Кибернетика и ее достижения

 

 

 

                      Образовательный консорциум Среднерусский университет

Автономная  некоммерческая организация

высшего профессионального  образования

«Московский областной  гуманитарный институт»

________________________________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

концепции современного естествознания

 

 

контрольная работа

 

 

«Кибернетика  и ее достижения»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 1 курса,

группа М-ГМУ-01-12

Коньшин Андрей Евгеньевич

 

Проверил: Володин А.А.

 

 

 

 

                                                           

 

 

 

 

                                                          Подольск 2013

СОДЕРЖАНИЕ    

 

               ВВЕДЕНИЕ…3

 

1. Зарождение кибернетики …..4-5

 

               2. Развитие кибернетики…6

 

              3.  Работы ученых….7-12

 

               4.  Предмет кибернетики ее методы и цели…..13-16

 

               5.  Связь информации и управления. Кибернетический подход...17-20

 

6.  Место кибернетики в системе наук...21-23

              

                ЗАКЛЮЧЕНИЕ… 24-26 
             

                СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение      

 

 

Кибернетика (греч. kybernetike [techne] - искусство управления) - наука о самоуправляющихся машинах, в частности о машинах с электронным управлением ("электронный мозг"); получила самое широкое распространение в последней трети 20 в. и сейчас находит широкое применение также в биологии и социологии. "Отец кибернетики" американский учёный Норберт Винер в труде "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине" (1948) показал, что человеческий мозг действует наподобие электронных вычислительных машин с двоичной системой счисления.      

Современный уровень развития радиоэлектроники позволяет ставить и разрешать  задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т. е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, целых заводов. Вычислительная техника используется не только для управления технологическими процессами и решения многочисленных трудоемких научно-теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления, экономики и планирования.

 

  
  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Зарождение  кибернетики     

 

 

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

Появление кибернетики как самостоятельного научного направления относят к 1948 г., когда американский ученый, профессор  математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894 -1964гг.) опубликовал книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой книге Винер обобщил закономерности, относящиеся к системам управления различной природы - биологическим, техническим и социальным. Вопросы управления в социальных системах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и общество», опубликованной в 1954 г.     

Название  «кибернетика» происходит от греческого «кюбернетес», что первоначально  означало «рулевой», «кормчий», но впоследствии стало обозначать и «правитель над  людьми». Так, древнегреческий философ  Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других — искусство править людьми. Примечательно, что римлянами слово «кюбернетес» было преобразовано в «губернатор».     

Известный французский ученый-физик А. М. Ампер (1775-1836 гг.) в своей работе «Опыт о философии наук, или аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний», первая часть которой вышла в 1834 г., назвал кибернетикой науку о текущем управлении государством (народом), которая помогает правительству решать встающие перед ним конкретные задачи с учетом разнообразных обстоятельств в свете общей задачи принести стране мир и процветание. Однако вскоре термин «кибернетика» был забыт и, как отмечалось ранее, возрожден в 1948 г. Винером в качестве названия науки об управлении техническими, биологическими и социальными системами.  
 

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

 

 

     Во-первых, функционирование объекта  управления может характеризоваться  такими большими скоростями, что человек  в силу нейрофизиологических ограничений  скорости своих реакции не может  достаточно быстро в темпе функционирования объекта или, как принято говорить, в реальном масштабе времени осуществлять необходимые управляющие воздействия. Данное ограничение относится в той или иной мере, например, к процессам управления самолетами, космическими кораблями, ракетами, атомными и химическими реакциями.     

Во-вторых, управляющий автомат оказывается необходимым, когда управление должно осуществляться в тех местах, где присутствие человека либо невозможно, либо связано с большими трудностями и затратами (космические аппараты, другие планеты, опасные и вредные производственные помещения), а телеуправление по тем или иным причинам нецелесообразно.      

В-третьих, в ряде производственных процессов  автоматическое управление может обеспечить более высокие показатели точности изготовления изделий и улучшение  других качественных показателей.  Наконец, в-четвертых, даже и в тех случаях, когда человек может успешно управлять некоторым производственным процессом, применение управляющих автоматов может дать значительный экономический эффект за счет существенного снижения трудовых затрат. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Развитие кибернетики     

 

 

Становление и успешное развитие любого научного направления связаны, с одной  стороны, с накоплением достаточного количества знаний, на базе которых  может развиваться данная наука, и, с другой — с потребностями  общества в ее развитии. Поэтому не случайно, что размышления о кибернетике Платона и Ампера не получили в свое время дальнейшего развития и были в сущности забыты. Достаточно солидная научная база для становления кибернетики создавалась лишь в течение XIX—XX веков, а технологическая база непосредственно связана с развитием электроники за период последних 50—60 лет.     

Социальная  потребность в развитии кибернетики  на современной ступени общественного  развития определяется, прежде всего, бурным ростом технологического уровня производства, в результате чего доля суммарных физических усилий человека и животных составляет в настоящее время менее 1 % мирового энергетического баланса. Снижение данной величины обусловлено стремительным ростом энерговооруженности работников физического труда, сопровождающимся и значительным повышением его производительности. Вместе с тем так как управление современной техникой требует все больших затрат нервной энергии, а психофизические возможности человека ограничены, то оказывается, что именно они в значительной степени ограничивали полноценное использование достижений технического прогресса.     

С другой стороны, в развитых странах  доля работников умственного труда  по отношению ко всем работающим приближается уже к 50%, причем дальнейшее возрастание  ее является объективным законом общественного развития. А производительность умственного труда, в процессе которого до недавнего времени использовались лишь самые примитивные технические средства повышения его эффективности (арифмометры, конторские счеты, логарифмические линейки, пишущие машинки), практически оставалась на уровне прошлого века. Если учитывать также непрерывное возрастание сложности технологических процессов, характеризующихся большим количеством разнообразных показателей, то становится ясным, что отсутствие механизации информационных процессов тормозит дальнейшее развитие научно-технического прогресса.      

Перечисленные факторы в совокупности и обусловили быстрое развитие кибернетики и  ее технической базы - кибернетической  техники. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Работы  ученых     

 

 

Развитие  кибернетики как науки было подготовлено многочисленными работами ученых в области математики, механики, автоматического управления, вычислительной техники, физиологии высшей нервной деятельности.      

Основы  теории автоматического регулирования  и теории устойчивости систем регулирования содержались в трудах выдающегося русского математика и механика Ивана Алексеевича Вышнеградского (1831—1895 гг.), обобщившего опыт эксплуатации и разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов паровых машин.     

Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной  теории автоматического управления, были решены одним из крупнейших математиков своего времени Александром Михайловичем Ляпуновым (1857—1918 гг.), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических вопросов технической кибернетики.     

Работы  по теории колебаний, выполненные коллективом  ученых под руководством известного советского физика и математика Александра Александровича Андронова (1901—1952 гг.), послужили основой для решения впоследствии ряда нелинейных задач теории автоматического регулирования. А. А. Андронов ввел в теорию автоматического управления понятия и методы фазового пространства, сыгравшие важную роль в решении задач оптимального управления.      

Исследование  процессов управления в живых организмах связывается прежде всего с именами великих русских физиологов - Ивана Михайловича Сеченова (1829—1905 гг.) и Ивана Петровича Павлова (1849—1936 гг.). И. М. Сеченов еще во второй половине прошлого столетия заложил основы рефлекторной теории и высказал весьма смелое для своего времени положение, что мысль о машинности мозга — клад для физиолога, коренным образом противоречащее господствовавшей тогда доктрине о духовном начале человеческого мышления и психики. Блестящие работы И. П. Павлова обогатили физиологию высшей нервной деятельности учением об условных рефлексах и формулировкой принципа обратной афферентации, являющегося аналогом принципа обратной связи в теории автоматического регулирования. Труды И. П. Павлова стали основой и отправным пунктом для ряда исследований в области кибернетики, и биологической кибернетики в частности.     

Материальной  базой реализации управления с использованием методов кибернетики является электронная  вычислительная техника. При этом, «кибернетическая эра» вычислительной техники характеризуется появлением машин с «внутренним программированием» и «памятью», т. е. таких машин, которые в отличие от логарифмической линейки, арифмометров и простых клавишных машин могут работать автономно, без участия человека, после того как человек разработал и ввел в их память программу решения сколь угодно сложной задачи. Это позволяет машине реализовать скорости вычислений, определяемые их организацией, элементами и схемами, не ожидая подсказки «что дальше делать» со стороны человека-оператора, не способного выполнять отдельные функции чаще одного-двух раз в секунду. Именно это и позволило достичь в настоящее время быстродействия ЭВМ, характеризующегося сотнями тысяч, миллионами, а в уникальных образцах — сотням миллионов арифметических операций в секунду.     

К наиболее ранним и близким прообразам современных цифровых ЭВМ относится  «аналитическая машина» английского  математика Чарльза Беббиджа (1792—1871 гг.). В первой половине XIX века он разработал проект машины для автоматического решения задач, в котором гениально предвосхитил идею современных кибернетических машин. Машина Беббиджа содержала арифметическое устройство («мельницу») и память для хранения чисел («склад»), т. е. основные элементы современных ЭВМ.     

Большой вклад в развитие кибернетики и вычислительной техники  сделан английским математиком Аланом Тьюрингом (1912-1954 гг.). Выдающийся специалист по теории вероятностей и математической логике, Тьюринг известен как создатель теории универсальных автоматов и абстрактной схемы автомата, принципиально пригодного для реализации любого алгоритма. Этот автомат с бесконечной памятью получил широкую известность как «машина Тьюринга» (1936 г.). После второй мировой войны Тьюринг разработал первую английскую ЭВМ, занимался вопросами программирования и обучения машин, а в последние годы жизни - математическими вопросами биологии.     

Исключительное  значение для развития кибернетики  имели работы американского ученого (венгра по национальности) Джона фон  Неймана (1903—1957 гг.) — одного из самых выдающихся и разносторонних ученых нашего века. Он внес фундаментальный вклад в область теории множеств, функционального анализа, квантовой механики, статистической физики, математической логики теории автоматов, вычислительной техники. Благодаря ему получили развитие новые идеи в области этих научных направлений. Д. фон Нейман в середине 40-х годов разработал первую цифровую ЭВМ в США. Он — создатель новой математической науки — теории игр, непосредственно связанной с теоретической кибернетикой. Им разработаны пути построения сколь угодно надежных систем из ненадежных элементов и доказана теорема о способности достаточно сложных автоматов к самовоспроизведению и к синтезу более сложных автоматов.     

Важнейшие для кибернетики проблемы измерения количества информации разработаны американским инженером и математиком Клодом Шенноном, опубликовавшим в 1948 г. классический труд «Теория передачи электрических сигналов при наличии помех» в котором заложены основные идеи существенного раздела кибернетики — теории информации.      

Ряд идей, нашедших отражение в кибернетике, связан с именем советского математика академика А. Н. Колмогорова. Первые в мире работы в области линейного  программирования (1939 г.) принадлежат  академику Л. В. Канторовичу. Необходимо отметить и труды А. А. Богданова (1873—1928 гг.) в этой области. Всем известна острая критика, которой В. И. Ленин подверг А. А. Богданова за его путаные философские построения. Но Богданов был также автором ряда работ по политической экономии и большой монографии «Всеобщая организационная наука (тектология)». Эта работа, опубликованная впервые в 1912—1913 гг., а затем изданная в виде трехтомника в 1925—1929 гг., содержит ряд оригинальных идей, предвосхищающих многие положения современной кибернетики.