מתי הופיעה הקיברנטיקה? איזה סוג של מדען הוא סייברנטיקאי? מה עושה הקיברנטיקה?

הדור המודרני עד להתפתחות המהירה של המדע והטכנולוגיה. במהלך שלוש מאות השנים האחרונות, האנושות הפכה ממנועי הקיטור הפשוטים ביותר לתחנות כוח גרעיניות חזקות, שלטה במהירויות טיסה על-קוליות, העמידה את האנרגיה של נהרות לשירותה, יצרה ספינות אוקיינוס ​​ענקיות ומכונות העברת עפר ענקיות המחליפות את העבודה של עשרות אלפי חופרים. עם שיגור הלוויין המלאכותי הראשון של כדור הארץ וטיסה של האדם הראשון לחלל, אנשים סללו את הדרך לחקר החלל החיצון.

עם זאת, עד אמצע המאה ה-20, כמעט כל המנגנונים שיצר האדם נועדו לבצע, אמנם מגוונים מאוד, אך בעיקר פונקציות ביצועיות. התכנון שלהם תמיד סיפק בקרה מורכבת פחות או יותר המתבצעת על ידי אדם שחייב להעריך את המצב החיצוני, התנאים החיצוניים, לצפות בהתקדמות של תהליך מסוים ובהתאם לשלוט במכונות, תנועה וכו'. תחום הפעילות הנפשית, הנפש , תחום הפונקציות הלוגיות עד לאחרונה, המוח האנושי נראה בלתי נגיש לחלוטין למיכון.

מחברי סיפורי מדע בדיוני וסיפורי מדע בדיוני ציירו תמונות של חייה של חברה עתידית, דמיינו שכל העבודה עבור אדם תיעשה על ידי מכונות, ותפקידו של אדם יצטמצם רק לצפייה בעבודת המכונות הללו. לחיצה על הכפתורים המתאימים בשלט הרחוק השולטים בפעולות מסוימות.

עם זאת, רמת הפיתוח המודרנית של רדיו אלקטרוניקה מאפשרת להציב ולפתור את הבעיה של יצירת מכשירים חדשים שישחררו אדם מהצורך לנטר ולנהל את תהליך הייצור, כלומר, יחליפו את המפעיל או השולח. מעמד חדש של מכונות הופיע - מכונות בקרה, המסוגלות לבצע מגוון רחב של משימות ולעיתים מורכבות מאוד בבקרת תהליכי ייצור, תעבורה וכו'. יצירת מכונות בקרה מאפשרת לנו לעבור מאוטומציה של מכונות ויחידות בודדות. האוטומציה המורכבת של מסועים, בתי מלאכה ומפעלים שלמים.

טכנולוגיית המחשב משמשת לא רק לשליטה בתהליכים טכנולוגיים ולפתרון בעיות מחשוב מדעיות, תיאורטיות ועיצוביות עתירות עבודה רבות, אלא גם בתחום הניהול הכלכלי, הכלכלה והתכנון.

מושג קיברנטיקה

ישנן מספר רב של הגדרות שונות למושג "קיברנטיקה", אך כולן מסתכמות בעובדה שהקיברנטיקה היא מדע החוקר את החוקים הכלליים של המבנה של מערכות בקרה מורכבות וזרימת תהליכי הבקרה בהן. מכיוון שכל תהליכי ניהול קשורים בקבלת החלטות על סמך המידע המתקבל, הקיברנטיקה מוגדרת לרוב כמדע החוקים הכלליים של קבלה, אחסון, שידור והמרת מידע במערכות בקרה מורכבות.

הופעתה של הקיברנטיקה ככיוון מדעי עצמאי החל משנת 1948, כאשר המדען האמריקני, פרופסור למתמטיקה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, נורברט ווינר (1894-1964) פרסם את הספר "קיברנטיקה, או בקרה ותקשורת בבעלי החיים והחיים". מְכוֹנָה." בספר זה סיכם וינר את הדפוסים הקשורים למערכות בקרה בעלות אופי שונה - ביולוגי, טכני וחברתי. סוגיות של שליטה במערכות חברתיות נדונו על ידו ביתר פירוט בספר "קיברנטיקה וחברה", שפורסם ב-1954.

השם "קיברנטיקה" בא מהיוונית "קיברנטים", שפירושו במקור "הגאי", "הגאי", אך מאוחר יותר פירושו "שליט על אנשים". לפיכך, הפילוסוף היווני הקדום אפלטון בכתביו מכנה בחלק מהמקרים את הקיברנטיקה אמנות השליטה בספינה או במרכבה, ובאחרים אומנות השלטון באנשים. ראוי לציין שהמילה "קיברנטס" הפכה על ידי הרומאים ל"מושל".

הפיזיקאי הצרפתי המפורסם א.מ. אמפר (1775-1836) בעבודתו "מסה על הפילוסופיה של המדעים, או תצוגה אנליטית של הסיווג הטבעי של כל הידע האנושי", שחלקה הראשון פורסם ב-1834, קרא לקיברנטיקה המדע הממשל הנוכחי של המדינה (אנשים), המסייע לממשלה לפתור בעיות ספציפיות העומדות בפניה, תוך התחשבות בנסיבות שונות לאור המשימה הכללית של הבטחת שלום ושגשוג למדינה.

עם זאת, המונח "קיברנטיקה" נשכח במהרה, וכפי שצוין קודם לכן, הוקם לתחייה בשנת 1948 על ידי ווינר כשם מדע השליטה במערכות טכניות, ביולוגיות וחברתיות.

לְתַכְנֵן

2. קיברנטיקה בתמונת העולם המדעית

3. עקרונות וחוקים בסיסיים של הקיברנטיקה

סיכום

רשימת ספרות משומשת

מבוא

קיברנטיקה היא מדע החוקים הכלליים של תהליכי בקרה והעברת מידע במערכות טכניות, ביולוגיות וחברתיות. זהו אחד המדעים הצעירים והחשובים ביותר לאנושות המודרנית. המייסד שלו הוא המתמטיקאי האמריקאי נורברט ווינר (1894-1964), שפרסם את הספר "קיברנטיקה, או השליטה בחיבור שלהם בחי ובמכונה" ב-1948. המדע החדש קיבל את שמו מהמילה היוונית העתיקה "cybernetes", שפירושה "מנהל", "הגאי", "הגאי". היא קמה בצומת של מתמטיקה, תורת המידע, טכנולוגיה ונוירופיזיולוגיה, והתעניינה במעמד רחב של מערכות חיות ומערכות לא-חיות כאחד.

ניתן להגדיר את מקומה של הקיברנטיקה במדע המודרני בתוך המתמטיקה, המנגנון שבו משתמשת הקיברנטיקה כדי לתאר תהליכי רגולציה. נ. ווינר, שכתב את ספרו הראשון על קיברנטיקה, השתמש בנוסחאות מתמטיות פשוטות ובדוגמאות נגישות מהטבע כדי לתאר חוקים קיברנטיים. לאחר שהקיברנטיקה התקבלה על ידי מדענים ברחבי העולם והחלה להיחקר ללא תלות במחבר, החל נ' ווינר, כמגלה תחום ידע חדש, לכתוב על תפקידה של הקיברנטיקה בחיי החברה, וליתר דיוק. , על תפקיד האוטומטים בגורל המין האנושי.

הקיברנטיקה הולידה די מהר מדע בת, מדעי המחשב, שהצורך בו התעורר כתוצאה מהצמיחה הבלתי נשלטת של הצורך של המשק במחשבים ומאותה גידול בכוחם של האחרונים. תפיסת המידע המודרנית, שבה היה מעורב גם נ' ווינר, הפכה לחלק מחיי היומיום. השימוש המודרני בחוקי הקיברנטיקה הוא פרגמטי ותועלתני בלבד, אך הוא מתחיל בלימוד ובשליטה בחוקים שתוארו על ידי נ. ווינר.

קיברנטיקה היא עבודת יסוד המתארת ​​את המושגים והעקרונות העיקריים של ניהול מידע. מדע הקיברנטיקה הוא חקר תהליכי בקרה בטבע, בחברה ובטכנולוגיה.

1. קיברנטיקה כמדע, מושגי יסוד של קיברנטיקה

קיברנטיקה היא מדע החוקים הכלליים של תהליכי בקרה והעברת מידע במערכות טכניות, ביולוגיות וחברתיות. המונח "קיברנטיקה" שימש לפני 2500 שנה על ידי הפילוסוף היווני הקדום אפלטון כ"אומנות ההיגוי של ספינה". בתחילת המאה ה-19. הפיזיקאי והמתמטיקאי הצרפתי א.מ. אמפר כינה את הקיברנטיקה מדע הממשל. הקיברנטיקה התעוררה בשנות ה-40. המאה העשרים כתוצאה מהצורך המעשי הדחוף לשפר את איכות הניהול בתחום הייצור, הטכני, הכלכלי, המדיני, הצבאי ואחרים של פעילות אנושית. המייסד שלו הוא המתמטיקאי האמריקאי נ' ווינר (1894-1964), שפרסם את הספר "קיברנטיקה, או השליטה בחיבור שלהם בחי ובמכונה" ב-1948. היא קמה בצומת של מתמטיקה, תורת המידע, טכנולוגיה ונוירופיזיולוגיה, והתעניינה במעמד רחב של מערכות חיות ומערכות לא-חיות כאחד. בברית המועצות, התפתחויות בתחום זה בוצעו על ידי I. Poletaev, M. Tsetlin, V. Glushkov, A. Berg, I. Petrovsky ואחרים.

האדם התמודד עם מערכות בקרה מורכבות הרבה לפני הקיברנטיקה (שליטה על אנשים, מכונות; תהליכי רגולציה נצפו באורגניזמים חיים). אבל הקיברנטיקה הדגישה את דפוסי השליטה הכלליים בתהליכים ובמערכות שונות, ולא את הספציפיות שלהם. בתקופה ה"קדם-קיברנטית", הידע על ניהול וארגון היה "מקומי", כלומר בתחומים מסוימים. כך, בשנת 1843, פרסם ההוגה הפולני ב. בספרו "החוויה של מדעי הפילוסופיה" ב-1834, הפיזיקאי המפורסם א.מ. אמפר נתן סיווג של מדעים, שביניהם השלישי הוא קיברנטיקה - מדע הפוליטיקה הנוכחית וניהול מעשי של המדינה (החברה).

קיברנטיקה כללית כוללת בדרך כלל תורת מידע, תורת האלגוריתמים, תורת המשחקים ותורת האוטומטים וקיברנטיקה טכנית. בתחום הקיברנטיקה ניתן להבחין במספר תחומים מדעיים:

קיברנטיקה תיאורטית עוסקת בבעיות כלליות של תורת הבקרה, תורת המידע, סוגיות של שידור, הגנה, אחסון ושימוש במידע במערכות בקרה. בעיות רבות של קיברנטיקה תיאורטית נלמדות במדעי המחשב התיאורטיים.

קיברנטיקה טכנית היא ענף מדעי החוקר מערכות בקרה טכניות. תחומי המחקר החשובים ביותר הם פיתוח ויצירה של מערכות בקרה אוטומטיות ואוטומטיות, וכן מכשירים ומתחמים אוטומטיים לשידור, עיבוד ואחסון מידע.

קיברנטיקה ביולוגית מיישמת את הרעיונות והשיטות של הקיברנטיקה לביולוגיה ולרפואה. מקום מיוחד בתחום המחקר הזה משחקת על ידי נוירו-קיברנטיקה, החוקרת את תהליכי עיבוד המידע ברקמת העצבים של בעלי חיים ובני אדם, כמו גם ביוניקה - המדע של איך גילויים של הטבע החי, מיושמת באורגניזמים חיים, ניתן להעביר למערכות מלאכותיות שנוצרו על ידי בני אדם.

הומאוסטטיקה - מדע השגת מצבי שיווי משקל - בנוכחות גורמים רבים הפועלים בו זמנית, מחבר בין המודלים של קיברנטיקה ביולוגית וקיברנטיקה טכנית. הקיברנטיקה מעוניינת במצבי שיווי משקל במערכות כאלה ובדרכים להשגתן.

קיברנטיקה כלכלית - חוקר תהליכי ניהול המתרחשים במשק. קיברנטיקה חברתית חוקרת תהליכי בקרה המתרחשים בחברה האנושית. הכיוון הזה של הקיברנטיקה קשור קשר הדוק לפסיכולוגיה חברתית.

המשימות העיקריות של הקיברנטיקה כוללות: 1) קביעת עובדות משותפות למערכות מבוקרות או לחלק ממערכותיהן; 2) זיהוי מגבלות הגלומות במערכות מנוהלות וקביעת מקורן; 3) מציאת חוקים כלליים שמערכות מבוקרות מצייתות להם; 4) קביעת דרכים לשימוש מעשי בעובדות מבוססות ובדפוסים שנמצאו.

מושגים בסיסיים של קיברנטיקה: שליטה, מערכת בקרה, מערכת מבוקרת, ארגון, משוב, אלגוריתם, מודל, אופטימיזציה, אות, "קופסה שחורה" וכו'. שליטה היא השפעה על אובייקט, שנבחר על בסיס המידע הזמין עבור זה ממגוון השפעות אפשריות, שיפור תפקודו או התפתחותו. במערכות מנוהלות, תמיד יש סט של שינויים אפשריים שמהם נבחר השינוי המועדף. אם למערכת אין ברירה, אז אי אפשר לדבר על ניהול.

ניהול הוא הגורם לשינויים במערכת או להעברת המערכת ממצב אחד לאחר בהתאם למטרה קיימת או נבחרת באופן אובייקטיבי. לנהל הוא לחזות את השינויים שיתרחשו במערכת לאחר יישום פעולת בקרה (אות נושא מידע). כל מערכת בקרה נחשבת כאחדות של מערכת הבקרה (נושא הבקרה) ושל המערכת המנוהלת - מושא הבקרה. ניהול של מערכת או אובייקט מתרחש תמיד בסביבה חיצונית כלשהי. ההתנהגות של כל מערכת מבוקרת נחקרת תמיד תוך התחשבות בקשרים שלה עם הסביבה. מכיוון שכל האובייקטים, התופעות והתהליכים קשורים זה בזה ומשפיעים זה על זה, כאשר מדגישים אובייקט, יש צורך לקחת בחשבון את השפעת הסביבה על אובייקט זה ולהיפך. לא לכל מערכת יכולה להיות תכונת השליטה. תנאי הכרחי לנוכחות לפחות יכולות ניהול פוטנציאליות במערכת הוא הארגון שלה.

על מנת שהשליטה תתפקד, כלומר לשנות אובייקט באופן מכוון, עליה להכיל ארבעה אלמנטים הכרחיים: 1. ערוצים לאיסוף מידע על מצב הסביבה והאובייקט; 2. ערוץ השפעה על האובייקט; 3. מטרת ניהול. 4. שיטה (אלגוריתם, כלל) של שליטה, המציינת כיצד ניתן להשיג את המטרה, בעלת מידע על מצב הסביבה והאובייקט.

בקיברנטיקה, המושג "קופסה שחורה" גובש לראשונה כמכשיר, לדברי נ. ווינר, "המבצע פעולה מסוימת על פוטנציאל הקלט בהווה ובעבר, אך אין צורך במידע על מבנה המבטיח את ביצוע הפעולה הזו".

מושג התכלית והמיקוד. מייסד הקיברנטיקה, נ' ווינר, כתב כי "פעולה או התנהגות יכולים להתפרש כהתמקדות בהשגת מטרה מסוימת, כלומר, מצב סופי מסוים שבו אובייקט נכנס לקשר מסוים במרחב ובזמן עם חלק חפץ או אירוע אחר."

המטרה נקבעת הן על פי הסביבה החיצונית והן על פי הצרכים הפנימיים של נושא הניהול. המטרה חייבת להיות ברת השגה ביסודה, עליה להתאים למצב האמיתי וליכולות המערכת (שולטת ומבוקרת). עקב פעולות בקרה, המערכת המבוקרת יכולה לשנות את התנהגותה בכוונה. התכליתיות של השליטה במערכות מבוקרות ביולוגיות נוצרת בתהליך של התפתחות אבולוציונית של הטבע החי. זה אומר הרצון של אורגניזמים לשרוד ולהתרבות. התכליתיות של מערכות מבוקרות מלאכותיות נקבעת על ידי המפתחים והמשתמשים שלהן.

מושג משוב. ניהול לפי "עקרון המשוב". עקרון המשוב מאפיין מידע ותלות במרחב-זמן במערכת קיברנטית. במובן הרחב, המושג משוב, לפי נ. ווינר, "פירושו שחלק מאנרגיית הפלט של מכשיר או מכונה מוחזר כקלט. במובן צר, להתכוון שהתנהגותו של אובייקט נשלטת על ידי כמות השגיאה במיקום האובייקט ביחס למטרה מסוימת כלשהי. במקרה זה, המשוב הוא שלילי, כלומר. האותות מהמטרה משמשים להגבלת הפלטים שאחרת היו הולכים רחוק יותר מהמטרה." אם התנהגות המערכת מגבירה את ההשפעה החיצונית, אז אנחנו עוסקים במשוב חיובי, ואם הוא פוחת, אז אנחנו עוסקים במשוב שלילי. מקרה מיוחד הוא פידבקים הומאוסטטיים, המפחיתים השפעות חיצוניות לאפס (לדוגמה, טמפרטורת גוף האדם, שנשארת קבועה עקב פידבקים הומאוסטטיים). מושג המשוב מתייחס למטרת השליטה. התנהגות האובייקט נשלטת על ידי כמות השגיאה במיקום האובייקט ביחס למטרה העומדת.

במערכות דינמיות, המבוסס על הבסיס התיאורטי של לוגיקה, מתמטיקה ושימוש נרחב למטרות אלו

אנדרה מארי אמפרלפני כמאתיים שנה הוא השלים עבודה בשם "מסות על הפילוסופיה של המדעים". בעבודתו ביקש המתמטיקאי והפיזיקאי הצרפתי לעשות שיטתיות של כל הידע המדעי הקיים. המדען הציב את המדע בחלק נפרד, שלפי הנחתו היה אמור לחקור דרכים לניהול החברה. הוא שאב את שמו של מדע זה מהמילה היוונית "cybernetes", שפירושה "הגאי", "הגאי".

קיברנטיקה מדעיתהוצב על ידי אמפר בקטע "פוליטיקה". במשך זמן רב המונח לא היה בשימוש כלל, בעצם שוכח ממנו.

רק ב-1948 נורברט וינר, מתמטיקאי אמריקאי, פרסם את העבודה "קיברנטיקה, או שליטה ותקשורת באורגניזמים ומכונות חיים". הספר עורר עניין ציבורי רב.

אבני היסוד של הקיברנטיקההמכונה אוטומטים ותורת האלגוריתמים, שחקרה שיטות לבניית מערכות המיועדות למנגנון המתמטי של מדע הקיברנטיקה רחב מאוד. הוא כולל תורת הסתברות, תורת הפונקציות, לוגיקה מתמטית וענפים נוספים במתמטיקה.

ביולוגיה, החוקרת תהליכי בקרה הטבועים בטבע החי, מילאה תפקיד מרכזי בפיתוח גישות מדעיות לקיברנטיקה. מכריע בפיתוח הקיברנטיקה הייתה צמיחת האוטומציה והאלקטרוניקה, שהובילה להופעתם של מחשבים מהירים. זה פתח הזדמנויות חסרות תקדים לעיבוד מידע ומערכות בקרת מידול.

פיזיקה, מתמטיקה, ביולוגיה, פסיכיאטריה, פיזיולוגיה, כלכלה, פילוסופיה והנדסה מתחומים שונים החלו להשתמש בשירותי המדע החדש.

בגלל ה לימודי קיברנטיקהתהליכי ניהול, אז המדעים הללו ביקשו לפתח תהליכי ניהול בתחומי האינטרסים שלהם. כתוצאה מכך, תשומת הלב הקרובה ביותר במהלך המחקר נמשכה לאורגניזם חי - האדם עצמו, שהיה מערכת בקרה מהסוג הגבוה ביותר, שאת תפקידיה ביקשו מדענים ומהנדסים להתרבות בעזרת אוטומטים.

סייברנטיקה חוקרתתכונות כלליות של מערכות בקרה שונות הטבועות בטבע החי, בעולם האורגני ובקולקטיב האנשים.

אובייקט שליטה(מכונה, קו אוטומטי, תא חי, קבוצת סמלים) ומכשיר בקרה (מוח או מכונה אוטומטית) מחליפים מידע ללא הרף.

ניהול קשור בהעברה, אחסון, צבירה, עיבוד נתונים ומידע המאפיינים את האובייקט, תנאים חיצוניים, מהלך התהליכים ותוכנית העבודה.

מערכות שונות נבדלות זו מזו בטבען (אור, קול, כימי, מכאני, אותות חשמלי, מסמכים). אבל בכל מקרה, תהליכים אלו מצייתים לחוקים כלליים. כולם מאופיינים בנוכחות של משוב. כמו כן, כל מכשירי הבקרה כוללים אלמנטים ופונקציות שיש להם תכונות משותפות האופייניות הן לאורגניזמים חיים והן למכונות מלאכותיות. הם מסוגלים לתפוס מידע, לצבור אותו, לזכור אותו וכו'.

הקיברנטיקה התפתחה במהירות רבה. בתוך כרבע מאה היא הפכה לאחת מהדיסציפלינות המובילות, שזכתה להכרה מדעית ולמשמעות אוניברסלית.

היום קיברנטיקה- מדע מן המניין על עקרונות הניהול בתחומים מסוימים של המדע והחיים החברתיים (קיברנטיקה כלכלית, טכנית, גרעינית וכו') Cybernetics מפתחת מושגים ובונה

Cybernetic הוא סוג של ניהול הרואה בארגון מערכת שמרכיביה קשורים זה בזה; מספק פתרונות מיטביים לבעיות דינמיות; משתמש בשיטות ספציפיות של קיברנטיקה (משוב, ארגון עצמי וכו'); מיישמת אוטומציה ומיכון של עבודת ניהול המבוססת על ציוד בקרה ומחשוב ומחשבים.

הספציפיות של מדע זה נעוצה בעובדה שהוא לא חוקר את הרכב החומרים של מערכות או את המבנה שלהן, אלא את התוצאה של העבודה של מחלקה נתונה של מערכות. בקיברנטיקה, המושג "קופסה שחורה" התגבש לראשונה כמכשיר המבצע פעולה מסוימת על פוטנציאל הקלט בהווה ובעבר, אך אין לנו בהכרח מידע על המבנה המבטיח את ביצוע הפעולה הזו.

לקיברנטיקה, כמדע של שליטה במושא המחקר שלה, יש מערכות בקרה. על מנת שתהליכי ניהול יתקיימו במערכת, עליה להיות בעלת מידה מסוימת של מורכבות. מצד שני, יישום תהליכי בקרה במערכת הגיוני רק אם המערכת הזו משתנה וזזה, כלומר אם מדובר במערכת דינמית. לכן, ניתן להבהיר כי מושא לימוד הקיברנטיקה הוא מערכות דינמיות מורכבות. מערכות דינמיות מורכבות כוללות: אורגניזמים חיים (בעלי חיים וצמחים), מתחמים סוציו-אקונומיים (קבוצות מאורגנות של אנשים, צוותים, חטיבות, מפעלים, תעשיות, מדינות) ויחידות טכניות (פסי ייצור, כלי רכב, מערכות של יחידות).

עם זאת, כאשר בוחנים מערכות דינמיות מורכבות, הקיברנטיקה אינה מציבה לעצמה את המשימה לחקור מקיף את תפקודן. למרות שהקיברנטיקה חוקרת את החוקים הכלליים של מערכות בקרה, התכונות הפיזיקליות הספציפיות שלהן הן מעבר לשדה הראייה שלה. לפיכך, כאשר לומדים מנקודת המבט של המדע הקיברנטי מערכת דינמית כה מורכבת כמו תחנת כוח רבת עוצמה, איננו מתמקדים ישירות בסוגיית היעילות שלה, ממדי הגנרטורים, התהליכים הפיזיים של ייצור אנרגיה וכו'. הפעולה של מכונה אלקטרונית מורכבת, אנחנו לא מתעניינים בבסיס של אילו אלמנטים (ממסרים אלקטרו-מכאניים, מפעילי צינור או טרנזיסטור, ליבות פריט, מעגלים משולבים מוליכים למחצה) פועלים המכשירים האריתמטיים והלוגיים שלו, זיכרון וכו' מתעניינים באילו פונקציות לוגיות מבצעים מכשירים אלו, כיצד הם משתתפים בתהליכי בקרה. לבסוף, בלימוד מנקודת מבט קיברנטית את עבודתו של קולקטיב חברתי מסוים, איננו מתעמקים בתהליכים הביו-פיזיים והביוכימיים המתרחשים בתוך הגוף של הפרטים היוצרים את הקולקטיב הזה.

כל הנושאים הנ"ל נלמדים במכניקה, הנדסת חשמל, פיזיקה, כימיה וביולוגיה. נושא הקיברנטיקה מורכב רק מאותם היבטים של תפקוד המערכות הקובעים את זרימת תהליכי הניהול בהן, כלומר תהליכי איסוף, עיבוד, אחסון מידע ושימוש בו לצורכי ניהול. עם זאת, כאשר תהליכים פיזיקליים וכימיים מסוימים מתחילים להשפיע באופן משמעותי על תהליכי הבקרה של המערכת, הקיברנטיקה צריכה לכלול אותם בהיקף המחקר שלה, אך לא באופן מקיף, כלומר מנקודת המבט של השפעתם על תהליכי הבקרה. לפיכך, נושא חקר הקיברנטיקה הוא תהליכי בקרה במערכות דינמיות מורכבות.

המטרה העיקרית של הקיברנטיקה כמדע ניהול היא להשיג בנייה, המבוססת על חקר מבנים ומנגנוני בקרה, של מערכות כאלה, ארגון כזה של עבודתן, אינטראקציה כזו של אלמנטים בתוך מערכות אלו ואינטראקציה כזו עם הסביבה החיצונית, כך שהתוצאות של תפקודן של מערכות אלו הן הטובות ביותר, כלומר יובילו במהירות רבה ביותר ליעד הפעולה הנתון עם הוצאה מינימלית של משאבים מסוימים (חומרי גלם, עבודה אנושית, זמן מכונה, דלק וכו'). כל זה יכול להיות מוגדר בקצרה על ידי המונח "אופטימיזציה". לפיכך, המטרה העיקרית של הקיברנטיקה היא ייעול מערכות הבקרה.

המשימות העיקריות של הקיברנטיקה כוללות:

א) קביעת עובדות משותפות לכל המערכות המנוהלות או לפחות לחלק מאוכלוסייתן;

ב) זיהוי מגבלות הגלומות במערכות מבוקרות וקביעת מקורן;

ג) מציאת חוקים כלליים שמערכות מבוקרות מצייתות להם;

ד) קביעת דרכים לשימוש מעשי בעובדות מבוססות ובדפוסים שנמצאו.

לְתַכְנֵן

סיכום

מבוא

קיברנטיקה היא מדע החוקים הכלליים של תהליכי בקרה והעברת מידע במערכות טכניות, ביולוגיות וחברתיות. זהו אחד המדעים הצעירים והחשובים ביותר לאנושות המודרנית. המייסד שלו הוא המתמטיקאי האמריקאי נורברט ווינר (1894-1964), שפרסם את הספר "קיברנטיקה, או השליטה בחיבור שלהם בחי ובמכונה" ב-1948. המדע החדש קיבל את שמו מהמילה היוונית העתיקה "cybernetes", שפירושה "מנהל", "הגאי", "הגאי". היא קמה בצומת של מתמטיקה, תורת המידע, טכנולוגיה ונוירופיזיולוגיה, והתעניינה במעמד רחב של מערכות חיות ומערכות לא-חיות כאחד.

ניתן להגדיר את מקומה של הקיברנטיקה במדע המודרני בתוך המתמטיקה, המנגנון שבו משתמשת הקיברנטיקה כדי לתאר תהליכי רגולציה. נ. ווינר, שכתב את ספרו הראשון על קיברנטיקה, השתמש בנוסחאות מתמטיות פשוטות ובדוגמאות נגישות מהטבע כדי לתאר חוקים קיברנטיים. לאחר שהקיברנטיקה התקבלה על ידי מדענים ברחבי העולם והחלה להיחקר ללא תלות במחבר, החל נ' ווינר, כמגלה תחום ידע חדש, לכתוב על תפקידה של הקיברנטיקה בחיי החברה, וליתר דיוק. , על תפקיד האוטומטים בגורל המין האנושי.

הקיברנטיקה הולידה די מהר מדע בת, מדעי המחשב, שהצורך בו התעורר כתוצאה מהצמיחה הבלתי נשלטת של הצורך של המשק במחשבים ומאותה גידול בכוחם של האחרונים. תפיסת המידע המודרנית, שבה היה מעורב גם נ' ווינר, הפכה לחלק מחיי היומיום. השימוש המודרני בחוקי הקיברנטיקה הוא פרגמטי ותועלתני בלבד, אך הוא מתחיל בלימוד ובשליטה בחוקים שתוארו על ידי נ. ווינר.

קיברנטיקה היא עבודת יסוד המתארת ​​את המושגים והעקרונות העיקריים של ניהול מידע. מדע הקיברנטיקה הוא חקר תהליכי בקרה בטבע, בחברה ובטכנולוגיה.

1. קיברנטיקה כמדע, מושגי יסוד של קיברנטיקה

קיברנטיקה היא מדע החוקים הכלליים של תהליכי בקרה והעברת מידע במערכות טכניות, ביולוגיות וחברתיות. המונח "קיברנטיקה" שימש לפני 2500 שנה על ידי הפילוסוף היווני הקדום אפלטון כ"אומנות ההיגוי של ספינה". בתחילת המאה ה-19. הפיזיקאי והמתמטיקאי הצרפתי א.מ. אמפר כינה את הקיברנטיקה מדע הממשל. הקיברנטיקה התעוררה בשנות ה-40. המאה העשרים כתוצאה מהצורך המעשי הדחוף לשפר את איכות הניהול בתחום הייצור, הטכני, הכלכלי, המדיני, הצבאי ואחרים של פעילות אנושית. המייסד שלו הוא המתמטיקאי האמריקאי נ' ווינר (1894-1964), שפרסם את הספר "קיברנטיקה, או השליטה בחיבור שלהם בחי ובמכונה" ב-1948. היא קמה בצומת של מתמטיקה, תורת המידע, טכנולוגיה ונוירופיזיולוגיה, והתעניינה במעמד רחב של מערכות חיות ומערכות לא-חיות כאחד. בברית המועצות, התפתחויות בתחום זה בוצעו על ידי I. Poletaev, M. Tsetlin, V. Glushkov, A. Berg, I. Petrovsky ואחרים.

האדם התמודד עם מערכות בקרה מורכבות הרבה לפני הקיברנטיקה (שליטה על אנשים, מכונות; תהליכי רגולציה נצפו באורגניזמים חיים). אבל הקיברנטיקה הדגישה את דפוסי השליטה הכלליים בתהליכים ובמערכות שונות, ולא את הספציפיות שלהם. בתקופה ה"קדם-קיברנטית", הידע על ניהול וארגון היה "מקומי", כלומר בתחומים מסוימים. כך, בשנת 1843, פרסם ההוגה הפולני ב. בספרו "החוויה של מדעי הפילוסופיה" ב-1834, הפיזיקאי המפורסם א.מ. אמפר נתן סיווג של מדעים, שביניהם השלישי הוא קיברנטיקה - מדע הפוליטיקה הנוכחית וניהול מעשי של המדינה (החברה).

קיברנטיקה כללית כוללת בדרך כלל תורת מידע, תורת האלגוריתמים, תורת המשחקים ותורת האוטומטים וקיברנטיקה טכנית. בתחום הקיברנטיקה ניתן להבחין במספר תחומים מדעיים:

קיברנטיקה תיאורטית עוסקת בבעיות כלליות של תורת הבקרה, תורת המידע, סוגיות של שידור, הגנה, אחסון ושימוש במידע במערכות בקרה. בעיות רבות של קיברנטיקה תיאורטית נלמדות במדעי המחשב התיאורטיים.

קיברנטיקה טכנית היא ענף מדעי החוקר מערכות בקרה טכניות. תחומי המחקר החשובים ביותר הם פיתוח ויצירה של מערכות בקרה אוטומטיות ואוטומטיות, וכן מכשירים ומתחמים אוטומטיים לשידור, עיבוד ואחסון מידע.

קיברנטיקה ביולוגית מיישמת את הרעיונות והשיטות של הקיברנטיקה לביולוגיה ולרפואה. מקום מיוחד בתחום המחקר הזה משחקת על ידי נוירו-קיברנטיקה, החוקרת את תהליכי עיבוד המידע ברקמת העצבים של בעלי חיים ובני אדם, כמו גם ביוניקה - המדע של איך גילויים של הטבע החי, מיושמת באורגניזמים חיים, ניתן להעביר למערכות מלאכותיות שנוצרו על ידי בני אדם.

הומאוסטטיקה - מדע השגת מצבי שיווי משקל - בנוכחות גורמים רבים הפועלים בו זמנית, מחבר בין המודלים של קיברנטיקה ביולוגית וקיברנטיקה טכנית. הקיברנטיקה מעוניינת במצבי שיווי משקל במערכות כאלה ובדרכים להשגתן.

קיברנטיקה כלכלית - חוקר תהליכי ניהול המתרחשים במשק. קיברנטיקה חברתית חוקרת תהליכי בקרה המתרחשים בחברה האנושית. הכיוון הזה של הקיברנטיקה קשור קשר הדוק לפסיכולוגיה חברתית.

המשימות העיקריות של הקיברנטיקה כוללות: 1) קביעת עובדות משותפות למערכות מבוקרות או לחלק ממערכותיהן; 2) זיהוי מגבלות הגלומות במערכות מנוהלות וקביעת מקורן; 3) מציאת חוקים כלליים שמערכות מבוקרות מצייתות להם; 4) קביעת דרכים לשימוש מעשי בעובדות מבוססות ובדפוסים שנמצאו.

מושגים בסיסיים של קיברנטיקה: שליטה, מערכת בקרה, מערכת מבוקרת, ארגון, משוב, אלגוריתם, מודל, אופטימיזציה, אות, "קופסה שחורה" וכו'. שליטה היא השפעה על אובייקט, שנבחר על בסיס המידע הזמין עבור זה ממגוון השפעות אפשריות, שיפור תפקודו או התפתחותו. במערכות מנוהלות, תמיד יש סט של שינויים אפשריים שמהם נבחר השינוי המועדף. אם למערכת אין ברירה, אז אי אפשר לדבר על ניהול.

ניהול הוא הגורם לשינויים במערכת או להעברת המערכת ממצב אחד לאחר בהתאם למטרה קיימת או נבחרת באופן אובייקטיבי. לנהל הוא לחזות את השינויים שיתרחשו במערכת לאחר יישום פעולת בקרה (אות נושא מידע). כל מערכת בקרה נחשבת כאחדות של מערכת הבקרה (נושא הבקרה) ושל המערכת המנוהלת - מושא הבקרה. ניהול של מערכת או אובייקט מתרחש תמיד בסביבה חיצונית כלשהי. ההתנהגות של כל מערכת מבוקרת נחקרת תמיד תוך התחשבות בקשרים שלה עם הסביבה. מכיוון שכל האובייקטים, התופעות והתהליכים קשורים זה בזה ומשפיעים זה על זה, כאשר מדגישים אובייקט, יש צורך לקחת בחשבון את השפעת הסביבה על אובייקט זה ולהיפך. לא לכל מערכת יכולה להיות תכונת השליטה. תנאי הכרחי לנוכחות לפחות יכולות ניהול פוטנציאליות במערכת הוא הארגון שלה.

על מנת שהשליטה תתפקד, כלומר לשנות אובייקט באופן מכוון, עליה להכיל ארבעה אלמנטים הכרחיים: 1. ערוצים לאיסוף מידע על מצב הסביבה והאובייקט; 2. ערוץ השפעה על האובייקט; 3. מטרת ניהול. 4. שיטה (אלגוריתם, כלל) של שליטה, המציינת כיצד ניתן להשיג את המטרה, בעלת מידע על מצב הסביבה והאובייקט.

בקיברנטיקה, המושג "קופסה שחורה" גובש לראשונה כמכשיר, לדברי נ. ווינר, "המבצע פעולה מסוימת על פוטנציאל הקלט בהווה ובעבר, אך אין צורך במידע על מבנה המבטיח את ביצוע הפעולה הזו".

מושג התכלית והמיקוד. מייסד הקיברנטיקה, נ' ווינר, כתב כי "פעולה או התנהגות יכולים להתפרש כהתמקדות בהשגת מטרה מסוימת, כלומר, מצב סופי מסוים שבו אובייקט נכנס לקשר מסוים במרחב ובזמן עם חלק חפץ או אירוע אחר."

המטרה נקבעת הן על פי הסביבה החיצונית והן על פי הצרכים הפנימיים של נושא הניהול. המטרה חייבת להיות ברת השגה ביסודה, עליה להתאים למצב האמיתי וליכולות המערכת (שולטת ומבוקרת). עקב פעולות בקרה, המערכת המבוקרת יכולה לשנות את התנהגותה בכוונה. התכליתיות של השליטה במערכות מבוקרות ביולוגיות נוצרת בתהליך של התפתחות אבולוציונית של הטבע החי. זה אומר הרצון של אורגניזמים לשרוד ולהתרבות. התכליתיות של מערכות מבוקרות מלאכותיות נקבעת על ידי המפתחים והמשתמשים שלהן.

מושג משוב. ניהול לפי "עקרון המשוב". עקרון המשוב מאפיין מידע ותלות במרחב-זמן במערכת קיברנטית. במובן הרחב, המושג משוב, לפי נ. ווינר, "פירושו שחלק מאנרגיית הפלט של מכשיר או מכונה מוחזר כקלט. במובן צר, להתכוון שהתנהגותו של אובייקט נשלטת על ידי כמות השגיאה במיקום האובייקט ביחס למטרה מסוימת כלשהי. במקרה זה, המשוב הוא שלילי, כלומר. האותות מהמטרה משמשים להגבלת הפלטים שאחרת היו הולכים רחוק יותר מהמטרה." אם התנהגות המערכת מגבירה את ההשפעה החיצונית, אז אנחנו עוסקים במשוב חיובי, ואם הוא פוחת, אז אנחנו עוסקים במשוב שלילי. מקרה מיוחד הוא פידבקים הומאוסטטיים, המפחיתים השפעות חיצוניות לאפס (לדוגמה, טמפרטורת גוף האדם, שנשארת קבועה עקב פידבקים הומאוסטטיים). מושג המשוב מתייחס למטרת השליטה. התנהגות האובייקט נשלטת על ידי כמות השגיאה במיקום האובייקט ביחס למטרה העומדת.

מושג מידע. ניהול הוא תהליך מידע. מידע הוא "מזון", "משאב" לניהול. לכן, קיברנטיקה היא בו זמנית מדע על מידע, על מערכות מידע ותהליכים. "מידע" מתייחס למידע, הודעות והעברתם. ההתפתחות המהירה במאה שלנו של טלפון, טלגרף, רדיו, טלוויזיה ואמצעי תקשורת המונים אחרים הצריכה הגברת היעילות של תהליכי השידור, האחסון והעיבוד של המידע המשודר. המושג "הקדם-קיברנטי" של מידע קשור למכלול של מידע, נתונים וידע. זה הפך לבלתי מובן ובלתי וודאי בעליל עם הופעתה של הקיברנטיקה. מושג המידע בקיברנטיקה מובהר ב"תיאוריות מידע" מתמטיות. אלו הן תיאוריות של מידע סטטיסטי, קומבינטורי, טופולוגי, סמנטי.

בספרות מקומית וזרה, מוצעים מושגים (הגדרות) רבים ושונים של מידע: מידע כמגוון המשתקף; מידע כביטול אי הוודאות (אנטרופיה); מידע כחיבור בין מערכות הבקרה והמנוהלות; מידע כשינוי מסרים; מידע כאחדות התוכן והצורה (לדוגמה, מחשבה היא תוכן, והמילה עצמה, צליל היא צורה); מידע הוא מדד לסדר, ארגון של המערכת בקשריה עם הסביבה.

המושג הכללי של מידע צריך לכסות באופן עקבי את כל הגדרות המידע, כל סוגי המידע. מושג אוניברסלי כזה של מידע עדיין לא פותח. מידע יכול להיות מבני, קפוא, מאובן. לדוגמה, במינרלים, מכונות, מכשירים, קווים אוטומטיים. כל מכונה מתממשת מידע מדעי וטכני, המוח של החברה, שהפך לאובייקט. מידע יכול להיות גם פונקציונלי, "ניהול בפועל". מידע הוא כמות הניתנת למדידה. זה נמדד בסיביות.

תכונות בסיסיות של מידע: 1) היכולת לשלוט בתהליכים פיזיקליים, כימיים, ביולוגיים וחברתיים. היכן שיש מידע, פועלת בקרה, ובמקום שבו מופעלת שליטה, מידע בהחלט קיים; 2) היכולת להיות משודר למרחק (בעת הזזת נושא המידע); 3) יכולת עיבוד המידע; 4) היכולת להתמיד בכל פרק זמן ולשנות לאורך זמן; 5) היכולת לעבור מצורה פסיבית לאקטיבית. לדוגמה, כאשר הוא מופק מ"זיכרון" כדי לבנות מבנים מסוימים (סינתזת חלבון, יצירת טקסט במחשב).

מידע משפיע באופן משמעותי על הפיתוח המואץ של המדע, מערכות הבקרה, הטכנולוגיה ומגזרים שונים בכלכלה הלאומית. פוליטיקה, ניהול פוליטי, כלכלה הם מידע סמנטי מרוכז, כלומר מידע שמעובד על ידי התודעה האנושית ומיושם בתחומים חברתיים שונים. הוא נקבע על פי הצרכים הפוליטיים והכלכליים של החברה ומסתובב בתהליך ניהול הייצור והחברה. מידע חברתי ממלא תפקיד עצום בהבטחת החוק והסדר, עבודת רשויות אכיפת החוק, ובחינוך וחינוך של דורות צעירים. מידע הוא הבסיס הבסיסי של העולם, של כל מה שקיים. הכללה מדעית מודרנית של כל תהליכי המידע בטבע ובחברה היא מדע המידע - מדע מוכלל על מהות המידע וחוקי המידע.

הרעיון של ארגון עצמי. מושג זה נכנס למדע המודרני דרך רעיונות הקיברנטיקה. תהליך הארגון העצמי של מערכות נובע מתהליך לא אנטרופי כמו שליטה. אנטרופיה היא מדד לחוסר ארגון וכאוס. אנטרופיה ומידע נחשבים בדרך כלל יחד. מידע הוא מה שמבטל את אי הוודאות, כמות אי הוודאות "הוסרה". הנטייה לוודאות ולכיוון הגדלת תוכן המידע היא תהליך נגנטרופי (תהליך עם סימן הפוך).

המונח "מערכת מארגנת עצמית" הוצג על ידי הקיברנטיקאי W. R. Ashby כדי לתאר מערכות קיברנטיות. מערכות מתארגנות עצמית מאופיינות ב: 1) היכולת ליצור אינטראקציה אקטיבית עם הסביבה, לשנות אותה בכיוון המבטיח תפקוד מוצלח יותר של המערכת; 2) נוכחות של גמישות מסוימת של מבנה או מנגנון הסתגלות שפותחו במהלך האבולוציה; 3) אי-חיזוי של התנהגותן של מערכות מתארגנות עצמית; 4) היכולת לקחת בחשבון ניסיון עבר או אפשרות למידה. אחד האובייקטים הראשונים שעליהם יושמו עקרונות הארגון העצמי היה המוח.

השימוש במושגים והרעיונות של הקיברנטיקה בענייני פיזיקה, כימיה, ביולוגיה, סוציולוגיה, פסיכולוגיה ומדעים נוספים נתן תוצאות מצוינות ואפשר לנו להתקדם עמוקות אל מהות התהליכים המתרחשים בטבע הדומם והחי.

2. קיברנטיקה בתמונת העולם המדעית

הקיברנטיקה ביטלה את התמונה המדעית הלא שלמה ביסודה של העולם שהייתה טבועה במדע של המאה ה-19 והמחצית הראשונה של המאה ה-20. המדע הקלאסי והלא קלאסי בנה את רעיון העולם שלו על שתי הנחות יסוד - חומר ואנרגיה. היא יצרה תמונה חומרית-אנרגיה, שדה חומרי של העולם.

המושגים של מרחב וזמן נבנו על הנחות של חומר ואנרגיה. אבל לוח הצבעים של התמונה המדעית של העולם היה חסר ה"צבע" החשוב ביותר - מידע. הסיבה העמוקה ביותר לצימוד של מרחב וזמן, כמו גם כל השינויים בעולם, נובעת משינויים במסה, באנרגיה ובמידע. הניסיון של הפיתוח האחרון של המדע הראה שהעולם האמיתי מורכב מהאלמנטים הבסיסיים ביותר הללו - מערכות של עצמים חומריים ותהליכי אנרגיה הם נושאים, שומרים וצרכנים של מידע.

קיברנטיקה (יחד עם תורת המידע) נתנה הבנה חדשה של העולם, המבוססת על מידע, שליטה, ארגון, משוב ותכליתיות. יצר תמונת מידע של העולם. לא אנרגיה, אלא מידע יתפוס מקום ראשון בעולם המושגים המדעיים במאה ה-21.

טבעו הבסיסי של המידע אומר שכאוס אינו יכול להיות מוחלט. בכל כאוס יש רמה מסוימת של סדר. הקוסמוס אינו מסוגל לרדת לאנטרופיה מלאה. אורגניזמים חיים ומערכות חברתיות ניזונות מאנטרופיה שלילית (negentropy), כלומר, הם מתנגדים לאי-סדר וכאוס. טרנספורמציות המוני-אנרגיה-מידע ממצות את כל המצבים האפשריים של הקוסמוס, כמו גם את תת-המערכות שלו, כולל האדם והחברה.

לקיברנטיקה הייתה השפעה מהפכנית על התוכן התיאורטי והמתודולוגיה של כל המדעים. היא ביטלה את הגבולות הבלתי עבירים בין מדעי הטבע, החברה והטכנולוגיה. היא תרמה לסינתזה של ידע מדעי, יצרה ממושגים של מדעים מיוחדים מבנים של מושגים חדשים, שפה חדשה של מדע. מושגים כמו מידע, בקרה, משוב, מערכת, מודל, אלגוריתם וכו' רכשו מעמד מדעי כללי.

הקיברנטיקה העניקה לאדם את הנשק החזק ביותר לניהול הייצור, החברה וכלי לחיזוק היכולות האינטלקטואליות האנושיות (מחשבים). מחשבים מודרניים (מחשבים) הם ממירי מידע אוניברסליים, ואדם קשור בטרנספורמציה של מידע בכל תחומי פעילותו (בפוליטיקה, כלכלה, מדע, בתחום המקצועי וכו').

אי אפשר עוד להסתכל על העולם ב"מבט טרום קיברנטי". המדע החדש - הקיברנטיקה - גיבש תפיסה משלו על העולם - סגנון חשיבה מידע קיברנטי.

3. עקרונות וחוקים בסיסיים של הקיברנטיקה

מהקיברנטיקה, ההנהלה שואלת את החוקים והעקרונות הבאים של גיוון הכרחי, הופעה, הוספה חיצונית, משוב, בחירת פתרון, פירוק, כמו גם היררכיה של בקרה וויסות אוטומטי (ויסות עצמי).

חוק הגיוון ההכרחי. לפי ההגדרה של U.R. אשבי, החוק היסודי הראשון של הקיברנטיקה הוא שהגיוון של מערכת מורכבת דורש שליטה, שבעצמה יש לה גיוון מסוים. במילים אחרות, מגוון משמעותי של הפרעות המשפיעות על מערכת גדולה ומורכבת מצריך מגוון הולם של מצביה האפשריים. אם הלימות כזו נעדרת במערכת, אזי זו תוצאה של הפרה של עקרון שלמות החלקים המרכיבים אותה (תת-מערכות), כלומר, מגוון לא מספיק של אלמנטים במבנה הארגוני (מבנה) של החלקים.

הגבלת הגיוון בהתנהגות האובייקט המנוהל מושגת רק על ידי הגדלת הגיוון של גוף הניהול (צוותי הניהול). על מנת להשיג מגוון מינימלי של תגובות פלט (תוצאות פעילות) של המערכת, על גוף הבקרה להיות מסוגל להפיק מינימום מסוים של פקודות ואותות. אם ההספק שלו נמוך מהמינימום, הוא אינו מסוגל לספק שליטה מלאה.

תהליך הבקרה מסתכם בסופו של דבר בצמצום מגוון המצבים של המערכת המבוקרת וצמצום אי הוודאות שלה. בהתאם לחוק זה, ככל שמורכבות המערכת המבוקרת עולה, גם מורכבות הבלוק המבוקרת אמורה לעלות. לכן, המורכבות ההולכת וגוברת של מנגנון הניהול של תאגידים, אחזקות, ארגונים פיננסיים ותעשייתיים וכו' וחלקיהם בתנאים מודרניים היא תהליך טבעי. דבר נוסף הוא שיש צורך לחדש את הגיוון של מערכת הבקרה באמצעות הכנסת טכנולוגיות בקרה ושיטות בקרה מתקדמות ממוחשבות אחרות ושיטות מתמטיות, ולא באמצעות משיכת משאבי אנוש נוספים.

לחוק הגיוון ההכרחי יש חשיבות מהותית לפיתוח המבנה האופטימלי של מערכת הניהול. אם לגוף המנהל המרכזי, תוך שמירה על גודל סביר, אין את הגיוון הדרוש, אזי יש לפתח מבנה היררכי, שיעביר החלטות מסוימות לדרגים נמוכים יותר ולא יאפשר להן להפוך לרשויות העברה.

התוצאות הלא משביעות רצון של הרפורמה הכלכלית המתבצעת במדינה מוסברות בתגובה לא מספקת של גופים ממשלתיים. מגוון צורות הבעלות, סוגי התצורות מבניות של חפצי ניהול והמודלים העסקיים הולכים וגדלים בארץ. בהתאם לשינויים אלו, יש צורך להתאים את מערכת הניהול לפיתוח כזה לחוק הגיוון ההכרחי (מתן הלוואות מועדפות לתמורות מבניות, מיסוי סביר של מפעלים מתפתחים, מדיניות המדינה להכשרה והסבה מחדש של כוח אדם).

מנקודת המבט של תורת הבקרה, הנקודה החשובה ביותר המאפיינת את המורכבות של מערכת היא הגיוון שלה. לכן, קביעת מידת הגיוון האופטימלי בפיתוח כל מערכות - ארגון ייצור, תכנון, תחזוקה, ניהול תפעולי, מערכות שכר ועוד - היא אחד השלבים החשובים והעדיפות ביותר בשימוש בקיברנטיקה בתכנון ובתפקוד. של ארגון.

לפיכך, עמידה בחוק הגיוון הדרוש ומספק בתכנון ובתפקוד של מערכות ארגוניות מגבירה את יעילותן ולהיפך.

עקרון ההופעה. העיקרון השני של W. E. Ashby מבטא את התכונה החשובה הבאה של מערכת מורכבת: "ככל שהמערכת גדולה יותר וככל שההבדל בגודל בין החלק למכלול גדול יותר, כך גדלה הסבירות שתכונות השלם עשויות להיות שונות מאוד מזה. המאפיינים של החלקים." הבדלים אלו נוצרים כתוצאה משילוב של מספר מסוים של חלקים הומוגניים או הטרוגניים (אלמנטים) במבנה המערכת (חלקים). עקרון זה מצביע על אפשרות של אי התאמה בין יעדים מקומיים (יעדים ספציפיים של מרכיבים בודדים של המערכת) לבין המטרה הגלובלית (הכללית) של המערכת, ומכאן הצורך להגיע לתוצאות גלובליות כדי לקבל החלטות ולערוך פיתוחים לשיפור המערכת. וחלקיו מבוססים לא רק על ניתוח, אלא על סינתזה. כך, למשל, כאשר בונים עץ יעדים, יש לזכור שהמערכת תתפקד בצורה יעילה יותר אם השגת יעדים פרטיים (למשל עובדי החברה) תתרום להשגת האופטימום העולמי (הכללי) של המערכת (החברה כולה).

עקרון התוספת החיצונית. נוסח לראשונה על ידי S.T. בירום, העיקרון השלישי של הקיברנטיקה קובע: כל מערכת בקרה זקוקה ל"קופסה שחורה" - עתודות מסוימות שבעזרתן מפצות השפעות בלתי מוערכות של הסביבה החיצונית והפנימית. מידת היישום של עיקרון זה קובעת את איכות התפקוד של תת-מערכת הבקרה. ואכן, בכל תוכנית, אפילו המפורטת והמפותחת ביותר, אי אפשר לקחת בחשבון את כל הגורמים הרבים המשפיעים על תת-המערכת המבוקרת בתהליך היישום שלה. כך למשל, הדבר עשוי להתבטא בפיתוח לא מספק של אינדיקטורים מתוכננים כלשהם, תוך התחשבות לא מלאה בעת תכנון וניהול כל הגורמים לפיתוח ייצור מסוים, ברמת איכות לא מספקת של מידע שמסתובב במערכת.

חוק המשוב. העיקרון הרביעי של הקיברנטיקה הועלה לדרגה של חוק יסוד, המכונה חוק המשוב. ללא משוב בין אלמנטים, חלקים או מערכות המקושרים זה לזה, אי אפשר לארגן את הניהול האפקטיבי שלהם על פי עקרונות מדעיים. כל המערכות המאורגנות פתוחות, וסגירתן מובטחת רק באמצעות לולאה ישירה ומשוב. תנאי הכרחי לתפקודם היעיל הוא נוכחות של משוב המאותת על התוצאה שהושגה. בהתבסס על מידע זה, פעולת הבקרה מותאמת. כמות הקלט פועלת על התהליך המבוקר ובהתאם לפונקציית ההעברה האופיינית לאובייקט נתון וקובעת את הקשר בין אותות הקלט והמוצא, מומרת לכמות פלט.

העיקרון הראשון של הקיברנטיקה. Cybernetics רואה את כל מגוון סוגי החומר כמערכת של מערכות. כל מערכת היא חלק ממערכת אחרת מורכבת יותר או תת-מערכת שלה. המערכת נחשבת כמשתנה בזמן ובמרחב: מערכות יכולות להיווצר, להתפתח, לפעול, לקרוס ולמות. יחד עם זאת, הקיברנטיקה רואה במערכת לא כסכום של חלקיה המרכיבים (תת-מערכות), אלא כמכלול, שונה מבחינה איכותית ממרכיביה.

העיקרון השני של הקיברנטיקה. כל מערכת, תלוי אם היא נחקרה או לא, יכולה להיחשב כמורכבת מאובייקט בקרה, אובייקט נשלט וערוץ תקשורת ביניהם - אם מבנה המערכת ידוע, או כ"קופסה שחורה" שיש קלט ופלט - אם המבנה הפנימי של המערכת אינו ידוע.

סכימת הפעולה של המערכת מבוססת על העובדה שאובייקט הבקרה מקבל מידע על מצב האובייקט הנשלט או חלק מהפרמטרים שלו דרך ערוץ תקשורת, משווה אותם לאלו שצוינו, יוצר מידע בקרה באמצעות אלגוריתם מסוים ומשדר זה לאובייקט הנשלט דרך ערוץ התקשורת. האובייקט המנוהל משנה את מצבו (או מצב חלק מהפרמטרים שלו) בהתאם למידע המתקבל. לאחר מכן המחזור חוזר על עצמו. תכנית זו יכולה להיות פורמאלית, כלומר. לתאר באמצעות מערכת משוואות.

ניתן לקבוע את הפונקציות של מערכת לפי התגובה שלה במוצא להשפעה חיצונית בכניסה. באמצעות ניסויים ארוכי טווח ניתן לצבור חומר סטטיסטי בעזרתו ניתן יהיה לחזות ולדגל את התנהגות המערכת. יש לקחת בחשבון שמבחינת הקיברנטיקה, ניתוח החלקים המרכיבים של המערכת אינו חושף את מבנה המערכת בכללותה, ולכן, כאשר לומדים מערכות, האינטראקציה של תת-מערכות והקשרים בין תחילה יש ללמוד אותם.

העיקרון השלישי של הקיברנטיקה. מידע נחשב על ידי הקיברנטיקה כאמצעי שליטה. על מנת לשלוט באובייקט יש צורך בחיבור בין האובייקטים הנשלטים והשולטים (משוב), מקור מידע והמידע עצמו. משוב משמש כאמצעי להבטיח התאמה דינמית של התוצאות המתקבלות בתפוקת המערכת עם היעד שנקבע.

העיקרון הרביעי של הקיברנטיקה. מצבה של כל מערכת מאופיין בערכים של פרמטרים מסוימים של המערכת עצמה או מרכיביה. על ידי השפעה על המערכת או המרכיבים הבודדים שלה, ניתן להעביר את המערכת ממצב אחד לאחר, כלומר לשלוט במערכת. נושא חקר הקיברנטיקה הוא החיפוש אחר ההשפעות הנחוצות על מערכת או מרכיביה כדי להעביר את המערכת למצב נתון.

העיקרון החמישי של הקיברנטיקה. Cybernetics טוענת שתמיד ניתן למצוא ולשמור על המערכת ערכים כאלה של פעולות בקרה שמובילים את המערכת למצב קיצוני על פי קריטריון נתון, כלומר תמיד קיימת אפשרות בסיסית לשליטה מיטבית במערכת אם המערכת נלמדת מספיק והקריטריונים והמגבלות האופטימיזציה ידועים, מונחת על פרמטרי הקלט והפלט שלה.

מטרת המערכת היא לבצע פונקציות מסוימות; המטרה של בקרה מיטבית היא לשמור על המערכת במצב קיצוני נתון בעלות מינימלית.

תפקידה של הקיברנטיקה ככיוון מדעי נקבע על פי ההזדמנויות שמציגה הקיברנטיקה לייעול ניהול הכלכלה הלאומית.

הארסנל המדעי והטכני של הקיברנטיקה עשיר מאוד, הוא כולל מספר ענפים של מתמטיקה, לרבות תורת התורים, לוגיקה מתמטית, תכנות ליניארי ודינאמי, מתמטיקה חישובית, תורת הסתברות, מידול מתמטי ועוד, וכן חקר פעולות, תורת המשחקים, תורת הבקרה האוטומטית, תורת המערכות הכללית, מידול מכונות, טכנולוגיית מחשבים אלקטרונית, תורת המידע.

עם אמצעים כה רבי עוצמה, קיברנטיקה מוצאת יישום כמעט בכל תחומי הפעילות האנושית. כבר בשלב הנוכחי (הראשוני) נעשה שימוש נרחב בשיטות ובאמצעים של קיברנטיקה במדע, ייצור, כלכלה, תחבורה, מפעלי תקשורת, חקלאות, רפואה וענייני צבא. שיטות ואמצעי קיברנטיקה הפכו נפוצים במיוחד בצורה של מערכות בקרה אוטומטיות לתהליכים טכנולוגיים, מפעלים, עמותות ותעשיות, המבוססות על שימוש במחשבים אלקטרוניים (מחשבים) והתקני העברת נתונים. יחד עם זאת, יש לציין כי לפיתוח המדע והפרקטיקה של ניהול הייצור, אין די בשליטה באמצעי הקיברנטיקה. תכונות הייצור המודרני והמעורבות של קבוצות גדולות של אנשים בו מחייבות מחקר מעמיק של היבטים כלכליים, סוציולוגיים, פסיכולוגיים, משפטיים ואחרים של ניהול.

סיכום

קיברנטיקה חוקרת את תהליכי הקבלה וההעברה, הצטברות והפיכתו, עיבוד ושימוש במידע במכונות, אורגניזמים חיים והאסוציאציות שלהם. יצירת קשר בין תהליכי בקרה ומידע הוא ההישג החשוב ביותר של הקיברנטיקה. זה מאפשר לך להבין את הטכנולוגיה של תהליך הניהול, והכי חשוב, להכפיף אותו ללימוד בשיטות כמותיות.

מאפיין ייחודי של הגישה הקיברנטית להכרה ולשיפור תהליכי בקרה הוא השימוש באנלוגים שלהם בטבע חי ודומם ובמודלים. המשימה העיקרית של הקיברנטיקה היא להשיג, על סמך השיטות והאמצעים הטבועים בה, רמת שליטה מיטבית, כלומר. קבלת החלטות הניהול הטובות ביותר. במילים אחרות, ניהול קיברנטי הוא סוג הניהול ש: - רואה את הארגון כמערכת גדולה כלשהי, שכל מרכיב בה נלקח לא רק בפני עצמו, אלא גם כחלק מהמצרף הגדול יותר שאליו הוא נכלל; מספק פתרון מיטבי לבעיות דינמיות רב-משתניות של הארגון; משתמש בשיטות ספציפיות שהקיברנטיקה מציגה (משוב, ויסות עצמי וארגון עצמי); עושה שימוש נרחב במיכון ואוטומציה של עבודת ניהול המבוססת על שימוש בציוד מחשוב ובקרה וטכנולוגיות מחשוב.

קיברנטיקה מוצאת יישום כמעט בכל תחומי הפעילות האנושית. כבר בשלב הנוכחי (הראשוני) נעשה שימוש נרחב בשיטות ובאמצעים של קיברנטיקה במדע, ייצור, כלכלה, תחבורה, מפעלי תקשורת, חקלאות, רפואה וענייני צבא.

לפיכך, ניתן להגדיר את הקיברנטיקה כמדע השליטה והתקשורת עם הטבע החי בחברה ובטכנולוגיה.

רשימת ספרות משומשת

1. גורלוב א.א. מושגי מדעי הטבע המודרניים: ספר לימוד. מדריך לתלמידי מוסדות להשכלה גבוהה. - מ.: הומנית. ed. מרכז VLADOS, 2006. - 512 עמ'.

2. מושגי מדעי הטבע המודרניים: ספר לימוד / עורך. S.I. Samygina. - מהדורה 5, מתוקנת. ועוד - רוסטוב-על-דון: הפניקס, 2004. - 448 עמ'.

3. Naydysh V.M. מושגי מדעי הטבע המודרניים: ספר לימוד. - מהדורה שנייה, מתוקנת. ועוד - מ.: אלפא - מ, אינפרה - מ, 2006. - 622 עמ'.

4. Ruzavin G.I. מושגי מדעי הטבע המודרניים: ספר לימוד לאוניברסיטאות. - מ.: תרבות וספורט, UNITY, 2006. - 287 עמ'.

5. Solopov E.F. מושגי מדעי הטבע המודרניים: ספר לימוד. מדריך לסטודנטים במוסדות להשכלה גבוהה הלומדים במדעי הרוח / E.F. סולופוב. - מ.: הומניטרי. ed. מרכז VLADOS, 2006. - 232 עמ'.



אהבתם את המאמר? שתף עם החברים שלך!