Кибернетика в россии кратко сейчас

Обновлено: 05.07.2024

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.

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

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.

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.

Что такое кибернетика?

Кибернетика — это междисциплинарная наука об общих закономерностях получения, хранения, преобразования и передачи информации в сложных управляющих системах, будь то машины, живые организмы или общество. Это попытка ученых создать общую математическую теорию управления сложными системами, совместить на первый взгляд несовместимое и найти общность там, где ее не может быть.

Уникальность его идей в том, что он показал: животные, как и машины, могут быть включены в более обширный класс объектов, отличительной особенностью которого является наличие систем управления.

Основные принципы кибернетики

Закон обратной связи заключается в простом факте: если есть объект управления и субъект управления, то для выработки адекватных управляющих воздействий, имея информацию о состоянии объекта, субъект может принимать адекватное решение по его управлению. То есть манипулируя входными сигналами, мы можем наблюдать некий результат работы системы на выходе. При этом принципы и законы кибернетики одинаково применимы к управлению автомобилем, крупным предприятием, поведением толпы или бионическим протезом.

Одно из важнейших достижений кибернетики — разработка и широкое использование метода математического моделирования. Он позволяет проводить эксперименты не с реальными физическими моделями изучаемых объектов, а с их математическим описанием в виде компьютерных программ.

Сферы кибернетики

Хоть и считается, что как наука кибернетика сегодня предана забвению, она успела породить много направлений:

искусственный интеллект;
медицинская кибернетика;
биологическая кибернетика;
инженерная кибернетика;
спортивная кибернетика;
экономическая кибернетика;
социальная кибернетика;
правовая кибернетика и другие.

Искусственный интеллект

Как отдельное направление исследований искусственный интеллект (ИИ) возник в середине XX века, в попытке понять организацию работы мозга с помощью математических методов.

Искусственный интеллект определяют как научное направление, в рамках которого ставятся и решаются задачи аппаратного или программного моделирования интеллектуальных видов человеческой деятельности. Кроме этого под ИИ понимают свойство интеллектуальных систем выполнять творческие функции, которые традиционно считаются прерогативой человека.

Решения на основе искусственного интеллекта сегодня внедряются во все сферы нашей жизни: медицина, образование, политика, сельское хозяйство, банки, безопасность и другие.

Другая сфера, которая тесно связана с ИИ — робототехника.

Медицинская кибернетика

Медицинская кибернетика — это междисциплинарное научное направление, связанное с использованием идей, методов и технических средств кибернетики в медицине и здравоохранении. Медицина стала одной из тех сфер, наряду с робототехникой и компьютерными технологиями, где кибернетика получила большое распространение.

Врачи-кибернетики работают в тесном содружестве с врачами-клиницистами (терапевтами, хирургами, реаниматологами, неврологами, реабилитологами и так далее), физиологами, биохимиками, математиками, инженерами и другими специалистами.

В России как специальность высшего медицинского образования появилась в 1974 году.

Чем занимается медицинская кибернетика:

Разработка медицинских информационных технологий — единая государственная система здравоохранения, электронные медицинские карты и рецепты, телемедицина.
Развитие искусственного интеллекта в медицине позволяет осуществлять диагностику с помощью компьютерных технологий, прогнозировать состояние пациентов, автоматически расшифровывать специализированные медицинские снимки и изображения.
Внедрение сложных компьютеризированных комплексов — томографы, ангиографы, системы визуализации и радиоизотопные системы, системы лазерной микрохирургии и другие. А также создание портативных, комфортных и индивидуальных приборов, которые объективно оценивают показатели пациента и передают их в реальном времени в аналитические центры.
Исследования в области биологии и медицины — клиническая биоинформатика, 3D-моделирование лекарственных средств, исследование лекарств и лекарственного взаимодействия на молекулярном уровне.
Математическое моделирование физиологических процессов, эпидемий и др.

Кибернетическая биология

Кибернетическая биология изучает кибернетические системы в биологических организмах с упором на то, как животные адаптируются к окружающей среде и как информация в форме генов передается от поколения к поколению.

Основные направления кибернетической биологии:

Инженерная кибернетика

Инженерная кибернетика — междисциплинарное исследование и автоматическое управление техническими динамическими системами, такими как роботы, самолеты, морские суда, автомобильные системы и технологические установки.

Одно из направлений — разработка и создание автоматических устройств: технологических, измерительных (различные датчики, регистраторы, измерительные комплексы) и информационных.

Спортивная кибернетика

Спортивная кибернетика — научный подход к мониторингу физиологии игроков, оценки их психологического состояния, а также к изучению и разработке стратегии и тактики игр для командных видов спорта.

Одним из первых математические методы и принципы кибернетики в спорте применил кандидат биологических наук, доцент Валентин Петровский, преподаватель кафедры легкой атлетики Киевского физкультурного института и тренер-новатор. В 1960 годах Петровский рассчитал математическую модель тренировок для спортсмена Валерия Борзова, который стал чемпионом мира по легкой атлетике.

В 2017 году в России была создана Ассоциация компьютерных наук в спорте, объединившая ученых, в том числе математиков, физиологов, психологов, биомехаников, а также ИТ-специалистов, тренеров и спортивных врачей.

Экономическая кибернетика

Экономическая кибернетика — область науки, которая изучает движение информации в экономике и ее влияние на экономические процессы с учетом обратной связи. Возникла на стыке математики и кибернетики с экономикой и включает в себя математическое программирование, исследование операций, экономико-математические модели, эконометрику и математическую экономию.

В качестве самостоятельного научного направления экономическая кибернетика появилась в конце 1950 годов. Основателем экономической кибернетики считается британский теоретик и практик в области исследования операций Стаффорд Бир. С того времени она дифференцировалась на множество самостоятельных направлений: систему искусственного интеллекта для поддержки бизнес-решений, теорию проектирования экономических механизмов (конкурсов, аукционов и так далее) и организаций, исследования рынков информации, а также менеджмент знаний.

Cybersyn — проект централизованного компьютерного управления плановой экономикой в Чили в 1970–1973 годах под руководством кибернетика Стаффорда Бира.

Бир использовал для анализа экономики Чили модели жизнеспособной системы (viable system model), основанную на принципах нервной системы человека. Он критиковал иерархический процесс принятия решений, когда управление осуществляется директивно при накоплении статичных данных. Вместо этого он предложил закольцевать процесс принятия решений, расположив между правительством и производствами специальный аппарат управления. Этот аппарат должен собирать и передавать информацию от работников руководству, контролировать и обеспечивать выполнение распоряжений, поддерживать саморегуляцию всей системы за счет распределения выделенных ресурсов относительно потребностей. Гибкость процесса управления гарантировала постоянная обратная связь. А ключевыми элементами становились коммуникация, адаптация и действие.

В 1973 году военные во главе с генералом Аугусто Пиночетом совершили переворот в Чили. Отказавшись от идей плановой системы свергнутого президента-социалиста Сальвадора Альенде, они закрыли проект Cybersyn.

Общегосударственная Автоматизированная Система сбора и обработки информации для учета, планирования и управлении народным хозяйством СССР — одна из первых глобальных сетей в мире для управления экономикой государства. Создавалась и разрабатывалась под руководством академика и кибернетика Виктора Глушкова в 1960–1980-х годах.

Целью ОГАС должен был стать перевод всего документооборота страны в электронный, безбумажный вид, возможность управления экономикой в том числе в режиме реального времени, оптимизация технологических, экономических и организационных процессов, реорганизация управления, создание индустрии информационных технологий. В первоначальном проекте предполагалась даже отмена бумажных денег и замена их электронными платежами.

Частично проект реализован в 1968 году как Автоматическая система плановых расчетов (АСПР), которая просуществовала до 1994 года. По некоторым данным, при переходе на новые компьютеры, комплекс программ АСПР и банк данных, хранившиеся на ЕС ЭВМ, просто не перенесли на новые носители.

Социальная кибернетика

Социальная кибернетика — раздел в социологии, основанный на общей теории систем и кибернетике. Задача ее состоит в том, чтобы изучить закономерности самоорганизующейся общественной системы и создать оптимальную модель управления социальными процессами.

В реальном мире социальная кибернетика применима для лучшего понимания поведения толпы, в том числе во время беспорядков, а также причин их формирования и способов их предотвращения.

В 2006 году Международная социологическая ассоциация утвердила премию имени Уолтера Бакли за выдающиеся достижения в области социокибернетики.

Правовая кибернетика

Правовая кибернетика — научные исследования в сфере закономерностей оптимального функционирования государственно-правовых систем. Она решает задачи автоматизации юридической деятельности и ее отдельных видов. Сегодня правовая кибернетика активно используется для понимания различных законов и нормативных актов и того, как они могут применяться или не применяться в отдельных случаях.

Будущее кибернетики

Ожидания от кибернетики как научной дисциплины, которая сотворит революцию в обществе, в середине XX века были очень велики, но не все они смогли оправдаться. По мнению ученых, это произошло не из-за ограничений самой науки, а ограниченности специалистов, не сумевших реализовать потенциал кибернетических идей из-за их технологической и экономической несвоевременности. Спустя 70 лет у кибернетики есть все шансы реабилитироваться. Сегодня мы живем во времена, когда вычислительные возможности кажутся безграничными. Уже сейчас правительства и компании соревнуются, чтобы использовать преимуществами инноваций.

Доктор биологических наук, профессор физического факультета и ведущий сотрудник Центра нейротехнологий ЮФУ Борис Владимирский считает, что интеграция мозга и кибернетики приведет к созданию виртуальной доли человеческого мозга. Она будет служить не только для распознавания образов или решения логических задач. Но и сообщать информацию, предлагать варианты разумного взаимодействия, отвечать на вопросы, а порой и задавать их.

Кибернетика это всего лишь наука эффективной организации. У многих кибернетика ассоциируется с компьютерами, но они не обязательны. Можно нанять сотни людей, и они будут всё обсчитывать на логарифмических линейках. Главное это система. Все масштабные войны прошлого управлялись кибернетическими системами, просто это не называлось “Кибернетика”. Первой страной, применившей такую военную систему для управления государством, был Советский Союз. В нём в 1921-ом году был создан Госплан (сокращение от “Государственное планирование”). Госплан это в чистом виде кибернетика. На эту тему обязательно прочитайте мою статью “СССР перед второй мировой”.

План Маршалла

Чтобы противостоять сверхгосударству СССР, штаты были вынуждены создать своё сверхгосударство (со своими кибернетикой и Госпланом). После Второй Мировой войны США НАЧАЛИ ПРЕВРАЩАТЬСЯ В ТАКОЙ ЖЕ СОВЕТСКИЙ СОЮЗ, ТОЛЬКО КАПИТАЛИСТИЧЕСКИЙ.

План Маршалла был первым кибернетическим проектом запада. Для его осуществления были созданы учреждения, похожие на Советский Госплан. После Бреттон-Вудских соглашений 1944-го года доллар стал мировой резервной валютой и в первую очередь начал опутывать своей сетью именно Европу.

В Советском Союзе завод, находящийся в Прибалтике, мог выпускать детали для продукции, которая собиралась где-нибудь в Узбекистане. Это обеспечивало единство Советского Союза за счёт общего хозяйства (ну или общей экономики, если хотите).

Ровно тот же принцип применили Штаты в отношении западной Европы во время Плана Маршалла. Например, производители из Германии были состыкованы с потребителями из США. А Штаты, в свою очередь, начали поставлять в Европу свои станки и сталь. Таким образом, В ПРОТИВОВЕС СОВЕТСКОМУ СОЮЗУ БЫЛ СОЗДАН ЗАПАДНЫЙ СОЮЗ. Но это в экономической сфере, а в военной сфере в 1949-ом году этот западный союз был объединён в NATO (НАТО). Главарём этого западного союза стали США, как того и хотела мировая гипербуржуазия, ещё с конца 1800-ых. Восстановление Европы шло на долларовые кредиты, ради которых европейцы подписались пустить к себе Американские СМИ, кинофильмы, военные базы и много чего ещё.

Новый капитализм

В статье “Как конец 19-го века определил начало 20-го?” я писАл про старый капитализм. Он был по преимуществу множеством индивидуальных капиталов, вкраплённых в общество некапиталистическое по общему типу.

После Второй Мировой войны стал зарождаться “Новый капитализм”. Он вовлёк огромные массы населения в денежные операции по законам капитала. Количество таких операций стало увеличиваться и усиливать свою роль в жизни людей. Западные страны стали функционировать как огромные денежные системы. Население будто бы стало средством функционирования одного большого капитала. Крупными компаниями перестали владеть единицы людей. Владельцами крупных компаний стали многочисленные акционеры, среди которых есть, и физлица, и другие компании. А управлять каждой компанией был назначен совет директоров (как СОВЕТский союз, только СОВЕТ директоров, уловили?).

При новом капитализме стало очень тяжело закрыть предприятие и выбросить на улицу сотни рабочих. Банки стали выдавать начальный капитал мелким предпринимателям. Таким образом, запад стал более связанным воедино и более-менее размазал уровень жизни по населению. Паутина Бреттон-Вудской банковской системы сделала страны запада тотально капиталистическими.

Царица цифрового мира – наука кибернетика. Этим термином объединяется множество понятий, в основном связанных с интеллектуальной техникой, роботами и автоматизированными системами. Но, грубо говоря, его восприятие немного искажено. Изначально кибернетика это, в общем смысле, наука об управлении, которая относилась к искусству государственных деятелей в древней Греции.

В наше же время понятие трансформировалось, приобретя новый, более широкий смысл. Теперь этой научной дисциплиной называют систему получения, хранения и преобразования информации для сложных, основанных на математических принципах действия, систем. К которым безусловно относятся и современные компьютерные и автоматические комплексы обработки данных. Но и не только. Фантастическая картинка-иллюстрация кибернетики

В ней анализируются взаимосвязи происходящих процессов в комплексе особей живого мира, включая растительный и микробиологический. Не обходит кибернетика вниманием и социально-экономические структуры. К каким относятся предприятия, группы людей, отрасли промышленности, политические объединения, страны.

Системы изучения

Главное, что изучает кибернетика – логическое взаимодействие отдельных элементов системы для получения конкретного результата. Примером можно привести управленческую структуру производственного предприятия, отдел ПТО. Упрощенная схема взаимодействия ПТО и остальных элементов предприятия

Он – часть общей системы завода, его функциональная единица. У организации есть план выполнения, который разработан в соответствии с ресурсными возможностями и максимальной прибылью. Задача отдела выполнить документационную и проектную работу по подготовке всех этапов производства.

То есть, в рамках кибернетики, в ПТО приходит указание на выпуск такого-то количества продукции определенного вида. Отдел разрабатывает документы – планы и схемы самих изделий, акты на закупку исходных ресурсов, сметы. Результаты деятельности от этого логического элемента предприятия отправляются поставщикам, в производственные цеха, бухгалтерию. Вот пример функциональной системы, изучаемой кибернетикой, причем весьма далекий от технологии как таковой.

Главное для кибернетики – логическое взаимодействие комплексных частей и влияние отдельного элемента, поступающих ему стимулов и его реакции от них на происходящие процессы в целом.

Элементы и их взаимодействие, исследуемые в рамках кибернетики

В общем виде, область рассмотрения этой наукой – взаимодействие частей системы. Каждая из которых довольно сложна и описывается различными дискретными математическими моделями, входящими в дисциплины теории игр, информации и алгоритмов.

Комплексный элемент структуры обрабатывает входной сигнал в зависимости от своего строения, которое моделируется в рамках кибернетики методами теории графов, кодирования, управляющих систем и комбинаторного анализа, преобразует его и выдает собственный результат, для последующего разбора или выполнения другой частью системы.

История кибернетики

Современное понимание дисциплины было введено американским ученым Нобертом Винтером в 1947 году и касалось уже общности математических систем управляющих элементов.

Ученые-кибернетики

Управление кибернетическими механизмами регулирования было еще заложено в устройствах Ктесибия, жившего в 2-1 веках до нашей эры, и Герона Александрийского (около 1 в. до н.э.).

В средние века основы дисциплины применялись в изготовлении часовых и навигационных приборов или различных видов мельниц, где требовалось автоматическая регулировка работы устройств.

Основной рассвет систематизации кибернетики возник в век пара, относящий к технологическому периоду использования его в устройствах движения. Первый автоматический регулятор работы паровых двигателей запатентован Джеймсом Уаттом (1736-1819), они же, в свою очередь, дали большой толчок процессу индустриализации общества. Теоретические работы по кибернетическим системам тех лет относят к статье Джеймс Клерк Максвелла (1831-1879), посвященной регуляторам. Фотография Джеймса Клерка Максвелла

Для сохранения истины, хотелось бы вспомнить о том, что устройства обработки информации существовали еще до трудов Н. Винтера, только они не получали необходимого теоретического обоснования, требуемого в рамках научной дисциплины. В общность таких приборов входят различные арифмометры, механические вычислительные машины Чарльза Бэббриджа и станки Жозефа Мари Жакара, регуляторы множества изобретателей и созданные Конрадом Эрнст Отто Цузе релейные компьютеры.

Применение

Как научная дисциплина ее тезисы, математические решения и методы исследования применяются в изготовлении всей окружающей автоматики, включая такие ее виды: распознающие образы на изображениях, нейросистемы искусственного интеллекта, различные контролирующие устройства или их части, медицинское оборудование, вся цифровая техника, роботов, комплексы восприятия и синтеза голоса.

В сущности, в 21 веке сложно найти что-то в окружении человека, которое не содержит тех или иных управляющих элементов в зависимости от поступающих сигналов. Кибернетика – основа замены человека во всех областях жизни

Медицинская кибернетика

Одной из ниш, которую плотно заняла научная дисциплина кибернетика, стала медицина. Средства контроля и автоматизации используются в миллионах относящихся к этой сфере деятельности приборов и устройств. Сюда входят системы предварительной поддержки жизнедеятельности организма человека – аппараты искусственного дыхания, фибрилляции, контролирующие его состояние приборы (различные анализаторы и индикаторы), а также вживляемые и устанавливаемые протезы.

Все эти ниши важны, но хотелось бы отдельно упомянуть о последних из перечисленных. Наиболее видимо и полно соответствуют понятию кибернетики различные современные протезы конечностей человека. Теперь управление ими осуществляется отдачей команд при помощи мыслей, а не устаревшими механическими способами.

Кроме того, созданы, пока экспериментальные, системы обратной связи, которые позволяют чувствовать искусственную руку или ногу как реальное продолжение человеческого тела с восприятием информации от различных датчиков, размещенных на протезе. Швейцарский бионический протез с обратной связью по чувствительности и управлению мозговыми волнами

Перспективы и будущее

Не зря наше время – период царствования науки кибернетика. Все вокруг получает большую автоматизацию для удобства использования человеком. Это касается как бытовых и развлекательных приборов, так и почти всех производственных процессов.

К области интересов дисциплины можно отнести любые современные контролирующие системы, от таймеров в печках или стиральных машинах, до автоматов, управляющих ядерными реакторами или работой светофоров у переходов через дорогу. К дисциплине относятся и все электронные устройства – принцип их действия непосредственно построен на использовании ее теорий и практик.

Компьютерная техника, как в стационарных ее видах ПК и мэйнфреймах, или перемещаемая в виде сотовых телефонов, фитнес-браслетов, игровых приставок, ноутбуков или планшетов, это вообще ниша, полностью и безраздельно занимаемая кибернетикой, математические методы которой используются в аппаратных частях оборудования и программном его заполнении. Некоторые виды компьютерной техники

В перспективах развития, обозначенных этой дисциплиной, можно упомянуть большую роботизацию человеческой деятельности и создание искусственного интеллекта, которые вообще снимут с людей не только физическую, но и возможную умственную активность, выполняя за наш вид все процессы, приносящие пользу, по созданию чего-либо нового или обеспечивающие удовлетворение жизненных потребностей.

Кибернетика, это наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и их объединениях. Кибернетика является теоретической основой автоматизации технологических процессов.

Норберт Винер

Кибернетика как наука

Возникновение кибернетики обусловлено, с одной стороны, потребностями практики, выдвинувшей задачи создания сложных устройств автоматического управления, и, с другой стороны — развитием научных дисциплин, изучающих процессы управления в различных физических областях в подготовивших создание общей теории этих процессов.

К числу таких наук относятся:

В отличие от указанных наук, занимающихся конкретными процессами управления, кибернетика изучает то общее, что свойственно всем процессам управления, независимо от их физической природы, и ставит своей задачей создание единой теории этих процессов.

Кибернетика и робототехника

Для любых процессов управления характерно:

наличие организованной системы, состоящей из управляющих и управляемых (исполнительных) органов
взаимодействие данной организованной системы с внешней средой, являющейся источником случайных или систематических возмущений
осуществление управления на основе приема и передачи информации
наличие цели и алгоритма управления

В задачу кибернетики входит также систематическое сравнительное изучение структуры и различных физических принципов работы систем управления с точки зрения их способности воспринимать и перерабатывать информацию.

Кибернетика по своим методам является наукой, широко использующей разнообразный математический аппарат, а также сравнительный подход при изучении различных процессов управления.

Основные разделы кибернетики

В качестве основных разделов кибернетики могут быть выделены:

теория информации
теория методов управления (программирования)
теория систем управления

Теория информации изучает способы восприятия, преобразования и передачи информации. Информация передается при помощи сигналов — физических процессов, у которых определенные параметры находятся в однозначном соответствии с передаваемой информацией. Установление такого соответствия называется кодированием.

Теория программирования занимается изучением и разработкой методов переработки и использования информации для управления. Программирование работы любой системы управления в общем случае включает в себя:

определение алгоритма нахождения решений
составление программы в коде, воспринимаемом данной системой

Нахождение решений сводится к переработке заданной входной информации в соответствующую выходную информацию (команды управления), обеспечивающую достижение поставленные цели. Оно осуществляется на основе некоторого математического метода, представленного в виде алгоритма. Наиболее развитыми являются математические методы определения оптимальных решений. Такие, как линейное программирование и динамическое программирование, а также методы выработки статистических решений в теории игр.

Теория алгоритмов, используемая в кибернетике, изучает формальные способы описания процессов переработки информации в виде условных математических схем — алгоритмов. Основное место занимают здесь вопросы построения алгоритмов для различных классов процессов и вопросы тождественных (равносильных) преобразований алгоритмов.

Программирование для управления

Основной задачей теории программирования является выработка методов автоматизации процессов переработки информации на электронных программно-управляемых машинах. Основную роль играют здесь вопросы автоматизации программирования. Т. е. вопросы составления программ решения различных задач на машинах с помощью этих машин.

С точки зрения сравнительного анализа процессов переработки информации в различных естественно и искусственно организованных системах кибернетика выделяет следующие основные классы процессов:

мышление и рефлекторная деятельность живых организмов
изменение наследственной информации в процессе эволюции биологических видов
переработка информации в автоматических системах
переработка информации в экономических и административных системах
переработка информации в процессе развития науки

Выяснение общих закономерностей этих процессов составляет одну из основных задач кибернетики.

Теория систем управления изучает структуру и принципы построения таких систем и их связи с управляемыми системами и внешней средой. Системой управления в общем случае может быть назван любой физический объект, осуществляющий целенаправленную переработку информации. Это может быть, нервная система животного, система автоматического управления движением самолета и др.).

Кибернетика изучает абстрактные системы управления, представленные в виде математических схем (моделей), сохраняющих информационные свойства соответствующих классов реальных систем. В рамках кибернетики возникла специальная математическая дисциплина — теория автоматов. Она изучает специальный класс дискретных систем переработки информации, включающих в себя большое число элементов и моделирующих работу нейронных сетей.

Кибернетика выделяет два общих принципа построения систем управления: обратной связи и многоступенчатости (иерархичности) управления. Принцип обратной связи позволяет системе управления постоянно учитывать фактическое состояние всех управляемых органов и реальных воздействий внешней среды. Многоступенчатая схема управления обеспечивает экономичность и устойчивость системы управления.

Кибернетика и автоматизация процессов

Комплексная автоматизация при применении принципов самонастраивающихся и самообучающихся систем позволяет обеспечить достижение наивыгоднейших режимов управления, что особенно важно для сложных производств. Необходимой предпосылкой такой автоматизации является наличие для данных производств, процесса детального математического описания (математической модели), которое вводится в ЭВМ, управляющую процессом, в виде программы ее работы.

В эту машину поступает информация о ходе процесса от различных измерительных устройств и датчиков. Машина на основе имеющей математические модели процесса рассчитывает его дальнейший ход при тех или иных командах управления.

Если подобное моделирование и прогнозирование протекает значительно быстрее реального процесса, то имеется возможность путем расчета и сравнения ряда вариантов выбирать наивыгоднейший режим управления. Оценка и выбор вариантов могут производиться как самой машиной полностью автоматически, так и с помощью человека-оператора. Важную роль при этом играет проблема оптимального сопряжения человека-оператора и управляющей машины.

Симбиоза машины и человека

Систематическое применение этого метода позволяет формализовать все более сложные процессы умственной деятельности. Что является первым необходимым этапом для их последующей автоматизации. Большие перспективы для повышения эффективности научной работы имеет проблема информационного симбиоза машины и человека. Т.е. непосредственного взаимодействия человека и информационно-логической машины в процессе творчества при решении научных задач.

Техническая кибернетика

Техническая кибернетика — наука об управлении техническими системами. Методы и идеи технической кибернетики вырастали вначале параллельно и независимо в отдельных технических дисциплинах, относящихся к связи и управлению. В автоматике, радиоэлектронике, телеуправлении, вычислительной технике и т. д. По мере выяснения общности, основной задач теории и методов их решения, формировались положения технической кибернетики, образующей единую теоретическую базу для всех областей техники связи и управления.

Техническая кибернетика, как и кибернетика вообще, изучает процессы управления безотносительно к физическим природе систем, в которых происходят эти процессы. Центральная задача технической кибернетики — синтез эффективных алгоритмов управления с целью определения их структуры, характеристик и параметров. Под эффективными алгоритмами понимаются правила переработки входной информации в выходные сигналы управления, которые являются успешными в определенном смысле.

Техническая кибернетика теснейшим образом связана с автоматикой и телемеханикой, но не совпадает с ними, поскольку в технической кибернетике не рассматриваются вопросы конструирования конкретной аппаратуры. Техническая кибернетика связана также с другими направлениями кибернетики, например, добытые биологическими науками сведения облегчают разработку новых принципов управления, в т.ч. принципов построения новых типов автоматов, моделирующих сложные функции умственной деятельности человека.

Техническая кибернетика возникшая из потребностей практики, широко использующая математический аппарат, является сейчас одним из наиболее разработанных разделов кибернетики. Поэтому прогресс технической кибернетики существенно способствует развитию других ветвей, направлений и разделов кибернетики.

Развитие технической кибернетики

Значительное место в технической кибернетике занимает теория оптимальных алгоритмов или, что по существу то же, теория оптимальной стратегии автоматического управления, обеспечивающей экстремум некоторого критерия оптимальности.

В различных случаях критерии оптимальности могут быть разными. Например, в одном случае может потребоваться максимальная быстрота переходных процессов, в другом — минимальный разброс значений некоторой величины и т. д. Однако существуют общие методы формулировки и решения самых разнообразных задач этого рода.

В результате решения задачи определяется оптимальный алгоритм управления в автоматической системе, либо оптимальный алгоритм распознавания сигналов на фоне шумов в приемнике системы связи и т. д.

Другое важное направление в технической кибернетике — разработка теории и принципов действия систем с автоматическим приспособлением. Которое заключается в целенаправленном изменении свойств системы или ее частей, обеспечивающем возрастающую успешность ее действий. В этой области имеют большое значение системы автоматической оптимизации, приводимые поиском автоматическим к оптимальному режиму функционирования и поддерживаемые вблизи этого режима при непредвиденных заранее внешних воздействиях.

Третьим направлением является разработка теории сложных систем управления, состоящих из большого количества элементов, включающих сложные взаимосвязи частей и работающих в трудных условиях.

Большое значение для технической кибернетики имеют теория информации и теория алгоритмов, в частности теория конечных автоматов.

Любые системы управления так или иначе связаны с человеком, который их проектирует, налаживает, контролирует, управляет их работой и использует результаты работы систем в своих целях. Отсюда возникают проблемы взаимодействия человека с комплексом автоматических устройств и обмена информации между ними.

Читайте также: