 |
Сфера кибернетики. Направления в кибернетике.
|
|
|
|
Михайлюк Е.А.
КИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Учебное пособие
13.03.02- Электроэнергетика и электротехника
(очная форма обучения)
Старый Оскол, 2016
Содержание
1. Введение. 3
2. Сфера кибернетики. Направления в кибернетике. 5
Теория автоматического управления. 9
4. Определение теории систем. 13
5. Классификация систем. 31
6. Строение и устройство систем. 40
7. Представление структурных схем. 45
8. Динамические модели систем. 49
9. Кибернетика и связь с методами искусственного интеллекта. 56
10. Знания как объект исследования и преобразования в системах искусственного интеллекта. 75
11. Возникновение и развитие современной робототехники. 98
Особенности применения средств робототехники в немашиностроительных и в непромышленных отраслях. 118
Социально-экономические аспекты робототехники. 138
14. Робототехника завтра. 148
15. Список использованной литературы. 166
|
|
|
Введение
Жизнь, конечно, не удалась, а в остальном все нормально.
Законы Мерфи
Киберне́тика — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество.
Термин «кибернетика» изначально ввел в научный оборот Ампер, который в своем фундаментальном труде «Опыт о философии наук» (1834—1843) определил кибернетику как науку об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам разнообразные блага. А в современном понимании — как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе, впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году.
Она включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи. Стаффорд Бир назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паск расширил определение, включив потоки информации «из любых источников», начиная со звёзд и заканчивая мозгом.
Пример кибернетического мышления. С одной стороны, компания рассматривается в качестве системы в окружающей среде. С другой стороны, кибернетическое управление может быть представлено как система.
Более философское определение кибернетики, предложенное в 1956 году Л. Куффиньялем (англ.), одним из пионеров кибернетики, описывает кибернетику как «искусство обеспечения эффективности действия». Новое определение было предложено Льюисом Кауфманом (англ.): «Кибернетика — исследование систем и процессов, которые взаимодействуют сами с собой и воспроизводят себя».
|
|
|
Кибернетические методы применяются при исследовании случая, когда действие системы в окружающей среде вызывает некоторое изменение в окружающей среде, а это изменение проявляется на системе через обратную связь, что вызывает изменения в способе поведения системы. В исследовании этих «петель обратной связи» и заключаются методы кибернетики.
Современная кибернетика зарождалась как междисциплинарные исследования, объединяя области систем управления, теории электрических цепей, машиностроения, математического моделирования, математической логики, эволюционной биологии, неврологии, антропологии. Эти исследования появились в 1940 году, в основном, в трудах учёных на технических научных конференциях Мэйси (англ.).
Другие области исследований, повлиявшие на развитие кибернетики или оказавшиеся под её влиянием, — теория управления, теория игр, теория систем (математический эквивалент кибернетики), психология (особенно нейропсихология, бихевиоризм, познавательная психология) и философия.
Сфера кибернетики. Направления в кибернетике.
Объектом кибернетики являются все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика вводит такие понятия, как кибернетический подход, кибернетическая система. Кибернетические системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем — автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием в 40-х гг. XX века этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах — с прогрессом электронной вычислительной техники.
|
|
|
Кибернетика является междисциплинарной наукой. Она возникла на стыке математики, логики, семиотики, физиологии, биологии, социологии. Ей присущ анализ и выявление общих принципов и подходов в процессе научного познания. Наиболее весомыми теориями, объединяемыми кибернетикой, можно назвать следующие:
· Теория передачи сигналов
· Теория управления
· Теория автоматов
· Теория принятия решений
· Синергетика
· Теория алгоритмов
· Распознавание образов
· Теория оптимального управления
· Теория обучающихся систем
Кроме средств анализа, в кибернетике используются мощные инструменты для синтеза решений, предоставляемые аппаратами математического анализа, линейной алгебры, геометрии выпуклых множеств, теории вероятностей и математической статистики, а также более прикладными областями математики, такими как математическое программирование, эконометрика, информатика и прочие производные дисциплины.
Особенно велика роль кибернетики в психологии труда и таких ее отраслях, как инженерная психология и психология профессионально-технического образования.
Кибернетика — наука об оптимальном управлении сложными динамическими системами, изучающая общие принципы управления и связи, лежащие в основе работы самых разнообразных по природе систем — от самонаводящих ракет-снарядов и быстродействующих вычислительных машин до сложного живого организма. Управление — это перевод управляемой системы из одного состояния в другое посредством целенаправленного воздействия управляющего. Оптимальное управление — это перевод системы в новое состояние с выполнением некоторого критерия оптимальности, например, минимизации затрат времени, труда, веществ или энергии. Сложная динамическая система — это любой реальный объект, элементы которого изучаются в такой высокой степени взаимосвязи и подвижности, что изменение одного элемента приводит к изменению других.
Чистая кибернетика
|
|
|
Чистая кибернетика, или кибернетика второго порядка изучает системы управления как понятие, пытаясь обнаружить основные её принципы.
· Искусственный интеллект
· Кибернетика второго порядка
· Компьютерное зрение
· Системы управления
· Эмерджентность
В биологии
Кибернетика в биологии — исследование кибернетических систем в биологических организмах, прежде всего сосредотачиваясь на том, как животные приспосабливаются к их окружающей среде, и как информация в форме генов передаются от поколения к поколению. Также имеется второе направление — киборги.
· Биоинженерия
· Биологическая кибернетика
· Биоинформатика
· Бионика
· Медицинская кибернетика
· Нейрокибернетика
· Гомеостаз
· Синтетическая биология
· Системная биология
Теория сложных систем
Теория сложных систем анализирует природу сложных систем и причины, лежащие в основе их необычных свойств.
· Сложная адаптивная система
· Сложные системы
· Теория сложных систем
В вычислительной технике
В вычислительной технике методы кибернетики применяются для управления устройствами и анализа информации.
· Робототехника
· Система поддержки принятия решений
· Клеточный автомат
· Симуляция
· Компьютерное зрение
· Искусственный интеллект
· Распознавание объектов
· Система управления
· АСУ
В инженерии
Кибернетика в инженерии используется, чтобы проанализировать отказы систем, в которых маленькие ошибки и недостатки могут привести к сбою всей системы.
· Адаптивная система
· Эргономика
· Биомедицинская инженерия
· Нейрокомпьютинг
· Техническая кибернетика
· Системотехника
В экономике и управлении
· Кибернетическое управление
· Экономическая кибернетика
· Исследование операций
· Системотехника
В математике
· Динамическая система
· Теория информации
· Теория систем
В психологии
· Психологическая кибернетика
В социологии
· Меметика
· Социальная кибернетика
|
|
|
