Кібернетика як наука про управління системами

Навколишній світ наповнений випадковостями, але тим не менше він виявляється досить організованим і у багатьох відношеннях упорядкованим. Дезорганізує дії випадковостей протистоїть організуючий дію процесів управління і самоврядування.
Під управлінням в найзагальнішому вигляді розуміють сукупність дій, здійснюваних людиною, групою людей або автоматичним пристроєм. Ці дії спрямовані на підтримку або поліпшення роботи керованого об’єкта відповідно до наявної програмою або метою управління.
Керувати – значить впливати на хід будь-якого процесу або стан деякого об’єкта і його положення в просторі. Управління є завжди цілеспрямованою дією, і мета його задається наперед.
Взаємовідносини випадкового (дезорганізації, разупорядочіванія, неузгодженості) та управління носять характер активного протиборства, і ця обставина вимагає від управління гнучкості, здатності перебудовуватися по ходу справи. Для перебудови необхідно, щоб керуючий пристрій весь час отримувало інформацію про результати управління і відповідно до цього коригувати свої дії на систему. Під інформацією звичайно розуміють відомості, знання, сигнали, повідомлення – загалом, все те, що використовується для управління.
Як правило, в процесі управління реалізується певна схема. Орган управління отримує інформацію про цілі управління і про стан об’єкта управління і формує управляючі дії, підбираючи їх так, щоб в результаті звести до мінімуму неузгодженість між заданою метою і досягнутим на даному кроці результатом. Інформація про стан об’єкта управління називається зворотним зв’язком, а канали, по яких ця інформація надходить до органу управління, називаються каналами (або ланцюгами) зворотного зв’язку. Така схема носить назву регулятора зі зворотним зв’язком, або стежить системи. По суті справи, будь-яка реальна схема управління передбачає наявність зворотного зв’язку, т. Е. Каналу (або каналів) передачі інформації. Управління без зворотного зв’язку неефективно і фактично завжди нежиттєздатно. У більш складних випадках, при багатокроковому управлінні критерій мінімізації неузгодженості досягається лише після кількох кроків управління.
Завдяки розвитку науки і техніки сучасна людина опинився в оточенні величезної кількості різноманітних керованих систем, які виявляються все більш і більш складними, а їх функціональні можливості стають все більш багатими. Тому на перший план висувається дослідження саме функціональних можливостей систем. Дослідження ж внутрішньої структури систем відступає на другий план, тим більше що в багатьох випадках подібне дослідження в повному обсязі виявляється практично неможливим через складність систем.
Таким чином, головним завданням стає вивчення загальних закономірностей процесів управління і самоврядування незалежно від конкретного пристрою тих чи інших керованих систем.
Фундаментальна схема управління, коли незалежно від цілей управління, від природи виконавчих і керуючих органів процес управління завжди характеризується наявністю одного або декількох замкнутих контурів (прямий або зворотного зв’язку), коли по ланцюгах прямого зв’язку до об’єкта надходить інформація, що управляє, а по ланцюгах зворотного зв’язку – інформація про стан об’єкта управління і про те, якою мірою досягнуті (або не досягнуті) цілі управління, призвела до виникнення кібернетики – наукового напрямку, що вивчає загальні властивості управління.
Створення кібернетики пов’язують з ім’ям видатного американського вченого Н. Вінера (1894-1964). У 1948 р в США і Європі вийшла його книга «Кібернетика, або Управління і зв’язок в тварині і машині», що ознаменувала своєю появою народження цього нового наукового напрямку. У перекладі з грецької кібернетика – «керманич». У Радянському Союзі розробками в цій області займалися І. Полєтаєв, М. Цетлін, В. Глушков, А. Берг, І. Петровський, А. Колмогоров та ін.
Треба сказати, що термін «кібернетика» зустрічається вже у Платона, де означає мистецтво управління кораблем. Французький фізик AM Ампер, займаючись класифікацією наук, помістив у своїй системі в рубриці за номером 83 науку, назвавши її кібернетикою, яка повинна досліджувати способи управління державою.
Сьогодні термін «кібернетика» використовується тільки в тому сенсі, який був даний йому Н. Вінером. Кібернетика є наука про загальні закономірності процесів управління і зв’язку в складних системах, включаючи як машини, так і живі організми. Основними в цій науковій дисципліні є поняття управління та інформації. Н. Вінер вперше висунув ідею про те, що системи управління в живих і штучних системах володіють багатьма спільними рисами. Встановлення аналогій обіцяло створення «загальної теорії управління», результати якої могли б використовуватися в найрізноманітніших системах.
З появою комп’ютерів, здатних одноманітно вирішувати найрізноманітніші завдання, ця ідея отримала підкріплення. Універсальність комп’ютерних обчислень наштовхувала на справедливість гіпотези про існування універсальних схем управління.
Ця гіпотеза не витримала перевірку часом, проте накопичені в кібернетиці відомості про самих різних системах управління, загальні принципи, які частково вдалося виявити, заміна вузькопрофесійного точки зору на погляд з позиції спільності зовні різнорідних об’єктів і систем принесли велику користь.
Така спільність дозволяє успішно описувати функціонування різних систем єдиними формальними засобами і використовувати системи однієї природи для моделювання та вивчення інших систем, формальні описи яких виявляються ідентичними. Це пояснює велике значення моделювання, яке є одним з основних методів досліджень в кібернетиці.
У кібернетиці можна виділити ряд наукових напрямів. Назвемо основні.
Теоретична кібернетика займається загальними проблемами теорії управління, теорії інформації, питаннями передачі, захисту, зберігання і використання інформації в системах управління. Багато проблем теоретичної кібернетики вивчаються в теоретичній інформатиці.
Кібернетика може розглядатися як прикладна інформатика в галузі створення і використання автоматичних або автоматизованих систем управління різного ступеня складності, від управління окремим об’єктом до найскладніших систем управління цілими галузями промисловості, банківськими системами, системами зв’язку і навіть спільнотами людей.
Технічна кібернетика – інше найбільш активно розвивається напрямок. До її складу входить теорія автоматичного управління, досліджує проблеми автоматизації процесів, і зокрема проблеми самоврядування в складних системах. Складні об’єкти управління вимагають спеціальних прийомів і методів, що спираються на ідеї технічної діагностики, розпізнавання образів, ситуаційного управління, колективної поведінки автоматів.
Ще одне науковий напрямок тісно пов’язує кібернетику з біологією. Біологічна кібернетика застосовує ідеї та методи кібернетики в біології та медицині. Аналогії між живими і неживими системами багато століть хвилюють вчених.
Особливе місце в цьому напрямку досліджень відіграє нейро-кібернетика, вивчає процеси переробки інформації в нервовій тканині тварин і людини, а також біоніка – наука про те, як знахідки живої природи, реалізовані в живих організмах, можна переносити в штучні системи, створені людиною.
Інформаційно-кібернетичний підхід до біологічних об’єктів стимулював дослідження процесів управління, передачі і переробки інформації в біологічних об’єктах, дослідження з управління рухами, по переробці інформації в рецепторних і аналізаторних системах, що сприймають і розпізнають інформацію, дослідження нейронів і нервових мереж, вивчення поведінки живих організмів і їх спільнот, орієнтацію тварин.
Найважливішим моментом у розвитку біоніки стали ідеї американських нейрофізіологів У. Маккалок і Пітса (1943).
Ще одна нова наука – гомеостатика – наука про досягнення рівноважних станів – за наявності багатьох діючих одночасно факторів пов’язує моделі біологічної кібернетики та технічної кібернетики. Як вже говорилося, кібернетика цікавиться загальними принципами управління в об’єктах різної природи. Тому її вельми цікавлять рівноважні стану в таких системах і способи їх досягнення.
Рівновага тісно пов’язане з ідеєю стійкості, а саме стійкість і здатність зберігати тривалий час свою форму, структуру і життєдіяльність – характерна властивість не тільки живих, але і доцільних штучних систем. Теорія автоматичного керування у своїй значній частині є наука про досягнення стійких станів і способах їх збереження. Особливо складний випадок, коли рівновага досягається шляхом взаємодії багатьох систем. Моделі поведінки автоматів у випадкових середовищах і колективної поведінки виявляються по своїм ідеям багато в чому близькими для гомеостатических моделей.
Не тільки живі організми, а й т. Н. складні системи (екологічні, соціальні, виробничі) в тій чи іншій мірі гомеостатичність – у кожної з них є свої життєво важливі параметри, які необхідно підтримувати в певних межах при допустимих змінах зовнішнього середовища.
Свою назву гомеостатика отримала від грецьких слів: homeo – «сталість» і statis – «стан». Поняття «гомеостаз» стосовно фізіології було введено американським фізіологом У. Кенноном (1871-1945) задовго до появи кібернетики. Пізніше американський кібернетик У. Ешбі створив самоорганизующийся регулятор, здатний підтримувати стабільність вихідного параметра при великих змінах вхідних параметрів, що характеризують зовнішнє середовище. Він назвав цей регулятор гомеостатом. З тих пір поняття гомеостата стало широко використовуватися в теорії автоматичного регулювання, а потім і в інших науках.
Економічна кібернетика – також одна з розвиваються областей кібернетики. У 20-ті рр. XX століття вперше були запропоновані математичні співвідношення для опису глобальних економічних процесів. З цих пір почала розвиватися математична економіка, яка при появі комп’ютерів стала наукою, де розрахунки і моделі економічних процесів настільки ж звичні, як і в раніше формалізованих науках.
І нарешті соціальна кібернетика вивчає процеси управління, що протікають в людському суспільстві (моделі розповсюдження чуток, моделі виникнення лідерства і т. П.). Цей напрямок кібернетики тісно змикається з соціальною психологією.
У сучасному суспільстві кібернетика поступилася лідируючі позиції інформатики, вирішальною багато завдань, вперше поставлені кібернетикою. Тим не менше значення кібернетики зберігається і понині.

Посилання на основну публікацію