Файл: Кравченко Р.Г. Основы кибернетики учеб. пособие.pdf

стоятельных можно изучать структурные объединения «брига­ да», «ферма».

Кибернетика предполагает, что при изучении конкретных систем необходимо точно определить свою точку зрения на си­ стему и с этой позиции попытаться рассмотреть иерархию систем.

Такая точка зрения облегчает очерчивание границы исследуе­ мого объекта, но не его изучение. Математическая зависимость количества элементов системы и максимального числа возмож­

и максимальное число возможных состояний системы выра­ жается зависимостью Н = 2п(-п~1'>(если определить состояние си­ стемы видом цепи, в которой каждая из связей есть или нет). Эти зависимости показывают, что с увеличением количества элементов резко возрастает число возможных состояний си­ стемы. Так, если в системе из двух элементов V=2, Н = 4, в си­ стеме, где п = 3, У= 6, а Н —64, то в системе из четырех элемен­ тов У=12, а #=4096! Сельское хозяйство состоит из огромного числа элементов, и соответственно число возможных различи­ мых состояний настолько велико, что изучение их без каких-либо упорядочивающих методических приемов очень сложно. Таким методическим приемом кибернетики является группировка эле­ ментов системы соответственно ее внутренней структуре с выде­ лением самостоятельных систем. Они рассматриваются, изу­ чаются как системы определенного уровня, расположенные в иерархической соподчиненности с позиций организационного построения.

Иерархия систем. Первичной системой принято считать та­ кой элемент или совокупность элементов системы, которые не допускают их дальнейшее расчленение без потери основного качества всей системы с учетом избранной исследователем точки зрения.

Сельское хозяйство рассматривается с позиций экономиче­ ской кибернетики как система, обеспечивающая реализацию экономической программы производства. Следовательно, первич­ ной системой, способной реализовать установленную экономиче­ скую программу, нужно считать систему «сельскохозяйственный рабочий, имеющий определенные навыки, квалификацию, опыт; предметы труда, над которыми он трудится; технологию произ­ водства (алгоритм его производственной деятельности); орудия производства, с помощью которых он осуществляет процесс труда». Элементы этой системы не могут быть представлены как

22

третьего и дальнейших порядков исходят из следующих прин­ ципиальных положений:

разделение системы на внутренние подсистемы происходит так, чтобы общая целенаправленность функционирования всей системы сохранялась;

выделение внутренних подсистем осуществляется с учетом возникновения некоторых особых характеристик для каждого из выделяемых уровней;

количество выделяемых уровней должно быть минимальным, но не должно затруднять (осложнять) изучение систем каждого уровня.

В сельском хозяйстве системами второго уровня (порядка) являются звенья, третьего — бригады, фермы, четвертого — от­

сельское хозяйство в целом. Иерархическое построение систем как методический прием в кибернетике позволяет успешно ре­ шать многие практические вопросы, связанные с совершенство­ ванием управления в отрасли.

Сложные взаимосвязи в окружающем нас мире сделали необ­ ходимой концепцию больших систем, т. е. систем со сложной структурой. К большим системам относят такие, которые невоз­ можно исследовать без расчленения на отдельные системы и расположения их в определенной иерархии по выделенным уров­ ням. Расчленение системы позволяет рассматривать большую систему последовательно по отдельным частям, по уровням.

Этот методический прием расчленения на подсистемы как си­ стемы более низкого иерархического уровня не нарушает цело­ стности функционирования всей системы благодаря управлению.

Классификация систем. Кибернетика как наука не рассмат­ ривает подробно все возможные системы. Чтобы показать, ка­ кие именно системы являются объектом изучения кибернетики, проводят классификацию систем по обусловленности их дей­ ствия и по степени их сложности.

По о б у с л о в л е н н о с т и д е й с т в и я различают си­ стемы с детерминированным действием и системы со случайным (вероятностным, стохастическим) действием.

В д е т е р м и н и р о в а н н о й с и с т е м е составляющие ее элементы и связи между ними взаимодействуют точно предви­ денным образом. При ее исследовании не возникает никакой неопределенности. Если известно состояние системы и программа ее перехода в другое состояние, то всегда можно точно описать это другое состояние. С позиций управления детерминирован­ ные системы не представляют интереса.

23

ствуют таким образом, что нельзя сделать точного, детального предсказания ее поведения, утверждать о последовательности состояний. Такая система всегда остается неопределенной, и предсказание о ее будущем поведении никогда не выходит из рамок вероятностных категорий, с помощью которых это пове­ дение описывается. С позиций управления случайные системы представляют особый интерес, так как такие системы чаще всего встречаются в производственной практике.

По с т е пе ни с л о ж н о с т и различают простые, сложные и очень сложные системы.

Пр о с т ым и принято считать системы, не имеющие разветв­ ленной структуры (нельзя выделить иерархические уровни), с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействую­ щих элементов, выполняющих простейшие функции. Эти си­ стемы, а также их динамизм (изменение во времени) легко поддаются описанию.

С л о ж н ы м и считают системы с разветвленной структурой и значительным количеством взаимосвязанных и взаимодей-' ствующих элементов, выполняющих более сложные функции. Высокая степень связности элементов в сложных системах при­ водит к тому, что изменение какого-либо одного элемента или связи влечет за собой изменение многих других элементов си­ стемы. В сложных системах возможно наличие нескольких раз­ ных структур, нескольких разных целей. Но все же конкретное состояние сложной системы может быть описано.

Оч е нь с л о жн ыми с и с т е м а м и принято считать такие системы, состояние которых по тем или иным причинам до сих пор не удается подробно и точно описать. Невозможность опи­ сания связана со многими причинами, например: для описания требуется больше времени, чем то, которым располагают между

и по степени сложности, выделяют шесть типов систем, которым можно дать следующие определения.

1. Простая система с детерминированным действием содер­ жит мало элементов и взаимных связей, система легко описы­ вается, и ее динамическое действие легко предсказать. Напри­ мер, автоматическая поилка, выключатель.

2. Сложная система с детерминированным действием имеет разветвленную структуру, много элементов со сложными свя­ зями, доступна в описании, смену ее состояний возможно пред­ сказать. В подобных системах каждое отклонение от заранее предсказанного действия является ошибкой, свидетельствующей о порче системы. В качестве примера подобных систем можно назвать трактор, инкубатор, электронно-вычислительную ма­ шину.

24

3. Очень сложные системы с детерминированным действием практически не поддаются описанию, хотя и встречаются в жизни. Точно относящийся к таким системам пример подоб­ рать трудно, если не учитывать ограничений по времени и по знаниям. Снятие этих ограничений очень сложные системы пере­ водит в разряд просто сложных систем. Примером очень слож­ ных систем являются галактики в мировом пространстве. Их по­ ведение детерминировано (исключая возможность катаклизма), можно на сотни лет предвидеть смену их состояний, хотя в неко­ торых случаях описать все элементы не представляется воз­ можным.

4.Простые системы со случайным действием легко описы­ ваются в статическом состоянии (в период между сменами со­ стояний). Их поведение в динамическом режиме возможно пред­ сказать с привлечением теории вероятностей.

5.Сложные системы со случайным действием еще поддаются общему описанию в статике, фотографическому описанию. Но их_ развитие невозможно точно предсказать. К подобным систе­ мам можно отнести откорм скота, сельскохозяйственное пред­ приятие, если его рассматривать как систему получения дохо­ дов, прибыли.

6.Очень сложные системы со случайным действием практи­ чески невозможно ни описать, ни предсказать точно их развитие. Используя мощный исследовательский аппарат (методы мате­ матической статистики, методы моделирования и др.), в извест­ ной мере доступно предположить управление переходом от од­ ного состояния системы к другому. Но полностью предсказать всю цепь переходов невозможно. К таким системам относятся отрасли народного хозяйства, живые индивидуумы на протяже­ нии всего цикла их развития, мозг человека.

Хотя в практике трудно установить границы между этими типами систем, такое методическое разделение дает четкое представление о том, изучением и описанием каких систем зани­ мается кибернетика.

Кибернетика занимается только динамическими системами, т. е. проявляющими себя в действии. Это — системы второго, третьего, пятого и шестого типов. Наибольший интерес прояв­ ляет кибернетика к тем системам, действия которых имеют ка­ чества определенности, регулярности (с позиций подчинения определенным закономерностям), воспроизводимости (действие может быть вызвано снова) и целесообразности (не хаотичные, а ведущие к достижению поставленной цели, выражаемой через условно-конечное состояние).

Экономическая кибернетика изучает в основном системы, от­ носящиеся к пятому и шестому типам.

Взаимодействие систем с внешней средой. Кибернетика рас­ сматривает систему как относительно замкнутую часть какойлибо среды. Эта внешняя среда увязана с данной системой

25

система оказывает влияние на внешнюю среду. Таким образом, входы и выходы — это пути, по которым среда воздействует на систему, а система на среду, что обеспечивает их взаимодей­ ствие. При анализе взаимодействия можно представлять внеш­ нюю среду как нечто единое, оказывающее действие на систему и воспринимающее ее влияние. Но при необходимости (с точки зрения исследователя) в среде возможно различать множество систем, взаимно связанных входами и выходами. Система мо­ жет также действовать на саму себя, если некоторые из ее вы­

либо точно определяемое условие или свойство, которое можно различить как только оно снова появится.

Уровень знаний, обеспечивающий изучение данной системы (так называемый разрешающий уровень), характеризуется тем, как различаются импульсы и реакции, относящиеся к системе. Наивысший разрешающий уровень — это такое различие входов и выходов, при котором каждый вход соответствует единствен­ ному точно определенному импульсу, а каждый выход— един­ ственной точно определенной реакции, и такое различие, при котором каждый импульс действует или не действует, реакция появилась или нет (при этом может быть любое общее количе­ ство входов и выходов). Самый низкий разрешающий уровень предполагает, что в исследуемой системе различается только один вход и один выход. Через этот единственный вход дей­ ствуют все возможные импульсы любой природы; через един­ ственный выход — все реакции. При этом предполагается, что на систему действует более одного импульса, приводящего к бо­ лее чем одной реакции.

Особенность кибернетики как науки состоит в том, что при наблюдении системы изучается, что происходит, а не почему это происходит. Исследования, какие импульсы вызывают реакции,

материальных элементов, увязанных какими-либо видами связи. И естественные, и искусственные системы подвергаются на входах импульсам, имеющим материальный, энергетический и информационный характер. Входы (реакции) системы также различаются по своему материальному, энергетическому и ин­ формационному характеру. Иными словами, входы и выходы

26