Кибернетический подход при определении понятия информационная система. Кибернетический подход к описанию систем. Теория информационных процессов и систем

Системно-кибернетический подход и информация

Приведенная выше модель генезиса механизма управ­ления соответствует кибернетическому подходу к анализу сложных динамических систем. Основной тезис классической кибернетики состоит в том, что управление как в машинах, так и в живых орга­низмах осуществляется единым образом - по принципу обратной связи. Обратная связь предусматривает наличие у системы опреде­ленной цели и регулярную сверку промежуточных, текущих состоя­ний (выходов) системы для корректировки поведения. В более об­щем смысле под кибернетикой понимают науку о главных принци­пах управления, понимаемого как организация целенаправленных действий путем переработки информации. Особенностью киберне­тического подхода является то, что с помощью его исследовались лишь системы, для которых определено понятие цели, необходимое для любой кибернетической модели.
Кибернетическая система - это целеустремленная система, множе­ство взаимосвязанных элементов которой способно воспринимать, запоминать, перерабатывать и обмениваться информацией.
Любую социальную систему можно отнести к классу кибернетиче­ских систем. Такие системы обладают особыми системными свойства­ми. Их изучение и составляет важнейшую задачу теории организации.
Кибернетическую систему можно представить в виде двух взаи­мосвязанных подсистем: управляющей и управляемой. Подсистемы находятся в постоянном взаимодействии: управляющая подсистема передает команды, сигналы управляемому объекту, кото­рый, в свою очередь, посылает информацию о своем текущем состоянии. Как уже было неоднократно подчеркнуто, важнейшим признаком ки­бернетической системы является обратная связь и, как следствие этого, - саморегулирование и саморазвитие. С точки зрения киберне­тики, связь - это процесс обмена информацией, который регулирует поведение систем (т.е. управляет ими).
Именно кибернетика раскрыла роль научного управления в жиз­ни общества, в особенности в связи с социальными и экологически­ми проблемами, установила общность механизма управления для жи­вой природы, техники и общества, выявила неразрывную связь ин­формации с процессами организации. Кибернетика определила меха­низм управления как стержень развития любой системы: благодаря управлению система в процессе своего развития ведет постоянную «антиэнтропийную» деятельность - создает организационный поря­док из хаоса.
Системно-кибернетический подход - это методологическое направ­ление в теории организации, основная задача которого состоит в раз­работке методов исследования сложноорганизованных объектов - систем и объяснительных механизмов их развития.
Построение и развитие объяснительных моделей - одна из важ­нейших задач системно-кибернетического подхода. Все начинается со сбора и анализа разрозненных фактов, позволяющих сделать опреде­ленные обобщения и выявить эмпирические (опытные) закономер­ности; далее переходят к определению механизмов, реализующих эти за­кономерности. Можно утверждать, что если существует какая-то под­твержденная фактами закономерность, то существуют и механизмы, обеспечивающие проявление этой закономерности, они должны быть познаваемы, а значит, и используемы. Познание этих механизмов мо­жет помочь объяснить и предвидеть поведение системы. Необходимо отметить, что объяснительный механизм, как и любая модель, имеет ограниченную достоверность, он справедлив для определенных усло­вий. Например, проблема учения К. Маркса состоит не в положитель­ном знании, установленном этой теорией, а в том, что ее последова­тели абсолютизировали ее, претендуя на ее всеобщность. Механизм естественного отбора объяснил большинство фактов, эмпирически выявленных закономерностей развития видов. Однако современные достижения биологии показывают, что естественный отбор в дарви­новском понимании не в состоянии объяснить многие факты, отно­сящиеся к эволюции видов.
Системно-кибернетический подход к исследованию поведения сложных систем предполагает единство процессов, которые происхо­дят в развивающейся динамической системе: накопление информа­ции, отбор и структурирование ее, согласно целям развития системы, и переход на новый уровень организации:

В основе развития любых организационных систем лежат меха­низмы целеполагания и информации. Хотя вернее было бы сказать, что все три столпа кибернетики - информация, целеполагание и структурная организация лежат в основании процесса развития любой системы и действуют одновременно. Если мы захотим установить по­следовательность, что было сначала - цель, информация или органи­зация, то нам придется решать философские задачи: что было первич­но - яйцо или курица?
Как в процессах организации живой природы, так и в социальных системах цель выступает как некоторое опережающее отражение действительности, как выражение будущей потребности кибернетической системы. Анализ биологиче­ских, социальных и технических систем показывает, что чем актуаль­нее целевая функция, тем активнее, быстрее идет процесс добывания и использования информации и переход на новый уровень организа­ции. Например, начало Великой Отечественной войны в 1941 г. заста­ло страну неподготовленной к переходу на качественно новый уро­вень организации. За немыслимо короткое время были отобраны предприятия и переоснащены для выпуска вооружения (автоматов, пулеметов, танков и пр.). Одновременно структуры, имеющие ме­нее актуальную цель, вытесняются на задний план.
Итак, корректировка траекторий развития системы осуществляется через корректировку целей системы, именно целеполагание опреде­ляет траекторию развития системы. Цели присущи любой системе. В живых организмах главной целью является сохранение стабильности, гомеостаза. В природных системах определена четкая иерархия целей, есть главная цель - вписанность в биосферные циклы, вписанность системы в надсистему. Таким образом, природные системы выполня­ют один из важнейших принципов - принцип соразвития (коэволю­ции) систем. Просчитывая множество вариантов с помощью накоп­ленной структурной информации, система отбирает те, которые соот­ветствуют критериям сохранения устойчивости и непротиворечивости целям надсистемы.
В социальных системах возникает целый спектр целей. В таких системах элементы (подсистемы) сами являются системами, которые могут иметь свои цели. И они, эти цели подсистем, часто не совпада­ют с целями надсистемы. Задача надсистемы - обеспечить соразвитие с подсистемами. Если система оказалась не в состоянии обеспечить соразвития системы и ее собственных элементов, происходит систем­ный кризис. Например, когда элементы системы (отрасли, министер­ства, крупные чиновники) собственные интересы ставят выше интере­сов системы, возникает классический «системный кризис». Систем­ный подход обязывает соотносить цели развития подсистем с целями надсистемы. Например, взлелеянная человеком техносфера должна соотносить свои цели с биосферой как своей надсистемой, вписывать свои технологии в биосферные циклы для сохранения основных ха­рактеристик природной среды и среды обитания человека.
Однако современные «достижения» человека показывают, что если весь остальной природный мир живет по закону подчинения внешней среде, ее законам, то человек, напротив, подчиняет окружающую сре­ду себе. Представьте, что вы, управляющий фирмой, вместо того, что­бы выполнять законы страны, в которой живете, следуете собствен­ным «законам» - что будет с вами и вашей фирмой? Вы нарушаете один из важнейших системных принципов - принцип иерархичности систем. Иерархия не есть принуждение, - это один из важнейших за­конов Природы.
Таким образом, свойства элементов (подсистем) определяются целями самой системы. Система способна отбраковывать те элементы, те структуры, цели которых противоречат ее собственным. Это одно из важнейших системных свойств. В этом процессе выстраивания своей структуры велика роль информационных взаимодействий между элементами и системой, системой и ее внешней средой.
Система не смогла бы продвинуться ни на йоту в своем развитии, если бы не получала непрерывный поток информации о состоянии внешней и внутренней среды. Информация - основное понятие кибернетики. Идея о том, что информацию можно рассматри­вать, как нечто самостоятельное, возникла вместе с кибернетикой, дока­завшей, что информация имеет непосредственное отношение к разви­тию и управлению, с помощью которого и обеспечивается устойчивость и выживаемость. Определений этого термина много, они порой слож­ны и противоречивы. Причина кроется в том, что информацией зани­мается много наук, кибернетика - самая молодая из них. В зависимо­сти от области знаний информация получила множество определений: информация - это обозначение содержания, полученного от внешнего мира в процессе приспособления к нему (Винер); информация - отри­цание энтропии (Бриллюэн); информация - коммуникации и связь, в процессе которых устраняется неопределенность (Шеннон); информа­ция - передача разнообразия (Эшби); информация - оригиналь­ность, новизна; информация - мера сложности структур (Моль); ин­формация - вероятность выбора, и т.д. Каждое из этих определений раскрывает разные грани одного понятия, но при всех трактовках оно предполагает существование двух объектов: источника информации и потребителя информации.
Академик Н.Н. Моисеев относит понятие информация к фундамен­тальным понятиям, наряду с материей и энергией. В настоящее время информация уже мыслится как среда, питающая управляющие органы, которая ими же и создается для будущего развития в виде всевозмож­ных баз и банков данных. По мере усложнения структуры организации возрастает роль информации и информационного взаимодействия.
Научное кибернетическое понятие информации во многом от­влекается от содержательной стороны сообщений, рассматривая их количественный аспект.
Выработка научного понятия информации раскрыла новый аспект материального единства мира, позволила подойти с единой точки зрения ко многим, ранее казавшимся совершенно различными, про­цессам: передаче телеграфного текста; работе нервной системы; управлению автомобилем; управлению запуском ракеты и пр. Все это связано с процессами передачи, хранения и переработки информации. Понятие информации сыграло здесь роль, аналогичную понятию энер­гии, также дающему возможность описать с единой точки зрения са­мые различные процессы в физике, химии, биологии и технике.
Следует различать два вида информации: структурную и оперативную (сигнальную). Оба вида информации играют свою роль в процессе самоорганизации систем.
Оперативная, или сигнальная, информация всегда связана с от­ношением двух процессов, с «отправкой» и получением сигнала, с передатчиком и приемником. В кибернетических системах измене­ния в предмете В - приемнике, акцепторе сигнала, вызванные воз­действием А - передатчика, донора сигнала, являются не только не­которыми характеристиками В, а становятся фактором функциони­рования системы именно в качестве носителей сигнальной инфор­мации. Некоторые авторы по аналогии с энергией пользуются поня­тиями кинетической и потенциальной информации: кинетическая информация циркулирует в процессе и с помощью потенциальной (структурной) двигает процесс развития.
Структурная информация характеризует достигнутый уровень организации системы, или меру ее организации. Информация, накап­ливаясь, самоорганизуется в структуры, начинает существовать как бы в потенциальной форме, и хранилищем структурной информации мо­жет являться структура самой развивающейся системы (например, кольца на деревьях). Именно количество структурной информации определяет переход системы на новый уровень организации.
Новый уровень организации означает факт реализации нового варианта, отобранного системой, переход на новый уровень гомеостаза. Число порций информации от цикла к циклу растет, приобретает определенную структуру (гипотезы, теории, программы, изобретения и т.п.), такие структуры и являют­ся точками роста новой организации - феномена развития. На базе накопленной информации, согласно главным целям развития, сис­тема отбирает единственный вариант и перестраивает свою структу­ру; сообразно этому новому варианту: система переходит на новый уровень организации.
Итак, системно-кибернетический подход в управлении означает единство процессов накопления информации, отбора и структуриро­вания ее согласно целям системы и переход на новый уровень органи­зации. В основе развития лежит механизм управления. Системно-кибернетический подход был взят на вооружение западной экономи­кой еще в 60-х гг. минувшего века. Многочисленные школы организа­ционного управления обучили и подготовили к практической работе тысячи управляющих.
Некомпетентность управляющих в нашей стране прослеживается на всех ступенях иерархии и оборачивается для страны миллиардны­ми потерями.

Турчин В. Ф.

Для кибернетика метафизика не может быть просто сторонним увлечением. Нам необходимо создание универсальных моделей мира, которые позволили бы нам, например, интерпретировать человеческую мысль, выраженную на естественном языке. От чего можно оттолкнуться в столь смелом начинании? Какие понятия должны быть положены в основу? Метафизика должна ответить на эти вопросы.

Турчин В. Ф.

Философия призвана отвечать на такие основополагающие для каждого разумного создания вопросы как: "Кто я?", "Откуда я пришел и куда иду?", "Сколь истинно мое знание?", "Какова, в конечном счете, природа вещей?", "Что есть добро и что есть зло?". Каждое время дает свои собственные ответы на эти вопросы. Эти ответы значительно подвержены влиянию текущего состояния знания и производства. Наша философия - следствие возникновения эволюционной теории в конце 19-го века и кибернетики в середине 20-го. Это легко можно увидеть и в методе, с которым мы подходим к философским проблемам, и в ответах, которые мы предлагаем.

Норберт Винер

«Кибернетика» - известная книга выдающегося американского математика Норберта Винера (1894-1964), сыгравшая большую роль в развитии современной науки и давшая имя одному из важнейших ее направлений. Настоящее русское издание является полным переводом второго американского издания, вышедшего в 1961 г. и содержащего важные дополнения к первому изданию 1948 г. Читатель также найдет в приложениях переводы некоторых статей и интервью Винера, включая последнее, данное им незадолго до смерти для журнала «Юнайтед Стэйтс Ньюс энд Уорлд Рипорт». Книга, написанная своеобразным свободным стилем, затрагивает широкий круг проблем современной науки, от сферы наук технических до сферы наук социальных и гуманитарных. В центре - проблематика поведения и воспроизведения (естественного и искусственного) сложных управляющих и информационных систем в технике, живой природе и обществе. Автор глубоко озабочен судьбой науки и ученых в современном мире и резко осуждает использование научного могущества для эксплуатации и войны.

Сэм Харрис

Стоит ли бояться сверхразумного искусственного интеллекта? Нейробиолог и философ Сэм Харрис считает, что очень даже стоит. По его мнению, мы стоим на пороге создания сверхразумных машин, при этом не решив множество проблем, которые могут возникнуть при создании ИИ, который потенциально сможет обращаться с людьми так же, как те с муравьями.

Алексей Потапов

Искусственный интеллект всегда рассматривался в рамках «биологической метафоры» - как аналог человеческого интеллекта. Однако создаваемые сейчас искусственные интеллектуальные системы, которые превосходят человека при решении самых разных задач, нисколько не похожи на человека. Это относится даже к таким биологически инспирированным подходам, как искусственные нейронные сети. Я расскажу о том, как сейчас ученые в области ИИ определяют понятие интеллекта, какие проблемы стоят на пути построения мыслящих машин, и нужна ли или вредна для их преодоления «биологическая метафора».

Евгений Путин

Евгений Путин, аспирант кафедры «Компьютерные Технологии» университета ИТМО. В рамках диссертации Евгений исследует проблемы интеграции концепции выбора признаков в математический аппарат искусственных нейронных сетей. Евгений расскажет о том, как устроены нейронные сети, что они могут делать сейчас, на что будут способны в недалеком будущем и ждать ли прихода Скайнета.

Карл Р. Поппер

Эпистемология - английский термин, обозначающий теорию познания, прежде всего научного познания. Это теория, которая пытается объяснить статус науки и ее рост. Дональд Кэмпбелл назвал мою эпистемологию эволюционной, потому что я смотрю на нее как на продукт биологической эволюции, а именно – дарвиновской эволюции путем естественного отбора. Основными проблемами эволюционной эпистемологии я считаю следующие: эволюция человеческого языка и роль, которую он играл и продолжает играть в росте человеческого знания; понятия (ideas) истинности и ложности; описания положений дел (states of affaires) и способ, каким язык отбирает положения дел из комплексов фактов, составляющих мир, то есть действительность.

Сергей Марков

На лекции мы обсудим вторую весну искусственного интеллекта в цифрах и фактах, ключевые работы в области искусственного интеллекта и машинного обучения в 2017 году. Поговорим о распознавании изображений, речи, обработке естественного языка и о других направлениях исследований; обсудим новые модели и оборудование 2017 года. Также поговорим о применении ИИ и машинного обучения в бизнесе, медицине и науке, а также обсудим, чего мы ждем от искусственного интеллекта и машинного обучения в 2018 году.

Вячеслав Дубынин, Алексей Семихатов

Чем всё-таки мозг отличается от компьютера и до какой степени можно их сравнивать? Если мозг намного медленнее современной вычислительной техники, то почему же до сих пор не удается создать компьютер настолько же умный, как и мозг? Разбирают все по-порядку Вячеслав Дубынин - доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ, ведущий Алексей Семихатов - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФИАН.

Последнее время все большее внимание ученых привлекает новое направление исследований - эмоциональные вычисления (Affective computing). Роль эмоций в эволюции естественного интеллекта велика, искусственный интеллект пока многое упускает в этом отношении, в нем невозможно воплотить многие явления, связанные с эмоциональной картиной, с эмоциональным состоянием человека. Ученым из области ИИ активно помогают когнитивные нейробиологи, психологи и философы.

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 динамических систем. 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).

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 ЛС рассматривается как совокупность процессов обмена, обработки и преобразования информации. Кибернетический подход представляет ЛС как систему с управлением (рис.5.1), включающую три подсистемы: управляющую систему, объект управления и систему связи.

Рис. 5.1. Кибернетический подход к описанию ЛС

Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления. Система связи включает каналпрямой 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;
· функции обмена информацией связаны с доведением выработанных решений до объекта управлений и обменом информации между лицами, принимающими решение (сбор, передача информации текстовой, графической, табличной, электронной и др. по телефону, факсу, локальным или глобальным сетям передачи данных и т.д.).

Применение кибернетического подхода к логистике требует описания основных свойств ЛС при помощи математических моделей. Это позволяет разрабатывать и автоматизировать алгоритмы оптимизации кибернетической системы управления.

21. Что такое исследование операций? Для чего в логистике используется методология исследования операций? Типовые задачи исследования операций их суть.

Исследование операций – этометодология применения математических количественных методов для обоснования решений задач во всех областях целенаправленной человеческой деятельности. Методы и модели исследования операций позволяют получить решения, наилучшим образом отвечающие целям организации.

Основной постулат исследования операций состоит в следующем: оптимальным решением (управлением) является такой набор значений переменных, при котором достигается оптимальное (максимальное или минимальное) значение критерия эффективности (целевой функции) операции и соблюдаются заданные ограничения. Предметом исследования операций в логистике являются задачи принятия оптимальных решений в логистической системе с управлением на основе оценки эффективности ее функционирования. Характерными понятиями исследования операций являются: модель, изменяемые переменные, ограничения, целевая функция.

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.