Τι είναι η κυβερνητική

Κυβερνητική — η επιστήμη των γενικών νόμων των διαδικασιών ελέγχου και της μεταφοράς πληροφοριών σε μηχανές, ζωντανούς οργανισμούς και τις συσχετίσεις τους. Η κυβερνητική είναι η θεωρητική βάση αυτοματοποίηση διαδικασιών.

Οι βασικές αρχές της κυβερνητικής διατυπώθηκαν το 1948 από τον Αμερικανό επιστήμονα Norbert Wiener στο βιβλίο του Cybernetics or Control and Communication in Machines and Living Organisms.

Η εμφάνιση της κυβερνητικής εξαρτάται, αφενός, από τις ανάγκες της πρακτικής, που έθεσαν το πρόβλημα της δημιουργίας πολύπλοκων συσκευών αυτόματου ελέγχου και, αφετέρου, από την ανάπτυξη επιστημονικών κλάδων που μελετούν διαδικασίες ελέγχου σε διάφορα φυσικά πεδία. στο πλαίσιο της προετοιμασίας για τη δημιουργία μιας γενικής θεωρίας αυτών των διαδικασιών.

Τέτοιες επιστήμες περιλαμβάνουν: τη θεωρία συστημάτων αυτόματου ελέγχου και παρακολούθησης, τη θεωρία ηλεκτρονικών προγραμματισμένων υπολογιστών, τη στατιστική θεωρία μετάδοσης μηνυμάτων, τη θεωρία των παιχνιδιών και τις βέλτιστες λύσεις κ.λπ., καθώς και ένα σύμπλεγμα βιολογικών επιστημών που μελετούν διαδικασίες ελέγχου στη ζωντανή φύση (ρεφλεξολογία, γενετική κ.λπ.).

Σε αντίθεση με αυτές τις επιστήμες που ασχολούνται με συγκεκριμένες διαδικασίες ελέγχου, η κυβερνητική μελετά τη γενικότητα όλων των διαδικασιών ελέγχου, ανεξάρτητα από τη φυσική τους φύση, και θέτει ως καθήκον της τη δημιουργία μιας ενοποιημένης θεωρίας αυτών των διεργασιών.

Όλες οι διαδικασίες διαχείρισης χαρακτηρίζονται από:

• την ύπαρξη ενός οργανωμένου συστήματος που αποτελείται από ηγετικά και ελεγχόμενα (εκτελεστικά) όργανα·

• αλληλεπίδραση αυτού του οργανωμένου συστήματος με το εξωτερικό περιβάλλον, το οποίο αποτελεί πηγή τυχαίων ή συστηματικών διαταραχών.

• εφαρμογή ελέγχου με βάση τη λήψη και τη μετάδοση πληροφοριών·

• την παρουσία ενός στόχου και αλγορίθμου διαχείρισης.

Η μελέτη του προβλήματος της φυσικής αιτιώδους εμφάνισης συστημάτων ελέγχου με στόχο τη ζωή είναι ένα σημαντικό έργο της κυβερνητικής, το οποίο θα επιτρέψει μια βαθύτερη κατανόηση της σχέσης μεταξύ αιτιότητας και σκοπιμότητας στη ζωντανή φύση.

Το έργο της κυβερνητικής περιλαμβάνει επίσης μια συστηματική συγκριτική μελέτη της δομής και των διαφόρων φυσικών αρχών λειτουργίας των συστημάτων ελέγχου όσον αφορά την ικανότητά τους να αντιλαμβάνονται και να επεξεργάζονται πληροφορίες.

Με τις μεθόδους της, η κυβερνητική είναι μια επιστήμη που χρησιμοποιεί ευρέως μια ποικιλία μαθηματικών συσκευών, καθώς και μια συγκριτική προσέγγιση στη μελέτη διαφόρων διαδικασιών διαχείρισης.

Τα κύρια τμήματα της κυβερνητικής μπορούν να διακριθούν:

• θεωρία πληροφοριών·

• θεωρία των μεθόδων ελέγχου (προγραμματισμός).

• θεωρία συστημάτων ελέγχου.

Η θεωρία της πληροφορίας μελετά τους τρόπους αντίληψης, μετατροπής και μετάδοσης πληροφοριών.Οι πληροφορίες μεταδίδονται με χρήση σημάτων — φυσικές διεργασίες στις οποίες ορισμένες παράμετροι είναι αναμφισβήτητα συνεπείς με τις μεταδιδόμενες πληροφορίες. Η δημιουργία μιας τέτοιας αντιστοιχίας ονομάζεται κωδικοποίηση.

Η κεντρική έννοια της θεωρίας της πληροφορίας είναι ένα μέτρο της ποσότητας της πληροφορίας, που ορίζεται ως η αλλαγή στον βαθμό αβεβαιότητας σε αναμονή κάποιου γεγονότος, που περιέχεται στο μήνυμα πριν και μετά τη λήψη του μηνύματος. Αυτό το μέτρο σάς επιτρέπει να μετράτε την ποσότητα των πληροφοριών στα μηνύματα, παρόμοια με τον τρόπο μέτρησης της ποσότητας ενέργειας ή της ποσότητας ύλης στη φυσική. Η σημασία και η αξία των μεταδιδόμενων πληροφοριών για τον παραλήπτη δεν λαμβάνεται υπόψη.

Η θεωρία προγραμματισμού ασχολείται με τη μελέτη και ανάπτυξη μεθόδων επεξεργασίας και χρήσης πληροφοριών για διαχείριση. Γενικά, ο προγραμματισμός της λειτουργίας οποιουδήποτε συστήματος ελέγχου περιλαμβάνει:

• ορισμός αλγορίθμου για την εύρεση λύσεων.

• μεταγλώττιση ενός προγράμματος στον κώδικα που είναι αποδεκτός από το δεδομένο σύστημα.

Η εύρεση λύσεων περιορίζεται στην επεξεργασία των δεδομένων εισόδου στις αντίστοιχες πληροφορίες εξόδου (εντολές ελέγχου), γεγονός που διασφαλίζει την επίτευξη των τεθέντων στόχων. Εκτελείται με βάση κάποια μαθηματική μέθοδο που παρουσιάζεται με τη μορφή αλγορίθμου. Οι πιο προηγμένες είναι οι μαθηματικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό των βέλτιστων λύσεων, όπως ο γραμμικός προγραμματισμός και ο δυναμικός προγραμματισμός, καθώς και οι μέθοδοι για την ανάπτυξη στατιστικών λύσεων στη θεωρία παιγνίων.

Η θεωρία αλγορίθμων, που χρησιμοποιείται στην κυβερνητική, μελετά επίσημους τρόπους περιγραφής διαδικασιών επεξεργασίας πληροφοριών με τη μορφή μαθηματικών σχημάτων υπό όρους — αλγορίθμων... Την κύρια θέση εδώ καταλαμβάνουν ζητήματα κατασκευής αλγορίθμων για διαφορετικές κατηγορίες διεργασιών και ζητήματα πανομοιότυπων (ισοδύναμων) μετασχηματισμοί αλγορίθμων.

Το κύριο καθήκον της θεωρίας προγραμματισμού είναι να αναπτύξει μεθόδους για την αυτοματοποίηση των διαδικασιών επεξεργασίας πληροφοριών ηλεκτρονικών προγραμματισμένων μηχανών. Ο κύριος ρόλος εδώ παίζεται από ερωτήσεις σχετικά με την αυτοματοποίηση του προγραμματισμού, δηλαδή ερωτήσεις σχετικά με τη μεταγλώττιση προγραμμάτων για την επίλυση διαφόρων προβλημάτων μηχανών με τη βοήθεια αυτών των μηχανών.

Από τη σκοπιά της συγκριτικής ανάλυσης των διαδικασιών επεξεργασίας πληροφοριών σε διάφορα φυσικά και τεχνητά οργανωμένα συστήματα, η κυβερνητική διακρίνει τις ακόλουθες κύριες κατηγορίες διαδικασιών:

• σκέψη και αντανακλαστική δραστηριότητα των ζωντανών οργανισμών.

• αλλαγές στις κληρονομικές πληροφορίες στη διαδικασία της εξέλιξης των βιολογικών ειδών.

• επεξεργασία πληροφοριών σε αυτόματα συστήματα.

• επεξεργασία πληροφοριών σε οικονομικά και διοικητικά συστήματα·

• επεξεργασία πληροφοριών στη διαδικασία ανάπτυξης της επιστήμης.

Η αποσαφήνιση των γενικών νόμων αυτών των διαδικασιών είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα της κυβερνητικής.

Η Θεωρία Συστημάτων Ελέγχου μελετά τη δομή και τις αρχές κατασκευής τέτοιων συστημάτων και τη σχέση τους με τα ελεγχόμενα συστήματα και το εξωτερικό περιβάλλον. Στη γενική περίπτωση, ένα σύστημα ελέγχου μπορεί να ονομαστεί οποιοδήποτε φυσικό αντικείμενο που εκτελεί σκόπιμη επεξεργασία πληροφοριών (το νευρικό σύστημα ενός ζώου, ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου της κίνησης ενός αεροπλάνου κ.λπ.).

Θεωρία Αυτόματου Ελέγχου (TAU) — επιστημονική πειθαρχία, αντικείμενο της οποίας είναι οι διαδικασίες πληροφόρησης που λαμβάνουν χώρα σε συστήματα αυτόματου ελέγχου. Το TAU αποκαλύπτει τα γενικά πρότυπα λειτουργίας που είναι εγγενή σε αυτόματα συστήματα με διαφορετικές φυσικές υλοποιήσεις και με βάση αυτά τα πρότυπα αναπτύσσει τις αρχές για την κατασκευή συστημάτων ελέγχου υψηλής ποιότητας.

Η Κυβερνητική μελετά αφηρημένα συστήματα ελέγχου που παρουσιάζονται με τη μορφή μαθηματικών σχημάτων (μοντέλων) που διατηρούν τις πληροφοριακές ιδιότητες των αντίστοιχων κατηγοριών πραγματικών συστημάτων. Μέσα στην κυβερνητική, προέκυψε ένας ειδικός μαθηματικός κλάδος - η θεωρία των αυτομάτων, η οποία μελετά μια ειδική κατηγορία διακριτών συστημάτων επεξεργασίας πληροφοριών που περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό στοιχείων και προσομοιώνουν το έργο των νευρωνικών δικτύων.

Μεγάλη θεωρητική και πρακτική σημασία έχει η αποσαφήνιση αυτής της βάσης των μηχανισμών σκέψης και της δομής του εγκεφάλου, που παρέχουν τη δυνατότητα αντίληψης και επεξεργασίας τεράστιων ποσοτήτων πληροφοριών σε όργανα μικρού όγκου με αμελητέα δαπάνη ενέργειας και με εξαιρετικά υψηλή αξιοπιστία.

Η Cybernetics προσδιορίζει δύο γενικές αρχές συστημάτων ελέγχου κτιρίου: την ανάδραση και τον πολυεπίπεδο (ιεραρχικό) έλεγχο Η αρχή της ανάδρασης επιτρέπει στο σύστημα ελέγχου να αναφέρει συνεχώς την πραγματική κατάσταση όλων των ελεγχόμενων σωμάτων και τις πραγματικές επιπτώσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος. Το σύστημα ελέγχου πολλαπλών επιπέδων διασφαλίζει την οικονομία και τη σταθερότητα του συστήματος ελέγχου.

Κυβερνητική και αυτοματισμός διαδικασιών

Ο πλήρης αυτοματισμός, χρησιμοποιώντας τις αρχές των συστημάτων αυτο-συντονισμού και αυτομάθησης, καθιστά δυνατή την επίτευξη των πιο κερδοφόρων τρόπων ελέγχου, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό για πολύπλοκες βιομηχανίες. Απαραίτητη προϋπόθεση για έναν τέτοιο αυτοματισμό είναι η διαθεσιμότητα για μια δεδομένη παραγωγή, διαδικασία λεπτομερούς μαθηματικής περιγραφής (μαθηματικό μοντέλο), η οποία εισάγεται στον υπολογιστή που ελέγχει τη διαδικασία με τη μορφή προγράμματος για τη λειτουργία της.

Αυτό το μηχάνημα λαμβάνει πληροφορίες για την πορεία της διαδικασίας από διάφορες συσκευές μέτρησης και αισθητήρες και το μηχάνημα, βάσει του διαθέσιμου μαθηματικού μοντέλου της διαδικασίας, υπολογίζει την περαιτέρω πορεία της με ορισμένες εντολές ελέγχου.

Εάν μια τέτοια μοντελοποίηση και πρόβλεψη προχωρήσει πολύ πιο γρήγορα από την πραγματική διαδικασία, τότε είναι δυνατό να επιλέξετε τον πιο συμφέροντα τρόπο διαχείρισης υπολογίζοντας και συγκρίνοντας έναν αριθμό επιλογών. Η αξιολόγηση και η επιλογή των επιλογών μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο από το ίδιο το μηχάνημα, πλήρως αυτόματα, όσο και με τη βοήθεια ανθρώπινου χειριστή. Σημαντικό ρόλο σε αυτό παίζει το πρόβλημα της βέλτιστης σύζευξης του ανθρώπινου χειριστή και της μηχανής ελέγχου.

Μεγάλη πρακτική σημασία έχει η ενοποιημένη προσέγγιση που αναπτύχθηκε από την Cybernetics για την ανάλυση και την περιγραφή (αλγόριθμο) διαφόρων διαδικασιών διαχείρισης και επεξεργασίας πληροφοριών διαιρώντας διαδοχικά αυτές τις διαδικασίες σε στοιχειώδεις ενέργειες που αντιπροσωπεύουν εναλλακτικές επιλογές («ναι» ή «όχι»).

Η συστηματική εφαρμογή αυτής της μεθόδου καθιστά δυνατή την επισημοποίηση ολοένα και πιο περίπλοκων διαδικασιών νοητικής δραστηριότητας, που είναι το πρώτο απαραίτητο στάδιο για την μετέπειτα αυτοματοποίησή τους.Το πρόβλημα της συμβίωσης πληροφοριών μιας μηχανής και ενός ατόμου έχει μεγάλες προοπτικές για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της επιστημονικής εργασίας, δηλαδή την άμεση αλληλεπίδραση ενός ατόμου και μιας πληροφοριακής-λογικής μηχανής στη διαδικασία της δημιουργικότητας στην επίλυση επιστημονικών προβλημάτων.

Τεχνική κυβερνητική — η επιστήμη της διαχείρισης τεχνικών συστημάτων. Οι μέθοδοι και οι ιδέες της τεχνικής κυβερνητικής αναπτύχθηκαν αρχικά παράλληλα και ανεξάρτητα σε ξεχωριστούς τεχνικούς κλάδους που σχετίζονται με την επικοινωνία και τον έλεγχο — στον αυτοματισμό, την ραδιοηλεκτρονική, τον τηλεέλεγχο, την τεχνολογία υπολογιστών κ.λπ. κυβερνητική, η οποία αποτελεί μια ενιαία θεωρητική βάση για όλους τους τομείς της τεχνολογίας επικοινωνίας και ελέγχου.

Η τεχνική κυβερνητική, όπως και η κυβερνητική γενικά, μελετά τις διαδικασίες ελέγχου, ανεξάρτητα από τη φυσική φύση των συστημάτων στα οποία συμβαίνουν αυτές οι διεργασίες. Το κεντρικό καθήκον της τεχνικής κυβερνητικής είναι η σύνθεση αποτελεσματικών αλγορίθμων ελέγχου προκειμένου να προσδιοριστεί η δομή, τα χαρακτηριστικά και οι παράμετροί τους. Οι αποτελεσματικοί αλγόριθμοι νοούνται ως κανόνες για την επεξεργασία πληροφοριών εισόδου σε σήματα ελέγχου εξόδου που είναι επιτυχή υπό μια ορισμένη έννοια.

Η τεχνική κυβερνητική σχετίζεται στενά με αυτοματισμού και τηλεμηχανικής, αλλά δεν συμπίπτει με αυτά, αφού η τεχνική κυβερνητική δεν εξετάζει το σχεδιασμό συγκεκριμένου εξοπλισμού. Η τεχνική κυβερνητική σχετίζεται επίσης με άλλους τομείς της κυβερνητικής, για παράδειγμα, οι πληροφορίες που λαμβάνονται από τις βιολογικές επιστήμες διευκολύνουν την ανάπτυξη νέων αρχών ελέγχου, συμπεριλαμβανομένων των αρχών κατασκευής νέων τύπων αυτόματα που προσομοιώνουν πολύπλοκες λειτουργίες της ανθρώπινης νοητικής δραστηριότητας.

Η τεχνική κυβερνητική, που προκύπτει από τις ανάγκες της πρακτικής, χρησιμοποιώντας ευρέως τη μαθηματική συσκευή, είναι πλέον ένας από τους πιο ανεπτυγμένους κλάδους της κυβερνητικής. Ως εκ τούτου, η πρόοδος της τεχνικής κυβερνητικής συμβάλλει σημαντικά στην ανάπτυξη άλλων κλάδων, κατευθύνσεων και κλάδων της κυβερνητικής.

Σημαντική θέση στην τεχνική κυβερνητική είναι η θεωρία των βέλτιστων αλγορίθμων ή, η οποία είναι ουσιαστικά η ίδια, η θεωρία μιας βέλτιστης στρατηγικής για αυτόματο έλεγχο που παρέχει ένα άκρο κάποιου κριτηρίου βελτιστοποίησης.

Σε διαφορετικές περιπτώσεις, τα κριτήρια βελτιστοποίησης μπορεί να είναι διαφορετικά. Για παράδειγμα, στη μία περίπτωση, μπορεί να απαιτείται ο μέγιστος ρυθμός μεταβατικών διεργασιών, στην άλλη, η ελάχιστη διασπορά τιμών μιας ορισμένης ποσότητας κ.λπ. Ωστόσο, υπάρχουν γενικές μέθοδοι για τη διαμόρφωση και την επίλυση μιας μεγάλης ποικιλίας προβλημάτων αυτού του είδους.

Ως αποτέλεσμα της επίλυσης του προβλήματος, καθορίζεται ο βέλτιστος αλγόριθμος ελέγχου στο αυτόματο σύστημα ή ο βέλτιστος αλγόριθμος για την αναγνώριση σημάτων στο φόντο του θορύβου στον δέκτη του συστήματος επικοινωνίας κ.λπ.

Μια άλλη σημαντική κατεύθυνση στην τεχνική κυβερνητική είναι η ανάπτυξη της θεωρίας και των αρχών λειτουργίας συστημάτων με αυτόματη προσαρμογή, η οποία συνίσταται σε μια σκόπιμη αλλαγή στις ιδιότητες ενός συστήματος ή των τμημάτων του, εξασφαλίζοντας την αυξανόμενη επιτυχία των ενεργειών του. Σε αυτό το πεδίο, τα συστήματα αυτόματης βελτιστοποίησης που φέρονται από την αυτόματη αναζήτηση στον βέλτιστο τρόπο λειτουργίας και διατηρούνται κοντά σε αυτόν τον τρόπο υπό απρόβλεπτες εξωτερικές επιρροές έχουν μεγάλη σημασία.

Ο τρίτος τομέας είναι η θεωρία ανάπτυξης πολύπλοκων συστημάτων ελέγχου, που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων εξαρτημάτων και εργασίας σε δύσκολες συνθήκες.

Η θεωρία της πληροφορίας και η θεωρία των αλγορίθμων έχουν μεγάλη σημασία, ιδιαίτερα για την τεχνική κυβερνητική θεωρία των μηχανών πεπερασμένης κατάστασης.

Η θεωρία των πεπερασμένων αυτομάτων ασχολείται με τη σύνθεση των αυτομάτων υπό δεδομένες συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένης της επίλυσης του προβλήματος του μαύρου κουτιού — τον προσδιορισμό μιας πιθανής εσωτερικής δομής ενός αυτομάτου με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης των εισόδων και εξόδων του, καθώς και άλλα προβλήματα, για παράδειγμα ερωτήσεις σχετικά με τη σκοπιμότητα των αυτομάτων ενός συγκεκριμένου τύπου.

Όλα τα συστήματα διαχείρισης σχετίζονται κατά κάποιο τρόπο με το άτομο που σχεδιάζει, στήνει, ελέγχει, κατευθύνει την εργασία του και χρησιμοποιεί τα αποτελέσματα των συστημάτων για τους δικούς του σκοπούς. Επομένως, υπάρχουν προβλήματα ανθρώπινης αλληλεπίδρασης με ένα σύμπλεγμα αυτόματων συσκευών και ανταλλαγής πληροφοριών μεταξύ τους.

Η επίλυση αυτών των προβλημάτων είναι απαραίτητη για την ανακούφιση του ανθρώπινου νευρικού συστήματος από την αγχωτική και καθημερινή εργασία και για τη διασφάλιση της μέγιστης αποτελεσματικότητας ολόκληρου του συστήματος «άνθρωπος-μηχανή». Το πιο σημαντικό καθήκον της τεχνικής κυβερνητικής είναι η προσομοίωση ολοένα και πιο περίπλοκων μορφών ανθρώπινης νοητικής δραστηριότητας με στόχο την αντικατάσταση των ανθρώπων με αυτόματες μηχανές όπου είναι δυνατόν και λογικό. Ως εκ τούτου, στην τεχνική κυβερνητική, θεωρίες και αρχές αναπτύσσονται για τη δημιουργία διαφορετικών τύπων συστημάτων μάθησης που, μέσω της εκπαίδευσης ή της μάθησης, αλλάζουν σκόπιμα τον αλγόριθμό τους.

Κυβερνητική συστημάτων ισχύος — επιστημονική εφαρμογή της κυβερνητικής για την επίλυση προβλημάτων ελέγχου συστήματα ισχύος, ρύθμιση των καθεστώτων τους και προσδιορισμός τεχνικών και οικονομικών χαρακτηριστικών κατά το σχεδιασμό και τη λειτουργία.

Τα επιμέρους στοιχεία του συστήματος ισχύος που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους έχουν πολύ βαθιές εσωτερικές συνδέσεις που δεν επιτρέπουν στο σύστημα να χωριστεί σε ανεξάρτητα στοιχεία και, κατά τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του, να αλλάξει τους παράγοντες που επηρεάζουν έναν προς έναν. Σύμφωνα με τη μεθοδολογία της έρευνας, το σύστημα ισχύος θα πρέπει να θεωρείται ως κυβερνητικό σύστημα, αφού η έρευνά του χρησιμοποιεί μεθόδους γενίκευσης: θεωρία ομοιότητας, φυσική, μαθηματική, αριθμητική και λογική μοντελοποίηση.

Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ:Κυβερνητική ηλεκτρικών συστημάτων