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;

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.

Кибернетический эксперимент состоит в том, что исходная система управления заменяется моделью, которая затем изучается. Принципиально моделирование состоит в создании системы управления, изоморфной или приближенно изоморфной данной, и в наблюдении за её функционированием .

Для реализации кибернетического эксперимента часто используются имитационное моделирование или компьютерное моделирование . При этом основным принципом является принцип „черного ящика“ . Кибернетический принцип "черного ящика" был предложен Н. Винером . 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.

Информационные модели [ | ]

В кибернетическом эксперименте исследуют информационные модели, которые различаются по типу запросов к ним:

1. Моделирование отклика системы на внешнее воздействие
2. Прогноз динамики изменения системы
3. Оптимизация параметров системы по отношению к заданной функции ценности

В самом простейшем случае, при моделировании отклика системы, примем что X - вектор, компоненты которого некоторые количественные свойства системы, а X" - вектор внешних воздействий. Тогда отклик системы может быть описан вектор-функцией F: Y = F(X,X"), где Y - вектор отклика. Задачей кибернетического эксперимента (моделирования) является идентификация системы F, состоящая в нахождении алгоритма или системы правил в общей форме Z=G(X,X"). То есть нахождение ассоциаций каждой пары векторов (X,X") с вектором Z таким образом, что Z и Y близки. При этом информационной моделью системы F называется отношение Z=G(X,X"), воспроизводящее в указанном смысле функционирование системы F.

Искусственная нейронная сеть как вид информационной модели [ | ]

Искусственные нейронные сети являются одним из подходов представления информационных моделей. Нейронная сеть может быть формально определена, как совокупность процессорных элементов (нейроны), обладающих локальным функционированием, и объединенных связями (синапсы). Сеть принимает некоторый входной сигнал из внешнего мира, и пропускает его сквозь себя с преобразованиями в каждом процессорном элементе. Таким образом, в процессе прохождения сигнала по связям сети происходит его обработка, результатом которой является определенный выходной сигнал. Таким образом нейронная сеть выполняет функциональное соответствие между входом и выходом, и может служить информационной моделью G системы F.

Кибернетика - это наука о процессах управления в живых и искусственных системах и способах обработки информации. Кибернетика изучает процессы взаимодействия объектов и субъектов управления, прямые и обратные информационные и управленческие взаимосвязи между ними. Один из основателей теории кибернетики Н. Винер обосновал положение о единстве принципов управления в живых и искусственных системах, если их рассматривать с позиций прямой связи, но которой передается управляющая информация, и обратной связи, но которой объект управления сообщает о своем состоянии и результатах управления (рис. 2.4).

Рис . 2.4.

Важнейшей целью кибернетики является предотвращение хаоса на основе процессов упорядочения и регулирования. Основы кибернетики были заложены Н. Винером, К. Шенноном, С. А. Лаврентьевым и многими другими учеными. Развитие кибернетики было тесно связано с развитием теории сложных систем, возникшей в начале XX в. в работах А. А. Богданова (Малиновского), Людвига фон Берталанфи, Р. Веллмана, С. Бира, В. М. Глушкова и многих других ученых.

Важнейшими принципами кибернетики являются принципы обратной связи объекта и субъекта управления, обеспечения устойчивости на основе регулирования, иерархичности и структурированности органов управления, синергии, целевой направленности управления и эффективности.

В кибернетике сформулировано понятие обратной связи, означающее получение системой информации о результатах ее взаимодействия с окружающей средой, а также о работе ее подсистем и элементов. Эта информация используется субъектом управления для принятия решений о корректировке и изменении внутренних и внешних процессов для повышения эффективности объекта управления. Появление кибернетики вызвало быстрое развитие электронно-информационных систем, глубокие изменения в управлении и экономике и дало основание назвать ее второй промышленной революцией (первая промышленная революция произошла в начале XIX в.). Кибернетические модели отражают сложные процессы взаимодействия участников процесса управления и взаимосвязи между ними, которые могут носить сложный характер, описываются математическими моделями. Кибернетические модели описывают сущностные характеристики процессов управления. На их основе разрабатываются другие модели, в том числе модели организационных изменений, информационные модели, модели поведения и др., отражающие развитие и взаимодействие участников процессов управления. Кибернетические модели создали основу для возникновения новых типов моделей - информационных, технических, системных и др. По мере развития средств обработки информации они постепенно стали уступать место информационным моделям.

В настоящее время кибернетические модели разрабатываются в основном при моделировании технических систем и описании принципиальных взаимосвязей в системах управления. Сегодня вместо них в основном применяют информационные модели, реализуемые в виде информационных систем управления с помощью информационного подхода.

Информационный подход тесно связан с кибернетическим и исходит из универсальности процессов преобразования информации в системах управления и необходимости создания информационных моделей системы «субъект - объект управления».

Типичный информационный процесс включает этапы сбора, обработки, передачи, хранения информации, контроля информационных процессов, защиты информации.

Информационные системы предприятий возникли в середине прошлого века. За рубежом они были реализованы сначала в виде систем MRP (англ. Material Requirements Planning - планирование потребности в материалах в основном в натуральном выражении), затем в виде MRP II (Manufacturing Resource Planning - планирование производственных ресурсов), которая существенно расширила возможности предыдущей системы, включив планирование ряда финансово-экономических показателей. Система MRP II обеспечивает планирование ресурсов предприятия на основе стандарта, содержащего следующие функции: планирование продаж и производства, потребностей в материалах, кадрах, производственных мощностях, финансах, других ресурсах, а также контроль и оценка результатов.

Ее сущность заключается в том, что MRP II задает принципы детального планирования производства предприятия, включает учет заказов, планирование загрузки производственных мощностей, потребности во всех ресурсах производства (материалы, сырье, комплектующие, оборудование, персонал), производственных затрат, моделирование хода производства, его учет, планирование выпуска готовых изделий, оперативное корректирование плана и производственных заданий .

В дальнейшем эта система получила развитие в виде информационной системы ERP (Enterprise Resource Planning), направленной на комплексную автоматизацию всего предприятия путем согласования действий его подразделений, разработки бизнес-процедур для менеджеров. На базе этой системы реализуется много функций, в том числе планирование выпуска продукции, складской учет и планирование закупок, учет основных средств, финансовое планирование, учет кадров и др.

В СССР в течение многих лет разрабатывались и применялись типовые комплексные автоматизированные системы управления (АСУ), во многом аналогичные приведенным выше и включающие: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП); автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП) в целом; отраслевые системы управления (ОЛСУ). На ряде российских производств АСУТП и АСУП продолжают работать и в наше время.

Автоматизация информационной модели управления также осуществляется различными информационными системами, например системами SAP, Oracle и др.

• См.: URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/MRP_II 2014

Важнейшей вехой в развитии системных представлений стал выход в 1948 г. книги американского ученого Норберта Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине».

Термин «кибернетика» (от др.-греч. киРвруг|Т1кг| - «искусство управления», kybernao - «правлю рулём», «управляю») встречается у великого древнегреческого философа Платона (428-348 гг. до н. э.) Он употреблял этот термин в значении «искусство управления государством», поскольку связывал последнее с искусством кормчего. В XX в. термин был первоначально связан с разработкой технических аналогов живых организмов.

В дальнейшем, особенно после написания Винером работ «Кибернетика и общество», «Творец и робот», кибернетика стала пониматься как наука, исследующая процессы передачи информации.

Согласно представлениям кибернетики управление является важнейшим свойством системы. Процессы управления трактуются как процессы передачи и переработки информации. Средства, которые обеспечивают названные процессы, рассматриваются в качестве коммуникаций. Н. Винер писал: «Управление - это не что иное, как посылка сообщений, эффективно влияющих на поведение их получателя». Данное определение применимо к любым системам: биологическим, социальным, техническим.

Особенности кибернетического подхода к управлению заключаются в следующем:

• Информационный подход к процессам управления. Процессы получения информации, ее хранения и передачи называются в кибернетике связью. Если система способна воспринимать и использовать информацию о результатах своей деятельности, то говорят, что она обладает обратной связью.
• Алгоритмизация. Алгоритм - способ решения задачи, точно предписывающий, как и в какой последовательности получить результат, причем результат можно точно определить на основе исходных данных.

Классическая кибернетика основывается именно на алгоритмических решениях, характеризующихся однозначностью и предсказуемостью.

Математическое моделирование. Этот применяемый кибернетикой метод занимает промежуточное положение между теоретическим исследованием и экспериментом. Его преимущество заключается в том, что вместо построения реальной физической модели системы (это очень трудоемко и не всегда возможно) можно создать ее математический аналог.

С точки зрения кибернетического подхода можно говорить о системе управления организацией.

Система управления - совокупность устойчивых связей между органом управления, объектом управления и внешней средой, которые опосредованы потоками управленческой информации.

Общий вид системы управления можно представить с помощью схемы:

Процесс управления можно определить как совокупность действий по выработке решений и воздействий на объект управления (реализация основных функций управления). Поскольку управление является непрерывным процессом, используют понятие управленческий цикл.

Управленческий цикл - это постоянно воспроизводящаяся последовательность работ по реализации целей организации.

Управленческий цикл начинается с формулировки проблемы и постановки целей организации или ее части. Затем следует поиск вариантов решения проблемы, подготовка и принятие решения, контроль за его реализацией с сопутствующей корректировкой, оценка результатов. Если проблема является долгосрочной и невозможно ее единовременное решение, происходит корректировка цели, и управленческий цикл возобновляется. В случае относительно простых проблем за их решением следует постановка новой проблемы и поиск ее решения.

Управление как процесс подчиняется определенным закономерностям. Основные из них заключаются в следующем:

• непрерывность - непрерывная последовательность выполнения одних и тех же видов работ;
• общность - наличие общих функций, методов и приемов управления, несмотря на многообразие решаемых задач;
• согласованность - наличие взаимосвязи между целями и средствами их достижения, соблюдение определенных пропорций при распределении различных видов управленческого труда.

Также кибернетика выделяет принципы управления , обобщающие его опыт:

• Принцип системности - все элементы системы рассматриваются во взаимосвязи и взаимодействии и с точки зрения достижения системой ее конечных целей.
• Принцип иерархичности подразумевает выделение уровней управления. Каждая ступень управления осуществляет управленческие воздействия на нижестоящие, но одновременно управляется вышестоящими органами.
• Принцип адаптивности заключается в способности системы предпринимать адекватные действия в ответ на многообразные воздействия внешних и внутренних факторов.
• Принцип развития - система управления стремится достичь наибольшего суммарного потенциала своей деятельности на каждом этапе своего жизненного цикла.

Новый импульс к развитию кибернетика и кибернетический подход к управлению организацией получили со становлением новой междисциплинарной области знания - синергетики. Классиками этой науки являются немецкий физик Генрих Хакен (род. в 1927 г.) и бельгийский физик и химик российского происхождения Илья Пригожий (1917-2003 ). Термин «синергетика» ввел Хакен в 1969 г.

Как отмечалось выше, синергетика изучает процессы самоорганизации в сложных динамических открытых неравновесных системах. Для того чтобы понять, в чем заключается эвристический потенциал идей синергетики для науки управления, необходимо вернуться назад и попытаться увидеть ограниченность классической кибернетики.

Называемая ныне классической, первая кибернетика (кибернетика Винера) основывалась па тезисе о том, что при выборе правильного алгоритма достижение планируемого результата обеспечено. Кибернетика нового поколения, или кибернетика второго порядка, сформировавшаяся в 1960-1970-е гг., стала уделять гораздо больше внимания спонтанности, непредсказуемости в поведении сложных систем.

Представители «кибернетики второго порядка» - Ст. Бир, У. Мату- рана, Ф. Варела и др. - пришли к выводу, что чересчур детальное планирование годно лишь для достаточно простых систем (но даже в этом случае результаты не будут абсолютно предсказуемыми). Если же говорить о сложных социальных системах, то речь может идти лишь о поддержании некоторого уровня порядка, необходимого для сохранения целостности системы. Планирование деятельности в таких системах не может быть полностью детерминированным процессом, поскольку деятельность различных субъектов подвержена случайным внешним воздействиям (гак, для экономических субъектов это изменение когировок акций, существенные изменения внутриполитической и внешнеполитической обстановки и т. д.).

«Вторая» кибернетика использует основополагающее для синергетики понятие самоорганизация. В статье с красноречивым названием «Эволюционный менеджмент» Ф. Малик и Г. Пробст сравнивают управление нс с инженерной задачей, а, скорее, с садоводством. Управленцы, по их мнению, должны быть не командирами, а катализаторами и культиваторами самоорганизующейся системы под названием «организация» .

Говоря об управлении организацией в своей книге «Мозг фирмы» Стаффорд Бир предлагает менеджерам отдавать предпочтение эвристическим (от др.-греч. вцркжео (heuristiko) - «отыскиваю», «открываю») методам перед алгоритмическими.

Эвристика, в отличие от алгоритма, четко определяющего последовательность действий, «определяет метод поведения, помогающий достижению цели, но который не может быть четко охарактеризован, поскольку мы знаем, чего хотим, но не знаем, как этого достичь, где лежит решение. Предположим, вы хотите достичь конусообразной вершины горы, закрытой облаками. У нее есть высшая точка, но у вас нет точного маршрута. Указание «продолжайте подъем» приведет вас к вершине, где бы она ни была. Это эвристика. «Смотри за пенсами, а фунты сами о себе позаботятся» - эвристическое указание, как стать богатым» .

В случае рассмотрения управления организацией под углом зрения эвристического подхода меняется отношение к ошибкам разного рода, совершаемым работниками. В той же работе Бир отмечает, что в большинстве современных ему организаций любая ошибка предается анафеме, в то время как проницательный управляющий будет рассматривать любую ошибку как мутацию, которая может оказаться полезной, быть стимулом к перемене.

Идеи, созвучные основным принципам эволюционного менеджмента, выработанным представителями «кибернетики второго порядка», можно встретить и у других современных теоретиков менеджмента. Так, в книге Р. Уотермена «Фактор обновления. Как сохраняют конкурентоспособность лучшие компании» автор дает следующие рекомендации руководителям:

• 1. Постоянный поиск, позволяющий определить цели организации.
• 2. Увеличение количества вариантов возможных решений.
• 3. Применение тактики выжидания, т. с. сохранения естественной динамики системы, до появления благоприятных условий.
• 4. Ограничение контроля и поощрение благоприятного климата для коммуникаций.
• 5. Повышение значимости традиций в организации.

• См.: Василькова В.В. Порядок и хаос в развитии социальных систем. - СПб.: Лань, 1999. - С. 142-143.
• 2 Бир С. Мозг фирмы. - М.: Радио и связь, 1993. - С. 58.