Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт

(Технический университет им. Г. В. Плеханова)

Реферат на тему:

Кибернетика - наука об управлении.

Выполнили : студенты 1 курса

металлургического факультета

гр. АПМ-02

Головина И.

Скуратова В.

Проверил: профессор Власов К.П.

C анкт - Петербург

2003

Содержание.

1. Введение.------------------------------------------------------3

2. Основная часть

2.1. Зарождение кибернетики.-------------------------------------3

2.2. Причины возникновения кибернетики.------------------5

2.3. Основные понятия кибернетики.---------------------------5

2.4. Место кибернетики в системе наук.------------------------9

2.5. Прикладное значение кибернетики. --------------------11

3. Заключение. Вклад кибернетики в научную картину мира.-------------------------------------------------------------------12

\

Введение.

Современное поколение является свидетелем стремитель­ного развития науки и техники. За последние триста лет челове­чество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, оно проложило себе путь к освоению космического пространства.

Однако до середины XX века почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и весьма разно­образных, но в основном исполнительных функций. Но их управление всегда осуществлялось человеком, который должен был оценивать внешние условия, обстановку, наблюдать за ходом протекающего процесса и соответственно управлять машинами. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.

Однако современный уровень развития радиоэлектроники по­зволяет ставить и решать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им. В настоящее время появились новые машины, которые могут выполнять самые разнообразные и сложные задачи управления производственными процессами. Создание управляющих машин позволило перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, це­лых заводов.

Вычислительная техника используется не только для управле­ния технологическими процессами и решения многочисленных тру­доемких научно-теоретических задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования.

Зарождение кибернетики.

Существует огромное количество разных определений поня­тия «кибернетика»:

Кибернетика-научное направление представляющее собой совокупность теорий, гипотез и точек зрения, относящихся к общим вопросам управления и связи в автоматических машинах и живых организмах;

Кибернетика-это наука об управлении сложными системами с обратной связью.

Но все они сводятся к тому что кибернетика- это наука изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления.А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибер­нетику часто определяют еще и как науку об общих законах полу­чения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Как самостоятельная наука кибернетика оформилась в середине двадцатого века, когда американский ученый, профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер опубликовал книгу «Кибернетика, или управ­ление и связь в животном и машине». В ней он обоб­щил закономерности, относящиеся к системам управления различ­ной природы - биологическим, техническим и социальным. Во­просы управления в социальных системах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и общество».

Новая наука получила свое название от древнегреческого слова “кибернетес”, что в переводе означает “управляющий”, “ рулевой”, “кормчий”. Древне­греческий философ Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других — искусство править людьми.

Со сложными системами управления человек имел дело задолго до кибернетики (управление людьми, машинами).Но кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику. В “ докибернетический” период знания об управлении и организации носили локальный характер, т. е. в отдельных областях. Так еще в 1843г. польский мыслитель Б.Трентовский опубликовал малоизвестную в настоящее время книгу “Отношение философии к кибернетике как искусству управления народом”. В своей книге “Опыт философских наук” в 1834 году известный физик Ампер дал классификацию наук, среди которых третьей по счету стоит кибернетика- наука о текущей политике и практическом управлении государством (обществом).

Причины возникновения кибернетики.

Необходимость или целесообразность замещения человека автоматом может определяться одной из следующих причин.

Во-первых, функционирование объекта управления может характеризоваться такими большими скоростями, что человек не может достаточно быстро, в реальном масштабе времени осуществлять необходимые управляющие воздействия. Данное ограничение от­носится, например, к процессам управления космическими кораблями, ракетами, атомными и хи­мическими реакциями.

Во-вторых, управляющий автомат оказывается необходимым, когда управление должно осуществляться в местах, где при­сутствие человека невозможно или связано с большими трудностями и затратами (космические аппараты, опасные и вредные производственные помещения).

В-третьих, в ряде производственных процессов автоматическое управление может обеспечить более высокие показатели точности изготовления изделий и улучшение других качественных показа­телей.

Наконец, в-четвертых, даже и в тех случаях, когда человек может успешно управлять некоторым производственным процес­сом, применение управляющих автоматов может дать значительный экономический эффект за счет существенного снижения трудовых затрат.

Основные понятия кибернетики.

Эволюция представления об управлении происходила в форме накопления отдельных данных.

В общую кибернетику включают теорию алгоритмов, теорию информации ,теорию игр и теорию автоматов, техническую кибернетику.

Техническая кибернетика-отрасль науки, изучающая технические системы управления. Важнейшие направления исследований, разработка и создание автоматических и автоматизированных систем управления ,а также автоматических устройств и комплексов для передачи переработки и хранения информации.

Предмет кибернетики составляют те стороны функционирования систем, которыми определяется протекание в них процессов управления, т. е. процессов сбора, обработки, хранения информации и ее исполь­зования для целей управления. Однако когда те или иные частные физико-химические процессы начинают существенно влиять на процессы управления системой, кибернетика должна включать их в сферу своего исследования, но не всестороннего, а именно с позиций их воздействия на процессы управления. Таким образом, предметом изучения кибернетики являются процессы управления в сложных динамических системах.

К основным задачам кибернетики относятся

1) установление фактов, общих для управляемых систем или для их совокупностей

2) выявление ограничений, свойственных управляемым системам и установление их происхождения

3) нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы

4) определение путей практического использования установленных фактов и найденных закономерностей .

Основная цель кибернетики как науки об управлении - добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких си­стем, такой организации их работы, взаимодействия эле­ментов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования систем были наилучшими и приводили бы наиболее быстро к заданной цели при минимальных затратах ресурсов ( энергии, человеческого труда, сырья и т. д.). Все это можно определить кратко термином «оптимизация». Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.

Кибернетический подход к системам характеризуется рядом понятий. Основные понятия кибернетики:

Управление- вызов изменений в системе или перевод системы из одного состояния в другое в соответствии с выбранной целью;

Управлять- предвидеть те изменения, которые произойдут в системе после подачи управляющего воздействия;

Всякая система управления рассматривается как единство управляющей системы- субъекта управления и управляемой системы- объекта управления. Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешней среде. Поведение любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее связей с окружающей средой. Для того, чтобы в системе могли протекать процессы управления она должна обладать определенной степенью сложности. Осуществление процессов управления в системе имеет смысл только в том случае, если эта система изменяется, движется, т.е. если речь идет о динамической системе.

Чтобы управление могло функционировать, т.е. целенаправленно изменять объект оно должно содержать четыре необходимых элемента:

1) каналы сбора информации о состоянии среды и объекта,

2) канал воздействия на объект,

3) цель управления,

4) алгоритм управления, указывающий, каким образом можно достичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии среды и объекта.

Понятие обратной связи. Если между воздействием внешней среды и реакцией системы устанавливается связь, то мы имеем дело с обратной связью. Принцип обратной связи характеризует информационную и пространственно – временную зависимость в кибернетической системе. Если поведение системы усиливает внешнее воздействие, то мы имеем дело с положительной обратной связью, а если уменьшает, –то с отрицательной обратной связью. Понятие обратной связи имеет отношение к цели управления.

Понятие информации. Управление - информационный процесс, информация-“ пища”,” ресурс” управления. Поэтому кибернетика вместе с тем наука об информации, об информационных системах и процессах. Самый исходный смысл термина информация связан со сведениями сообщениями и их передачей. ”Докибернетическое” понятие информации связано с совокупностью сведений, данных и знаний. Оно стало непонятным, неопределенным с возникновением кибернетики. Понятие информации в кибернетике уточняется в математических теориях информации. Это теории комбинаторной, семантической, топологической, статистической информации.

В литературе предлагается много разных определений информации:

1) информация как отраженное разнообразие,

2) информация как устранение неопределенности (энтропии),

3) информация как связь между управляющей и управляемой системами,

4) информация как преобразование сообщений,

5) информация как единство содержания и формы,

6) информация-мера упорядоченности организации системы в ее связях с окружающей средой.

Общее понятие информации должно охватывать все определения, все виды информации, но такого универсального понятия информации еще не разработано.

Информация измеримая величина. Она измеряется в битах.

Информация обладает следующими свойствами:

1) способность управлять физическими химическими биологическими и социальными процессами ,

2) способность передаваться на расстоянии при перемещении инфоносителя,

3) способность информации подвергаться переработке,

4) способность сохраняться в течении любых промежутков времени и изменяться во времени,

5) способность переходить из пассивной формы в активную.

Понятие самоорганизации. В современную науку это понятие вошло через идеи кибернетики. Процесс самоорганизации систем обусловлен таким неэнтропийным процессом как управление. Энтропия-мера неорганизованности. Энтропия и информация как правило рассматриваются совместно. Информация-это то что устраняет неопределенность.

Термин самоорганизующаяся система ввел кибернетик Эшби для описания кибернетических систем. Для самоорганизующихся систем характерны:

1) способность активно взаимодействовать со средой, изменять ее в направлении, обеспечивающем более успешное функционирование системы,

2) наличие определенной гибкости структуры или адаптивного механизма,

3) непредсказуемость поведения самоорганизующихся систем,

4) способность учитывать прошлый опыт или возможность научения.

Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит материалистическая диалектика. Однако, кроме общефи­лософского метода, в различных областях науки применяется большое количество специальных методов.

До недавнего времени в биологических и социально-экономи­ческих науках современные математические методы применялись весьма ограниченно. Только последние десятилетия характеризуются расширением использования в этих областях теории вероятностей и математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории множеств и теории графов, теории игр, математического программирования и других мате­матических методов. Теория и практика кибернетики базируются на применении математических методов при опи­саний и исследовании систем и процессов управления, на построе­нии адекватных им математических моделей и решении этих моде­лей на ЭВМ. Таким образом, одним из основ­ных методов кибернетики является метод математического моде­лирования систем и процессов управления.

К основным методологическим принципам кибернетики отно­сится применение системного и функционального подхода при описании и исследовании сложных систем. Системный подход выражается в комплексном ее изучении с позиций системного анализа, анализа объектов и проблем как совокупности взаимосвязанных элементов.

Целью функционального анализа является изучение и выявление функциональных последствий явлений или событий для исследуемого объекта. Т.е. функциональ­ный подход предполагает учет результатов функционального ана­лиза при исследовании и синтезе систем управления.

Место кибернетики в системе наук.

Теоретическая кибернетика является абстрактной наукой. Ее задача - разработка научного аппарата и методов исследования систем управления независимо от их конкретной природы. В теоретическую кибернетику вошли и по­лучили развитие такие разделы прикладной матема­тики, как теория информации и теория алгоритмов, теория игр, исследование операций и др. Ряд проблем теоретической киберне­тики разработан уже непосредственно в недрах этого научного направления, а именно: теория логических сетей, теория автома­тов, теория формальных языков и грамматик, теория преобразова­телей информации и т. д.

.

В зависимости от типа систем управления, которые изучаются прикладной кибернетикой ее подразделяют на техниче­скую, биологическую и социальную кибернетику.

Техническая кибернетика - наука об управлении техническими системами. Техническую кибернетику часто отождествляют с современной теорией автоматического ре­гулирования и управления. Эта теория служит важной составной частью технической кибернетики, но вместе с тем включает вопросы разработки и конструирования автоматов, а также проблемы тех­нических средств сбора, передачи, хранения и преобразования ин­формации.

Биологическая кибернетика изучает общие законы хранения, передачи и переработки информации в биологических системах. Биологическую кибернетику в подразделяют: на медицинскую кибернетику, которая занимается моделированием заболеваний и использованием этих моделей для диагностики, прогнозирования и лечения; физиологическую кибернетику, изучающую и моделирующую функции клеток и органов в норме и патологии; нейрокибернетику, в которой моделируются процессы переработки информации в нервной системе; психологи­ческую кибернетику, моделирующую психику на основе изучения поведения человека.

Социальная кибернетика - наука, в которой используются методы и средства кибернетики в целях исследования и организа­ции процессов управления в социальных системах

Наибольшие практические успехи в современ­ных условиях могут быть достигнуты в результате применения ки­бернетики в области управления экономикой, производственной деятельностью как важнейшими основами развития общества. Сферой экономической кибернетики являются проблемы оптимизации управления народным хозяйством, его отдельными отраслями, экономическими районами, промышленными комплексами, предприятиями и т. д.

Кибернетика - обобщающая наука, ис­следующая технические, биологические и социальные системы. Однако предметом ее исследования служат не все вопросы структуры и поведения этих систем, а только те из них, ко­торые связаны с про­цессами управления.

Таким образом, кибернетика охватывает все науки, но не полностью, а лишь в той их части , которая относится к сфере процессов управления, связанных с этими науками и соответственно с изучаемыми ими системами.

Прикладное значение кибернетики.

В настоящее время за границей уделяется большое внимание как теоретическим, так и экспериментальным исследованиям в области кибернетики. Практически разрабатываются и строятся сложные автоматы, выполняющие разнообразные логические функции, в частности, автоматы, способные учитывать сложную внешнюю обстановку и запоминать свои действия.

Разработка таких автоматов стала возможной с применением в системах автоматики электронных счетных машин с программным управлением. Применение электронных счетных машин для целей автоматического управления и регулирования знаменует собой новый этап в развитии автоматики. До настоящего времени строились автоматы, предназначенные для работы в определенных, заранее известных условиях. Эти автоматы обладали постоянными параметрами и работали в соответствии с постоянными правилами и законами регулирования или управления.

Введение электронных счетных машин в системы управления позволяет осуществлять так называемое оптимальное регулирование, или регулирование с предварительной оценкой возможностей. При этом счетная машина в соответствии с поступающими в нее данными, характеризующими текущее состояние системы и внешнюю обстановку, просчитывает возможные варианты будущего поведения системы при различных способах регулирования с учетом будущих изменений внешних условий, полученных экстраполяцией.

Анализируя полученные решения на основе какого-нибудь критерия оптимального регулирования, счетная машина выбирает оптимальный вариант, учитывая при этом прошлое поведение системы. При необходимости такая система регулирования может изменять и параметры самой системы управления, обеспечивая оптимальный ход процесса регулирования. Разработка таких автоматов имеет большое экономическое и военное значение.

В качестве примеров кибернетической техники можно привести: автоматический перевод с одного языка на другой, осуществляемый с помощью электронной счетной машины; составление программ для вычислений на машинах с помощью самих машин; использование электронных счетных машин для проектирования сложных переключательных и управляющих схем, для управления автоматическими заводами, для планирования и управления железнодорожным и воздушным сообщением и т. п.; создание специальных автоматов для регулировки уличного движения, для чтения слепым и др.

Вклад кибернетики в научную картину мира.

Кибернетика устранила ту неполную картину мира, которая была присуща науке 19 и первой половине 20 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. Кибернетика дала новое представление о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи, целенаправленности, cоздала информационную картину мира. Не энергия, а информация выйдет в 21 столетии на первое место в мире научных понятий.

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

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

Философ Ф. Бекон писал, что “когда истина обнаружена, она налагает ограничения на мысли людей”. На мир уже нельзя смотреть “докибернетическим взглядом”. Новая наука кибернетика сформировала свой взгляд на мир, свой информационно-кибернетический стиль мышления.

Литература

1. Авдеев Р. Ф. Философия информационной цивилизации.- М. 1994.

2. Винер Н. Кибернетика.-М.1968.

3. Кибернетика. Итоги развития., М.: Наука, 1979. – (Серия «Кибернетика – неограниченные возможности и возможные ограничения»).

4. Крайзмер Л. П. Кибернетика. Учеб. Пособие для студ. с.-х. вузов по экон. спец. - М.: Агропромиздат,1985.

5. Кузин Л. Т. Основы кибернетики. –М.1973.