ไซเบอร์เนติกส์คืออะไร

ไซเบอร์เนติกส์ — วิทยาศาสตร์ของกฎทั่วไปของกระบวนการควบคุมและการถ่ายโอนข้อมูลในเครื่องจักร สิ่งมีชีวิต และความเกี่ยวข้องกัน ไซเบอร์เนติกส์เป็นรากฐานทางทฤษฎี กระบวนการอัตโนมัติ.

หลักการพื้นฐานของไซเบอร์เนติกส์ถูกกำหนดขึ้นในปี 1948 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Norbert Wiener ในหนังสือ Cybernetics หรือ Control and Communication in Machines and Living Organisms

การเกิดขึ้นของไซเบอร์เนติกส์ถูกกำหนดโดยความต้องการในการปฏิบัติ ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาในการสร้างอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติที่ซับซ้อน และในทางกลับกัน การพัฒนาสาขาวิชาทางวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากระบวนการควบคุมในสาขากายภาพต่างๆ เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการสร้างทฤษฎีทั่วไปของกระบวนการเหล่านี้

วิทยาศาสตร์ดังกล่าวรวมถึง: ทฤษฎีของระบบควบคุมและติดตามอัตโนมัติ, ทฤษฎีของคอมพิวเตอร์โปรแกรมอิเล็กทรอนิกส์, ทฤษฎีทางสถิติของการส่งข้อความ, ทฤษฎีของเกมและการแก้ปัญหาที่เหมาะสม, ฯลฯ เช่นเดียวกับวิทยาศาสตร์ชีวภาพที่ซับซ้อนที่ศึกษากระบวนการควบคุม ในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต (การนวดกดจุด พันธุกรรม ฯลฯ)

ซึ่งแตกต่างจากวิทยาศาสตร์เหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการควบคุมเฉพาะ ไซเบอร์เนติกส์ศึกษาลักษณะทั่วไปของกระบวนการควบคุมทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงลักษณะทางกายภาพของกระบวนการเหล่านั้น และกำหนดให้เป็นหน้าที่ของมันในการสร้างทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวของกระบวนการเหล่านี้

กระบวนการจัดการทั้งหมดมีลักษณะดังนี้:

• การดำรงอยู่ของระบบที่จัดซึ่งประกอบด้วยองค์กรชั้นนำและควบคุม (ผู้บริหาร)

• ปฏิสัมพันธ์ของระบบที่จัดนี้กับสภาพแวดล้อมภายนอก ซึ่งเป็นแหล่งของการรบกวนแบบสุ่มหรือเป็นระบบ

• การดำเนินการควบคุมตามการรับและส่งข้อมูล

• การมีเป้าหมายและอัลกอริธึมการจัดการ

การศึกษาปัญหาของการเกิดขึ้นของสาเหตุตามธรรมชาติของระบบควบคุมที่มีเป้าหมายโดยตรงในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตเป็นงานที่สำคัญของไซเบอร์เนติกส์ ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างสาเหตุและจุดมุ่งหมายในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น

งานของไซเบอร์เนติกส์ยังรวมถึงการศึกษาเปรียบเทียบอย่างเป็นระบบของโครงสร้างและหลักการทางกายภาพต่างๆ ของการทำงานของระบบควบคุมในแง่ของความสามารถในการรับรู้และประมวลผลข้อมูล

โดยวิธีการของมัน ไซเบอร์เนติกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่หลากหลายอย่างกว้างขวางรวมถึงแนวทางเปรียบเทียบในการศึกษากระบวนการจัดการต่างๆ

แผนกหลักของไซเบอร์เนติกส์สามารถแยกแยะได้:

• ทฤษฎีสารสนเทศ

• ทฤษฎีวิธีการควบคุม (การเขียนโปรแกรม);

• ทฤษฎีระบบควบคุม

ทฤษฎีสารสนเทศศึกษาวิธีการรับรู้ การเปลี่ยนแปลง และการส่งข้อมูลข้อมูลถูกส่งโดยใช้สัญญาณ - กระบวนการทางกายภาพซึ่งพารามิเตอร์บางอย่างสอดคล้องกับข้อมูลที่ส่งอย่างชัดเจน การสร้างการติดต่อดังกล่าวเรียกว่าการเข้ารหัส

แนวคิดหลักของทฤษฎีสารสนเทศคือการวัดปริมาณของข้อมูล ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงในระดับความไม่แน่นอนในการคาดคะเนเหตุการณ์บางอย่าง ที่มีอยู่ในข้อความก่อนและหลังที่ได้รับข้อความ การวัดนี้ทำให้คุณสามารถวัดปริมาณข้อมูลในข้อความได้ คล้ายกับวิธีวัดปริมาณพลังงานหรือปริมาณสสารในทางฟิสิกส์ ไม่คำนึงถึงความหมายและคุณค่าของข้อมูลที่ส่งสำหรับผู้รับ

ทฤษฎีการเขียนโปรแกรมเกี่ยวข้องกับการศึกษาและพัฒนาวิธีการประมวลผลและใช้สารสนเทศเพื่อการจัดการ โดยทั่วไป การตั้งโปรแกรมการทำงานของระบบควบคุมรวมถึง:

• การกำหนดอัลกอริทึมสำหรับการหาคำตอบ

• การรวบรวมโปรแกรมเป็นรหัสที่ระบบยอมรับ

การค้นหาวิธีแก้ไขจะลดลงเหลือเพียงการประมวลผลข้อมูลอินพุตที่กำหนดให้เป็นข้อมูลเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน (คำสั่งควบคุม) ซึ่งช่วยให้บรรลุเป้าหมายที่ตั้งไว้ มันดำเนินการตามวิธีการทางคณิตศาสตร์บางอย่างที่นำเสนอในรูปแบบของอัลกอริทึม ขั้นสูงสุดคือวิธีการทางคณิตศาสตร์ในการหาวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมที่สุด เช่น โปรแกรมเชิงเส้นและโปรแกรมไดนามิก เช่นเดียวกับวิธีการพัฒนาวิธีแก้ปัญหาทางสถิติในทฤษฎีเกม

ทฤษฎีอัลกอริทึมที่ใช้ในไซเบอร์เนติกส์ ศึกษาวิธีอย่างเป็นทางการในการอธิบายกระบวนการประมวลผลข้อมูลในรูปแบบของโครงร่างทางคณิตศาสตร์แบบมีเงื่อนไข — อัลกอริทึม... สถานที่หลักที่นี่ถูกครอบครองโดยประเด็นของการสร้างอัลกอริทึมสำหรับกระบวนการประเภทต่างๆ และประเด็นที่เหมือนกัน (เทียบเท่า) การแปลงอัลกอริทึม

งานหลักของทฤษฎีการเขียนโปรแกรมคือการพัฒนาวิธีการสำหรับกระบวนการประมวลผลข้อมูลโดยอัตโนมัติของเครื่องโปรแกรมอิเล็กทรอนิกส์ บทบาทหลักที่นี่คือคำถามเกี่ยวกับระบบอัตโนมัติของการเขียนโปรแกรมนั่นคือคำถามเกี่ยวกับการคอมไพล์โปรแกรมเพื่อแก้ปัญหาต่าง ๆ ของเครื่องด้วยความช่วยเหลือของเครื่องเหล่านี้

จากมุมมองของการวิเคราะห์เปรียบเทียบกระบวนการประมวลผลข้อมูลในระบบที่จัดตามธรรมชาติและที่ประดิษฐ์ขึ้นต่างๆ ไซเบอร์เนติกส์จำแนกกระบวนการหลักดังต่อไปนี้:

• กิจกรรมการคิดและการสะท้อนกลับของสิ่งมีชีวิต

• การเปลี่ยนแปลงข้อมูลทางพันธุกรรมในกระบวนการวิวัฒนาการของสายพันธุ์ทางชีววิทยา

• การประมวลผลข้อมูลในระบบอัตโนมัติ

• การประมวลผลข้อมูลในระบบเศรษฐกิจและการบริหาร

• การประมวลผลข้อมูลในกระบวนการพัฒนาวิทยาศาสตร์

การอธิบายกฎทั่วไปของกระบวนการเหล่านี้เป็นหนึ่งในภารกิจหลักของไซเบอร์เนติกส์

ทฤษฎีระบบควบคุมศึกษาโครงสร้างและหลักการสร้างระบบดังกล่าวและความสัมพันธ์กับระบบควบคุมและสภาพแวดล้อมภายนอก ในกรณีทั่วไป ระบบควบคุมสามารถเรียกว่าวัตถุทางกายภาพใด ๆ ที่ทำการประมวลผลข้อมูลตามวัตถุประสงค์ (ระบบประสาทของสัตว์ ระบบอัตโนมัติสำหรับควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องบิน ฯลฯ)

ทฤษฎีการควบคุมอัตโนมัติ (TAU) — ระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเป็นเรื่องของกระบวนการข้อมูลที่เกิดขึ้นในระบบควบคุมอัตโนมัติ TAU เปิดเผยรูปแบบทั่วไปของการทำงานที่มีอยู่ในระบบอัตโนมัติที่มีการใช้งานทางกายภาพที่แตกต่างกัน และจากรูปแบบเหล่านี้ได้พัฒนาหลักการสำหรับการสร้างระบบควบคุมคุณภาพสูง

ไซเบอร์เนติกส์ศึกษาระบบควบคุมเชิงนามธรรมที่นำเสนอในรูปแบบของโครงร่างทางคณิตศาสตร์ (แบบจำลอง) ที่รักษาคุณสมบัติข้อมูลของคลาสที่สอดคล้องกันของระบบจริง ภายในไซเบอร์เนติกส์มีวินัยทางคณิตศาสตร์พิเศษเกิดขึ้น - ทฤษฎีออโตมาตาซึ่งศึกษาระบบประมวลผลข้อมูลแบบแยกชั้นพิเศษที่มีองค์ประกอบจำนวนมากและจำลองการทำงานของโครงข่ายประสาทเทียม

ความสำคัญทางทฤษฎีและการปฏิบัติอย่างยิ่งคือการอธิบายพื้นฐานของกลไกการคิดและโครงสร้างของสมองซึ่งให้ความเป็นไปได้ในการรับรู้และประมวลผลข้อมูลจำนวนมหาศาลในอวัยวะที่มีปริมาณน้อยโดยใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยและสูงมาก ความน่าเชื่อถือ

ไซเบอร์เนติกส์ระบุหลักการทั่วไปสองประการของระบบควบคุมอาคาร: การตอบรับและการควบคุมหลายระดับ (ลำดับชั้น) หลักการป้อนกลับช่วยให้ระบบควบคุมสามารถรายงานสถานะที่แท้จริงของหน่วยงานควบคุมทั้งหมดและผลกระทบที่แท้จริงของสภาพแวดล้อมภายนอกอย่างต่อเนื่อง รูปแบบการควบคุมหลายระดับช่วยให้มั่นใจได้ถึงเศรษฐกิจและความเสถียรของระบบควบคุม

ไซเบอร์เนติกส์และกระบวนการอัตโนมัติ

ระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบโดยใช้หลักการของการปรับแต่งด้วยตนเองและระบบการเรียนรู้ด้วยตนเอง ทำให้สามารถบรรลุโหมดการควบคุมที่ให้ผลกำไรสูงสุด ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมที่ซับซ้อน ข้อกำหนดเบื้องต้นที่จำเป็นสำหรับระบบอัตโนมัติดังกล่าวคือความพร้อมใช้งานสำหรับการผลิตที่กำหนด กระบวนการของคำอธิบายทางคณิตศาสตร์โดยละเอียด (แบบจำลองทางคณิตศาสตร์) ซึ่งป้อนลงในคอมพิวเตอร์ที่ควบคุมกระบวนการในรูปแบบของโปรแกรมสำหรับการดำเนินการ

เครื่องนี้ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับขั้นตอนของกระบวนการจากอุปกรณ์ตรวจวัดและเซนเซอร์ต่างๆ จากนั้นเครื่องจะคำนวณตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มีของกระบวนการต่อไปด้วยคำสั่งควบคุมบางอย่าง

หากการสร้างแบบจำลองและการคาดการณ์ดังกล่าวดำเนินไปเร็วกว่ากระบวนการจริงมาก คุณจะสามารถเลือกโหมดการจัดการที่ให้ประโยชน์สูงสุดได้โดยการคำนวณและเปรียบเทียบตัวเลือกต่างๆ การประเมินและการเลือกตัวเลือกสามารถทำได้ทั้งโดยเครื่องจักรเอง อัตโนมัติเต็มรูปแบบ และด้วยความช่วยเหลือจากผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ บทบาทสำคัญในเรื่องนี้เกิดจากปัญหาของการมีเพศสัมพันธ์ที่เหมาะสมที่สุดระหว่างผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์และเครื่องควบคุม

ความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่งคือวิธีการแบบรวมศูนย์ที่พัฒนาโดยไซเบอร์เนติกส์สำหรับการวิเคราะห์และคำอธิบาย (อัลกอริทึม) ของกระบวนการจัดการและการประมวลผลข้อมูลต่างๆ โดยแบ่งกระบวนการเหล่านี้ตามลำดับออกเป็นการกระทำพื้นฐานที่แสดงถึงทางเลือกอื่น ("ใช่" หรือ "ไม่ใช่" )

การประยุกต์ใช้วิธีนี้อย่างเป็นระบบทำให้สามารถกำหนดกระบวนการทางจิตที่ซับซ้อนมากขึ้นอย่างเป็นทางการซึ่งเป็นขั้นตอนแรกที่จำเป็นสำหรับการทำงานอัตโนมัติที่ตามมาปัญหาของ symbiosis ข้อมูลของเครื่องจักรและบุคคลมีโอกาสที่ดีในการเพิ่มประสิทธิภาพของงานทางวิทยาศาสตร์นั่นคือการโต้ตอบโดยตรงของบุคคลและเครื่องจักรข้อมูลเชิงตรรกะในกระบวนการสร้างสรรค์ในการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์

ไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิค — ศาสตร์แห่งการจัดการระบบทางเทคนิค วิธีการและแนวคิดของไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคเริ่มพัฒนาแบบคู่ขนานและเป็นอิสระจากกันในสาขาวิชาทางเทคนิคที่แยกจากกันซึ่งเกี่ยวข้องกับการสื่อสารและการควบคุม — ในระบบอัตโนมัติ วิทยุอิเล็กทรอนิกส์ การควบคุมระยะไกล เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ฯลฯ ไซเบอร์เนติกส์ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีที่เป็นเอกภาพสำหรับเทคโนโลยีการสื่อสารและการควบคุมทั้งหมด

ไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิค เช่นเดียวกับไซเบอร์เนติกส์ทั่วไป ศึกษากระบวนการควบคุม โดยไม่คำนึงถึงลักษณะทางกายภาพของระบบที่กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้น งานหลักของไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคคือการสังเคราะห์อัลกอริธึมการควบคุมที่มีประสิทธิภาพเพื่อกำหนดโครงสร้าง ลักษณะ และพารามิเตอร์ อัลกอริธึมที่มีประสิทธิภาพนั้นเข้าใจได้ว่าเป็นกฎสำหรับการประมวลผลข้อมูลอินพุตเป็นสัญญาณควบคุมเอาต์พุตที่ประสบความสำเร็จในแง่หนึ่ง

ไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ ระบบอัตโนมัติและ telemechanicsแต่ไม่ตรงกับพวกเขาเนื่องจากไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคไม่ได้คำนึงถึงการออกแบบอุปกรณ์เฉพาะ ไซเบอร์เนติกส์เชิงเทคนิคยังเกี่ยวข้องกับด้านอื่นๆ ของไซเบอร์เนติกส์ด้วย ตัวอย่างเช่น ข้อมูลที่ได้รับจากวิทยาศาสตร์ชีวภาพช่วยอำนวยความสะดวกในการพัฒนาหลักการใหม่ของการควบคุม รวมถึงหลักการของการสร้างออโตมาตาประเภทใหม่ที่จำลองการทำงานที่ซับซ้อนของกิจกรรมทางจิตของมนุษย์

ไซเบอร์เนติกส์เชิงเทคนิคที่เกิดขึ้นจากความต้องการในการฝึกฝนโดยใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์อย่างแพร่หลาย ปัจจุบันเป็นหนึ่งในสาขาของไซเบอร์เนติกส์ที่ได้รับการพัฒนามากที่สุด ดังนั้นความก้าวหน้าของไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคจึงมีส่วนสำคัญในการพัฒนาสาขา ทิศทาง และสาขาอื่นๆ ของไซเบอร์เนติกส์

สถานที่สำคัญในไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคคือทฤษฎีของอัลกอริธึมที่เหมาะสมที่สุด หรือทฤษฎีของกลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการควบคุมอัตโนมัติซึ่งให้เกณฑ์ที่เหมาะสมที่สุด

ในกรณีต่างๆ เกณฑ์ความเหมาะสมอาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในกรณีหนึ่ง อาจต้องใช้อัตราสูงสุดของกระบวนการชั่วคราว ในอีกกรณีหนึ่ง การแพร่กระจายขั้นต่ำของค่าของปริมาณหนึ่งๆ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม มีวิธีการทั่วไปสำหรับการกำหนดและแก้ปัญหาที่หลากหลาย ชนิดนี้

อันเป็นผลมาจากการแก้ปัญหาจะมีการกำหนดอัลกอริทึมการควบคุมที่เหมาะสมที่สุดในระบบอัตโนมัติหรืออัลกอริทึมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการจดจำสัญญาณกับพื้นหลังของเสียงรบกวนในเครื่องรับของระบบสื่อสาร ฯลฯ

ทิศทางที่สำคัญอีกประการหนึ่งในเทคนิคไซเบอร์เนติกส์คือการพัฒนาทฤษฎีและหลักการของการทำงานของระบบที่มีการปรับตัวโดยอัตโนมัติซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของระบบหรือชิ้นส่วนอย่างมีจุดมุ่งหมาย เพื่อให้มั่นใจถึงความสำเร็จที่เพิ่มขึ้นของการดำเนินการ ในด้านนี้ ระบบการเพิ่มประสิทธิภาพอัตโนมัติซึ่งนำมาโดยการค้นหาอัตโนมัติไปยังโหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุด และรักษาให้ใกล้เคียงกับโหมดนี้ภายใต้อิทธิพลภายนอกที่คาดไม่ถึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

พื้นที่ที่สามคือทฤษฎีการพัฒนาของระบบควบคุมที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบจำนวนมากรวมถึงความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนและการทำงานในสภาวะที่ยากลำบาก

ทฤษฎีข้อมูลและทฤษฎีอัลกอริธึมมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะกับทฤษฎีไซเบอร์เนติกส์ทางเทคนิคของเครื่องจักรสถานะจำกัด

ทฤษฎีไฟไนต์ออโตมาตาเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ออโตมาตาภายใต้เงื่อนไขการทำงานที่กำหนด รวมถึงการแก้ปัญหากล่องดำ การกำหนดโครงสร้างภายในที่เป็นไปได้ของออโตมาตอนจากผลการศึกษาอินพุตและเอาต์พุต ตลอดจนปัญหาอื่นๆ เช่น คำถามเกี่ยวกับ ความเป็นไปได้ของออโตมาตาบางประเภท

ระบบการจัดการทั้งหมดมีความเกี่ยวข้องไม่ทางใดก็ทางหนึ่งกับบุคคลที่ออกแบบ ตั้งค่า ควบคุม กำกับงานและใช้ผลลัพธ์ของระบบเพื่อวัตถุประสงค์ของตนเอง ดังนั้นจึงมีปัญหาในการปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์กับอุปกรณ์อัตโนมัติที่ซับซ้อนและการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกัน

การแก้ปัญหาเหล่านี้มีความจำเป็นเพื่อบรรเทาระบบประสาทของมนุษย์จากความเครียดและงานประจำ และเพื่อให้ระบบ "คน-เครื่องจักร" ทั้งหมดมีประสิทธิภาพสูงสุด งานที่สำคัญที่สุดของเทคนิคไซเบอร์เนติกส์คือการจำลองกิจกรรมทางจิตของมนุษย์ในรูปแบบที่ซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ โดยมีเป้าหมายที่จะแทนที่มนุษย์ด้วยเครื่องจักรอัตโนมัติหากเป็นไปได้และสมเหตุสมผล ดังนั้นในด้านเทคนิคไซเบอร์เนติกส์ ทฤษฎีและหลักการจึงได้รับการพัฒนาเพื่อสร้างระบบการเรียนรู้ประเภทต่างๆ ที่เปลี่ยนอัลกอริทึมอย่างตั้งใจโดยผ่านการฝึกอบรมหรือการเรียนรู้

ไซเบอร์เนติกส์ของระบบไฟฟ้า — การประยุกต์ทางวิทยาศาสตร์ของไซเบอร์เนติกส์เพื่อแก้ปัญหาการควบคุม ระบบไฟฟ้ากฎระเบียบของระบอบการปกครองและการระบุลักษณะทางเทคนิคและเศรษฐกิจในระหว่างการออกแบบและการใช้งาน

องค์ประกอบส่วนบุคคลของระบบไฟฟ้าที่โต้ตอบกันมีการเชื่อมต่อภายในที่ลึกมากซึ่งไม่อนุญาตให้ระบบแบ่งออกเป็นองค์ประกอบอิสระและเมื่อกำหนดลักษณะเฉพาะให้เปลี่ยนปัจจัยที่มีอิทธิพลทีละรายการ ตามระเบียบวิธีวิจัย ระบบไฟฟ้าควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นระบบไซเบอร์เนติกส์ เนื่องจากการวิจัยใช้วิธีการทั่วไป: ทฤษฎีความคล้ายคลึงกัน แบบจำลองทางกายภาพ คณิตศาสตร์ ตัวเลข และตรรกะ

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมดูที่นี่:ไซเบอร์เนติกส์ของระบบไฟฟ้า