Кибернетика XX века

Реферат

по концепции современного естествознания

на тему:

«Кибернетика – наука ХХ века»

Введение.

Современное поколение является свидетелем стремитель¬ного разви-тия 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 земле-ройные машины, заменяю¬щие труд десятков тысяч землекопов. Запус-ком первого искусствен¬ного спутника Земли и полетом первого челове-ка в космос наша страна проложила путь к освоению космического про-странства.

Однако до середины XX века почти все создаваемые человеком меха-низмы предназначались для выполнения хотя и весьма разно¬образных, но в основном исполнительных функций. Их конструк¬ция предусматри-вала всегда более или менее сложное управление, осуществляемое чело-веком, который должен оценивать внешнюю обстановку, внешние усло-вия, 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 освобо-дили бы человека от необходимости следить за производственным про-цессом 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 управ-ления производственными процессами, движением транспорта и т. д. Создание управляющих машин позволяет перейти от автоматизации от-дельных станков и агрегатов к комплексной автоматизации конвейеров, цехов, це¬лых заводов.

Вычислительная техника используется не только для управле¬ния тех-нологическими процессами и решения многочисленных тру¬доемких на-учно-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 преобра-зования 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 жи-вотном и машине». В этой книге Винер обоб¬щил закономерности, отно-сящиеся к системам управления различ¬ной природы - биологическим, техническим и социальным. Во¬просы управления в социальных систе-мах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и об-щество», 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 ис-кусство 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 управ-лении государством (народом), которая помогает правительству решать встающие перед ним конкретные задачи с учетом разнообразных об-стоятельств 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 управ-лении 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 характери-зоваться такими большими скоростями, что человек в силу нейрофизио-логических 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, на-пример, 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 чело-века либо невозможно, либо связано с большими трудностями и затра-тами (космические аппараты, другие планеты, опасные и вредные про-изводственные помещения), а телеуправле¬ние по тем или иным причи-нам нецелесообразно.

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

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

1.2 Развитие кибернетики

Становление и успешное развитие любого научного направле¬ния свя-заны, с одной стороны, с накоплением достаточного коли¬чества знаний, на базе которых может развиваться данная наука, и, с другой — с по-требностями общества в ее развитии. Поэтому не случайно, что раз-мышления 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 раз-витием 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 на-стоящее время менее 1 % мирового энергети¬ческого баланса. Снижение данной величины обусловлено стремительным ростом энерговооружен-ности работников физического труда, сопровождающимся и значитель-ным повышением его произ¬водительности. Вместе с тем так как управ-ление современной тех¬никой требует все больших затрат нервной энер-гии, а психофизи¬ческие возможности человека ограничены, то оказыва-ется, что именно они. В значительной степени ограничивали полноцен-ное 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 об-щественного развития. А производительность умственного труда, в про-цессе которого до недавнего времени ис¬пользовались лишь самые при-митивные технические средства по¬вышения его эффективности (ариф-мометры, конторские счеты, ло¬гарифмические линейки, пишущие ма-шинки), 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 меха-низации информационных процессов тормозит дальнейшее развитие на-учно-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 многочисленны-ми работами ученых в области математики, механики, автоматического управления, вычислительной техники, физиологии высшей нервной дея-тельности.

Основы теории автоматического регулирования и теории устойчиво-сти 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 со-временной 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 ки-бернетики.

Работы по теории колебаний,