Кибернетика

2. Кибернетика  в научной картине мира

Кибернетика устранила принципиально неполную научную картину мира, которая была присуща науке XIX и первой половине XX века. Классическая и неклассическая наука строила представление о мире на двух фундаментальных постулатах - материя и энергия. Создавала вещественно- энергетическую, вещественно- полевую картину мира.

На постулатах о материи и энергии строились представления о пространстве и времени. Но в палитре научной картины мира не хватала важнейшей «краски» - информации. Самая глубокая причина сопряжения пространства и времени, а равно всех изменений в мире проистекает из изменения массы, энергии и информации. Опыт развития науки последнего времени показал, что реальный мир состоит из этих предельно фундаментальных элементов - системы материальных объектов, вещественно-энергетические процессы являются и носителями, хранителями и потребителями информации.

Кибернетика (вместе с теорией информации) дала новое представление о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи, целенаправленности. Создала информационную картину мира. Не энергия, а информация выйдет в XXI столетии на первое место в мире научных понятий.

Фундаментальный характер информации означает, что хаос не может быть абсолютным. В любом хаосе существует некоторый уровень упорядоченности. Космос не способен опуститься до сплошной энтропии. Живые организмы и социальные системы питаются отрицательной энтропией (негэнтропией), то есть они противостоят беспорядку и хаосу. Масс-энерго-информационные преобразования исчерпывают собой все возможные состояния Космоса, а равно его подсистем, включая человека, общество.

Кибернетика оказала революционизирующее влияние на теоретическое содержание и методологию всех наук. Она устранила непреодолимые грани между естественными, общественными и техническими науками. Способствовала синтезу научных знаний, создала из понятий частных наук структуры новых понятий, новый язык науки. Такие понятия, как информация, управление, обратная связь, система, модель, алгоритм и др. обрели общенаучный статус.

Кибернетика дала в руки человека сильнейшее оружие управления производством, обществом, инструмент усиления интеллектуальных способностей человека (ЭВМ). Современные ЭВМ (компьютеры) - универсальные преобразователи информации, а с преобразованием информации человек связан во всех областях своей деятельности (в политике, экономике, науке, профессиональной сфере и др.).

На мир уже нельзя смотреть «докибернетическим взглядом». Новая наука – кибернетика - сформировала свой взгляд на мир информационно-кибернетический стиль мышления.  

3. Основные  принципы и законы кибернетики

Из кибернетики управление заимствует следующие законы и принципы необходимого разнообразия, эмерджентности, внешнего дополнения, обратной связи, выбора решения, декомпозиции, а также иерархии управления и автоматического регулирования (саморегулирования).

Закон необходимого разнообразия. По определению У.Р. Эшби, первый фундаментальный закон кибернетики заключается в том, что разнообразие сложной системы требует управления, которое само обладает некоторым разнообразием. Иначе говоря, значительное разнообразие воздействующих на большую и сложную систему возмущений требует адекватного им разнообразия её возможных состояний. Если же такая адекватность в системе отсутствует, то это является следствием нарушения принципа целостности составляющих её частей (подсистем), а именно - недостаточного разнообразия элементов в организационном построении (структуре) частей.

Ограничение разнообразия в поведении управляемого объекта достигается только за счет увеличения разнообразия органа управления (управленческих команд). Чтобы достигнуть минимума разнообразия выходных реакций (результатов деятельности) системы, управляющий орган должен быть способен к выработке определенного минимума команд и сигналов. Если его мощность ниже минимума, он не способен обеспечить полное управление.

Процесс управления, в конечном счете, сводится к уменьшению разнообразия состояний управляемой системы, к уменьшению её неопределенности. В соответствии с этим законом, с увеличением сложности управляемой системы сложность управляемого блока также должна повышаться. Поэтому все большее усложнение аппарата управления корпорациями, холдингами, финансово-промышленными группами, и т. п. организациями и их частями в современных условиях - это закономерный процесс. Другое дело, что восполнять разнообразие управляющей системы нужно за счет внедрения компьютерных и других прогрессивных технологий управления и математических методов, а не за счет привлечения дополнительных людских ресурсов.

Закон необходимого разнообразия имеет принципиальное значение для разработки оптимальной структуры системы управления. Если центральный орган управления при сохранении разумных размеров не обладает необходимым разнообразием, то следует развивать иерархическую структуру, передавая принятие определенных решений на нижние уровни и не допуская, чтобы они превращались в передаточные инстанции. 

Неудовлетворительные результаты проводимой в стране экономической реформы объясняются неадекватной реакцией органов управления. В стране увеличивается разнообразие форм собственности, разновидностей структурных формирований объектов управления, моделей хозяйствования. В соответствии с этими изменениями необходимо систему управления таким развитием привести в соответствие с законом необходимого разнообразия (обеспечить льготное кредитование структурных преобразований, разумное налогообложение развивающихся предприятий, государственную политику подготовки и переподготовки кадров).

С позиции теории управления главнейшим моментом, характеризующим сложность системы, является её разнообразие. Поэтому определение степени оптимального разнообразия при разработке любых систем - организации производства, планирования, обслуживания, оперативного управления, систем оплаты труда и т. д. - является одним из наиболее важных и первоочередных этапов использования кибернетики при проектировании и функционировании организации.

Таким образом, соблюдение закона необходимого и достаточного разнообразия в проектировании и функционировании организационных систем повышает их эффективность и наоборот.  

Принцип эмерджентности. Второй принцип У. Э. Эшби, выражает следующее важное свойство сложной системы: «Чем больше система и чем больше различия в размерах между частью и целым, тем выше вероятность того, что свойства целого могут сильно отличаться от свойств частей». Указанные различия возникают в результате объединения в структуре системы (частей) определенного числа однородных или разнородных частей (элементов). Этот принцип указывает на возможность несовпадения локальных целей (частных целей отдельных элементов системы) с глобальной (общей) целью системы, а отсюда - на необходимость для достижения глобальных результатов принимать решения и вести разработки по совершенствованию системы и её частей на основе не только анализа, но и синтеза. Так, например, при построении дерева целей необходимо помнить о том, что система будет более эффективно функционировать в том случае, если достижение частных целей (например, работников фирмы) способствует достижению глобального (общего) оптимума системы (фирмы в целом).

Принцип внешнего дополнения. Впервые сформулированный С.Т. Биром третий принцип кибернетики гласит: любая система управления нуждается в «черном ящике» - определенных резервах, с помощью которых компенсируются неучтенные воздействия внешней и внутренней среды. Степень реализации этого принципа и определяет качество функционирования управляющей подсистемы. Действительно, в любом, даже самом детальном и тщательно разработанном плане нельзя учесть все многочисленные факторы, воздействующие на управляемую подсистему в процессе его реализации. Например, это может проявляться в недостаточной разработке каких-либо плановых показателей, в неполном учете при планировании и управлении всех факторов развития того или иного производства, в недостаточно качественном уровне информации, циркулирующей в системе.

Закон обратной связи. Четвертый принцип кибернетики возведен в ранг фундаментального закона, который известен как закон обратной связи. Без наличия обратной связи между взаимосвязанными и взаимодействующими элементами, частями или системами невозможна организация эффективного управления ими на научных принципах. Все организованные системы являются открытыми, и замкнутость их обеспечивается только через контур прямой и обратной связи. Необходимым условием их эффективного функционирования является наличие обратной связи, сигнализирующей о достигнутом результате. На основании этой информации корректируется управляющее воздействие. Входная величина действует на управляемый процесс и в соответствии с передаточной функцией, характерной для данного объекта и определяющей соотношение между входными и выходными сигналами, превращаются в выходную величину. 

Первый принцип кибернетики. Кибернетика рассматривает все многообразие видов материи как систему систем. Любая система является частью другой более сложной системы или ее подсистемой. Система рассматривается как изменяющаяся во времени и пространстве: системы могут создаваться, развиваться, действовать, разрушаться и отмирать. В то же время кибернетика рассматривает систему не как сумму ее составных частей (подсистем), а как целое, качественно отличающееся от входящих в нее компонентов.

Второй принцип кибернетики. Любая система в зависимости от того, изучена она или нет, может рассматриваться как состоящая из управляющего объекта, управляемого объекта и канала связи между ними — если структура системы известна или как «черный ящик», имеющий вход и выход — если внутренняя структура системы неизвестна.

Схема функционирования системы основана на том, что управляющий объект получает по каналу связи информацию о состоянии управляемого объекта или о некоторых его параметрах, сравнивает их с заданными, вырабатывает по определенному алгоритму управляющую информацию и по каналу связи передает ее управляемому объекту. Управляемый объект в соответствии с полученной информацией изменяет свое состояние (или состояние некоторых своих параметров). После чего цикл повторяется. Эту схему можно формализовать, т.е. описать системой уравнений.

Функции системы можно определить по ее реакции на выходе при внешнем воздействии на входе. Путем длительных экспериментов можно накопить статистический материал, с помощью которого будет возможно прогнозировать и моделировать поведение системы. При этом следует учитывать, что с точки зрения кибернетики анализ составных частей системы не раскрывает структуру системы в целом, поэтому при изучении систем в первую очередь должны быть исследованы взаимодействие подсистем и связи между ними.

Третий принцип кибернетики. Информация рассматривается кибернетикой как средство управления. Для того чтобы управлять объектом, необходимо иметь связь между управляемым и управляющим объектами (обратную связь), источник информации и саму информацию. Обратная связь используется как средство, обеспечивающее динамическое соответствие получаемых на выходе системы результатов поставленной цели.

Четвертый принцип кибернетики. Состояние любой системы характеризуется значениями определенных параметров самой системы или ее элементов. Воздействуя на систему или отдельные ее элементы, можно переводить систему из одного состояния в другое, т. е. управлять системой. Предметом изучения кибернетики является поиск необходимых воздействий на систему или ее элементы для перевода системы в заданное состояние.

Пятый принцип кибернетики. Кибернетика утверждает, что всегда существует возможность найти и поддержать такие значения управляющих воздействий на систему, которые приводят систему в экстремальное состояние по заданному критерию, т. е. всегда существует принципиальная возможность оптимального управления системой, если система достаточно изучена и известны критерии оптимизации и ограничения, накладываемые на входные и выходные параметры ее.

Назначение системы - выполнение определенных функций; цель оптимального управления - поддержание системы в заданном экстремальном состоянии при минимальных затратах.

Роль кибернетики как научного направления определяется теми возможностями, которые представляет кибернетика для оптимизации управления народным хозяйством.

Научный и технический арсенал кибернетики очень богат, он включает целый ряд разделов математики, в том числе теорию массового обслуживания, математическую логику, линейное и динамическое программирование, вычислительную математику, теорию вероятностей, математическое моделирование и др., а также исследование операций, теорию игр, теорию автоматического управления, общую теорию систем, машинное моделирование, электронно-вычислительную технику, теорию информации.

Располагая такими мощными средствами, кибернетика находит прикладное применение практически во всех сферах человеческой деятельности. Уже на современном (начальном) этапе методы и средства кибернетики широко применяются в науке, производстве, в экономике, на транспорте, предприятиях связи, в сельском хозяйстве, медицине, военном деле. Особенно широкое распространение получили методы и средства кибернетики в форме автоматизированных систем управления технологическими процессами, предприятиями, объединениями и отраслями, базирующихся на использовании электронных вычислительных машин (ЭВМ) и устройств передачи данных. Вместе с тем нельзя не отметить, что для развития науки и практики управления производством недостаточно владеть средствами кибернетики. Особенности современного производства, вовлечение в него больших коллективов людей требуют глубокого изучения экономических, социологических, психологических, юридических и других аспектов управления.

Заключение

Кибернетика изучает процессы получения и передачи, накопления и преобразования, переработки и использования информации в машинах, живых организмах и их объединениях. Установление связи между управлением и информационными процессами - важнейшее достижение кибернетики. Оно позволяет понять технологию процесса управления и, главное, подвергнуть его изучению количественными методами.