Internet i cybernetyka

Leonid Czerniak

Każde narzędzie ma swoją genealogię
(Każdy instrument ma swój rodowód).

Norberta Wienera

W poszukiwaniu początków sieci pomocne może okazać się słowo „cyberprzestrzeń”. Służy jako udany pomost między słowami „Internet” i „cybernetyka”, przede wszystkim dlatego, że dokładnie odzwierciedla naturę relacji pomiędzy Siecią a tą nauką. Termin „cyberprzestrzeń” został ukuty w 1984 roku przez amerykańskiego pisarza Williama Gibsona w jego książce Neuromancer i obecnie jest często używany jako synonim słowa „Internet”. Wkrótce pojawiły się neologizmy: cybermedia, cyberpunk, cyborg itp. Trzeba przyznać, że Gibson nie był pierwszym spośród tych, którzy przepowiadali przyszłe technologie mediów cybernetycznych. Rolę nowych mediów przewidział kanadyjski naukowiec M. McLuhan w swojej książce „Zrozumienie mediów” z 1964 roku.

Możliwe, że ustalenie „cybernetycznych” korzeni Internetu może wydawać się niektórym pomysłem naciąganym. Istnieje opinia, że ​​żaden z głównych elementów współczesnej sieci nie posiada niczego, co jednoznacznie wskazywałoby na ich związek z cybernetyką. Nie jest łatwo obalić taką opinię, ponieważ na powierzchni nie ma zauważalnych dowodów. Na tym właśnie polega paradoks lub tajemnica terminów „cyberprzestrzeń” i „cybernetyczna hiperprzestrzeń”: akceptując je, wewnętrznie (podświadomie) zgadzamy się z ich cybernetycznym pochodzeniem, ale nie potrafimy wyjaśnić przyczyny. Być może nie do końca rozumiemy, czym jest cybernetyka?

Źródeł tej sprzeczności należy upatrywać w stereotypowym wyobrażeniu o cybernetyce jako nauce. Weźmy na przykład wciąż popularny „radziecki słownik encyklopedyczny”. Definiuje cybernetykę jako naukę o podstawowych prawach otrzymywania, przechowywania, przesyłania i przetwarzania informacji. Jej rdzeń składa się z teorii informacji, teorii algorytmów, teorii automatów, badań operacyjnych, teorii sterowania optymalnego i teorii rozpoznawania wzorców.

W źródłach zachodnich cybernetyka jest rozumiana szerzej, czasami nazywana jest nie nauką, ale niejasno określoną dziedziną akademicką, do której zaliczają się matematyka, technologia, filozofia i nauki społeczne. W węższym znaczeniu cybernetyka obejmuje takie obszary wiedzy, jak sztuczna inteligencja, sieci neuronowe, systemy dynamiczne, teoria chaosu, czy złożone systemy adaptacyjne.

Żadna z tych definicji nie określa jednak tego, co stanowi widoczną podstawę Internetu: protokoły, serwery, przeglądarki, języki HTML, XML i Java itp.

Czym zatem jest „cybernetyczna hiperprzestrzeń” – czy to tylko piękna metafora, czy też warto szukać bardziej adekwatnej interpretacji przedmiotu cybernetyki.

Norberta Wienera

Warto w tym wypadku sięgnąć do źródeł pierwotnych, czyli do twórczości samego Norberta Wienera. To on zaproponował nazwanie cybernetyki kompleksem wiedzy o zarządzaniu szeroką gamą systemów: technicznych, biologicznych czy społecznych. Błędem byłoby jednak kojarzyć powstanie i rozwój cybernetyki jedynie z nazwiskiem Wienera. Jeśli zbudujesz drzewo genealogiczne tej nauki, okaże się, że sam Wiener jest właścicielem jedynie korzenia i jednej z gałęzi, niemniej jednak to właśnie jego działalność najbardziej przyczyniła się do powstania Sieci.

Udowodnienie tego nie jest łatwe. Norbert Wiener stał się uznanym klasykiem nauki, a jego dzieła, podobnie jak książki klasycznego pisarza, są znane wszystkim, ale nikt ich nie czyta.

Niewiele jest osób, które czytały „Cybernetykę” Wienera, a jeszcze mniej były w stanie zrozumieć kompleks zebranych w niej idei matematycznych, filozoficznych i religijnych (co uderzające, książka ta prawie nigdy nie jest przedrukowywana).

Powierzchowna znajomość „Cybernetyki” prowadzi do tego, że popularne stały się nie autorskie pomysły Wienera, lecz zawarte w książce i znane na długo przed nim proste pomysły na temat sprzężenia zwrotnego w systemach sterowania. W technice można znaleźć wiele przykładów urządzeń, w których występuje sprzężenie zwrotne; na przykład regulator odśrodkowy Jamesa Watta jest znany od wieków, czyniąc maszynę parową symbolem pierwszej rewolucji przemysłowej. Teoretyczne podejście do sprzężenia zwrotnego opracował angielski fizyk James Maxwell już w 1868 roku.

Ponadto z punktu widzenia historii Internetu największe zainteresowanie budzi działalność Wienera po roku 1948, kiedy ukazała się już „Cybernetyka”, jednak najpierw warto powiedzieć kilka słów o biografii naukowej tego naukowca, a więc że jasne jest, z jakim poziomem wiedzy podchodził do problemów decyzyjnych interakcji człowiek-komputer.

Syn urodzonego w Rosji profesora slawistyki Norbert Wiener uzyskał stopień doktora na Uniwersytecie Harvarda w wieku 18 lat. Następnie współpracował z Bertanem Russellem w Cambridge i Davidem Hilbertem w Getyndze. Po zakończeniu I wojny światowej Wiener rozpoczął pracę pedagogiczną w Massachusetts Institute of Technology (MIT), gdzie przeprowadził szereg światowej klasy studiów matematycznych. Tutaj nawiązał wieloletnią osobistą przyjaźń z Vannevarem Bushem, którego rolę w organizowaniu badań naukowych w dziedzinie technologii informatycznych warto wspomnieć osobno.

To V. Bush wraz z początkiem II wojny światowej zainspirował Wienera do rozwiązywania problemów matematycznych związanych ze sterowaniem ogniem przeciwlotniczym w oparciu o informacje otrzymywane ze stacji radarowych. Tym samym Wiener stał się uczestnikiem Bitwy o Anglię, dzięki czemu mógł poznać Alana Turinga i Johna von Neumanna. Duże znaczenie dla ukształtowania się poglądów Wienera na problem „człowieka i komputera” miała jego wspólna działalność z meksykańskim psychologiem i kardiologiem Arturo Rosenbluthem; dedykowana mu była książka „Cybernetyka”. Trudno wymienić wszystkich wielkich naukowców, z którymi Wiener komunikował się; wymienimy tylko najbardziej znane nazwiska: Albert Einstein, Max Born, Richard Courant, Claude Shannon, Felix Klein.

Norbert Wiener jak nikt inny przyczynił się do tego, że MIT stał się jednym z wiodących ośrodków naukowych na świecie, a postać roztargnionego profesora z niezmiennym cygarem stała się swoistym symbolem tego instytutu. Wśród młodzieży naukowej narodził się rodzaj kultu Wienera, stał się on epickim bohaterem, istnieje nawet strona internetowa z bardzo uroczymi dowcipami, w której Wiener występuje w roli głównego bohatera.

Norbert Wiener zajął się problemem „człowieka i komputera” z wielu powodów. Przede wszystkim dlatego, że interesował się problematyką komunikacji w technologii, przyrodzie i społeczeństwie. Poza tym naukowiec chciał oderwać się od tematów militarnych, które zajmowały mu kilka lat życia. W kontekście historii Internetu ważne jest zrozumienie, że problematykę interakcji człowiek-komputer podjął badacz o ogromnym potencjale naukowym. Naukowiec o klasycznej kulturze uniwersyteckiej i akademickiej (uważam, że ta kultura już zaginęła i to na zawsze) przyszedł na dziedzinę, którą dziś nazywamy technologią informacyjną.

Nie powinno dziwić, że Wiener nie ma żadnej praktycznej pracy związanej z komputerami; w tym czasie był zajęty poważniejszymi sprawami. Wiener stał się twórcą filozofii cybernetycznej, założycielem własnej szkoły, a jego zasługą jest to, że filozofię tę przekazał swoim uczniom i naśladowcom. To właśnie szkoła Wienera była odpowiedzialna za szereg prac, które ostatecznie doprowadziły do ​​​​narodzin Internetu.

Być może Wiener jako pierwszy zrozumiał, że pojawienie się komputera cyfrowego rodzi pytanie o jakościowo nowy poziom interakcji człowiek-maszyna. Dziś, gdy każdy komputer osobisty wyposażony jest w różnorodne urządzenia interaktywne, można powiedzieć, że udało się już wiele osiągnąć. Ale wtedy, w latach 40. i 50., współistniały diametralnie przeciwstawne poglądy na temat roli komputerów: niektórzy naukowcy postrzegali je po prostu jako narzędzie do obliczeń, inni zaś przepowiadali im losy jakiejś nadludzkiej inteligencji. Wiener uważał oba te punkty widzenia za błędne.

Nie zgadzał się z powszechnym przekonaniem, że maszyny liczące mogą same generować przydatne wyniki. Wiener przypisał im funkcję jedynie narzędzia, środka przetwarzania danych, a dla człowieka funkcję wydobywania użytecznych wyników. Jak jednak znaleźć rozwiązanie w czasach, gdy nie było klawiatury, myszy, ekranu, gdy istniała kolosalna przepaść pomiędzy filozoficznym rozumieniem problemu a jego technologiczną realizacją? Było jasne, że jest to gdzieś na poziomie interdyscyplinarnym, dlatego Wiener doszedł do potrzeby organizowania cotygodniowych seminariów na MIT z udziałem różnorodnych specjalistów.

Seminarium rozpoczęło pracę wiosną 1948 roku. Jego uczestnicy wspominają, że początkowo przypominało budowę Wieży Babel, gdyż zaangażowani byli w niego naukowcy z różnych, czasem odległych od siebie specjalności - matematycy, inżynierowie, psycholodzy, filozofowie , lekarze, biolodzy itp. Mimo że sporo czasu poświęcono na wypracowanie wspólnego języka dla nowej nauki, seminarium okazało się bardzo produktywne.

Ostatecznie udało się opracować kilka podstawowych koncepcji, które można uznać za pierwsze podstawowe idee przyszłej Sieci. Najpierw w trakcie dyskusji na seminarium sugerowano, że komputer powinien stać się jednym z najważniejszych środków komunikacji (choć na początku lat 50. nie było łatwo wyobrazić sobie komputer jako urządzenie komunikacyjne). Należy pamiętać, że do pojawienia się pierwszej sieci komputerowej pozostało co najmniej 15 lat. Robert Metcalf, wynalazca protokołu Ethernet, aforystycznie zdefiniował przeznaczenie komputera: „Komunikacja jest najważniejszą rzeczą, jaką potrafią komputery” (komunikacja jest najważniejszą rzeczą, jaką może zrobić komputer), ale stało się to znacznie później.

Po drugie, wyciągnięto oczywisty (z dzisiejszego punktu widzenia) wniosek, że komputer powinien zapewniać interaktywny tryb interakcji. W tamtym czasie jedynymi urządzeniami peryferyjnymi, które istniały, były urządzenia do wprowadzania danych z taśm dziurkowanych lub kart dziurkowanych oraz prymitywne drukarki. W swojej embrionalnej formie tryb interaktywny został częściowo zawarty w unikalnym jak na tamte czasy komputerze Whirlwind, zbudowanym w MIT w 1950 r. Członkowie wiedeńskiego seminarium aktywnie uczestniczyli w jego tworzeniu. To właśnie do tego komputera po raz pierwszy podłączono klawiaturę alfanumeryczną.

Tak więc dwa oczywiste elementy cyberprzestrzeni – komputer jako środek komunikacji i tryb interaktywny – były pielęgnowane w kolebce seminarium prowadzonego przez Wienera. „Każdy instrument ma swój rodowód”.

Ale jeszcze jedna okoliczność jest nie mniej ważna dla historii Internetu. Seminarium Wienera stało się szkołą, z której wyrosło wielu twórców Sieci. Wśród nich był John Licklider, który kilka lat później pracując nad projektem ARPANet stał się kluczową postacią w pierwszym projekcie Network.

W ostatnich latach życia Nobert Wiener zgłębiał problemy filozoficzne i etyczne, co znalazło odzwierciedlenie w jego ostatniej książce „Bóg i Golem” oraz jest autorem dwóch wspomnień „Jestem matematykiem” i „Byłe dziecko cud."

Doceniając znaczenie okresu kształtowania się technologii informatycznych, należy zauważyć, że cybernetyka to nie tylko przeszłość, ale także przyszłość. Jednym ze znaczeń greckiego słowa kebernetes, od którego pochodzi jego nazwa, jest sternik. Co dziwne, prawie wszystkie tworzone przez wiele lat systemy cybernetyczne radziły sobie bez „ludzkiego sternika”. Niedawno, zaledwie kilka lat temu, pojawił się nowy kierunek - cybernetyka drugiego rzędu. Różni się od klasycznego tym, że w pętli sterowania, która tradycyjnie opierała się wyłącznie na maszynie, bierze udział człowiek-obserwator.

Cybernetyka to nauka o ogólnych prawach procesów sterowania i przesyłania informacji w różnych systemach. To się mówi ogólnie. Jednak przeciętny człowiek rozumie cybernetykę jako pracę z systemami informatycznymi związanymi z kodowaniem określonych danych w określone struktury. Na przykład stworzenie robota nie może obejść się bez cybernetyki - tak naprawdę robotyka wyłoniła się z cybernetyki, tak jak Wenus z piany morskiej. Cybernetyka jest w przeważającej części pochodną informatyki, która z kolei jest także nauką o tworzeniu i organizowaniu systemów informatycznych. Obecnie cybernetyka znajduje szerokie zastosowanie we wszystkich sferach życia człowieka: od polityki i ekonomii po programowanie na poziomie genetycznym.

W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy stworzyli tak wiele sztucznych narządów, że można by z nich złożyć cały sztuczny organizm. To oczywiście żart, a sztuczne narządy opracowuje się do zupełnie innych celów. W szczególności w celu lepszego zbadania ich pracy i interakcji z różnymi substancjami. Ale jeśli w przypadku „całych” narządów wszystko jest mniej więcej jasne, monitorowanie pracy nie jest takie łatwe. Wynika to w dużej mierze z faktu, że czujniki są dość trudne do umieszczenia wewnątrz komórek bez ich uszkodzenia. Jednak naukowcy z Harvardu wymyślili, jak obejść to ograniczenie: wyhodować komórki, które początkowo będą zawierać elementy elektroniczne.

Informacja zwrotna w cybernetyce jest obecność cykli obwodów w niezmiennym [ ] część maszyny, a instrukcje warunkowe w jej części zmiennej. [ ] Informacje zwrotne wyróżniają to rozwiązanie pistolety maszynowe które biorą udział w określonym typie eksperymentu naukowego lub są stosowane w praktyce.

Encyklopedyczny YouTube

1 / 3

Szkoła Nauk o Zarządzaniu. Cybernetyka Norberta Wienera.

Algorytmy sterujące

Projektowanie przyszłości (edycja World Lecture Tour)

Napisy na filmie obcojęzycznym

Koncepcja opinii

Można powiedzieć, że koncepcja sprzężenia zwrotnego ukształtowała naukę cybernetyki. Konieczność wykorzystania sprzężenia zwrotnego pojawiła się, gdy oczywiste stały się ograniczenia w rozwiązywaniu różnego rodzaju problemów nieliniowych. I je rozwiązać Norberta Wienera zaproponował specjalny rodzaj podejścia do rozwiązania. Należy zauważyć, że wcześniej tego typu problemy rozwiązywano wyłącznie metodami analitycznymi. W swojej książce „Zagadnienia nieliniowe w teorii procesów losowych” Parówka Próbowałem przedstawić to podejście, które później zostało rozwinięte i zaowocowało całą nauką - cybernetyka.

Podstawą tego podejścia był następujący układ eksperymentalny. Zadaniem analizy nieliniowego obwodu elektrycznego jest wyznaczenie współczynników niektórych wielomianów poprzez uśrednienie parametrów sygnału wejściowego. Aby przygotować eksperyment, potrzebna jest czarna skrzynka przedstawiająca układ nieliniowy, który nie został jeszcze przeanalizowany. Oprócz tego istnieją białe skrzynki - niektóre ciała o znanej strukturze, które reprezentują różnych członków pożądanej ekspansji. Ten sam losowy szum jest wprowadzany do czarnej skrzynki i do danej białej skrzynki.

Potrzebne jest również urządzenie mnożące, które znalazłoby iloczyn wyjść czarnej i białej skrzynki, oraz urządzenie uśredniające, które można oprzeć na fakcie, że różnica potencjałów kondensatora jest proporcjonalna do jego ładunku, a zatem całka w czasie od prądu płynącego przez kondensator.

Możliwe jest nie tylko wyznaczenie jeden po drugim współczynników każdej białej skrzynki będącej terminem w równoważnej reprezentacji czarnej skrzynki, ale także wyznaczenie ich wszystkich jednocześnie. Jest to nawet możliwe przy pomocy odpowiednich obwodów informacja zwrotna powoduje, że każde białe pole automatycznie dostosowuje się do poziomu odpowiadającego współczynnikowi tego białego pola w rozkładzie czarnej skrzynki. Pozwala to skonstruować złożoną białą skrzynkę, która po odpowiednim podłączeniu do czarnej skrzynki i otrzymaniu tego samego losowego sygnału wejściowego automatycznie stanie się operacyjnym odpowiednikiem czarnej skrzynki, chociaż jej wewnętrzna struktura może być zupełnie inna.

Właśnie dzięki tej przydatności w eksperymencie, w którym biała skrzynka jest połączona sprzężeniem zwrotnym z czarną skrzynką, gdy skonfigurowana pozwala na odnalezienie informacji zawartych w czarnej skrzynce, można mówić o cybernetyce jako o nauka. Dzięki temu można było mówić o pojęciu informacji zwrotnej na poziomie bardziej precyzyjnym i formalnym. Samo pojęcie sprzężenia zwrotnego było od dawna znane w technice i biologii, miało jednak charakter opisowy. W cybernetyce sprzężenie zwrotne umożliwia identyfikację specjalnego typu systemu i, w zależności od jego typu, klasyfikację badanych systemów.

Cybernetyka to nauka o ogólnych prawach procesów sterowania i przekazywania informacji w maszynach, organizmach żywych i ich stowarzyszeniach. Podstawą teoretyczną jest cybernetyka.

Podstawowe zasady cybernetyki sformułował w 1948 roku amerykański naukowiec Norbert Wiener w książce „Cybernetyka, czyli sterowanie i komunikacja w maszynach i organizmach żywych”.

Pojawienie się cybernetyki wynika z jednej strony z potrzeb praktyki, która stawiała przed sobą zadanie tworzenia złożonych urządzeń automatyki, z drugiej zaś z rozwoju dyscyplin naukowych zajmujących się badaniem procesów sterowania w różnych procesach fizycznych. pola w przygotowaniu do stworzenia ogólnej teorii tych procesów.

Do nauk takich należą: teoria automatycznych systemów sterowania i śledzenia, teoria komputerów sterowanych programami elektronicznymi, statystyczna teoria transmisji komunikatów, teoria gier i rozwiązań optymalnych itp., a także zespół nauk biologicznych zajmujących się badaniem procesy kontrolne w przyrodzie żywej ( refleksologia, genetyka itp.).

W odróżnieniu od tych nauk, które zajmują się konkretnymi procesami zarządzania, cybernetyka bada to, co jest wspólne wszystkim procesom sterowania, niezależnie od ich natury fizycznej, i za cel stawia sobie stworzenie jednolitej teorii tych procesów.

Każdy proces zarządzania charakteryzuje się:

obecność zorganizowanego systemu składającego się z organów zarządzających i zarządzanych (wykonawczych);

interakcja tego zorganizowanego układu z otoczeniem zewnętrznym, które jest źródłem przypadkowych lub systematycznych zaburzeń;

wdrażanie kontroli opartej na odbiorze i przekazywaniu informacji;

obecność celu i algorytmu sterowania.

Zbadanie problemu naturalno-przyczynowego powstawania celowych systemów sterowania przyrodą żywą jest ważnym zadaniem cybernetyki, które pozwoli lepiej zrozumieć relacje między przyczynowością a celowością w przyrodzie ożywionej.

Zadaniem cybernetyki jest także systematyczne badanie porównawcze struktury i różnych fizycznych zasad działania systemów sterowania z punktu widzenia ich zdolności do postrzegania i przetwarzania informacji.

W swoich metodach cybernetyka jest nauką, która szeroko wykorzystuje różnorodną aparaturę matematyczną, a także podejście porównawcze w badaniu różnych procesów sterowania.

Można wyróżnić główne gałęzie cybernetyki:

teoria informacji;

teoria metod sterowania (programowanie);

teoria systemów sterowania.

Teoria informacji bada metody percepcji, przetwarzania i przekazywania informacji. Informacje przekazywane są za pomocą sygnałów – procesów fizycznych, w których określone parametry pozostają w jednoznacznej zgodności z przesyłaną informacją. Ustalenie takiej zgodności nazywa się kodowaniem.

Centralnym pojęciem teorii informacji jest miara ilości informacji, definiowana jako zmiana stopnia niepewności oczekiwania na jakieś zdarzenie, o którym mowa w komunikacie przed i po otrzymaniu komunikatu. Miara ta pozwala zmierzyć ilość informacji zawartej w przekazie, tak jak w fizyce mierzy się ilość energii czy ilość substancji. Znaczenie i wartość przekazywanych informacji dla odbiorcy nie jest brane pod uwagę.

Teoria programowania zajmuje się badaniem i rozwojem metod przetwarzania i wykorzystywania informacji w zarządzaniu. Programowanie działania dowolnego układu sterowania obejmuje zazwyczaj:

określenie algorytmu znajdowania rozwiązań;

kompilacja programu w kodzie postrzeganym przez dany system.

Znalezienie rozwiązań sprowadza się do przetworzenia danych informacji wejściowych na odpowiednią informację wyjściową (rozkazy sterujące), zapewniającą osiągnięcie postawionych celów. Odbywa się to w oparciu o pewną metodę matematyczną, przedstawioną w postaci algorytmu. Najbardziej rozwinięte są matematyczne metody wyznaczania rozwiązań optymalnych, takie jak programowanie liniowe i programowanie dynamiczne, a także metody tworzenia rozwiązań statystycznych w teorii gier.

Teoria algorytmów, stosowany w cybernetyce, bada formalne sposoby opisu procesów przetwarzania informacji w postaci warunkowych schematów matematycznych - algorytmów. Główne miejsce zajmują tu zagadnienia konstrukcji algorytmów dla różnych klas procesów oraz zagadnienia identycznych (równoważnych) przekształceń algorytmów.

Głównym zadaniem teorii programowania jest opracowanie metod automatyzacji procesów przetwarzania informacji na maszynach sterowanych programem elektronicznym. Główną rolę odgrywają tu zagadnienia automatyzacji programowania, czyli zagadnienia kompilowania programów do rozwiązywania różnych problemów na maszynach korzystających z tych maszyn.

Z punktu widzenia analizy porównawczej procesów przetwarzania informacji w różnych systemach zorganizowanych naturalnie i sztucznie, cybernetyka wyróżnia następujące główne klasy procesów:

myślenie i odruchowa aktywność organizmów żywych;

zmiany informacji dziedzicznej podczas ewolucji gatunków biologicznych;

przetwarzanie informacji w systemach automatycznych;

przetwarzanie informacji w systemach gospodarczych i administracyjnych;

przetwarzanie informacji w procesie rozwoju naukowego.

Wyjaśnienie ogólnych praw tych procesów jest jednym z głównych zadań cybernetyki.

Teoria systemów sterowania bada strukturę i zasady budowy takich systemów oraz ich powiązania z systemami zarządzanymi i środowiskiem zewnętrznym. Ogólnie system kontroli można nazwać dowolnym obiektem fizycznym, który celowo przetwarza informacje (układ nerwowy zwierzęcia, automatyczny system kontroli ruchu samolotu itp.).

Cybernetyka bada abstrakcyjne systemy sterowania przedstawiane w postaci schematów matematycznych (modeli), które zachowują właściwości informacyjne odpowiednich klas systemów rzeczywistych. W ramach cybernetyki powstała specjalna dyscyplina matematyczna - teoria automatów, który bada specjalną klasę dyskretnych systemów przetwarzania informacji, które zawierają dużą liczbę elementów i modelują działanie sieci neuronowych.

Duże znaczenie teoretyczne i praktyczne ma wyjaśnienie na tej podstawie mechanizmów myślenia i budowy mózgu, które zapewniają zdolność postrzegania i przetwarzania ogromnych ilości informacji w narządach o małej objętości przy niewielkim wydatku energii i wyjątkowo wysoka niezawodność.

Cybernetyka wyróżnia dwie ogólne zasady konstruowania systemów sterowania: sprzężenie zwrotne i sterowanie wielostopniowe (hierarchiczne). Zasada sprzężenia zwrotnego pozwala systemowi sterowania na ciągłe uwzględnianie rzeczywistego stanu wszystkich kontrolowanych narządów oraz rzeczywistych wpływów środowiska zewnętrznego. Wielostopniowy obwód sterowania zapewnia ekonomiczność i stabilność układu sterowania.

Cybernetyka i automatyzacja procesów

Kompleksowa automatyzacja wykorzystująca zasady systemów samodostosowujących się i samouczących pozwala na osiągnięcie najkorzystniejszych trybów sterowania, co jest szczególnie ważne w przypadku skomplikowanych gałęzi przemysłu. Koniecznym warunkiem takiej automatyzacji jest obecność dla danego procesu produkcyjnego szczegółowego opisu matematycznego (modelu matematycznego), który jest wprowadzany do komputera sterującego procesem w postaci programu jego obsługi.

Maszyna ta otrzymuje informacje o przebiegu procesu z różnych urządzeń pomiarowych i czujników, a maszyna na podstawie istniejącego modelu matematycznego procesu oblicza jego dalszy postęp pod wpływem określonych poleceń sterujących.

Jeżeli takie modelowanie i prognozowanie przebiega znacznie szybciej niż proces rzeczywisty, wówczas możliwy jest wybór najkorzystniejszego trybu sterowania poprzez obliczenie i porównanie szeregu opcji. Ocena i wybór opcji może zostać przeprowadzony albo przez samą maszynę, w pełni automatycznie, albo przy pomocy operatora. Ważną rolę odgrywa w tym przypadku problem optymalnego sprzężenia człowieka-operatora i maszyny sterującej.

Duże znaczenie praktyczne ma wypracowane przez cybernetykę ujednolicone podejście do analizy i opisu (algorytmizacji) różnych procesów zarządzania i przetwarzania informacji poprzez sekwencyjny podział tych procesów na elementarne akty, które reprezentują alternatywne wybory („tak” lub „nie”).

Systematyczne stosowanie tej metody umożliwia sformalizowanie coraz bardziej złożonych procesów aktywności umysłowej, co jest pierwszym niezbędnym krokiem do ich późniejszej automatyzacji. Problem symbiozy informacyjnej maszyny i człowieka, czyli bezpośredniej interakcji człowieka z maszyną informacyjno-logiczną w procesie twórczym przy rozwiązywaniu problemów naukowych, ma ogromne perspektywy dla zwiększenia efektywności pracy naukowej.

Nauka o zarządzaniu systemami technicznymi. Metody i idee cybernetyki technicznej początkowo rosły równolegle i niezależnie w poszczególnych dyscyplinach technicznych związanych z komunikacją i sterowaniem - w automatyce, elektronice radiowej, telesterowaniu, technice komputerowej itp. Jako wspólność głównych problemów teorii i metod rozwiązywania stały się jasne, postanowienia cybernetyki technicznej, która stanowi jednolitą podstawę teoretyczną dla wszystkich dziedzin technologii komunikacji i sterowania.

Cybernetyka techniczna, podobnie jak cybernetyka w ogóle, zajmuje się badaniem procesów sterowania niezależnie od fizycznej natury systemów, w których te procesy zachodzą. Centralnym zadaniem cybernetyki technicznej jest synteza efektywnych algorytmów sterowania w celu określenia ich struktury, charakterystyk i parametrów. Efektywne algorytmy odnoszą się do zasad przetwarzania informacji wejściowych na wyjściowe sygnały sterujące, które są w pewnym sensie skuteczne.

Cybernetyka techniczna jest z nimi ściśle powiązana, ale nie pokrywa się z nimi, ponieważ cybernetyka techniczna nie uwzględnia projektowania konkretnego sprzętu. Cybernetyka techniczna łączy się także z innymi dziedzinami cybernetyki, np. informacje uzyskiwane przez nauki biologiczne ułatwiają opracowywanie nowych zasad sterowania, w tym zasad konstruowania nowych typów automatów modelujących złożone funkcje ludzkiej aktywności umysłowej.

Cybernetyka techniczna, która zrodziła się z potrzeb praktyki, szeroko wykorzystującej aparat matematyczny, jest obecnie jedną z najbardziej rozwiniętych gałęzi cybernetyki. Dlatego postęp cybernetyki technicznej w istotny sposób przyczynia się do rozwoju innych gałęzi, kierunków i działów cybernetyki.

Zajmuje znaczące miejsce w cybernetyce technicznej teoria algorytmów optymalnych lub, co jest w zasadzie tym samym, teorią optymalnej strategii automatycznego sterowania, która zapewnia ekstremum jakiegoś kryterium optymalności.

W różnych przypadkach kryteria optymalności mogą być różne. Na przykład w jednym przypadku może być wymagana maksymalna prędkość procesów przejściowych, w innym - minimalny rozrzut wartości określonej wielkości itp. Istnieją jednak ogólne metody formułowania i rozwiązywania szerokiej gamy problemów tego Uprzejmy.

W wyniku rozwiązania problemu wyznaczany jest optymalny algorytm sterowania w systemie automatyki, optymalny algorytm rozpoznawania sygnałów na tle szumu w odbiorniku systemu łączności itp.

Kolejnym ważnym kierunkiem cybernetyki technicznej jest rozwój teorii i zasad działania systemów z automatyczną adaptacją, która polega na celowej zmianie właściwości systemu lub jego części, zapewniając coraz większą skuteczność jego działań. W tym obszarze mają one ogromne znaczenie automatyczne systemy optymalizacji, doprowadzony przez automatyczne wyszukiwanie do optymalnego trybu pracy i utrzymywany w pobliżu tego trybu pod nieprzewidzianymi wpływami zewnętrznymi.

Trzeci kierunek to rozwój teoria złożonych układów sterowania, składający się z dużej liczby elementów, w tym skomplikowanych połączeń części i działający w trudnych warunkach.

Teoria informacji i teoria algorytmów mają ogromne znaczenie zwłaszcza dla cybernetyki technicznej teoria maszyn skończonych.

Teoria maszyn skończonych zajmuje się syntezą maszyn według zadanych warunków pracy, w tym rozwiązywaniem problemu „czarnej skrzynki” – określeniem możliwej struktury wewnętrznej maszyny na podstawie wyników badania jej wejść i wyjść oraz innych problemy, na przykład kwestie wykonalności niektórych typów maszyn.

Wszelkie systemy sterowania są w ten czy inny sposób powiązane z osobą, która je projektuje, konfiguruje, monitoruje, zarządza ich pracą i wykorzystuje wyniki systemów do własnych celów. Rodzi to problemy interakcji człowieka z zespołem automatycznych urządzeń i wymiany informacji pomiędzy nimi.

Rozwiązanie tych problemów jest konieczne, aby odciążyć układ nerwowy człowieka od stresującej i rutynowej pracy oraz zapewnić maksymalną wydajność całego układu „człowiek-maszyna”. Najważniejszym zadaniem cybernetyki technicznej jest modelowanie coraz bardziej złożonych form ludzkiej aktywności umysłowej w celu zastąpienia człowieka automatami tam, gdzie jest to możliwe i uzasadnione. Dlatego w cybernetyce technicznej rozwijane są teorie i zasady konstruowania różnego rodzaju systemów uczących się, które poprzez szkolenie lub edukację celowo zmieniają swój algorytm.

Cybernetyka systemów elektroenergetycznych- naukowe zastosowanie cybernetyki do rozwiązywania problemów sterowania, regulowania ich trybów oraz identyfikowania cech technicznych i ekonomicznych podczas projektowania i eksploatacji.

Poszczególne elementy systemu elektroenergetycznego, oddziałując ze sobą, posiadają bardzo głębokie powiązania wewnętrzne, które nie pozwalają na podział systemu na niezależne elementy i zmianę po kolei czynników wpływających przy ustalaniu jego charakterystyk. Zgodnie z metodologią badań system elektroenergetyczny należy uznać za system cybernetyczny, gdyż w jego badaniach stosowane są metody uogólniające: teoria podobieństwa, modelowanie fizyczne, matematyczne, cyfrowe i logiczne.