Кибернетика – наука об управлении

 

 

Инженерная психология и  психология труда 

 

 Развитие автоматизированных  управляющих систем, технических  средств управления отдельными  объектами и сложными техническими  комплексами привело к исследованию  возможностей человека в работе  с такими системами, в выполнении  функций «элемента» в так называемых  человеко-машинных системах.

 

 Исследования по изучению  свойств и особенностей человека  – оператора, работающего с  техническими управляющими системами,  которые охватываются понятием  инженерной психологии, стали активно  развиваться с конца 30-х годов.  В известной мере эти исследования  проложили работы по психологии  труда, в которых изучалась  общая проблема взаимодействия  человека с техническими устройствами.

 

 Первые работы по  изучению человека-оператора, включенного  в системы управления, связаны  с именем Б. Ф. Ломова –  основателя и руководителя советской  инженерно-психологической школы;  кроме него, можно назвать Л.  Н. Преснухина, изучавшего операторскую  деятельность в режиме слежения, а также Д. И. Агейкина, В.  Ф. Венду и др.

 

 Человеко-машинные системы  по своему характеру и по  функциям, или выполняемым, полностью  относятся к управляющим системам, и поэтому естественно, что  с возникновением кибернетики  инженерная психология, не перестав  быть разделом психологии, стала  во многом также и ответвлением  кибернетики.

 

 

Математические корни  кибернетики

 

 В заключении о тех  математических направлениях, которые,  развиваясь в рамках своей  науки, сразу же стали необходимым  и важным инструментом кибернетических  исследований.

 

 Значительно более  характерным для кибернетики  явилось использование таких  экзотических в свое время  разделов математики, какими являются  математическая логика, теория алгоритмов. Возникшие в рамках «чистой»  математики, эти ее разделы традиционно  связывались лишь с общими  вопросами обоснования математики; долгое время считалось, что  они не имеют прикладного значения. И только появление теории  релейно-контактных схем, использование  ЦВМ двоичной системы счисления,  тесно связанной с двоичной  же алгеброй логики, потребности  в разработке и оптимизации  логических и вычислительных  элементов и узлов ЦВМ сделали  математическую логику, а в известной  степени и всю дискретную математику, одним из эффективных инструментов  кибернетических исследований. То  же можно сказать о теории  алгоритмов и рекурсивных функций,  возникшей в рамках математической  логики в связи с проблемами  вычислимости и доказуемости, но  по мере развития программирования  превратившейся в его теоретическую  основу и инструмент дальнейшего  развития.

 

 Важно отметить, что  развитие кибернетики, в свою  очередь, оказало стимулирующее  влияние на исследования в  области математической логики, теории алгоритмов и всей дискретной  математики. Достаточно указать  на модельные и псевдофизические логики, теорию логического вывода и теорию принятия решений, теорию графов и ряд разделов современной алгебры; процесс в этих областях не в последнюю очередь был вызван потребностями возникшей кибернетики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кибернетика как наука  об управлении, связи и переработке  информации

 

Кибернетика

 

 

Большая российская энциклопедия определяет кибернетику (от греч. kybernetike - искусство управления, от kybernao - правлю рулем, управляю) как науку об управлении, связи и переработке информации.

 

 

Кибернетические системы  и информация

 

 

Основным объектом исследования в кибернетике являются так называемые кибернетические системы. Приметами  кибернетических систем могут служить  разного рода автоматические регуляторы в технике (например, автопилот или  регулятор, обеспечивающий поддержание  постоянной температуры в помещении), электронные вычислительные машины (ЭВМ или компьютеры), человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество…

 

Кибернетические системы  имеют рецепторы (датчики), воспринимающие сигналы из внешней среды и  передающие их внутрь системы, а также  входные и выходные каналы, по которым  они обмениваются сигналами с  внешней средой. Выходные сигналы  системы передаются во внешнюю среду  через эффекторы (исполнительные устройства). Поскольку каждая система сигналов, независимо от того, формируется она  разумными существами или объектами  и процессами неживой природы, несет  в себе ту или иную информацию, то всякая кибернетическая система, может  рассматриваться как преобразователь  информации Рассмотрение различных  объектов живой и неживой природы  как преобразователей информации или  как систем, состоящих из элементарных преобразователей информации, составляет сущность так называемого кибернетического подхода к изучению этих объектов.

 

Из истории кибернетики 

 

 

Первым, кто применил термин КИБЕРНЕТИКА для управления в  общем смысле был, по-видимому, древнегреческий  философ Платон. Однако реальное становление  КИБЕРНЕТИКИ как науки произошло  много позже. Оно было предопределено развитием технических средств  управления и преобразования информации. Еще в средние века в Европе стали создавать так называемые андроиды - человекоподобные игрушки, представляющие собой механические, программно управляемые устройства.

 

Первые промышленные регуляторы уровня воды в паровом котле и  скорости вращения вала в паровой  машине были изобретены И.И. Ползуновым (Россия) и Дж. Уаттом (Англия) в 18 веке.

 

Решающее значение для  становления КИБЕРНЕТИКИ имело  создание в 40-х гг. ХХ в. электронных  вычислительных машин - ЭВМ или компьютеров (Дж. фон Нейман и др.). Благодаря  ЭВМ возникли принципиально новые  возможности для исследования и  фактического создания действительно  сложных управляющих систем. Осталось объединить весь полученный к этому  времени материал и дать название новой науке. Этот шаг был сделан американским математиком Норбертом  Винером, опубликовавшим в 1948 свою знаменитую книгу "Кибернетика". Винер определил  КИБЕРНЕТИКУ как "науку об управлении и связи в животном, машине и  обществе". Стремительное развитие вычислительной техники породило большой  интерес к кибернетике в 60-70е  годы и ее бурное развитие во всем мире.

 

В 80-90е годы термин КИБЕРНЕТИКА  был частично вытеснен термином "Информатика", имеющим отношение, прежде всего, к  компьютерам и обработке информации. Однако в последние годы КИБЕРНЕТИКА  вновь стала популярной в связи с развитием Интернета (киберпространство) и роботехники (киборг - кибернетический организм - устройство с высокой степенью физического и интеллектуального взаимодействия человека и технических средств автоматики). Киборги, так же как и роботы-манипуляторы, находят все более широкое применение при управлении объектами в недоступных или опасных для жизни человека условиях.

 

 

Кибернетика в школе

 

 

На школьном уровне кибернетика  понимается, в соответствии с ее методами, как наука, находящаяся  на стыке математики, физики и информатики. Основные понятия кибернетики входят в школьный стандарт по курсу "Информатика".

 

"Винер по праву назван  отцом кибернетики, - пишет в своей  "Кибернетической смеси" В.Д.  Пекелис. - Его книга "Кибернетика"  появилась в 1948 году и потрясла  многих неожиданностью выводов,  оказала ошеломляющее влияние  на общественное мнение. Ее появление  можно уподобить исподволь подготовленному  взрыву.

 

В истории кибернетики, как  и в любой другой науке, два  периода: накопление материала и  оформление его в новую науку... ... Здесь стоит упомянуть посвященные  теории регулирования работы инженера А. Стодолы, опубликованные в конце  прошлого века в одном из швейцарских  журналов. В них рассматривался принцип  управления с помощью обратной связи. Своеобразие истории вычислительной техники знаменательно тем, что  первые счетные машины сразу же открыли  перед человеком возможность  механизации умственной работы. Здесь  нельзя обойти вниманием "Математическое исследование логики" Джорджа Буля. Оно положило начало разработке алгебры  логики, которой широко пользуется теперь кибернетика.

 

Когда в теории вероятностей возник новый раздел - теория информации, универсальность новой теории, хоть и не сразу, стала ясна всем. Обнаружилось, например, соответствие между количеством  информации и мерой перехода различных  форм энергии в тепловую - энтропией. Впервые на это указал в 1929 году известный  физик Л. Сциллард. Впоследствии теория информации стала одной из важных основ в кибернетике.

 

В XIX веке заметны достижения и в физиологии высшей нервной  деятельности. Особенно в исследовании процессов обучения животных. В 30-х  годах нашего столетия явлением стала  теория физиологической активности Беркштейна, еще позже принцип  функциональной системы Анохина.

 

Вместе с прогрессом происходит и сближение технических средств, используемых и в физиологии и  в автоматике. Такое сближение  сопровождается взаимным обменом принципами построения структурных схем, идеями моделирования, методами анализа и  синтеза систем.

 

Подобную тенденцию одним  из первых уловил русский философ  Александр Александрович Богданов. "Мой исходный пункт, - писал ученый, - заключается в том, что структурные  отношения могут быть обобщены до такой формальной чистоты схем, как  в математике и отношениях величин, и на такой основе организационные  задачи могут решаться способами, аналогичными математическим"

 

Таким образом, Богданов предвосхитил появление общей теории систем - одной из ключевых концепций кибернетики. Русский ученый сумел обосновать и принцип обратной связи, назвав его "механизмом двойного взаимного  регулирования".

 

Позднее, в 1936 году английский математик А. Тьюринг опубликовал  работу, описывающую абстрактную  вычислительную машину. Некоторые положения его труда во многом предвосхитили различные проблемы кибернетики.

 

Однако решающее слово  в рождении новой науки сказал крупный американский математик  Винер.

 

Норберт Винер (1894-1964) родился  в городе Колумбия штата Миссури. Читать он научился с четырех лет, а в шесть уже читал Дарвина  и Данте. В девять лет он поступил в среднюю школу, в которой  начинали учиться дети с 15-16 лет, закончив предварительно восьмилетку. Среднюю  школу он окончил, когда ему исполнилось  одиннадцать. Сразу же мальчик поступил в высшее учебное заведение, Тафте-колледж. После окончания его, в возрасте 14 лет, получил степень бакалавра  искусств. Затем учился в Гарвардском  и Корнельском университетах, в 17 лет в Гарварде стал магистром  искусств, в 18 - доктором философии по специальности "математическая логика".

 

Гарвардский университет  выделил Винеру стипендию для  учебы в Кембриджском (Англия) и  Геттингенском (Германия) университетах. Перед Первой мировой войной, весной 1914 года Винер переехал в Геттинген, где в университете учился у Э. Ландау и великого Д. Гильберта.

 

В начале войны Винер вернулся в США, год провел в Кембридже, но в сложившихся условиях научных  результатов добиться не мог. В Колумбийском университете он стал заниматься топологией, но начатое до конца не довел. В 1915-1916 учебном году Винер в должности  ассистента преподавал математику в  Гарвардском университете.

 

Следующий учебный год  Винер работал по найму в университете штата Мэн. После вступления США  в войну он работал на заводе "Дженерал электрик", откуда перешел в редакцию Американской энциклопедии в Олбани. Затем Норберт какое-то время  участвовал в составлении таблиц артиллерийских стрельб на полигоне, где его даже зачислили в армию, но вскоре из-за близорукости уволили. Потом он перебивался статьями в  газеты, написал две работы по алгебре, вслед за опубликованием которых  получил рекомендацию профессора математики В.Ф. Осгуда и в 1919 году поступил на должность ассистента кафедры математики Массачусетсского технологического института (МТИ). Так началась его служба в этом институте, продолжавшаяся всю жизнь.

 

Здесь Винер ознакомился  с содержанием статистической механики У. Гиббса. Ему удалось связать  основные положения ее с лебеговским  интегрированием при изучении броуновского движения и написать несколько статей. Такой же подход оказался возможным  в установлении сущности дробового  эффекта в связи с прохождением электрического тока по проводам или  через электронные лампы.

 

Возвратившись в США, Винер  усиленно занимается наукой. В 1920 - 1925 годах  он решает физические и технические  задачи с помощью абстрактной  математики и находит новые закономерности в теории броуновского движения, теории потенциала, гармоническом анализе.

 

В 1922, 1924 - и 1925 годах Винер  побывал в Европе у знакомых и  родственников семьи. В 1925 году он выступил в Геттингене с сообщением о своих  работах по обобщенному гармоническому анализу, заинтересовавшим Гильберта, Куранта и Борна. Впоследствии Винер  понял, что его результаты в некоторой  степени связаны с развивавшейся  в то время квантовой теорией.

 

Тогда же Винер познакомился с одним из конструкторов вычислительных машин - В. Бушем и высказал пришедшую  ему однажды в голову идею нового гармонического анализатора. Буш претворил  ее в жизнь.

 

Продвижение Винера по службе шло медленно. Он пытался получить приличное место в других странах, но у него не вышло. Однако пришла пора, наконец, и везения. На заседании  Американского математического  общества Винер встретился с Я.Д. Тамаркиным, геттин-генским знакомым, всегда высоко отзывавшимся о его  работах. Такую же поддержку оказывал ему неоднократно приезжавший в  США Харди. И это повлияло на положение  Винера: благодаря Тамаркину и  Харди он стал известен в Америке.