КИБЕРНЕТИКА

КИБЕРНЕТИКА (греч, kybernetike искусство управления) — наука об управлении и переработке информации в любых системах (в коллективах людей, в биологических, технических, экономических и других системах). Формирование К. как науки отразило объективный факт общности законов и процессов управления, в каких бы системах эти процессы ни протекали. Изучаемые К. системы должны обладать способностью воспринимать, хранить и перерабатывать информацию, используя ее для регулирования и управления. Термин «кибернетика» предложил амер. математик Винер (N. Wiener) в 1948 г., он первый в достаточно законченном виде сформулировал ее идеи. Эти идеи возникли на основании осмысливания и обобщения давно известных аналогий между объектами живой природы и искусственными объектами, созданными человеком. В частности, И. П. Павлов писал: «Человек есть, конечно, система (грубее говоря — машина), как и всякая другая в природе, подчиняющаяся неизбежным и единым для всей природы законам, но система, в горизонте нашего современного научного видения, единственная по высочайшему саморегулированию. Разнообразно саморегулирующиеся машины мы уже достаточно знаем между изделиями человеческих рук. С этой точки зрения, метод изучения системы человека тот же, как и всякой другой системы; разложение на части, изучение значения каждой части, изучение связи частей, изучение соотношений с окружающей средой и, в конце концов, понимание, на основании всего этого ее общей работы и управление ею, если это в средствах человека...» Среди создателей кибернетики были ученые различных специальностей — математики, инженеры, физики, физиологи, биологи, врачи. Цель, к-рая преследовалась при создании К., заключалась в попытке отойти при анализе и синтезе проблем управления от узкой специализации дисциплин, что неизбежно сопутствует углублению знаний, связанному со стремлением проникнуть как можно глубже в суть исследуемых явлений. В то же время появление К. способствовало объединению знаний и методов отдельных наук и научных дисциплин единой методологией для изучения процессов управления, познания законов функционирования сложных систем, построения на этой базе высокосовершенных управляющих систем и выбора метода оптимального управления. К. стремится взглянуть на эти явления с общих методол, позиций, с тем чтобы использовать в одних областях науки результаты, известные, а часто и широко используемые, в других. Этому должно способствовать понимание общих законов управления и связи, единая система понятий и терминов, связанных с проблемами управления. Методы кибернетики, в частности, могут помочь в получении научных результатов на стыках наук. Т. о., выявление основных закономерностей, присущих процессам управления и связи, возможность представления их в единой форме независимо от объектов, где они протекают, создание единой методологии для изучения систем и процессов управления и, наконец, создание на этой основе условия для совместной работы ученых самых разных специальностей — вот основные задачи К. как науки.

Одним из основных понятий К. является «информация». Хранение, передача и преобразование информации, необходимой для управления, происходит во всех системах управления. Законы существования и преобразования информации объективны. В значительной степени определение этих законов, их точное описание, разработка методов преобразования и передачи информации составляют содержание К., что нашло отражение в определении кибернетики как науки. Характерные для совр, условий большие объемы перерабатываемой в системах управления информации обусловили необходимость широкого использования методов ее автоматической обработки. На их основе строятся информационные и Диагностика машинная).

Важно отметить, что К. изучает процессы управления и информационные процессы в системах независимо от их энергетического обеспечения или конструктивных особенностей реальных объектов. К. широко использует методы и достижения ряда наук и научных дисциплин — теории автоматического Информации теория). Методы, используемые в К., основанные на применении математики, вычислительной техники, теории управления, теории информации, можно кратко называть кибернетическими методами.

Законы управления, изучаемые К., касаются технических, биол., экономических и других систем. Поэтому формулировка основных идей К. вызвала интерес у представителей самых различных наук и одновременно, породив множество дискуссий, вызвала ряд возражений, особенно у представителей гуманитарных дисциплин. Этому способствовал целый ряд неправомерных высказываний, последовавших после первых сообщений о сути К., а также неверное использование таких понятий, как «кибернетика», «кибернетические методы», «кибернетические машины», «кибернетические системы» и т. д. Вместе с тем то объективно полезное, что несет в себе наука об общих закономерностях управления и переработки информации, а также практические результаты, полученные К., обеспечили ей признание и широкое использование ее теории и методов в различных областях науки и техники. Освоение методов К. является одним из условий успешного внедрения совр, технических средств и методов управления в любые отрасли науки и техники (управление предприятиями, социально-экономическими, мед., медико-техническими и другими системами). В мед. практике, напр., целесообразность использования методов К. возникает при решении задач интенсивной терапии, проблем жизнеобеспечения организма в экстремальных условиях, при конструировании и использовании искусственных органов и систем и т. д. Применение методов К. позволяет биологам, физиологам и врачам по-новому рассматривать биол, объекты, с к-рыми они работают. Инженеры, в свою очередь, сравнивая создаваемые ими системы с естественными системами аналогичного назначения, приобретают новые перспективы для своего творчества. Соответственно получили распространение такие разделы общей кибернетики, как медицинская кибернетика, техническая кибернетика, экономическая кибернетика, биологическая кибернетика, частью к-рой, в свою очередь, является нейрокибернетика, и т. д.

Говоря об управлении, всегда выделяют объект управления, состоянием или поведением к-рого нужно управлять, и цель управления, т. е. желаемое состояние или характер поведения объекта управления. Для надлежащего управления требуется информация как о цели управления, так и о расхождении действительного состояния объекта управления с желаемым. На основании переработки этой информации вырабатываются соответствующие управляющие воздействия, реализация которых должна привести объект в необходимое состояние. Процессы получения информации об объекте, ее переработки, нахождения управляющих воздействий и обеспечение их реализации составляют основу процесса управления. Следовательно, управление — это целенаправленный процесс, связанный с выбором наилучшего действия, способа, метода, тактики и стратегии, ведущих к достижению цели наилучшим образом с точки зрения установленного критерия. Поэтому проблема установления (выбора) критерия управления является одной из центральных в К. Задачей управляющей системы является переработка информации об объекте, выработка управляющих воздействий и обеспечение их реализации. Объект управления вместе с управляющей системой образуют систему управления. Эти положения об управлении справедливы для объектов любой природы — как естественных, так и искусственных, созданных человеком. При решении соответствующей проблемы К. прежде всего необходимо изучить объект управления, представить себе его внутреннее строение, структуру, характеристики. Необходимо сделать соответствующее описание объекта управления — построить его модель (см. Моделирование). Принципиально имеется две возможности получения описания объектов — аналитическая и экспериментальная. При аналитическом подходе модель объекта получается в результате математической формализации конкретных проявлений физ. законов, в соответствии с к-рыми функционирует изучаемый объект. В ряде случаев получение математического описания того или иного объекта или явления уже является научным достижением. Такие модели широко используются в К., а значимость их такова, что математические аппарат и методы, используемые при этом, иногда выделяют в самостоятельный раздел К.— математическую кибернетику.

Как правило, для целей управления необходимо математическое описание, устанавливающее связь между входными и выходными переменными объектами управления, т. е. основными величинами количественного выражения воздействия на объект и величинами, являющимися количественными характеристиками реакции объекта на эти воздействия. Такой подход часто называется методом «черного ящика». Однако его недостатком является то, что исследователь при построении модели объекта не полностью использует свои знания о структуре и внутренних особенностях объекта. Более совершенным является так наз. метод пространства состояний, рассматривающий взаимоотношения, существующие между входными и выходными сигналами и внутренними переменными, описывающими состояние системы. Часто получение математической модели аналитическими методами невозможно ввиду исключительной сложности объекта исследования, и такую модель удается построить только экспериментальным путем, в частности методами идентификации (см.).

Большое значение в мед. К. приобретает моделирование различных систем человеческого организма, функционирующих в норме или патологии, а также моделирование процесса лечения. При этом использование математических моделей в клин, медицине имеет две основные цели: познавательную — для более глубокого изучения и понимания процессов в организме и чисто практическую — для расчета количественных изменений в организме (напр., прогнозирование течения болезней и их лечение на основе анализа большого количества признаков, характерных для того или иного заболевания).

Широкое использование математических моделей управляемых систем, и в т. ч. в медицине, стало возможным благодаря появлению ЭВМ (см. Электронная вычислительная машина), что объясняется сложностью тех систем, с к-рыми имеет дело К. Исключительно широкое использование ЭВМ связано также с огромным количеством информации, к-рую необходимо перерабатывать для понимания процессов, происходящих в изучаемых системах, и оперативной выработки управляющих воздействий, приводящих объект управления в заданное состояние.

В технических приложениях К. разрабатываются методы построения адаптивных, самонастраивающихся и самообучающихся устройств и систем. Необходимость в таких устройствах вызывается тем, что совр, сложные системы управления работают в самых разнообразных условиях. Далеко не всегда удается получить модели управляемых объектов. Внешние воздействия на них часто не только не известны, но по различным причинам их невозможно заранее определить. Другими словами, управляющие системы работают в условиях большей или меньшей начальной неопределенности. В этих условиях выход из положения ищется на пути создания адаптивных и обучающихся устройств, которые для уменьшения начальной неопределенности используют информацию, получаемую в процессе управления. Изучение адаптивных свойств живых организмов, их способности к обучению помогает в построении подобного рода технических устройств. Следствием развития идей технического приложения К. явилась новая инженерная наука — бионика (см.), изучающая управляющие системы и чувствительные органы живых организмов с целью использования принципов, лежащих в основе их функционирования, при создании новых технических устройств.

См. также Кибернетика медицинская.

Библиография: Афанасьев Б.Г. Научное управление обществом, М., 1973; Балантер Б. И. Вероятностные модели в физиологии, к анализу механизмов функционирования физиологических систем и их нарушений, М., 1977, библиогр.; Берг А. И. Кибернетика — наука об оптимальном управлении, М.—Л., 1964; Биологическая кибернетика, под ред. А. Б. Когана, М., 1977; Винер Н. Кибернетика и общество, пер. с англ., М., 1958; он же, Кибернетика или управление и связь в животном и машине, пер. с англ., М., 1968; Полетаев И. А. Сигнал, М., 1958, библиогр.; Фицнeр Л. Н. Биологические поисковые системы, М., 1977, библиогр.

О. И. Авен.