Размещено на http://www.allbest.ru/

Приамурский институт агроэкономики и бизнеса

Реферат

Кибернетика - наука об управлении

Студент группы МБ - 21

Ю.А. Платовская

Проверил Н.Н. Белоусов

Хабаровск 2013

Содержание

кибернетика информация управление труд

Введение

1. История развития кибернетики

2. Методы и цели кибернетики

3. Роль и значение кибернетики

Заключение

Список литературы

Введение

Кибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество. Греческое "кюбернетес", первоначально означало "рулевой", "кормчий", но впоследствии стало обозначать и "правитель над людьми". Так, древнегреческий философ Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других - искусство править людьми. Римлянами слово "кюбернетес" было преобразовано в "губернатор".

Термин "кибернетика" изначально ввел в научный оборот в 1830 году Андре-Мари Ампер, который определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага. А в современном понимании этот термин впервые был предложен Н. Винером в 1948 году - как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе.

Если кибернетика Ампера - это наука о том, как управлять обществом, людьми, то кибернетика Винера, напротив, исходила в первую очередь из потребностей техники, проблем автоматизации, которые рассматривались в увязке с проблемами биологии и медицины. Кибернетика - это наука об управлении сложными системами с обратной связью. Она возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии, и ее интересовал целый класс систем, как живых, так и не живых, в которых существовал механизм обратной связи. Основателем кибернетики по праву считается американский математик

Н. Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу, которая так и называлась "Кибернетика". Оригинальность этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие "черного ящика" как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим и прошлым входного потенциала, но для которого мы необязательно располагаем информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции. Кибернетика включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи. Стаффорд Бир назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил определение, включив потоки информации "из любых источников", начиная со звёзд и заканчивая мозгом. Объектом изучения кибернетики являются сложные динамические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. К ним относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия, отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии, транспортные средства, системы агрегатов). Для того чтобы в системе могли протекать процессы управления, она должна обладать определенной степенью сложности. Однако, хотя кибернетика и изучает общие закономерности управляющих систем, их конкретные физические особенности находятся вне поля ее зрения. Предмет кибернетики составляют только те стороны функционирования систем, которыми определяется протекание в них процессов управления, т. е. процессов сбора, обработки, хранения информации и ее использования для целей управлении.

1. История развития кибернетики

Кибернетика -- обобщающая наука, исследующая биологические, технические и социальные системы, которые связаны с процессами управления. 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. Развитие кибернетики как науки было подготовлено многочисленными работами ученых в области математики, механики, автоматического управления, вычислительной техники, физиологии высшей нервной деятельности. Основы теории автоматического регулирования и теории устойчивости систем регулирования содержались в трудах выдающегося русского математика и механика И.А. Вышнеградского (1831-1895 гг.), обобщившего опыт эксплуатации и разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов паровых машин. Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной теории автоматического управления, были решены одним из крупнейших математиков своего времени А.М. Ляпуновым (1857-1918 гг.), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических вопросов технической кибернетики. Работы по теории колебаний, выполненные коллективом ученых под руководством известного советского физика и математика А.А. Андронова (1901-1952 гг.), послужили основой для решения впоследствии ряда нелинейных задач теории автоматического регулирования. А.А. Андронов ввел в теорию автоматического управления понятия и методы фазового пространства, сыгравшие важную роль в решении задач оптимального управления.

Исследование процессов управления в живых организмах связывается прежде всего с именами великих русских физиологов - И.М. Сеченова (1829-1905 гг.) и И.П. Павлова (1849-1936 гг.). И.М. Сеченов заложил основы рефлекторной теории и высказал весьма смелое для своего времени положение, что мысль о машинности мозга - клад для физиолога.

Блестящие работы И.П. Павлова обогатили физиологию высшей нервной деятельности учением об условных рефлексах и формулировкой принципа обратной афферентации, являющегося аналогом принципа обратной связи в теории автоматического регулирования. Труды И.П. Павлова стали основой и отправным пунктом для ряда исследований в области кибернетики, и биологической кибернетики в частности. Решающее значение для становления кибернетики имело создание в 40-х гг. ХХ в. электронных вычислительных машин - ЭВМ или компьютеров. Большой вклад в развитие кибернетики и вычислительной техники сделан английским математиком Аланом Тьюрингом (1912-1954 гг.). После второй мировой войны он разработал первую английскую ЭВМ, занимался вопросами программирования. Исключительное значение для развития кибернетики имели работы американского ученого (венгра по национальности) Джона фон Неймана (1903-1957 гг.) Он - создатель новой математической науки - теории игр, непосредственно связанной с теоретической кибернетикой. Им разработаны пути построения надежных систем из ненадежных элементов и доказана теорема о способности достаточно сложных автоматов к самовоспроизведению и к синтезу более сложных автоматов.

Важнейшие для кибернетики проблемы измерения количества информации разработаны американским инженером и математиком Клодом Шенноном, опубликовавшим в 1948 г. классический труд "Теория передачи электрических сигналов при наличии помех" в котором заложены основные идеи существенного раздела кибернетики - теории информации. Ряд идей, нашедших отражение в кибернетике, связан с именем советского математика академика А.Н. Колмогорова. Первые в мире работы в области линейного программирования (1939 г.) принадлежат академику Л.В. Канторовичу. Осталось объединить весь полученный к этому времени материал и дать название новой науке. Этот шаг был сделан американским математиком Н. Винером, опубликовавшим в 1948 свою знаменитую книгу "Кибернетика". Винер определил кибернетику - как "науку об управлении и связи в животном, машине и обществе". Сегодня кибернетику все чаще считают частью информатики, ее "высшим" разделом. Но информатика в целом шире кибернетики, так как в информатике имеются аспекты, связанные с архитектурой и программированием ЭВМ, которые непосредственно к кибернетике отнести нельзя. Благодаря ЭВМ возникли принципиально новые возможности для исследования и фактического создания действительно сложных управляющих систем. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет 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 и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования. В 80-90 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 робототехники. Киборги, так же как и роботы-манипуляторы, находят все более широкое применение при управлении объектами в недоступных или опасных для жизни человека условиях.

Современная кибернетика зарождалась как междисциплинарные исследования, объединяя области систем управления, теории электрических цепей, машиностроения, математического моделирования, математической логики, эволюционной биологии, неврологии, антропологии. Кибернетика явилась первым комплексным научным направлением, общность которого столь велика, что приближает его к философскому видению мира, вслед за ней начали развиваться системный подход, глобальное моделирование, синергетика и некоторые другие столь же широкие интеллектуальные и технологические концепции. Кибернетика как наука об управлении объектом своего изучения имеет управляющие системы. Она 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.

Для исследования систем кибернетика использует три принципиально различных метода: математический анализ, физический эксперимент и вычислительный эксперимент. Другие области исследований, повлиявшие на развитие кибернетики или оказавшиеся под её влиянием, - теория управления, теория игр, теория систем (математический эквивалент кибернетики), психология (особенно нейропсихология, бихевиоризм, познавательная психология) и философия.

Особенно велика роль кибернетики в психологии труда и таких ее отраслях, как инженерная психология и психология профессионально-технического образования.

Кибернетика - наука об оптимальном управлении сложными динамическими системами, изучающая общие принципы управления и связи, лежащие в основе работы самых разнообразных по природе систем -от самонаводящихся ракет-снарядов и быстродействующих вычислительных машин до сложного живого организма.

Управление - это перевод управляемой системы из одного состояния в другое посредством целенаправленного воздействия управляющего. Оптимальное управление - это перевод системы в новое состояние с выполнением некоторого критерия оптимальности, например, минимизации затрат времени, труда, веществ или энергии.

Сложная динамическая система - это любой реальный объект, элементы которого изучаются в такой высокой степени взаимосвязи и подвижности, что изменение одного элемента приводит к изменению других. Кибернетика вплотную занялась исследованием механизмов саморегуляции и самоуправления.

2. Методы и цели кибернетики

В кибернетике применяется метод исследования систем с использованием понятия "черный ящик", под которым понимается система, в которой исследователю доступна лишь входная и выходная информация этой системы, а внутреннее устройство может быть и неизвестно. Многие системы в силу своей чрезвычайной сложности не могут получить конкретного определения. Их поведение изучается путем выявления логических и статистических связей, существующих между вводимой и выводимой информацией - система в этом случае рассматривается в качестве "черного ящика". Очень важным методом кибернетики, использующим понятие "черного ящика", является метод моделирования.

Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит материалистическая диалектика. Теория и практика кибернетики непосредственно базируются на применении математических методов при описании и исследовании систем и процессов управления, на построении адекватных им математических моделей и решении этих моделей на быстродействующих ЭВМ. Таким образом, одним из основных методов кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов управления. Можно моделировать различные формы изменения поведения и развития, наблюдающиеся в сложных биологических и социальных системах. Изменение поведения сложных кибернетических систем есть результат накопления обработанной соответствующим образом информации, которую эти системы получили в прошлом. Целенаправленное изменение поведения кибернетических систем происходит при наличии управления. Наличие управления в кибернетической системе означает, что её можно представить в виде двух взаимодействующих блоков - объекта управления и управляющей системы. Управляющая система по каналам прямой связи через соответствующее множество эффекторов передает управляющие воздействия на объект управления. Информация о состоянии объекта управления воспринимается с помощью рецепторов и передаётся по каналам обратной связи в управляющую систему.

К основным типам управления относятся:

- программное управление, цель которого состоит в том, чтобы выдать на объект управления ту или иную строго определенную последовательность управляющих воздействий. Обратная связь при таком управлении отсутствует. Наиболее простым примером подобного программного управления является светофор-автомат, переключение которого происходит в заданные заранее моменты времени;

- автоматическое управление - классическое авторегулирование, цель которого состоит в поддержании постоянного значения того или иного параметра (или нескольких независимых параметров). Примером может служить система автоматического регулирования температуры воздуха в помещении;

- оптимальное управление - поддержание максимального (или минимального) значения некоторой функции от двух групп параметров, называемой критерием оптимального управления.

Простейший пример оптимального управления снова даёт задача регулирования температуры комнатного воздуха при дополнительном условии учёта изменений его влажности. В биологической и медицинской кибернетике на первый план выдвигаются задачи, имеющие прямой выход в здравоохранение, народное хозяйство и технику. Ведется создание эффективных средств автоматического слежения за состоянием больных и выработка принципов применения ЭВМ в медицинских учреждениях: проводится разработка кибернетических систем непрерывного контроля за состоянием организма человека в экстремальных условиях, изучается синтез биотехнических систем управления динамическими объектами.

К основным методологическим принципам кибернетики относится применение системного и функционального подхода при описании и исследовании сложных систем. Системный подход, исходя из представлений об определенной целостности системы, выражается в комплексном ее изучении с позиций системного анализа, т.е. анализа проблем и объектов как совокупности взаимосвязанных элементов. Функциональный анализ имеет своей целью выявление и изучение функциональных последствий тех или иных явлений или событий для исследуемого объекта.

Соответственно функциональный подход предполагает учет результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем управления.

Основная цель кибернетики, как науки об управлении, добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты функционирования этих систем были наилучшими, т.е. приводили бы наиболее быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных ресурсов (сырья, энергии, человеческого труда, машинного времени горючего и т. д.).

Все это можно определить кратко термином "оптимизация".

Таким образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.

3. Роль и значение кибернетики

Кибернетика, как самостоятельная научная область:

- способствовала формированию информационной концепции представления систем;

- рассматривает системы только в динамике;

- практикует вероятностные методы исследования поведения сложных систем.

Общее значение кибернетики обозначается в следующих направлениях:

1. Философское значение, поскольку кибернетика дает новое представление о мире, основанное на роли связи, управления, информации, организованности, обратной связи и вероятности.

2. Социальное значение, поскольку кибернетика дает новое представление об обществе, как организованном целом.

3. Общенаучное значение в трех смыслах:

- кибернетика дает общенаучные понятия, которые оказываются важными в других областях науки - понятия управления, сложно динамической системы и тому подобное;

- дает науке новые методы исследования: вероятностные, стохастические, моделирования на ЭВМ и т. д.;

- на основе функционального подхода "сигнал-отклик" кибернетика формирует гипотезы о внутреннем составе и строении систем, которые затем могут быть проверены в процессе содержательного исследования.

4. Методологическое значение кибернетики определяется тем, что изучение функционирования более простых технических систем используется для выдвижения гипотез о механизме работы качественно более сложных систем с целью познания происходящих в них процессов - воспроизводства жизни, обучения и т. д.

5. Наиболее известно техническое значение кибернетики - создание на основе кибернетических принципов ЭВМ, роботов, ПЭВМ, породившее тенденцию кибернетизации и информатизации не только научного познания, но и всех сфер жизни.

Значение и польза кибернетики не в наличии каких-то чисто кибернетических результатов, математически сформулированных законов кибернетики -- их нет, а в том, в какой степени кибернетические идеи, кибернетический образ мышления проникли в конкретные науки, стимулировали их развитие, привели к появлению новых научных результатов в этих специальных областях.

Заключение

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. Кибернетика и есть та самая наука, теоретический арсенал которой в сочетании с инструментально-методическим аппаратом могут рассматриваться как общая теория управления. Объектом кибернетики являются все управляемые системы.

Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика вводит такие понятия, как кибернетический подход, кибернетическая система. Кибернетические системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы.

Примеры кибернетических систем - автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики - компьютер. Достижения информационно-кибернетической науки и технологии, подобно силе атома двулики: могут служить как на пользу, так и во вред людям. Будем надеяться, что человеческие разум и добро, воплотившись в реальные благие дела, восторжествуют!

Список литературы

1. Гринченко С.Н. История человечества с кибернетических позиций // История и Математика: Проблемы периодизации исторических макропроцессов. М.: КомКнига, 2006.

2. Информатика. Базовый курс.2-е издание / Под ред. В.С. Симоновича. - Спб.: Питер,2005

3. Острековский В.А. Информатика: Учебн. Для вузов/В.А. Острековский.-3-е изд.-М.:Высшая школа, 2005.

4. Кибернетика: прошлое для будущего - М.: Наука, 1989 г.

5. Кибернетика. Становление информатики - М.: Наука, 1986 г.

Размещено на Allbest.ru