Предмет, методы и цели
кибернетики
Специфика этой науки заключается в том, что она изучает не
вещественный состав систем и не их структуру, а результат работы данного
класса систем. В кибернетике впервые было сформулировано понятие «черного
ящика» как устройства, которое выполняет определенную операцию над настоящим
и прошлым входного потенциала, но для которого мы необязательно располагаем
информацией о структуре, обеспечивающей выполнение этой операции.
Кибернетика как наука об управлении объектом своего
изучения имеет управляющие системы. Для того чтобы в системе могли протекать
процессы управления, она должна обладать определенной степенью сложности. С
другой стороны, осуществление процессов управления в системе имеет смысл
только в том случае, если эта система изменяется, движется, т. е. если речь
идет о динамической системе. Поэтому можно уточнить, что объектом изучения
кибернетики являются сложные динамические системы. К сложным динамическим
системам относятся и живые организмы (животные и растения), и социально-экономические
комплексы (организованные группы людей, бригады, подразделения, предприятия,
отрасли промышленности, государства), и технические агрегаты (поточные линии,
транспортные средства, системы агрегатов).
Однако, рассматривая сложные динамические системы,
кибернетика не ставит перед собой задач всестороннего изучения их
функционирования. Хотя кибернетика и изучает общие закономерности управляющих
систем, их конкретные физические особенности находятся вне поля ее зрения. Так,
при исследовании с позиций кибернетической науки такой сложной динамической
системы, как мощная электростанция, мы не сосредоточиваем внимание
непосредственно на вопросе о коэффициенте ее полезного действия, габаритах
генераторов, физических процессах генерирования энергии и т. д. Рассматривая
работу сложного электронного автомата, МЫ не интересуемся, на основе каких
элементов (электромеханические реле, ламповые или транзисторные триггеры,
ферритовые сердечники, полупроводниковые интегральные схемы) функционируют
его арифметические и логические устройства, память и др. Нас интересует,
какие логические функции выполняют эти устройства, как они участвуют в
процессах управления. Изучая, наконец, с кибернетической точки зрения работу
некоторого социального коллектива, мы не вникаем в биофизические и
биохимические процессы, происходящие внутри организма индивидуумов,
образующих этот коллектив.
Изучением всех перечисленных вопросов занимаются механика,
электротехника, физика, химия, биология. Предмет кибернетики составляют
только те стороны функционирования систем, которыми определяется протекание в
них процессов управления, т. е. процессов сбора, обработки, хранения информации
и ее использования для целей управления. Однако когда те или иные частные
физико-химические процессы начинают существенно влиять на процессы управления
системой, кибернетика должна включать их в сферу своего исследования, но не
всестороннего, а именно с позиций их воздействия на процессы управления.
Таким образом, предметом изучения кибернетик!! являются процессы управления в
сложных динамических системах.
Всеобщим методом познания, в равной степени применимым к
исследованию всех явлений природы и общественной жизни, служит
материалистическая диалектика. Однако, кроме общефилософского метода, в
различных областях науки применяется большое количество специальных методов.
До недавнего времени в биологических и
социально-экономических науках современные математические методы применялись
в весьма ограниченных масштабах. Только последние десятилетия характеризуются
значительным расширением использования в этих областях теории вероятностей и
математической статистики, математической логики и теории алгоритмов, теории
множеств и теории графов, теории игр и исследования операций, корреляционного
анализа, математического программирования и других математических методов.
Теория и практика кибернетики непосредственно базируются на применении
математических методов при описании и исследовании систем и процессов
управления, на построении адекватных им математических моделей и решении этих
моделей на быстродействующих ЭВМ. Таким образом, одним из основных методов
кибернетики является метод математического моделирования систем и процессов
управления.
Системы изучаются в кибернетике по их реакциям на внешние
воздействия, другими словами, по тем функциям, которые они выполняют. Наряду
с вещественным и структурным подходами, кибернетика ввела в научный обиход
функциональный подход как вариант системного подхода в широком смысле слова.
Применение системного и функционального подходов при описании и исследовании
сложных систем относится к основным методологическим принципам кибернетики.
Системный подход выражается в комплексном изучении системы
с позиций системного анализа, т. е. анализа проблем и объектов как
совокупности взаимосвязанных элементов, исходя из представлений об
определенной целостности системы.
Функциональный анализ имеет своей целью выявление и
изучение функциональных последствий тех или иных явлений или событий для
исследуемого объекта. Соответственно, функциональный подход предполагает учет
результатов функционального анализа при исследовании и синтезе систем
управления.
Основная цель кибернетики как науки об управлении —
добиваться построения на основе изучения структур и механизмов управления
таких систем, такой организации их работы, такого взаимодействия элементов
внутри этих систем и такого взаимодействия с внешней средой, чтобы результаты
функционирования этих систем были наилучшими, т. е. приводили бы наиболее
быстро к заданной цели функционирования при минимальных затратах тех или иных
ресурсов (сырья, Л(рргии, человеческого труда, машинного времени, горючего и
т. д.). Все это можно определить кратко термином «оптимизация». Таким
образом, основной целью кибернетики является оптимизация систем управления.
Для исследования систем кибернетика использует три
принципиально различных метода: математический анализ,
физический эксперимент и вычислительный эксперимент.
Первые два из них широко применяются и в других науках.
Сущность первого метода состоит в описании изучаемого объекта в рамках того
или иного математического аппарата (например, в виде системы уравнений) и
последующего извлечения различных следствий из этого описания путем
математической дедукции (например, путем решения соответствующей системы
уравнений). Сущность второго метода состоит в проведении различных
экспериментов либо с самим объектом, либо с его реальной физической моделью.
Достижением кибернетики является разработка и широкое
использование нового метода исследования, получившего название
вычислительного или машинного эксперимента, иначе называемого математическим
моделированием. Смысл его в том, что эксперименты производятся не с реальной
физической моделью изучаемого объекта, а с его математическим описанием,
реализованным в компьютере. Огромное быстродействие современных компьютеров
зачастую позволяет моделировать процессы в более быстром темпе, чем они
происходят в действительности.
|
