Что такое кибернетика кратко

Что такое кибернетика кратко

Понятие о кибернетике. Часть 1

Кибернетика кратко характеризуется как наука об управлении, подробнее — как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах и живых организмах.

Техническая кибернетика — научное направление, которое на основе общих для киберне­тики в целом идей и методов изучает технические системы управ­ления. Техническая кибернетика — это теория и практика автоматического управления и регулиро­вания, а также научная база для решения комплексных задач автоматизации производства и сложных систем управления (тран­спорт, ирригационные и газораспределительные системы, атомные электростанции, космические корабли и пр.).

Что характеризует любую кибернетическую систему (т. е. систему, в которой осуществляется управление и регулирование): наличие регулируемого (управляемого) объекта, регулирующего (управляющего) органа и каналов прямой и обратной связи (рис. 1). В каждой такой системе происходит обмен информацией между ее частями (по каналам связи); от того, насколько эффективно информация перерабатывается, зависит эффективность действия всей системы.

Если, например, вооружившись карандашом, но не пользуясь линейкой, попытаться нарисовать на листе бумаги длинную прямую линию, а затем провести рядом с ней еще одну, но теперь — с по­мощью линейки, то, сравнивая обе линии, мы убеждаемся, что первая линия получилась не совсем прямой. Как бы мы ни старались, рука еле заметно отклоняется то в одну, то в другую сторону, и ка­рандаш, не имея надежной опоры, оставляет на бумаге слегка изви­листый след.

Откуда эти колебания, как их объяснить?

Движениями руки руководит «управляющий центр» человеческо­го организма — головной мозг. От него по нервам один за другим к руке бегут сигналы-команды о том, какие группы мышц надо вклю­чить в работу в каждый момент времени, чтобы придать руке и ка­рандашу в ней необходимое положение. А от мышц руки и от органов зрения по другим нервам таким же потоком идут к мозгу сообщения о результатах исполнения сигналов-команд.

Но, сравнивая достигнутое с желаемым, «управляющий центр» немного запаздывает с выдачей очередных сигналов-команд, а ис­полнительный орган — рука, получая эти сигналы, гоже не успевает мгновенно реагировать на них. Этим и объясняются небольшие колебания руки с карандашом при выполнении нашего несложного опыта.

Сказанное лишь простой пример управления в очень сложной системе, которую представляет собой человеческий организм. Здесь ни на секунду не прекращается обмен сигналами между отдельны­ми органами, с одной стороны, и центральной нервной системой — с другой. Благодаря этому обмену осуществляется координация дви­жений, устанавливается кровяное давление, поддерживается темпе­ратура тела и т. д — короче говоря, человек живет, мыслит, ориен­тируется в пространстве, выполняет разнообразную работу.

Человеческий организм не просто сложная система — это система самоуправляемая. Ее структура соответствует схеме, представлен­ной на рисунке 1 . И именно в непрерывном и достаточно интенсив­ном обмене информацией между основными частями системы по каналам прямой и обратной связи — залог успеха в управлении.

В организмах животных управление происходит по такой же схе­ме. И тут нет ничего удивительного: ведь по своей природе живот­ные достаточно близки человеку.

Можно указать все характерные черты этой схемы и для любо­го вида растений. Правда, здесь немного труднее разобраться в ка­налах связи. Но если присмотреться внимательнее, их непременно можно найти. Ведь только проявлением этих связей можно объяс­нить, например, движение ярко-желтых головок подсолнечника вслед за солнцем.

Обратимся теперь к технике. Здесь автоматические устройства управления заменяют внимание, память человека и как бы подра­жают деятельности нашей нервной системы. Классический пример технической самоуправляемой системы — паровая машина с центробежным регулятором скорости, предложенная Д. Уаттом почти 200 лет тому назад. Регулятор содержит массивные шары, соединенные с помощью рычагов с валом машины. При увеличении скорости вращения вала центробежная сила разводит шары, и они тянут за собой рычаги, опускающие задвижку на трубе, по которой подводится пар. В машину начинает поступать меньше пара, и ско­рость вращения вала снижается.

Здесь паровая машина — управляемый объект, а центробежный регулятор — управляющий (регулирующий) орган. Через рычаги и задвижку (это прямая связь) регулятор посылает управляемому объекту сигналы управления; через ось регулятора, соединенную с валом машины, осуществляется обратная связь — регулятор полу­чает сигналы о результате управляющего воздействия.

Читайте также:  Как разобрать утюг first

Такая схема самоуправляемой системы характерна и для многих других технических устройств и машин-автоматов.

Вот, например, авторулевой на океанском лайнере. Едва объект управления — судно — отклонится от заданного курса, гирокомпас, который следит за правильностью курса, передает команду соответ­ствующим механизмам, и они воздействуют на руль, выдерживая заданный курс.

Родной брат авторулевого — автопилот, сохраняющий курс летя­щего самолета. Этот автомат получает информацию о положении воздушного корабля от гироскопа, установленного на самолете. На основе получаемой информации автопилот управляет рулями крылатого лайнера, не позволяя ему сбиться с пути.

В этих примерах также нетрудно найти все элементы изобра­женной на рисунке 1 схемы кибернетической системы.

Итак, технические устройства и машины, животные и растения, человеческий организм… Наш список самоуправляемых (киберне­тических) систем еще не исчерпан. В него нужно внести также че­ловеческое общество, большие и малые коллективы людей. Ведь любой завод или школа, научно-исследовательский институт или воинская часть, маленькое село или большой город и даже вся наша огромная страна — все это тоже очень сложные самоуправляемые системы. И в каждой из них — все та же схема управления: управ­ляемый объект, управляющий орган и соединяющие их каналы пря­мой и обратной связи образуют своего рода замкнутый круг — «кольцо связи».

Большое сходство процессов управления в различных по своей природе и структуре сложных системах не осталось без внимания ученых. Было установлено, что все процессы управления, где бы ни протекали они и как бы разнообразны ни были, подчиняются одним и тем же общим и объективным законам. Изучение этих общих законов и составляет предмет специальной науки об управле­нии — кибернетики.

Термин «кибернетика» происходит от древнегреческого слова κυβερνητική (кибернетес) — рулевой, кормчий, управляющий. Кста­ти, таково же происхождение слов «губернатор» и «гувернер». Когда-то, более 2000 лет тому назад, древнегреческий философ Платон называл «кибернетикой» искусство управления кораблем, а в позапрошлом столетии французский физик Андре Ампер использовал это слово для обозначения не существовавшей еще в те годы науки об управлении государством. После Ампера долгое время термином «кибернетика» ученые не пользовались, это слово было забыто.

Снова ввел его в употребление около 80 лет тому назад американ­ский математик Норберт Винер, который одним из первых сформу­лировал основные идеи новой науки. Книга этого ученого «Киберне­тика или управление и связь в животном и машине», опубликован­ная в 1948 г., уже в самом названии содержала определение новой отрасли знаний. Идеи, высказанные в этой и других работах Н. Ви­нера, быстро получили развитие в трудах многих ученых — мате­матиков, физиков, физиологов, философов. Новая наука с древним названием стала быстро и успешно развиваться.

Таким образом, объектом изучения кибернетики являются слож­ные динамические системы: живые организмы (животные и расте­ния), технические агрегаты (транспортные средства, машины и пр.), социально-экономические комплексы (орга­низованные группы людей, бригады, предприятия, отрасли про­мышленности, государства).

Предметом изучения кибернетики являются процессы управления в сложных динамических системах.

Основной целью кибернетики является изучение и оптимизация систем управления.

В кибернетике принято выделять ее теоретическую часть — теоретическую кибернетику, ее основное содержание — совокупность теоретических проблем, относящихся к системам и процессам управления в них. Сюда относятся, в частности, следующие основные разделы: теория информации, теория алгоритмов, теория автоматов, теория игр. В зависимости от типов систем управления, которые изучаются прикладной кибернетикой, последнюю подразделяют на биологическую, техническую и экономическую кибернетику.

Таким образом, кибернетика тесно связана с другими науками: физико-математическими, техническими, биологическими, социаль­но-экономическими, гуманитарными. Но связь эта определяется предметом исследования и ограничивается вопросами, относящими­ся к процессам управления.

Кибернетика – наука, занимающаяся изучением способов управления в различных сложных системах. Ее появление было связано с развитием нейрофизиологии, техники и математики. Эта наука в основу своей деятельности включила изучение живых и не живых систем, в которых присутствовали структуры обратной связи. Всех их объединяла возможность воспринимать, сохранять и обрабатывать определенную информацию. К числу подобных систем можно отнести общество людей, компьютеры, мозг человека, автоматизированные регуляторы и тому подобное.

Читайте также:  Признаки отказа почек у кота

Основателем данной науки является Винер Норберт, виднейший ученый из США. В своих работах он сформулировал ее главные положения. Они охватывали вычислительную технику, электрические сети, теорию вероятностей, математику и ряд иных трудов. Кибернетический подход начал активно развиваться в 1940-е годы. В основе науки стали использоваться и другие направления: языкознание, медицина, биология, экономика и тому подобное. Благодаря ней эти и многие области знаний получили существенное развитие.

Кибернетика

Поня­тие «кибернетика» включает множество определений, однако они сходятся в одном: она представляет науку, исследующую закономерности построения систем сложного характера и особенностей их управления. В виду того, что практически каждый процесс управления базируется на базе полученных данных, то эту науку связывают с принципами доставки, хранения и переработки информации в указанных системах.

Особенность данной науки в том, что изучается не сам состав систем, а непосредственно итог их деятельности. Изучению подвергаются управляющие системы требуемой степени сложности. Но это не все системы, а только те, которые меняются или находятся в движении, то есть динамические системы.

К подобным системам можно отнести:
  • Живые организмы , к ним можно отнести представителей животного и растительного мира.
  • Технические агрегаты в виде систем агрегатов, транспортных средств, компьютерных систем и тому подобное.
  • Социально-экономические структуры , к которым можно отнести группу людей, компании, определенные отрасли промышленности, страны и так далее.

Но, изучая сложные системы динамического характера, не стоит задача определения всех особенностей их функционирования. Из вида, в частности, упускаются некоторые физические особен­ности построения системы. К примеру, при исследовании крупной электрической станции не стоит задача выяснить размеры генераторов, КПД станции, а также физические процессы образования электрической энер­гии и тому подобное.

В происходящих процессах главным является то, как конкретные устройства агрегата управляют отдельными элементами и выполняют конкретные логические функции. Если же рассматривать социально-экономические структуры, то здесь не важны биохимические или биофизические процессы, которые могут происходить в человеческих организмах.

Всеми вышеуказанными вопросами уже занимаются конкретные науки, среди которых физика, математика, биология, химия, электротехника и меха­ника. Кибернетика же исследует только структуры систем, которые отвечают за процессы управления, то есть сбор данных, их обработка, хранение и использование для последующего управления. В то же время некоторые физико-химические процессы могут входить в сферу интересов нашей науки, но только в том случае, если они напрямую касаются процессов управления.

Устройство
Кибернетика как наука развивается в различных направлениях. Она включает различные кластеры, которые выступают в качестве ее основы:
  • Теоретическая наука . Она разрабатывает научный аппарат и методы изучения систем управления. В нее входят определенные разделы матема­тики, к примеру, теория алгоритмов и так далее. Теоретическая наука интересуется теорией автома­тов, теорией преобразова­ния информации и тому подобное.
  • Техническая наука . Она занимается изучением особенностей управления техническими системами. Этот кластер занимается изучением предмета создания автоматов, включая роботов и электронных вычислительных машин. К тому же техническая наука занимается проблемами сбора данных, их перемещения, переработки, сохранения и тому подобное.
  • Биологическаякибернетика . Она занимается изучением особенностей управления биологических систем. Этот кластер также может быть поделен на ряд разделов:

— Медицинский раздел , куда входит моделирование болезней, диагностирование и лечение.
— Физиологический раздел , куда входит моделирование и изучение функций клеток и органов живых существ в нормальном и патологическом состоянии.
— Нейрокибернетика . Здесь происходит моделирование процессов управления, касающихся нервной системы.
— Психологи­ческий раздел , куда входит моделирование психики на базе поведенческого анализа людей.
— Можно выделить отдельный раздел, который находится на стыке технической и биологической науки. Его называют бионикой, она занимается моделированием биологических процессов и механизмов с целью улучшения уже созданных и проектируемых технических устройств.

  • Социальная наука . Она занимается изучением особенностей управления в социальных системах. Но, следует сказать, что социальная наука не может в полной мере охватить все нюансы управления обществом, которая часто характеризуется явлениями и процессами неформального характера.
  • Экономическая наука . Она занимается изучением особенностей управления народным хозяйством, в том числе ее отдельными элементами, организациями, предприятиями и тому подобное. Одним из главных направлений деятельности данного кластера является изучение автоматизированных систем управления.
Читайте также:  Конвектор атлантик инструкция по применению
Применение

На данный момент кибернетика применяется в самых разнообразных сферах человеческой жизни, начиная от экономической и политической деятельности до генетического программирования. Особое направление уделяется созданию робототехнических систем. Благодаря внедрению в жизнь новейших технологий и производству продвинутых устройств, в числе которых малогабаритные приводы, миниатюрные датчики, новая элементная база, наука может двигаться вперед семимильными шагами.

Благодаря вышеперечисленному робототехника сегодня получила невероятный толчок. Сегодня роботы перестали быть сюжетом фантастических книг и кино, они существуют и развиваются. Появляются не только промышленные роботы, но и высокотехнологичные и умные робототехнические комплексы, которые с успехом применяются и в быту. На текущий момент они активно используются в промышленности, а в скором времени появятся серийные роботы для домашнего использования.

На данный момент это роботы преимущественно первого поколения, в которых заложен только жесткий алгоритм действия по конкретной команде. Тем не менее, их возможностей вполне хватает для осуществления многих целей. Сегодня появляются роботы второго поколения, в которых заложена функция адаптации к происходящим процессам. Подобные кибернетические системы могут приспосабливаться к изменениям, подбирая оптимальные действия. На данный момент большая часть подобных робототехнических систем только разрабатываются и проходят лабораторные испытания. Но самые простые экземпляры уже находятся в опытной эксплуатации.

Роботы третьего поколения будут иметь элементы искусственного интеллекта. То есть они смогут оценивать окружающую обстановку, ее изменение и сами принимать решение о своих последующих действиях, чтобы выполнить конкретно поставленную задачу. При этом робот сможет сам обучаться, накапливать опыт, чтобы использовать его в будущем.

Прогнозы на будущее

Кибернетика сегодня активно связана с информатикой. Во многом именно интернет становится той основой, на которой базируется эта наука. Сегодня интернет проникает в самые разные области жизни, в том числе робототехники. Ученые предполагают, что в скором времени кибернетические системы будут одной из главных составляющих окружающей среды и человека.

Через 5-10 лет активно будут применяться системы виртуальной реальности. Их можно будет встретить повсеместно: это медицина, школьное и университетское образование, строительство, инженерное проектирование и многое другое. К примеру, совершенно поменяются способы диагностики и лечения людей, в том числе методы обучения. Купив квартиру, можно будет надеть шлем виртуальной реальности и создать уникальный дизайн помещений, просто подбирая виртуальные краски, мебель, технику.

Через 10-20 лет наступит время искусственного интеллекта, который будет преобладать в многочисленных областях. Исчезнут многие профессии, в числе которых водители, проектировщики, секретари и многие другие. Автобусы, троллейбусы, грузовики и даже личные автомобили смогут ездить без водителя. Искусственный интеллект сможет самостоятельно ставить диагнозы, назначать лечение, проектировать мосты, здания, решать иные многочисленные задачи.

Через 50 лет. Искусственный интеллект будет повсеместно. Его возможности достигнут таких высот, что практически всем будет заниматься компьютер. Он будет снимать кино, продумывать распорядок дня человека, моментально лечить его, давать ему указания. Искусственный интеллект будет писать книги, сочинять музыку, заниматься научными и исследовательскими работами, строить машины, новых роботов, космические корабли, разрабатывать новые технологии и многое другое.

  • В книжной версии

    Том 13. Москва, 2009, стр. 629

    Скопировать библиографическую ссылку:

    КИБЕРНЕ́ТИКА, нау­ка об управ­ле­нии, изу­чаю­щая гл. обр. ма­те­ма­тич. ме­то­да­ми об­щие за­ко­ны по­лу­че­ния, хра­не­ния, пе­ре­да­чи и пре­об­ра­зо­ва­ния ин­фор­ма­ции в слож­ных управ­ляю­щих сис­те­мах. Су­ще­ст­ву­ют дру­гие, не­сколь­ко от­ли­чаю­щие­ся друг от дру­га, оп­ре­де­ле­ния К. В ос­но­ве од­них ле­жит ин­фор­мац. ас­пект, дру­гих – ал­го­рит­ми­че­ский, в иных вы­де­ля­ет­ся по­ня­тие об­рат­ной свя­зи, как вы­ра­жаю­щее спе­ци­фи­ку К. Во всех оп­ре­де­ле­ни­ях, од­на­ко, обя­за­тель­но ука­зы­ва­ет­ся за­да­ча изу­че­ния ма­те­ма­тич. ме­тода­ми сис­тем и про­цес­сов управ­ле­ния и ин­фор­мац. про­цес­сов. Под слож­ной управ­ляю­щей сис­те­мой в К. по­ни­ма­ет­ся лю­бая тех­нич., био­ло­гич., ад­ми­ни­ст­ра­тив­ная, со­ци­аль­ная, эко­ло­гич. или эко­но­мич. сис­те­ма. В ос­но­ве К. ле­жит сход­ст­во про­цес­сов управ­ле­ния и свя­зи в ма­ши­нах, жи­вых ор­га­низ­мах и их по­пу­ля­ци­ях. Осн. за­да­ча К. – ис­сле­до­ва­ние об­щих за­ко­но­мер­но­стей, ле­жа­щих в ос­но­ве про­цес­сов управ­ле­ния в разл. сре­дах, ус­ло­ви­ях, об­лас­тях. Это пре­ж­де все­го про­цес­сы пе­ре­да­чи, хра­не­ния и пе­ре­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции . При этом про­цес­сы управ­ле­ния про­те­ка­ют в слож­ных ди­на­мич. сис­те­мах – объ­ек­тах, об­ла­даю­щих из­мен­чи­во­стью и спо­соб­но­стью к раз­ви­тию.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock detector