «отсутствием рыночных механизмов обеспечения экономической эффективности и окупаемости инвестиций».
В не столь отдаленном будущем несколько улучшить эту ситуацию сможет нашествие электромобилей (Electric Vehicles, EV), приоритетную зарядку которых можно будет организовать во время ночного спада городского электропотребления. При этом прогнозируется массовое внедрение электрозаправочного оборудования (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) в опоры освещения. Разработка сетевых алгоритмов работы EVSE будет содействовать «выравниванию» графика энергопотребления большого города.
Об управлении «умным» светом и не только
Тот, кто совершает дела,
не обладая глубокими знаниями,
приносит больше вреда, чем пользы.
Умар ибн Абдул-Азиз
Различные проекты «умного» уличного освещения разной степени интеллектуальности возникают в последние годы в большом количестве. Ряд таких зарубежных проектов, проникающих на нашу почву, а также некоторые доморощенные проекты смогли получить поддержку энергосервисных компаний, эксплуатирующих организаций и даже части экспертного светотехнического сообщества. Такое всеобщее увлечение модернизацией наружного освещения свидетельствует в явном виде о глубоком системном кризисе, который, в конце концов, должен завершиться переходом к седьмому светотехническому укладу.
Не рассматривая целый ряд важнейших деталей проектирования «умных» светильников, включающих построение светодиодных модулей и их оптики, минимизацию веса радиаторов, создание драйверов повышенной надежности и прочая, и прочая, коснемся лишь некоторых системообразующих вопросов «умного» освещения.
Определяющим системным фактором для построения «умного» света является канал управления светильниками. Одними из первых появились светильники, управляемые по радиоканалу ZigBee, разработанному для сбора информации от датчиков, питаемых от маломощных батареек. Ведется активная разработка ряда систем «умного» освещения с большим количеством других беспроводных каналов. Одной из перспективных становится давно известная технология Bluetooth, которую удалось модернизировать, уменьшив энергопотребление (Bluetooth Low Energy, BLE) и добавив возможность работы в ячеистой сети (BLE Mesh). При этом предполагается, что использование беспроводных каналов управления естественным образом будет способствовать интеграции систем «умного» освещения с системами «умного» города.
Проводится также внедрение систем управления светильниками с различными вариантами каналов связи непосредственно по силовой сети питания светильников (Power Line Communication, PLC). Разработан, к примеру, низкочастотный PLC-канал односторонней передачи информации, который, с точки зрения вхождения в комплексный конгломерат систем городского управления, вряд ли может представлять серьезный интерес. Для получения хоть какой-то обратной связи в системах с таким каналом PLC приходится вводить индивидуальное адресное включение и/или «подмигивание» светильников с контролем тока потребления линии освещения. Такая вычурная искусственная «индивидуальная» диагностика носит ограниченный характер и не позволяет проводить контроль светильников в реальном времени.
Существует также оффлайновый способ управления, обеспечивающий снижение яркости уличного светильника в «ночном» режиме до 40-50% от номинальной. При этом определение временного интервала диммирования происходит по автономному, встроенному в драйвер светильника таймеру. Таймер обеспечивает привязку середины фиксированного по длительности диммируемого «ночного» режима к середине номинального времени горения светильника, т. е. к середине времени включения линии освещения.
Большинство проектов с описанными выше вариантами управления рассчитаны на использование в модном энергосервисном тренде, главной целью которого является получение выгоды от экономии электроэнергии при некоей модернизации системы освещения. При этом для реализации, как правило, выбираются опробованные зарубежные проекты, дающие достаточно быструю и гарантированную прибыль энергосервисной компании. Результат этой модернизации отнюдь не обязан совпадать с получением долговременного экономического эффекта, которым в самом нервом приближении является снижение ССВ у эксплуатирующей организации при наращивании качественных характеристик уличного света (т. е. увеличение СКВ). В таких условиях, в соответствии со сказанным выше, наиболее «успешно» будут внедряться распиаренные зарубежные хайп-технологии, которые на дальнем Западе или на Ближнем Востоке постепенно выходят из моды и заменяются на более продвинутые проекты. В качестве одного из таких ближайших кандидатов может рассматриваться, например, внедренная в дубайском Кремниевом Оазисе (Dubai Silicon Oasis, DSO) технология с датчиками движения на каждой опоре уличного освещения.
Представляется, что соблазн «легкого», социально безответственного внедрения систем как бы «умного» освещения, без затрат «лишних» научно-исследовательских усилий, принесет, в конце концов, своим «носителям», как минимум, разочарование. Ибо, как заметил св. Лука, «невозможно не прийти соблазнам, но горе тому, через кого они приходят» (Евангелие от Луки, гл. 17, ст. 1).
Одним из таких знаковых соблазнов недавнего прошлого явилось внедрение упомянутого выше симисторно автотрансформаторного энергосберегающего управления уличными линиями освещения с натриевыми лампами высокого давления. Интегральное энергосбережение до 20-25% было достигнуто в этих проектах в результате существенного усложнения, удорожания и снижения надежности аппаратуры пунктов питания. Возможным оправданием внедрению такого рода решений может служить реализация стабилизации питающего напряжения натриевых ламп с ЭмПРА для устранения преждевременного выхода их из строя, что особенно актуально при еженощных подъемах питающего сетевого напряжения выше допустимых значений. Этому специализированному решению еще предстоит полный демонтаж ввиду его ненужности для будущих систем «умного» светодиодного освещения.
Из увлечений такого рода важно извлечь уроки для минимизации суммарных затрат на предстоящем непростом инновационном пути или хотя бы на той его части, которая поддается системному анализу.
Некоторые закономерности и парадоксы революционного развития
Познай соблазн, в который ты вовлечён
бесами, ибо ты почитаешь богами идолов
тленных и бесчувственных.
Св. влкм. Екатерина императору
Максимину (Gaius Julius Verus
Maximinus), не читавшему ни Диодора,
ни Плутарха
Рассматривая эволюционно-революционное развитие светотехники через призму философии Гегеля, можно заметить, что на каждом этапе борьбы новых парадигм с устоявшейся старой технологией победу одерживает всегда наиболее могучая инновация, представляющая самую живучую идею. Вся история светотехники представляет собой постоянную борьбу между отживающими и нарождающимися парадигмами. Среди этих поражений и побед идея идеального освещения развивается, дополняется, утверждается и частично осуществляется на каждом этапе. Любое из последовательных исторических воплощений этой идеи представляет собой некий эфемерный образ (оболочку, форму) которым она прикрывается (усилиями апологетов) и который сбрасывает, лишь только он от времени износится, чтобы принять следующий, более совершенный образ. Так как абсолютное, бесконечное, идеальное никогда не ограничивается каким-либо отдельным существованием, а заключается всегда в совокупности, то нельзя сказать, что идеальное освещение получает свое воплощение в том или ином проекте, но следует признать: оно находится везде и нигде. Везде - ибо стремится осуществиться в каждом инновационном проекте; нигде - ибо, как идеальное, оно представляет задачу для будущего. Вся история светотехники есть последовательное (с некоторыми отдельными отклонениями) приближение к разрешению задачи создания идеального света.
Каждая инновационная компания пытается создать идеальный проект, но и каждая компания несет в себе органический порок, который в определенный момент неизбежно начинает противодействовать абсолютной идее, что приводит проект, как кажется его авторам, к преждевременному (а в действительности вполне своевременному и закономерному) завершению. Каждый такой проект в эпоху борьбы парадигм представляет лишь часть идеала, и ни один из них не может выразить его во всей полноте, а потому ни один проект не может быть не только «вечным», но и сколь-нибудь долговременным. Более того, долговременность существования проекта в большой степени определяется точностью расчета и правильностью прогноза его разработчиками. Подобно понятиям логики, каждое из которых в процессе самораскрытия Абсолюта уступает место более значительному, одна парадигма уступает в истории освещения место другой, передавая ей абсолютную идею, которую она представляла, технологию, которую она создала, обогатила, развила и усовершенствовала.
В постгегелевских философских школах эти рассуждения в несколько упрощенной трактовке получили название закона отрицания отрицания.
Почти на каждом шаге многосложного пути развития технологий приходится встречать и парадоксы, приводящие к торможению, а иногда и к подталкиванию движения в более предпочтительном, на непросвещенный взгляд, направлении, оказывающемся, при пристальном рассмотрении, тупиком или боковой ветвью, отстающей от генерального направления. Так, известен парадокс Алле, названный по имени французского экономиста Мориса Алле (Maurice Felix Charles Allais), удостоенного в 1988 г. премии Шведского национального банка по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля (т. н. «Нобелевская премия по экономике») за новаторский вклад в теорию рынков и эффективного распределения ресурсов. Впервые парадокс был им сформулирован в 1953 г. в работе «Рациональное поведение человека перед лицом риска. Критика постулатов и аксиом американской школы». Полемизируя с последователями североамериканской экономической науки, М. Алле утверждал, что в реальных условиях риска и неопределенности неприменимы положения теории максимизации ожидаемой полезности.
Парадокс Алле показывает, что реальный экономический субъект, пытающийся вести себя рационально, предпочитает не стратегию, направленную на получение максимальной ожидаемой долговременной полезности, а тактику по достижению абсолютной надежности, которой противопоказаны какие-либо резкие революционные изменения. Воззрения М. Алле были признаны и получили свое подтверждение и развитие в модели т. н. «гиперболического дисконтирования», объясняющей резкое снижение стимула получения дохода по мере отдаления во времени полезных результатов.
При наличии достоверных признаков предстоящей смены парадигмы следование этой модели поведения, при которой «небольшая награда сразу лучше, чем большая награда потом», приводит к хорошо знакомым последствиям. Среди них: забвение и даже маргинализация перспективных проектов, переориентирование инновационных разработок на получение прибыли «здесь и сейчас», выстраивание препятствий на пути возможных революционных изменений технологий, просчеты в стратегии развития отрасли и, в конце концов, отставание от возможных темпов роста.
Представляется, что преодоление такого подхода (который, за несколько веков до этого, назвали бы соблазном) становится особо актуальным в сложившейся в настоящее время ситуации в наружном освещении. М. Алле утверждает, что «сопротивление новым идеям как в науке, так и в технике коренится в одних и тех же причинах, ибо, ставя под угрозу утвердившееся положение отдельных людей, идеи наталкиваются на яростную оппозицию приверженцев общепринятых теорий». Согласно его наблюдениям, широкое распространение господствующей парадигмы укореняет ее в психологии людей, что затрудняет признание нового взгляда, несмотря на его доказуемую плодотворность в будущем. В научном и инженерном сообществах, живущих по таким неписаным правилам, наибольшим успехом пользуются ученые и инженеры, предлагающие какое-либо непринципиальное усовершенствование в господствующую концепцию, к которой все привыкли. Если же, напротив, разрабатывается концепция, отклоняющаяся от исхоженных дорог, то ей обеспечено общее противостояние, какими бы ни были ее аргументы. По всем этим соображениям крайне важно подвергать «установленные истины» безжалостному критическому анализу, вспоминая известное суждение В. Парето (Vilfredo Pareto): «История науки сводится к истории ошибок компетентных людей». Аналогичный вывод справедлив в отношении многих научно-технических проектов.
Согласно анализу М. Алле, существует обширная область «всеобщего интереса», в которой преодоление указанного парадокса возможно лишь некоей ответственной надобщественной силой, в роли которой М. Алле видел государственную власть.
В XX в. наиболее ярким примером воплощения парадокса Алле представляется история отношения к теории реактивного движения, одним из основоположников которой был учитель математики и физики из провинциального российского городка, отчисленный в свое время в юном возрасте за неуспеваемость из второго класса Вятской гимназии и всю оставшуюся жизнь занимавшийся домашним образованием и самообразованием. После первой публикации основных положений этой теории в 1903 г. (еще до начала эры авиации) прошло несколько десятилетий, в течение которых за счет использования ее отдельных постулатов обеспечивалась разработка различных систем ракетного оружия. Развитие этого направления с подключением в конце 1940-х годов ряда институтов и предприятий военно-промышленных комплексов двух супердержав привело к тому, что теория стала непосредственно влиять на перспективы развития не только авиации, но и человечества в целом.
История инженерии показывает, что практически каждый комплексный научно-технический проект в той или иной степени был подвержен влиянию парадоксов развития и неточностей в целеполагании.
Одним из парадоксов, оказавших негативное влияние на ряд научно-технических разработок последних десятилетий, является т. н. парадокс Абилина (Abilene paradox) [18]. Суть парадокса заключается в том, что группа людей часто принимает решения, противоречащие возможному выбору любого из членов группы, из-за того, что каждый индивидуум считает, что его цели не соответствуют целям группы, а потому он присоединяется к коллективно вырабатываемому решению и не выносит свои возражения на всеобщее рассмотрение.
Парадокс Абилина нередко наблюдается при принятии управленческих и марке-тинговых решений. В тимбилдинге этот парадокс известен как «обманчивый успех единодушного принятия решения в команде». Считается, что две крупнейшие катастрофы пилотируемой космонавтики - гибель шаттла «Челленджер» (Space Shuttle Challenger) в 1986 г. и шаттла «Колумбия» (Space Shuttle Columbia) в 2003 г. - во многом были обусловлены именно парадоксом Абилина. Как известно, эти печальные события привели к гибели 14 астронавтов, вызвали существенные доработки шаттлов, не исключившие, однако, возможности повторных катастроф, и, в конце концов, обусловили досрочное прекращение программы пилотируемых полетов североамериканского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration, NASA).
Впрочем, и весь проект Space Shuttle проходил под сенью крыла парадокса Абилина. Парадоксы Алле и Абилина - это лишь два из нескольких десятков парадоксов, входящих в обширный список когнитивных искажений (отклонений в поведении, восприятии и мышлении, обусловленных субъективными убеждениями и стереотипами). С целым рядом подобных искажений автору приходилось неоднократно сталкиваться в своей многодесятилетней инженерно-исследовательской практике.
Примеры хайпов «умного» города и загорода
I′m in the town,
Ready to go
Have been around,
And I’ll let you know.
(«Пройдемся no городу,
я все тебе покажу»)
Из песни Got Some Rock & Roll Thunder группы AC/DC
В последнее время еще одним заразным когнитивным искажением стала мода на создание различных прикладных системок для «умного» города, которая стала приобретать все более хайповый характер. В когнитивной науке (когнитивистике) это искажение называют эффектом повального увлечения и конформизмом, который выливается в тенденцию делать и верить в такие вещи, в которые верят и делают множество других людей.
Появление эффективных светодиодов и солнечных батарей при отсутствии стратегии развития «умного» города привело к тому, что на наших улицах в большом количестве стали появляться такие «умненькие» системки, которые разрешают ряд частных актуальных вопросов. При этом каждая из этих систем на первый взгляд совершенно адекватно решает поставленную перед ней конкретную задачку.
Так, задачу повышения безопасности на нерегулируемых перекрестках предлагается решать установкой перемигивающихся желтых сигналов, получающих электроэнергию от аккумулятора, подпитываемого от солнечной батареи. Если за городской чертой южных городов такое решение может быть оправдано ввиду наличия, с одной стороны, большого числа солнечных дней, а с другой - из-за дорогостоящего подключения к электросети с рытьем траншей и прокладкой кабелей, то в северных городах такой подход представляется избыточным. Многие из этих мини-хайпов после наступления зимних холодов, с выпадением осадков в виде сухого и мокрого снега и с сокращением светового дня (т. е. тогда, когда они больше всего и нужны) вообще перестают работать (рис. 5).
Рис. 5 Индикатор нерегулируемого пешеходного перехода
Некоторые ответственные пешеходные переходы на загородных трассах стали украшать комплексными опорами со светофорами с кнопочным управлением и светодиодными светильниками, питающимися от солнечно-аккумуляторных энергоустановок повышенной мощности (рис. 6), которые могут неплохо справляться со своей задачей, но только до прихода зимы.
Рис. 6 Автономная опора со светофором и светильником
Еще более мощные гелиоэнергетические установки требуются для создания полноценного уличного освещения (рис. 7). Такого рода проекты нашли наибольшее распространение в Китае. Аналогичные решения встречаются и на российских просторах, при этом никого из отечественных «инноваторов» не смущает, что даже приблизительный расчет показывает, что в наших широтах такие хайпы вряд ли могут получить полноценное экономическое обоснование. Так, в одном из сибирских городов для обеспечения зимнего функционирования одной из таких систем приходилось утром снимать аккумуляторы с каждой опоры для подзарядки их в теплом помещении. И каждый вечер до заката Солнца их приходилось возвращать обратно на штатные места.
Рис. 7 Автономный светодиодный светильник
Для инновационных пунктов проката велосипедов активно внедряются автоматические велопарковки с питанием от аналогичных энергоустановок (рис. 8), также, по всей видимости, предназначенных для эксплуатации исключительно в летнее безоблачное время.
Рис. 8 Автоматическая велопарковка
В близкой к рассматриваемой нами области существуют также автономные метеостанции (рис. 9), запитываемые от встроенных солнечных батарей, а также оборудование экологического мониторинга, которое пока еще не додумались питать солнечными лучами.
Рис. 9 Автоматическая метеостанция
Одним из самых массовых городских мини-хайпов стали «умные» остановки общественного транспорта, оповещающие потенциальных пассажиров о времени прихода ближайших бортов, оснащенных GPS/ГЛОННАСС/GSM-трекерами. Несмотря на применение динамических табло, потребляющих энергию только при смене информации, зимой для подзарядки холодного аккумулятора этого мини-хайпа часто не хватает энергии, получаемой через солнечную батарею от не высоко поднимающегося светила, которое ещё и загораживают многоэтажные здания. Внимательный горожанин легко заметит, что в условиях нашей плотной застройки некоторые из этих солнечных батарей приходится нацеливать не в направлении на полуденное Солнце, а на ближайший светильник наружного освещения, что выглядит совсем уж сюрреалистично.
Очевидно, что все эти решения появились на наших улицах из-за отсутствия общедоступной электросети, на роль которой в ближайшем будущем может претендовать некоммутируемая сеть «умного» наружного освещения, которой предстоит стать важной частью питающей и «нервной» сети «умного» города. Такая сеть приобретает особую актуальность для крупных городов, располагающихся вблизи и за Полярным кругом, таких как Мурманск, Архангельск, Норильск, Воркута и многих других, где в полярную ночь уличное освещение должно работать круглосуточно.
Недостаточная продвинутость системного мышления (или отсутствие просвещенных советников) у нынешних «эффективных» десижн-мэйкеров, принимающих решения о внедрении таких мини-хайпов, не говоря уже о присутствии чего-то, что подпадает под статьи УК, не позволяет рассчитывать, что в ближайшем будущем зараза «хайпизма» исчезнет сама по себе. Скорее всего, поскольку общеизвестно, что технический прогресс остановить нельзя, этот «прогрессивный» тренд будет продолжен в следующих мини- и миди-хайп-проектах, которые будут нести разумное, доброе, вечное и светлое, активно выпиливая из федерального и городских бюджетов не самые значительные, но достаточно весомые суммы, а также осваивать гранты, выпадающие из региональных и федеральных программ, и получать подаяния, используя причуды олигархов.
О цифровой экономике в «умном» городе
В любую историческую эпоху
успех экономических учений
обеспечивался не собственной ценностью,
а могуществом поддерживавших их интересов.
М. Алле
Потенциальные возможности государственной Программы создания цифровой экономики, взявшей за основу предложения, представленные в свое время Центром стратегических разработок, могут быть использованы, в том числе, и для создания в рамках подраздела «умный город» инновационной интеллектуальной комплексной системы контроля и управления. Эта система может базироваться на постоянно включенной электросети городского освещения с дистанционно управляемыми светильниками. В результате будет создана интеллектуальная среда, к которой можно будет подключать все новые и новые городские системы управления и мониторинга. При этом будет существенно снижена стоимость внедрения и эксплуатации каждой такой системы за счет упрощения подключения к электросети и использования общих каналов связи. Связь на нижнем уровне управления такой комплексной интеллектуальной системы может осуществляться не только по «традиционным» беспроводным линиям связи, но и с использованием современной технологии PLC с повышенной пропускной способностью.
По всей видимости, такой подход сможет в наших условиях, при благоприятных обстоятельствах, избавить отечественные города от результатов творчества хайп-инноваторов, поставляющих «умные системки» на условиях известных тендеров.
Чрезвычайно важно, не распыляясь на соблазнительные хайп-проекты, сконцентрировать лучшие силы и ресурсы на разработке и реализации такой комплексной программы, которая, хочется надеяться, имеет шансы на адекватное воплощение и на долгую и счастливую жизнь.
Следует отметить, что первые в мире пионерские работы по созданию системы управления экономикой с помощью сети электронно-вычислительных машин предпринимались еще с конца 1950-х годов А. И. Китовым (проект Единой государственной сети вычислительных центров, ЕГСВЦ) и В. М. Глушковым (проект Общегосударственной автоматизированной системы учета и обработки информации, ОГАС). Несмотря на поддержку в начале 1960-х годов со стороны А. Н. Косыгина, эти работы смогли найти применение лишь в ограниченном спектре создаваемых в то время АСУ. Среди них можно отметить АСУП Львовского телевизионного завода (1967 г.), кроме того, были внедрены территориальные вычислительные центры Госснаба СССР и Госснаба УССР, а также обеспечена автоматизация транспортных нефтепроводов.
Выводы
Всякую революцию
задумывают романтики,
осуществляют фанатики,
а пользуются ее плодами
отпетые негодяи.
Т. Карлейль (Thomas Carlyle)
По мнению ряда экспертов исторической науки, окончательная победа любой револю-ции (технической, культурной, социальной, сексуальной и пр.) происходит вовсе не после слома и замены предшествующей парадигмы (технической концепции, культурной традиции, властной элиты, «традиционных ценностей» и пр.) на новую. Согласно современным воззрениям, революция получает свое логическое завершение лишь после реализации тех идей, ради которых она затевалась. Так, идеи Великой французской революции (Revolution francaise), переломные события которой происходили в 1789-1794 гг., смогли в какой-то степени воплотиться после целого ряда исторических трансформаций лишь десятилетия спустя в Третьей республике, которая просуществовала почти 70 лет до своей гибели под натиском немецко-фашистской военной машины в течение полутора месяцев в 1940 г. Великая русская революция 1917 г. многими историками считается незавершенной - из-за того, что построение громогласно провозглашенного справедливого социального мироустройства оказалось совсем не таким уж простым и ясным делом, как многим тогда показалось, было превращено в фетиш и сыграло затем в неопределенно долгий ящик.
Что касается Великой светодиодной революции, то представляется, что для нас важным тактическим вопросом является следующий: будет ли реализация проектов активно продвигаемого заокеанского тренда CLS действительно шагом вперед и в правильном направлении и что последует вслед за ним, а также каковы будут (и будут ли) наши «ответы Керзону и Чемберлену»?
В третьей части настоящего цикла статей об «умном» городском освещении приведено достаточно аргументов для того, чтобы стало ясно, что продекларированная, но преданная забвению цель революции, заключающаяся в достижении наивысшего СКВ, не может быть достигнута при воплощении как зарубежных, так и отечественных хайп-CLS-npoeктов. Основной причиной этого является то, что революционное целеполагание после взятия за основу методологии хайпизма было аккуратно развернуто в сторону, более понятную и приятную десижн-мэйкерам, которые, собственно, и собираются пользоваться плодами этой самой революции.
При более точном и осмысленном целеполагании станет возможным создание продуманного плана (дорожной карты) по внедрению комплексного проекта интеллектуального энергосберегающего городского освещения, совмещаемого с развивающейся «умной» городской средой. В плане следует предусмотреть формирование отечественных институтов (инструментов) по достижению обозначенной цели с привлечением специалистов по ряду инженерных и научных дисциплин (по системотехнике, электронике, схемотехнике, программированию, светотехнике, теплопередаче, электротехнике и пр.). Целью проекта должна стать световая технология, нацеленная на оптимизацию СКВ, которую действительно можно будет называть технологическим укладом 7.3.
Полное понимание в отечественном экспертном сообществе этих глубинных процессов смогло бы обеспечить опережающее, в сравнении с западной расхайповостью, осмысленное и целенаправленное развитие. Будет ли оно действительно таким, нам предстоит увидеть после разворачивания работ по созданию «умного» города согласно одноименной подпрограмме, которая, несмотря на известные препятствия, будет, надеюсь, создана и начнет воплощаться в рамках (или же вне рамок) федеральной программы «Цифровая экономика».
Представляется, что в текущем моменте нас в меньшей степени должен интересовать будущий светлый облик технологии 7.3, которой, собственно, и предстоит ознаменовать полную и окончательную победу нынешней светотехнической революции. В первую очередь нам должна быть интересна та стратегия и та тактика, которых должна придерживаться креативная часть отечественного инженерного сообщества, с тем, чтобы не дать чужеродным трендам закрепиться на нашей почве, но наработать собственный перспективный концептуал, соответствующий нашему целеполаганию.
Пока же отечественное состояние светотехнической отрасли напоминает путь к далеко расположенному храму по слабо освещенной дороге, покрытой снежной кашей падающих и тающих под ногами заморских хайпов, мешающих движению к постепенно проясняющейся цели (рис. 11).
Рис. 11 На пути к храму. Фотокартина Э. Гордеева
Представляется, что к настоящему времени созданы лишь «политические предпосылки» для начала разработки опытных (или, как принято говорить, пилотных) проектов «умного» света, по завершении опробования которых предстоит реализовывать программу работ по созданию «умного» городского освещения. Следует «запастись терпением» и «положить на это дело несколько лет». После получения первых результатов внедрения можно будет порассуждать о том, насколько удалось приблизиться к тому идеалу, который был первоначально провозглашен, но весьма споро опущен и умело заметен под плинтус, а позже и вовсе забыт.
Пока же мы наблюдаем перманентное хайп-проектирование все новых технологий, которое воспринимается как один из инструментов для маскировки подмены стратегической цели создания полноценного светодиодного светотехнического уклада. Такой подход объясняется западными десижн-мейкерами необходимостью поддержания темпа инноваций и проявлением заботы о модернизированных устремлениях участников революционного процесса.
В результате массовое использование современными инноваторами эдисоновской методологии проб и ошибок без каких-либо предварительных экономических оценок приводит к нагромождению именно количества ошибок. Естественным девизом современного хайп-инноваторства мог бы стать известный лозунг «Движение - все, конечная цель - ничто», выдвинутый в свое время лидером II Интернационала
Э. Бернштейном (Eduard Bernstein), которого «ортодоксальные» марксисты считали ревизионистом.
Согласно последним воззрениям психологической науки, для решения сложной научно-технической задачи вначале, для осознания долгосрочной перспективы, в идеале стоит прислушаться к мнению системного аналитика с темпераментом флегматика. Затем следует определить направление движения, для чего лучше всего подойдет специалист широкого профиля с темпераментом меланхолика; для пробивания препятствий потребуется холерик; а для того, чтобы организовать собственно процесс разработки, - сангвиник.
В рамках такого четырехфазного видения этапов светодиодной революции мы находимся где-то в середине второй ее фазы. В следующих фазах создания технологии «умного» света хотелось бы избежать участия фанатиков, проходимцев и негодяев, которые были задействованы в формуле Карлейла - Бисмарка.
Век шествует путём своим железным;
В сердцах корысть, и общая мечта
Час от часу насущным и полезным
Отчетливей, бесстыдней занята.
Исчезнули при свете просвещенья
Поэзии ребяческие сны,
И не о ней хлопочут поколенья,
Промышленным заботам преданы.
Е. A. Боратынский 1835 г.
P.P.S.
Никогда не следует считать вопрос
исчерпанным, и когда будет использован
последний аргумент, то следует заставить
нас путем красноречия или иронии вновь
начать сначала.
Из письма П. Прудона
(Pierre-Joseph Proudhon) К. Марксу
(Karl Heinrich Marx) после написания
им сочинения «Нищета философии.
Ответ на «Философию нищеты» г-на Прудона».
Источник
Журнал «Полупроводниковая светотехника» 2018
- Комментарии