Проблему выяснения с общих позиций закономерностей процессов самоорганизации и образования структур ставит перед собой не только синергетика. Важную роль в понимании многих существенных особенностей этих процессов сыграл кибернетический подход, представляемый иногда как абстрагирующийся «от конкретных материальных форм» и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающему физические основы спонтанного формирования структур.
В этой связи есть достаточно оснований отметить, что создатели кибернетики и современной теории автоматов могут по праву считаться предтечами синергетики.
Кибернетика (от греч. kybernetike - искусство управления) - это наука об управлении сложными системами с обратной связью .
Сам термин «кибернетика» появился еще 25 веков назад, когда древнегреческий философ Платон назвал им искусство управления кораблем. В начале XIX в. французский физик и математик А.М. Ампер, создавая классификацию наук, называл кибернетику наукой об управлении государством. После смерти А.М. Ампера это слово было забыто.
В 1948 г. американский математик Норберт Винер в книге «Кибернетика...» определил это понятие как науку об управлении и связи в животном и машине. Оригинальность этой науки заключается в том, что она изучает не вещественный состав систем и не их структуру (строение), а результат работы данного класса систем.
До этого Н. Винер три года проработал в институте кардиологии г. Мехико. Именно тогда он решил создать единую науку, изучающую процессы хранения и переработки информации, управления и контроля.
Одна из важнейших задач кибернетики - исследование управляющих систем живой природы. Ключевым вопросом в ее решении стало понятие обратной связи, влияния следствий на причины, их вызывающие и определяющие ход процесса.
Обычно различают два типа обратной связи:
- положительная обратная связь между системой и средой, когда внешнее воздействие среды приводит к накоплению внутренних изменений в системе и образованию новых структур;
- отрицательная обратная связь между системой и средой, когда внешнее воздействие среды уменьшается или сводится на нет, а система возвращается к своему инварианту, т.е. отклонение от стабильного состояния корректируется после получения информации об этом.
Кибернетика занимается изучением сложных систем с отрицательной обратной связью, т.е. таких систем, которые поддерживают инвариантное состояние в результате взаимодействия с окружающей средой.
Кибернетика возникла на стыке математики, техники и нейрофизиологии и представляет собой междисциплинарный подход в рамках новой системной парадигмы, применяющийся и в других науках - физике, геологии, биологии, социологии.
В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черный ящик» как устройство, внутреннее строение которого неизвестно, но результат воздействия на него может быть отслежен.
В кибернетике системы изучаются по их реакциям на внешние воздействия.
Кибернетика также дала фундаментальный статус в естествознании понятию информации как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности.
Чтобы яснее стало значение информации, рассмотрим деятельность идеального существа, получившего название «демон Максвелла». Идею такого существа, нарушающего второе начало термодинамики, английский физик Максвелл изложил в книге «Теория теплоты» (1871). Работу «демона Максвелла» можно представить следующим образом.
Когда частица со скоростью выше средней подходит к дверце из отделения А или частица со скоростью ниже средней подходит к дверце из отделения В , привратник открывает дверцу и частица проходит через отверстие. Когда же частица со скоростью ниже средней подходит из отделения А или частица со скоростью выше средней подходит из отделения В, дверца закрывается.
Таким образом, частицы большей скорости сосредоточиваются в отделении В, а в отделении А их концентрация уменьшается. Это вызывает очевидное уменьшение энтропии; и если соединить оба отделения тепловым двигателем, мы как будто получим вечный двигатель второго рода.
Может ли действовать «демон Максвелла»? Да, если получает от приближающихся частиц информацию об их скорости и точке удара о стенку. Это дает возможность связать информацию с энтропией .
Возможно, в живых системах действуют аналоги таких «демонов» (на это могут претендовать, например, ферменты).
Понятие информации имеет такое большое значение, что оно вошло в заглавие нового научного направления, возникшего на базе кибернетики, - информатики (из соединения слов «информация» и «математика»).
Кибернетика выявляет зависимости между информацией и другими характеристиками системы. Работа «демона Максвелла» позволяет установить обратно пропорциональную зависимость между информацией и энтропией: с повышением энтропии информация уменьшается (поскольку все усредняется); и наоборот, понижение энтропии увеличивает информацию. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией.
В рамках кибернетики формулируются и другие понятия: «управление», «организованность» и т.п., которые также используются многими научными дисциплинами.
Кибернетика также создает новые методы исследования, в частности на закономерностях, открытых кибернетикой, основан метод моделирования, широко используемый как в естественных, так и в гуманитарных науках.
Создатель кибернетики Н. Винер вообще утверждает, что физическое функционирование живого организма и наиболее современных коммуникационных машин примерно одинаково в стремлении контролировать уровень энтропии при помощи обратной связи .
Обе системы имеют сенсоры, или рецепторы, позволяющие получать информацию из окружающей среды на низком энергетическом уровне и использовать ее для дальнейших действий в отношении
внешнего мира. В обоих случаях присутствуют искажения информации за счет влияния самого аппарата восприятия, живого или искусственного. Целью получения информации является повышение эффективности действий во внешней среде. В обоих случаях результат совершения действий (а не намерений) возвращается к некоторому регулирующему центру.
Таким образом, процессы управления, считает Н. Винер, подчиняются единым закономерностям независимо от того, протекают они в обществе, живой или неживой природе.
В конце XX в. развитие информационных технологий привело к созданию глобальной информационной сети Интернет. С технической точки зрения Интернет - это объединение транснациональных компьютерных сетей, связывающих всевозможные типы компьютеров, физически передающих информацию по всем доступным типам линий. Сеть Интернет децентрализована, поэтому отключение даже значительной части компьютеров не повлияет на ее работу.
По прогнозам, уже в первой четверти XXI в. Интернет станет доступен так же, как телефон или телевидение, а информация уже стала важнейшим фактором развития современной культуры.
Наряду с субстратным (вещественным) и структурным подходами, кибернетика ввела в научный обиход функциональный подход как еще один вариант системного подхода в широком смысле слова.
Обобщающий характер кибернетических идей и методов сближает науку об управлении, каковой является кибернетика, с философией. Задача обоснования исходных понятий кибернетики, особенно таких, как информация, управление, обратная связь и др., требует выхода в более широкую, философскую область знаний, где рассматриваются атрибуты материи - общие свойства движения, закономерности познания.
Кибернетика – наука об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах, изучающая информационные процессы, связанные с управлением динамическими системами. Кибернетический подход – исследование системы на основе принципов кибернетики, в частности, с помощью выявления прямых и обратных связей, изучения процессов управления, рассмотрения элементов системы как неких «черных ящиков» (систем, в которых исследователю доступна лишь их входная и выходная информация, а внутреннее устройство может быть и неизвестно).
В отличие от аналитического подхода, при котором моделируется внутренняя структура системы, в методе «черного ящика» моделируется внешнее функционирование системы. Таким образом, с точки зрения экспериментатора структура системы (модели) спрятана в черном ящике, который имитирует только поведенческие особенности системы.
В кибернетическом подходе исследуют информационные модели, которые различаются по типу запросов к ним: моделирование отклика системы на внешнее воздействие; прогноз динамики изменения системы; оптимизация параметров системы по отношению к заданной функции ценности; адаптивное управление системой.
У кибернетики и общей теории систем есть много общего, например, представление объекта исследования в виде системы, изучение структуры и функций систем, исследование проблем управления и др. Но в отличие от теории систем кибернетика практикует информационный подход к исследованию процессов управления, который выделяет и изучает в объектах исследования различные виды потоков информации, способы их обработки, анализа, преобразования, передачи и т.д. Под управлением в самом общем виде понимается процесс формирования целенаправленного поведения системы посредством информационного воздействия, вырабатываемого человеком или устройством. Выделяют следующие задачи управления :
Задача целеполагания (определение требуемого состояния или поведения системы);
Задача стабилизации (удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий);
Задача выполнения программы (перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детерминированным законам);
Задача слежения (обеспечение требуемого поведения системы в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны или изменяются);
Задача оптимизации (удержание или перевод системы в состояние с экстремальными значениями характеристик при заданных условиях и ограничениях).
С точки зрения кибернетического подхода управление ИС рассматривается как совокупность процессов обмена, обработки и преобразования информации. Кибернетический подход представляет ИС как систему с управлением (рис. 2.4), включающую три подсистемы: управляющую систему, объект управления и систему связи.
Рис. 2.4. Кибернетический подход к описанию ИС
Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления . Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информация {x } и канал обратной связи, по которому к управляющей системе передается информация о состоянии объекта управления {y }. Информация об управляемом объекте и внешней среде воспринимается управляющей системой, перерабатывается в соответствии с той или иной целью управления и в виде управляющих воздействий передается на объект управления. Использование понятия обратной связи является отличительной чертой кибернетического подхода.
Основными группами функций системы управления являются:
Функции принятия решений или функции преобразования содержания информации являются главными в системе управления, выражаются в преобразовании содержания информации о состоянии объекта управления и внешней среды в управляющую информацию;
- рутинные функции обработки информации не изменяют смысла информации, а охватывают лишь учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации;
Кибернетический подход к определению информации
Одним из интереснейших подходов к анализу феномена информации является современный кибернетический подход. Но хорошо известно, что одним из первых античных мыслителей и теоретиков, применивших термин кибернетика, был Платон. Идея Платона о связи искусства управления и философских, фундаментальных характеристик реальности была, по-видимому, найдена почти интуитивно.
Известно, что термин кибернетика применялся А.Ампером и социологами и не носил широкого философско-теоретического смысла. Сегодня данный философско-кибернетический подход, несмотря на его различную критику, имеет право на существование, так как он не исчерпал себя полностью, возможны его новые варианты.
Кибернетика, в первоначальном своём значении, как искусство управления, в 20 столетии сформировалась как междисциплинарное научное направление, изучающее процессы управления в сложных системах.15
К таким системам можно отнести системы различных уровней организации - биологической, социальной, социотехнической. С появлением в1948 году работы Н.Винера «Кибернетика или Управление и связь в животном и машине» идея кибернетического подхода получает свое распространение и свой критический анализ. Как известно, Винер во многом использовал уже сложившуюся теорию автоматического регулирования в системах с обратной связью. Теория автоматического регулирования сложилась в 19-20 веках и была отражена в трудах Максвелла, Вышнеградского, Ляпунова. Развивая далее основную центральную, содержательную идею, Винер, используя предположение Ампера, придал идеи кибернетики ещё более широкое философское звучание, более универсальный смысловой спектр значения, связывая в одно целое исследуемые проблемы коммуникации и управления в различных системах. Во многом философско-кибернетический подход выражает статистическую идею о том, что информация имеет вероятностную природу, информация есть функция вероятности.
Кибернетический подход позволил обозначить помимо традиционных аспектов сущностных сторон информации новый важный аспект, связанный с особой ролью информации в процессе управления системой. В результате применения данного подхода обозначилась общая кибернетическая модель, имеющая большое значение в процессе формирования более конкретных познавательных моделей.
Рассмотрение кибернетической эволюции систем с необходимостью затрагивает информационный аспект. Кибернетические модели информации, позволили выявить важные аспектыданного сложного феномена, в первую очередь важным выявленным аспектом является то, что всегда существует взаимосвязь между процессами управления и соответствующим информационным содержанием.
Кибернетическая методология имеет различные варианты реализации. Кибернетический способ анализа структурных взаимосвязей имеет различные варианты, не все из которых обязательно порождают научно состоятельные варианты. Но в целом кибернетический подход активизировал исследования закономерностей управления различными системами, в том числе и социальными. Возможность построения социальных проектов, основанных на законах информационно-кибернетических закономерностей, реализовалась во множестве различных вариантов и подвариантов.
Первоначальная кибернетическая модель оказалась лишь в ограниченной степени перспективной, но, безусловно, её достоинство и положительная сторона заключается в том, чтоона позволила акцентировать проблему информационной модели искусственного интеллекта.
Рассмотрим основные черты кибернетической модели информации. Первоначальное нестрогое смысловое значение термина «информация» в кибернетике имеет значение разнообразия, ограниченного разнообразия, в таком подходе информация понимается как мера устраняемой неопределённости, как мера вероятности событий, возникающих в процессе управления. Собственно для философии кибернетическая версия сущности информации имела, по сути дела, второстепенное значение на фоне разработки более широкой идеи «организующего управления» как объективно реальной атрибутивности форм бытия в целом или функционального отражения. Именно этим во многом объясняется определённый философский скепсис по отношению к роли и значению кибернетической методики выявления сущности информации в целом. Соответственно. В таком подходе: информация является средством, через которое осуществляется функция управления, организации реальных форм материи.
В этом отношении необходимо отметить, что идея информации отражает принцип, лежащий в основании всех методов «организующего управления» тесно взаимосвязана с системным подходом.
В начале своего творческого становления, в50-х годах 20-го столетия, кибернетика в основном рассматривалась с позиций определённых возможностей моделирования процессов управления. В дальнейшем термин «кибернетика» претерпел некоторые уточнения, стал применяться несколько иной термин «общая теория систем».
Необходимо при этом отметить, что общая теория систем сформировалась как математическая и теоретическая кибернетика, что существенным образом повлияло на характер её понимания и применения. В то же время, помимо термина «кибернетика» можно найти употребление термина компьютерная наука как прикладная кибернетика. Разработка в трудах А.И. Берга и В.М. Глушкова теоретической и математической кибернетики позволило сделать важный положительный шаг вперёд и в отечественной науке, в результате чего возникает возможность применения автоматизированных систем управления на практике. Большое значение сыграли труды талантливого советского математика А.Н.Колмогорова.
Теория информации, сформировавшаяся в силу необходимости решения практических задач теории связи, первоначально рассматривалась как раздел математики, исследующий процессы хранения, преобразования и передачи информации. Основой такого подхода является определенный способ измерения количества информации, установление основных границ возможностей систем передачи информации. Это далее определяет исходные принципы их разработки и практического воплощения. Ядром такой теории информации является установление свойства информационных мер и их приложение к анализу систем передачи информации.
Фиксируемое изменение говорит о том, что присутствует момент появления информации. Отсутствие изменения указывает на относительное отсутствие новой информации, либо на полное отсутствие информации. В самом широком смысле изменение и неизменность есть две диалектические стороны бытия и небытия информационной реальности.
Теория связи, интерпретируемая как теория информационной связи, должна быть применена для исследования информационных структур социума. Тем самым общефилософские исследования сложных социоинформационных структур будут способны выйти на новый уровень осмысления и понимания информационной природы социокультурных механизмов.
Действительно, многие свойства информации можно описать с помощью математических моделей, позволяющих установить важный аспект меры информации. Именно математическая модель позволяет во многом точно и определённо отразить характерные особенности информационной меры. Информационная мера может пониматься и на интуитивном уровне, но этого явно недостаточно для научной характеристики информации. И такой подход в определённом диапазоне практичен и целесообразен. Его недостатки начинают проявляться тогда, когда возникает потребность более широкого культурологического анализа происходящих информационных преобразований структуры современного общества.
Важность философского понимания целостной сущности информационного мировоззрения проявляется из самого простого анализа того факта, который известен как прецедент неадекватной идеологической и научной оценки перспектив позитивного развития кибернетики в СССР. Сам по себе данный факт показал следующую важную и существенную закономерность, которую нельзя не учитывать сегодня, заключающуюся в следующих двух взаимосвязанных положениях:
во-первых, полномерное и адекватное осознание возможностей информационного развития общества открывает новые перспективы социокультурного и технологического прогресса;
во-вторых, недооценка, недопонимание возможностей и перспектив развития новых областей информационного мировоззрения является негативным фактором, определяющим реальное отставание в темпах практического развития конкретных технологий, влияющих, в свою очередь, на темпы социального развития.
Формирование новых философско-теоретических моделей информационного пространства не всегда является сразу признанным и понятным для тех категорий ученых, которые не способны быстро перестраиваться на новые информационные категориально-семантические способы мышления.
Многие важные достижения кибернетики были учтены при развитии теории отражения, многие принципиально важные положения кибернетического анализа информации теория отражения выразила в структурной целостности основной своей направленности. Глубоким, по своему внутреннему смысловому потенциалу, является переход от изоморфной к гомоморфной логике рассмотрения структурно-информационной матрицы.
Концепция информации может быть построена на определяющем критерии разнообразия. Однообразие и разнообразие в своей взаимосвязи определяют структурную мерность информации, информационного пространства. Однообразие есть исходное информационное состояние, обладающее возможностью к дальнейшему изменению и преобразованию, трансформации в многообразие, придавая определённое множество состояний соответствующему информационному пространству. В этом отношении, следует заметить. Однообразие – разнообразие есть характеристики информации как реальной формы бытия, характеризующие её структуру. Соответственно. Определяя сущность информации через особенности её структурной организации, не появляется возможность выявить наиболее существенные признаки, полностью определяющие её сущность. Но в то же время, естественно, данные свойства выступают как важные признаки природы и строения информации в целом.
Рассматривая проблему структурной мерности информации, проявляется сопоставимость данных понятий – «структурная мерность» и «информация». Возникает вопрос: можно ли отождествить данные понятия?
С одной стороны, понятие «структурная мерность» является конкретизацией понятия «информация». Конкретный вид информации всегда обладает определённой структурной мерностью возникших взаимосвязей. С другой, структурная мерность взаимосвязей и есть информация. Информация есть структурная мерность взаимосвязей.
Содержательное относительное совпадение данных понятий вместе с тем позволяет разграничить их различие.
Структурная мерность взаимосвязей образует явление «информации» как целостного определённого явления, сложность этих взаимосвязей образует множественные варианты существующей информации.
Общая закономерность заключается в том, что
более многозначное отношение является более ёмким в силу увеличения мерности информационно-потенциальной структуры.
Чем более многозначным является отношение, тем в более значительной степени возрастает множественная структура информационного сообщения.
В таком подходе можно сформулировать следующее положение: теория информации есть теория структурной мерности различных форм организации, является теорией всеобщей структурно-мерной взаимосвязи.
Рассмотрим винеровское понимание идеи информации. Понимание идеи информации Винером является результатом исследующего размышления
с различных сторон данного явления. Рассматривая различные стороны сложной природы информации, он прибегает в данном отношении к
сравнению природной информации как своеобразного кода. Он пишет, что научное открытие состоит в интерпретации системы сущего.
Понимание «идеи информации» как называет её Винер, не было полным и системным. Вся кибернетика выросла на основании возведения одного из возможных способов понимания природы информации до степени системного основания, которое оказывается метафизичным по своим методологическим конструкциям.
Информационная ёмкость организационных взаимосвязей, порождающих систему устойчивых отношений проявляется как взаимосвязь организационной структуры и сохраняемой в ней информации. Информация есть коррелят организации и, действительно, является проявлением уровня организации. С другой стороны, увеличение степени организованности есть проявление увеличения количества информации.
Информационная организация системы это не то же самое, что организация информации. Информация может обладать и обязательно обладает определённой организацией, в зависимости от которой определяются её конкретные характеристики.
Для того, чтобы более конкретно определить организационную природу информации, введём термины «информорганизация»,«информорганизационные структуры».
Информация есть организационное явление, есть информорганизация. Информорганизационные структуры пронизывают всю структуру реальности. Информация, рассмотренная с точки зрения принципов организованности, упорядоченности, проявляет соответствующие характеристики. Информация есть организационное явление, есть результат и процесс возникновения определённых форм организации. Соответственно, может быть столько типов информации, сколько существует форм организации.
Теория информации, интерпретированная как теория организационных структур, может быть рассмотрена и как теория управления. Теория кибернетики вызвала мощное развитие прикладных и теоретических областей в теории управления, которые рассмотренны применительно к различным конкретным специальным объектам, дают возможность уточнить в деталях общую идею и схему, отражающую универсальную закономерность, заключающуюся в единстве информационно-организационных структур, которые посредством управления ими, действительно, проявляют информационные характеристики реальности.
Принцип управленческого рассмотрения природы информации, информационной сущности реальности есть проявление и продолжение принципа организационного понимания природы информации. Управление в этом случае рассматривается как условие и средство возникновения организационных форм существования организационных структур. Механизмы управления есть онтологическая сторона реального процесса, причинный элемент действия которого приводит к трансформации информационных структур.
Теория информации в этом смысле есть кибернетическая концепция взаимосвязи и взаимозависимости информационных и организационных сторон реальности. Попытка разработки и раскрытия феномена информации в рамках кибернетического подхода была изначально ограничена тем, что не были раскрыты собственные принципиальные существенные положения кибернетики как таковой. И достаточно удивительным то, что в работах, посвященных данной проблематике зачастую совсем не уделялось какого-либо серьёзного исследовательского анализа сущности кибернетики, рассматривая при этом феномен информации сам по себе.
Взаимосвязь теории управления и теории информации позволяет отметить феномен информации как меру структурной организации реальности. И такой подход может быть назван структурно-организационной концепцией информации.
Рассмотрение термина «информация» лишь как элемента, составляющего теорию управления, мешает полному философскому пониманию кибернетических закономерностей реальности. С другой стороны, в рамках теории информации высказывались опасения по поводу действительной опасности придания универсального смысла кибернетическим терминам, в том числе, и термину «информация».
Во многом ограничение в серьёзной философской литературе логического продолжения кибернетического понимания реальности привело к недопониманию общих, универсально-кибернетических закономерностей на более высоком теоретическом уровне.
Структурная организация объекта, структурно-кибернетическая организация реальности могут и должны быть важными характеристиками, выявление которых произошло именно благодаря выявлению общих организационно-информационных кибернетических закономерностей. Понятно, что недопустимо отождествлять феномен информации с феноменом структурности или с организацией объектов. Такое отождествление было бы слишком некорректным в силу того, что рассматриваемые
стороны при их действительном относительном совпадении, и взаимосвязях лишь в относительной степени оказываются идентичными.
Информация может быть рассмотрена как дизъюнктивная структура и можно говорить, что информация обладает дизъюнктивной структурной организацией. Дизъюнктивно импликативное умозаключение лежит в основе двоичной открытой структуры образования информации, где возможное следствие равновероятной строгой дизъюнкции может быть принято за единицу определённого количества информации, то естьза один структурный бит.
С другой стороны может быть выявлена ретроструктурная организация информационной реальности. Рассмотрение возможности ретроспективного изучения социально-исторической реальности в основном всегда базировалось на предположении того, чтов рамках современности существуют носители информации о прошлом. То есть существуют различные информационные носители, в которых определённым образом сохраняется информация о ранее существовавших объектах.
Рассматривая с универсальной точки зрения данный принцип, возникает возможность ретроспективного информационного изучения всей реальности. Существующий мир в процессе своего существования записывает информацию о своём прошлом. Прошлое не исчезает абсолютно, оно приобретает вид снятой, определённым образом записанной на материальных носителях в структуре их состояния информации, которая при определённых условиях может быть считана, проявлена.
Если существуют искусственные информационные носители, то можно предположить, что существуют и естественные информационные носители. В этом случае информация о прошлом реально существует и передаётся от одного временного состояния к
последующему.
Кибернетика – наука об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах, изучающая информационные процессы, связанные с управлением динамических систем.
Кибернетический подход – исследование системы на основе принципов кибернетики, в частности с помощью выявления прямых и обратных связей, изучения процессов управления.
Принцип эмерджентности. "Чем больше система и чем больше различия в размерах между частью и целым, тем выше вероятность того, что свойства целого могут сильно отличаться от свойств частей". Указанные различия возникают в результате объединения в структуре системы определенного числа однородных или разнородных частей. Этот принцип указывает на возможность несовпадения локальных целей с глобальнойцелью системы.
Принцип внешнего дополнения. Любая система управления нуждается в "черном ящике" - определенных резервах, с помощью которых компенсируются неучтенные воздействия внешней и внутренней среды. Степень реализации этого принципа и определяет качество функционирования управляющей подсистемы.
Закон обратной связи. Без наличия обратной связи между взаимосвязанными и взаимодействующими элементами, частями или системами невозможна организация эффективного управления ими на научных принципах. Все организованные системы являются открытыми, и замкнутость их обеспечивается только через контур прямой и обратной связи. Необходимым условием их эффективного функционирования является наличие обратной связи, сигнализирующей о достигнутом результате. На основании этой информации корректируется управляющее воздействие.
Различают два вида обратной связи: отрицательную , которая уменьшает влияние входной величины на выходную величину, т. е. стремится как бы установить и поддержать некоторое устойчивое динамическое равновесие, и положительную , увеличивающую это влияние и тем самым создающую неустойчивое равновесие. Аналогичные регулирующие процессы происходят в биологических и социально-экономических системах.
Принцип выбора решения. Решение должно приниматься на основе выбора одного из нескольких вариантов. Там, где принятие решения * строится на анализе одного варианта, имеется субъективное управление. Разработка же многовариантных реакций в ответ на конкретную ситуацию, привлечение коллективного разума для разработки вариантов решений, в том числе с использованием метода "мозговой атаки", безусловно обеспечит принятие оптимального решения для конкретного случая. Этот принцип учитывает взаимосвязанность и обусловленность количественных и качественных изменений.
Принцип декомпозиции. Этот принцип указывает на то, что управляемый объект всегда можно рассматривать как состоящий из относительно независимых друг от друга подсистем (частей). Данное положение, представляет значительный интерес для приложения кибернетики к производству. Дело в том, что приспособление регулятора к сложному объекту, учитывая все его аспекты и переменные, является теоретически и практически невозможным, так как на это никогда не хватило бы времени. Расчленение объекта на независимые звенья и переменные и самого регулятора на отдельные управляющие блоки обеспечивает возможность приспособления ко многим условиям и последовательного управления ими.
Принципы иерархии управления и автоматического регулирования. Под иерархией понимается многоуровневое управление, характерное для всех организованных систем. Обычно нижние ярусы управления отличаются высокой скоростью реакции, быстротой переработки поступивших сигналов. На этом уровне происходит оперативное принятие решения.
Чем менее разнообразны сигналы, тем быстрее реакция - ответ на информацию. По мере повышения уровня иерархии действия становятся более медленными, но отличаются большим разнообразием. Осуществляются они уже не в темпе воздействия, а могут включать в себя анализ, сопоставление, разработку различных вариантов реакции (ответ на информацию).
Первыми основным элементом всякой логистической системы (или ее модели) выступает процесс , в котором оптимально преобразуются потоки ресурсов.
Вторым элементом кибернетической модели является вход . Он как раз и представляет собой поток потребляемых в процессе ресурсов. Например, для организационно-технологической части экономической системы - это оборудование, рабочая сила, сырье и т.д., для информационной – входная информация, технические средства для ее обработки и др.
Третий элемент – выход . Это результат самого преобразования входов, т.е. поток созданных или отработанных ресурсов. В экономических системах выходами могут быть готовая продукция, отходы производства, высвобождаемое оборудование, выходная информация и т. д. Совокупность связей между элементами системы обеспечивает совместное функционирование потоков между элементами (звеньями) одной системы или между системами. Если связь осуществляет передачу выходного воздействия одного элемента на вход какого-либо последующего элемента той же системы, то она носит название прямой связи .
Четвертый элемент- обратная связь . Это связь между выходом какого-либо элемента и входом предшествующего ему в той же системе элемента. Она представляет процесс и выполняет целый ряд операций по корректированию элементов системы. Принцип обратной связи лежит в основе управления деятельностью любой организационной системы, он характеризует способность системы воспринимать и использовать информацию о результатах собственной деятельности для достижения цели оптимальным образом и в кратчайшие сроки..
Пятый и последний элемент кибернетической модели – ограничения , которые состоят из целей системы и так называемых принуждающих связей. Для производственно-коммерческих систем одной из целей является выпуск продукции заданных номенклатуры, объема и качества, себестоимости; для информационной части системы - получение требуемой информации. В качестве принуждающих связей в этих случаях могут выступать различные лимиты ресурсов, метод переработки информации, технические характеристики средств для его реализации и т. д
14. Понятие «контура управления». Блоки (подсистемы) «контура управления». Принципы организации контура управления: принцип разомкнутого управления
Существует четыре контура управления организацией: идеологический, стратегический, организационный и оперативный. Каждый призван решать свои собственные задачи, используя инструменты и технологии, эффективные именно для этого контура на определенной фазе развития бизнеса. Управление на всех контурах должно быть подчинено достижению стратегических целей организации. Контуры управления присутствуют в каждой компании, однако они могут быть в разной степени детализированы, сформулированы и применены. Их объем и влияние могут изменяться в зависимости от множества внутренних и внешних факторов.
Стратегический контур управления определяет общее направление деятельности организации, ее подразделений и отдельных сотрудников. Инструменты и технологии этого контура призваны координировать усилия разных элементов организации в общем направлении.
По сути, стратегия состоит из двух неразрывных частей: стратегических целей и собственно стратегии - т. е. направлений деятельности и правил, регламентирующих достижение стратегических целей.
Необходимо различать понятия цели и задачи. Цель - это некое предполагаемое состояние элемента управления, которое может содействовать реализации всей организацией общих стратегических замыслов. Задача управления - это координация общих усилий, фокус концентрации управленческих воздействий.
Общие стратегические цели компании должны быть декомпозированы по отдельным областям управления:
стратегические цели в отношении персонала;
финансовые стратегические цели;
продуктовые стратегические цели;
информационные стратегические цели.
Для достижения стратегических целей в каждой области управления необходимо разработать свою стратегию.
Далее стратегические цели по областям управления декомпозируются для каждого подразделения. В итоге перед всеми подразделениями ставится четыре вида стратегических целей: цели в отношении персонала, финансовые, продуктовые и информационные цели. Затем необходимо проработать стратегию достижения этих целей внутри подразделения. После этого каждый сотрудник должен получить четкие инструкции, выполняя которые он будет способствовать достижению стратегических целей подразделения.
Таким образом, возникает иерархическая система стратегических целей, пронизывающая организацию снизу доверху и направляющая действия всего персонала - от генерального директора до рядового сотрудника - в направлении достижения общих стратегических целей компании.
Организация как процесс организовывания – одна из основных функций управления. Под функцией управления понимают совокупность повторяющихся управленческих действий, объединенных единством содержания. Поскольку организация (как процесс) служит функцией управления, любое управление представляет собой организационную деятельность, хотя и не сводится только к ней.
Управление – особым образом ориентированное воздействие на систему, обеспечивающее придание ей требуемых свойств или состояний. Одним из атрибутов состояния является структура.
Организовать – значит, прежде всего создать (или изменить) структуру.
При различиях в подходах к построению систем управления существуют общие закономерности, разработанные в кибернетике. С позиций кибернетического подхода система управления представляет собой целостную совокупность субъекта управления (управляющая система), объекта управления (управляемая система), а также прямых и обратных связей между ними. Предполагается также, что система управления взаимодействует с внешней средой.
Базовым классификационным признаком построения систем управления, определяющим облик системы и ее потенциальные возможности, является способ организации контура управления. В соответствии с последним выделяют несколько принципов управления.
Принцип разомкнутого управления является самым простым и достаточно распространенным в технических системах. Схема САУ, реализующей данный принцип приведена на рис.
Рис.. Схема САУ, реализующей принцип разомкнутого управления.
Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой переменной.
На рис. приняты следующие обозначения: ЗАФ – за датчик алгоритма функционирования, УУ – устройство управления; - задающее воздействие, характеризующее планируемое воздействие на вход САУ. Устройство управления приводится в действие за датчиком алгоритма функционирования сигналом и воздействует на объект управления сигналом так, чтобы значение управляемой переменной y(t) было равным или близким к заданному значению . Близость y(t) и обеспечивается жесткостью характеристик системы. При наличии значительных возмущений n(t) величина y(t) может значительно отклониться от y*(t). В этом случае управление станет не пригодным и необходимо переходить к другим принципам управления. Принцип разомкнутого управления иногда называют принципом управления по жесткой программе. САУ, реализующие принцип разомкнутого управления относятся к разомкнутым системам управления.
Кибернетика - наука об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах или же наука об управлении, связи и переработке информации. Объектом изучения являются динамические системы. Предметом - информационные процессы, связанные с управлением ими.
Кибернетическая система - целенаправленная система, в отношении которой принято допущение об относительной изолированности в информационном отношении и абсолютной проницаемости в материально энергетическом отношении. Логистическая система как целенаправленная, динамическая, является управляемой, в этом смысле относится к категории кибернетических систем.
Кибернетический подход - исследование системы на основе кибернетических принципов, в частности с помощью выявления прямых и обратных связей, рассмотрение элементов системы как некоторых «черных ящиков».
Цель кибернетического подхода в логистике - применение принципов, методов и технических средств для достижения наиболее эффективных в том или ином смысле результатов логистического, то есть оптимизирующего, управления. Коренными понятиями кибернетики являются: система, обратная связь, информация.
Системы, которые изучает кибернетика - это множество элементов, соединенных между собой цепью причинно- следственной зависимости. Такое соединение между элементами носит название «связь».
Применение кибернетики в логистике служит как методологическим (познавательным) целям, так и предпринимательской практике. Методологическая цель достигается тем, что кибернетика позволяет по новому рассмотреть способы связей между элементами и способы функционирования логистических систем:
· Как целых производственно- коммерческих, народнохозяйственных, воспроизводственных циклов, так и отдельных их частей (звеньев). Например: «механизм» рынка денежного обращения, обмен товаров через внешнюю торговлю.
· Научное направление приложений идей кибернетики и методов к экономическим системам, к числу которых относятся логистические, то есть оптимизирующие системы.
Экономическая кибернетика развивается по трем взаимосвязанным направлениям.
1. Теория экономических систем и моделей: методология системного анализа экономики и ее моделирования, отражение структуры и функционирования экономических систем в моделях; проблемы экономического регулирования, соотношения и взаимного согласования различных стимулов и взаимодействий в функционировании экономических систем;
2. Теория экономической информации рассматривает экономику как информационную систему; она изучает потоки информации, циркулирующие в производственно коммерческих системах.
3. Теория управляющих систем в экономике конкретизирует и сводит воедино исследования остальных разделов экономической кибернетики; практическим выходом этой теории является АСУ.
В основе кибернетического подхода лежит идея возможности развить общий подход к рассмотрению процессов управления в системе различной природы. Достоинство этой идеи заключается в том, что оказалось возможным кроме общих рассуждений методологического характера предложить также эффективный аппарат для количественного описания процессов, для решения сложных задач управления, основанных на методах прикладной математики.
Основные особенности кибернетики как самостоятельной научной области состоят в следующем:
· Кибернетика способствовала формированию информационной концепции представления систем.
· Кибернетика рассматривает системы только в динамике.
· Кибернетика практикует вероятностные методы исследования поведения сложных систем.
· В кибернетике применяется метод исследования систем с использованием понятия «черный ящик», под которым понимается система, в которой исследователю доступна лишь входная и выходная информация этой системы, а внутреннее устройство может быть неизвестно.
· Очень важным методом кибернетики, использующим понятие «черного ящика», является метод моделирования.
Сопоставление кибернетического и системного подходов в логистике позволяет сделать один вывод, важный для понимания сущности общенаучных методологических направлений вообще и системного подхода в частности. Конкретно научная методология, принципы которой применимы в рамках не одной, а, по крайне мере, нескольких дисциплин, может выступать в двух разновидностях.
В первом случае методология не только формулирует определенные идеи или принципы методологического порядка, но и дает достаточно развернутый аппарат исследования; во втором случае такой аппарат отсутствует, по крайней мере, в жестко фиксированном виде. Эти два типа случаев воплощают соответственно теоретическая кибернетика и системный подход. Отсутствие у системного подхода (в отличие от кибернетического) однозначно фиксированного аппарата исследования делает его методологические функции несколько менее четко очерченными, хотя не менее значительными. Эта известная нечеткость производна от характера системного подхода и его исходных установок. Как известно, кибернетика тоже оперирует понятием системы и рядом других понятий, которые считаются специфическими для системного подхода. Но у кибернетики при всех громадных различиях в конкретных типах систем, которыми она занимается, главным предметом системного рассмотрения остаются связи и процессы управления. Системный же подход претендует на универсальность особого рода. Для него системность объекта изучения, по существу, тождественна его целостности. Можно считать, что кибернетика развивается по индуктивному пути, в то время как в развитии теории систем преобладают дедуктивные тенденции.
Итак, в чем можно обнаружить сходство у кибернетики и теории систем?
· Объектом рассмотрения являются системы, и системность предмета всегда подчеркивается.
· По возможности отвлекаются от субстракта рассматриваемых систем и изучают лишь наиболее общие их свойства и особенности.
· И в кибернетике и в теории систем основными объектами рассмотрения являются структура и функции систем. Поскольку функционировать, то есть изменять свое состояние и тем самым воздействовать на внешнюю и внутреннюю среду, могут только системы, изменяющиеся во времени, это означает, что в обоих случаях объектом исследования являются динамические системы.
· Поскольку в обоих случаях изучается, главным образом, связь структуры и функций, синтез структур, обеспечивающих необходимое функционирование (поведение), постольку в них, по существу, исследуются проблемы целесообразного изменения систем, то есть проблемы управления.
Отличие кибернетики от теории систем заключается в следующем:
§ Теория систем, изучая, как и кибернетика, поведение и функционирование систем, не акцентирует внимание на информационных аспектах этих явлений.
§ Теория систем и кибернетика отличаются областями выбора конкретных предметов изучения и характером используемого аппарата. Кибернетические явления базировались вначале на таких понятиях, как моделирование, информация и обратная связь, в настоящее время в них используются общесистемный аппарат и общие методологические представления.
Теоретическая кибернетика вооружила не только отдельные его дисциплины, а в той или иной мере всю современную науку некоторыми общими принципами исторического характера, в первую очередь идеями иерархического организованного управления и информационных связей. При всей своей абстрактности и универсальности кибернетическое мышление с самого начала было ориентированно на вполне определенный тип процессов и связей в реальном мире - на процессы и связи управления.
Предложенный в кибернетическом подходе способ представления логистических моделей опирается, так же как и в системном анализе, на известное положение, что всем объектам производственно коммерческой деятельности присуще движение, изменение, процессы. Отсюда и так называемый процессный способ кибернетического отражения логистических систем. Согласно этому способу первым и основным элементом всякой логистической системы (или ее модели) выступает процесс, в котором оптимально преобразуются потоки ресурсов. Поэтому процессный способ представления логистических систем можно также назвать оптимально потоковым.
Вторым элементом кибернетической потоковой модели является вход . Он как раз и представляет собой поток потребляемых в процессе ресурсов. Например, для организационно- технологической части логистической системы - это оборудование, рабочая система, сырье и так далее, для информационной - выходная информация, технические средства для ее обработки. Можно также сказать, что входом называется все то, что изменяется при протекании процессов.
Третий элемент кибернетической модели - выход . Это результат самого преобразования входов, то есть поток созданных или отработанных ресурсов. В логистических системах выходами могут быть готовая продукция, отходы производства, высвобождаемое оборудование, выходная информация и т.д. Совокупность связей между элементами системы обеспечивает их совместное функционирование потоки между элементами (звеньями) одной системы или между системами. Если связь осуществляет передачу выходного воздействия одного элемента на вход какого - либо последующего элемента той же системы, то она носит название прямой связи.
Четвертый элемент кибернетической модели - обратная связь . Это связь между выходом какого либо элемента и входом предшествующего ему в той же системе элемента. Она выполняет целый ряд операций по корректированию элементов системы. Различают положительную и отрицательную обратные связи. Положительная обратная связь возвращает на вход часть сигнала, полученного на выходе элемента или системы. Положительная обратная связь не корректирует сигнал на входе, а только увеличивает его значение.
При отрицательной обратной связи полученный по ней сигнал может и не совпадать по знаку с первоначальным. Это дает возможность сопоставить полученный результат с намеченной целью и в случае необходимости откорректировать поведение элемента или системы в целом. На практике важна своевременность такой корректировки, чтобы избежать значительного отклонения системы от траектории движения к намеченной цели. Принцип обратной связи лежит в основе логистического управления производственно коммерческой деятельностью, он характеризует способность логистической системы воспринимать и использовать информацию о результатах собственной деятельности для достижения цели наилучшим (оптимальным) образом и в кратчайшие сроки. Учет выпущенной цехом продукции и израсходованного сырья, регулирование ценами спроса на продукцию, материальное стимулирование, использование тарифов для привлечения груза на транспорт - это разные формы обратных связей в логистических кибернетических системах.
Пятый и последний элемент кибернетической модели логистической системы - ограничения , которые состоят из целей системы и так называемых принуждающих связей. Для производственно коммерческих систем одной из целей является выпуск продукции заданных номенклатуры, объема и качества, себестоимости; для информационной части системы - получение требуемой информации. В качестве принуждающих связей в этих случаях могут выступать различные лимиты ресурсов, метод переработки информации, технические характеристики средств для его реализации и т.д.
В соответствии с принятой трактовкой логистической системы ее деление на подсистемы представляет собой расчленение логистического процесса на подпроцессы (операции, функции) с соответствующими входами и выходами. Любой вид данного логистического процесса - это вход последующего (не бывает входов «неоткуда» и выходов «в никуда»; если ресурс где - то произведен, значит он для чего - то нужен), т.е. все процессы взаимосвязаны. Именно связь и определяет следование логистических процессов.
Информационный подход к процессам управления - первая особенность кибернетики. В информационной трактовке кибернетического подхода управление в организационных системах, к числу которых относятся логистические системы, рассматривается прежде всего как процесс преобразования информации: информация об объекте управления воспринимается управляющей системой, перерабатывается в соответствии с той или иной целью управления и в виде управляющих воздействий передается на объект управления. Поэтому понятие информации принадлежит к числу наиболее фундаментальных понятий кибернетики. В информационной трактовке процессы кибернетического управления связаны с получением, передачей, переработкой и использованием информации. Процессы получения информации, ее хранение и передача в этом случае отождествляются с понятием «связь». Переработка воспринятой информации в сигналы, направляющие деятельность в объекте, отождествляется с понятием управление. Если системы способны воспринимать и использовать информацию о результатах своего функционирования, то говорят, что они обладают обратной связью. Переработка информации, идущей по каналам обратной связи, в сигналы, корректирующие деятельность системы, называют регулированием. Между терминами «управление» и «регулирование» существует различие: если считать, что управление обозначает воздействие на результаты работы системы для достижения намеченной цели, то регулирование обозначает тип управления, основанный на методе выравнивания отклонений от нормы (эталона, заданной величины). Устройства (или органы), служащие для этой цели, носят название регуляторов.
Кибернетическое регулирование
В кибернетическом управлении ЛС по каналам обратной связи передаются различные учетно-статистические сведения. Обратная связь создает возможность эффективного управления в изменяющихся условиях функционирования объекта управления даже в тех случаях, когда возмущающие воздействия не могут быть измерены или когда их влияние заранее неизвестно. Это обусловливается присущим замкнутым кибернетическим системам принципом выработки управляющего воздействия по отклонениям фактического значения управляемой величины от ее требуемого (заданного, расчетного, эталонного) значения независимо от причин, вызвавших указанное отклонение. Системы кибернетического регулирования, обеспечивающие реализацию заданной программы управления, имеют отрицательную обратную связь. Различают три типа основных задач регулирования: стабилизация, программное регулирование и слежение (мониторинг).
Цель стабилизации - поддержание заданного постоянного значения выходной величины объекта регулирования. Так регулирование хода производственно-коммерческого процесса может преследовать цель - поддерживать постоянство выпуска (сбыта) продукции, определяемую планом (спросом). Учет результатов производства может осуществляться по отклонениям фактического выпуска от расчетного. Эта информация обратной связи поступает к логистикам, принимающим решения по устранению отклонений.
Программное регулирование обеспечивает изменение выходной переменной объекта управления в соответствии с заданной программой. Изменение выходной переменной может быть задано в виде функции времени или другого аргумента, например интенсивности входа объекта. Так, например, некоторые продовольственные товары поступают в торговую сеть в течение суток в соответствии с заданным графиком. Он определяет изменение интенсивности перевозок этих товаров как функции времени, а его реализация осуществляется органом управления транспортом.
Третий тип регулирования - слежение (мониторинг) - отличается тем, что здесь программа не рассчитывается заранее, а определяется поведением наблюдаемого объекта.
Основная формула теории регулирования
Для эффективного применения кибернетического подхода в логистике очень важно сформировать мышление в понятиях и категориях регулирования обратной связи, что может помочь уяснению логики суждений при выводе основной формулы теории регулирования. Это удобно рассмотреть на анализе процесса регулирования в технике, моделируя его в форме схемы контура управления с обратной связью.
«Вход» Х «Выход»
∆x ∆y
Рис. 10.1. Контур управления с обратной связью
В регулируемой системе H происходит преобразование состояния входа Х в состояние выхода У, что можно обозначить Н - регулируемая система; Х=(Х 1 ,Х 2 ,….,Хн) - вектор входа; У=(У 1 ,У 2 ,….,Ун) - вектор выхода следующим образом У=НХ.
Как показывает блочная схема, текущее состояние выхода У после сопоставления с эталонным или заданным его значением передается на вход регулятора Т, который преобразует его в состояние своего выхода Х*. Состояние выхода регулятора прибавляется к значению состояния выхода Х- системы Н. В конечном итоге состояние входа системы Н есть Х+Х*. Поправка на выходе системы Н зависит от состояния ее выхода У. Обозначим через У’ заданное значение, то есть желаемую норму состояния выхода регулируемой системы. Соответствующая настройка регулятора Т заключается в том, чтобы поправка Х* вызывала выравнивание всякого отклонения У* от заданного значения У и привела состояние выхода регулируемой системы к заданной норме, то есть У*=У’-У. Можно произвести расчет, определяющий численные показатели описанной таким образом обратной связи. Допустим вначале, что в регулируемой системе происходит прямое преобразование, состоящее в умножении состояния входа на действительное число Н, тогда У=НХ. Пропорциональное преобразование называется усилением, если Н>1, или ослаблением, если Н<1. В этих случаях системы, в которых происходит пропорциональное преобразование, называются соответственно усилителями или ослабителями.
Показатель Н=У/Х называется пропускной способностью системы.
Особенность логистической кибернетической системы это - способность изменять свое движение, переходить в разные состояния под влиянием различных управляющих воздействий. Всегда существует некоторое множество движений, из которых производится выбор предпочтительного движения. Где нет выбора, там нет и не может быть управления.
Таким образом, логистические (управляемые) системы рассматриваются не в статическом состоянии, а в движении и развитии, что коренным образом изменяет подход к их изучению и в ряде случаев позволяет вскрыть закономерности, установить факты, которые иначе оказались бы невыявленными. Устойчивость как функциональное свойство логистических систем, имеющее решающее значение для оценки работоспособности систем была бы невозможна без уяснения динамики происходящих в них процессов.
Загрузка...
