Кибернетика - наука ХХ века

Реферат

по концепции современного естествознания

на тему:

«Кибернетика – наука ХХ века»

Введение.

Современное поколение является свидетелем стремитель¬ного развития науки и техники. За последние триста лет челове¬чество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, заменяю¬щие труд десятков тысяч землекопов. Запуском первого искусствен¬ного спутника Земли и полетом первого человека в космос наша страна проложила путь к освоению космического пространства.

Однако до середины XX века почти все создаваемые человеком механизмы предназначались для выполнения хотя и весьма разно¬образных, но в основном исполнительных функций. Их конструк¬ция предусматривала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое человеком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние условия, наблюдать за ходом того или иного процесса и соответственно управлять машинами, движением тран¬спорта и т. д. Область умственной деятельности, психики, сфера логических функций человеческого мозга казались до недавнего времени совершенно недоступными механизации.

Рисуя картины жизни будущего общества, авторы фантастиче¬ских рассказов и повестей часто представляли, что всю работу за человека будут выполнять машины, а роль человека сведется лишь к тому, чтобы, наблюдая за работой этих машин, нажимать на пульте соответствующие кнопки, управляющие определенными операциями.

Однако современный уровень развития радиоэлектроники по¬зволяет ставить и разрешать задачи создания новых устройств, которые освободили бы человека от необходимости следить за производственным процессом и управлять им, т. е. заменили бы собой оператора, диспетчера. Появился новый класс машин - управ¬ляющие машины, которые могут выполнять самые разнообразные и часто весьма сложные задачи управления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации отдельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, це¬лых заводов.

Вычислительная техника используется не только для управле¬ния технологическими процессами и решения многочисленных тру¬доемких научно-теоретических и конструкторских вычислительных задач, но и в сфере управления народным хозяйством, экономики и планирования.

1. Зарождение кибернетики

Существует большое количество различных определений поня¬тия «кибернетика», однако все они в конечном счете сводятся к тому, что кибернетика - это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процес¬сов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибер¬нетику часто определяют еще и как науку об общих законах полу¬чения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Появление кибернетики как самостоятельного научного направ¬ления относят к 1948 г., когда американский ученый, профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894 -1964гг.) опубликовал книгу «Кибернетика, или управ¬ление и связь в животном и машине». В этой книге Винер обоб¬щил закономерности, относящиеся к системам управления различ¬ной природы - биологическим, техническим и социальным. Во¬просы управления в социальных системах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и общество», опубликован¬ной в 1954 г.

Название «кибернетика» происходит от греческого «кюбернетес», что первоначально означало «рулевой», «кормчий», но впо¬следствии стало обозначать и «правитель над людьми». Так, древне¬греческий философ Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других — искусство править людьми. Примечательно, что римлянами слово «кюбернетес» было преобразовано в «губернатор».

Известный французский ученый-физик А. М. Ампер (1775-1836 гг.) в своей работе «Опыт о философии наук, или Аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний», первая часть которой вышла в 1834 г., назвал кибернетикой науку о текущем управлении государством (народом), которая помогает правительству решать встающие перед ним конкретные задачи с учетом разнообразных обстоятельств в свете общей задачи принести стране мир и процветание.

Однако вскоре термин «кибернетика» был забыт и, как отмечалось ранее, возрожден в 1948 г. Винером в качестве названия науки об управлении техническими, биологическими и социальными системами.

1.1 Причины…

Необходимость или целесообразность замещения человека автоматом может определяться одной из следующих причин.

Во-первых, функционирование объекта управления может характеризоваться такими большими скоростями, что человек в силу нейрофизиологических ограничений скорости своих реакции не может достаточно быстро в темпе функционирования объекта или, как принято говорить, в реальном масштабе времени осуществлять необходимые управляющие воздействия. Данное ограничение от¬носится в той или иной мере, например, к процессам управления самолетами, космическими кораблями, ракетами, атомными и хи¬мическими реакциями.

Во-вторых, управляющий автомат оказывается необходимым, когда управление должно осуществляться в тех местах, где при¬сутствие человека либо невозможно, либо связано с большими трудностями и затратами (космические аппараты, другие планеты, опасные и вредные производственные помещения), а телеуправле¬ние по тем или иным причинам нецелесообразно.

В-третьих, в ряде производственных процессов автоматическое управление может обеспечить более высокие показатели точности изготовления изделий и улучшение других качественных показа¬телей.

Наконец, в-четвертых, даже и в тех случаях, когда человек может успешно управлять некоторым производственным процес¬сом, применение управляющих автоматов может дать значительный экономический эффект за счет существенного снижения трудовых затрат.

1.2 Развитие кибернетики

Становление и успешное развитие любого научного направле¬ния связаны, с одной стороны, с накоплением достаточного коли¬чества знаний, на базе которых может развиваться данная наука, и, с другой — с потребностями общества в ее развитии. Поэтому не случайно, что размышления о кибернетике Платона и Ампера не получили в свое время дальнейшего развития и были в сущ¬ности забыты. Достаточно солидная научная база для становления кибернетики создавалась лишь в течение XIX—XX веков, а тех¬нологическая база непосредственно связана с развитием электро¬ники за период последних 50—60 лет.

Социальная потребность в развитии кибернетики на современ¬ной ступени общественного развития определяется прежде всего бурным ростом технологического уровня производства, в резуль¬тате чего доля суммарных физических усилий человека и живот¬ных составляет в настоящее время менее 1 % мирового энергети¬ческого баланса. Снижение данной величины обусловлено стремительным ростом энерговооруженности работников физического труда, сопровождающимся и значительным повышением его произ¬водительности. Вместе с тем так как управление современной тех¬никой требует все больших затрат нервной энергии, а психофизи¬ческие возможности человека ограничены, то оказывается, что именно они. В значительной степени ограничивали полноценное ис¬пользование достижений технического прогресса.

С другой стороны, в развитых странах доля работников умст¬венного труда по отношению ко всем работающим приближается уже к 50%, причем дальнейшее возрастание ее является объек¬тивным законом общественного развития. А производительность умственного труда, в процессе которого до недавнего времени ис¬пользовались лишь самые примитивные технические средства по¬вышения его эффективности (арифмометры, конторские счеты, ло¬гарифмические линейки, пишущие машинки), практически оста¬валась на уровне прошлого века.

Если учитывать также непрерывное возрастание сложности тех¬нологических процессов, характеризующихся большим количест¬вом разнообразных показателей, то становится ясным, что отсутст¬вие механизации информационных процессов тормозит дальнейшее развитие научно-технического прогресса. Перечисленные факторы в совокупности и обусловили быстрое развитие кибернетики и ее технической базы - кибернетической техники

2.1 Работы ученых

Развитие кибернетики как науки было подготовлено многочисленными работами ученых в области математики, механики, автоматического управления, вычислительной техники, физиологии высшей нервной деятельности.

Основы теории автоматического регулирования и теории устойчивости систем регулирования содержались в трудах выдающегося русского математика и механика Ивана Алексеевича Вышнеградского (1831—1895 гг.), обобщившего опыт эксплуатации и разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов паровых машин.

Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной теории автоматического управления, были решены одним из крупнейших математиков своего времени Александром Михайловичем Ляпуновым (1857—1918 гг.), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических вопросов технической кибернетики.

Работы по теории колебаний, выполненные коллективом ученых под руководством известного