o que é cibernética

Cibernética — a ciência das leis gerais dos processos de controle e transferência de informações em máquinas, organismos vivos e suas associações. A cibernética é a base teórica Automação do processo.

Os princípios básicos da cibernética foram formulados em 1948 pelo cientista americano Norbert Wiener em seu livro Cibernética ou Controle e Comunicação em Máquinas e Organismos Vivos.

A emergência da cibernética está condicionada, por um lado, pelas necessidades da prática, que colocaram o problema da criação de complexos dispositivos de controle automático, e, por outro lado, pelo desenvolvimento de disciplinas científicas que estudam os processos de controle em vários campos físicos em preparação para a criação de uma teoria geral desses processos.

Tais ciências incluem: a teoria dos sistemas de controle e rastreamento automáticos, a teoria dos computadores eletrônicos programados, a teoria estatística da transmissão de mensagens, a teoria dos jogos e soluções ótimas, etc., bem como um complexo de ciências biológicas que estudam os processos de controle na natureza viva (reflexologia, genética, etc.).

Ao contrário dessas ciências que lidam com processos de controle específicos, a cibernética estuda a generalidade de todos os processos de controle, independentemente de sua natureza física, e estabelece como tarefa a criação de uma teoria unificada desses processos.

Todos os processos de gestão são caracterizados por:

• a existência de um sistema organizado composto por órgãos dirigentes e controlados (executivos);

• interação desse sistema organizado com o ambiente externo, que é fonte de distúrbios aleatórios ou sistemáticos;

• implementação de controle baseado na recepção e transmissão de informações;

• a presença de um algoritmo de meta e gerenciamento.

Estudar o problema da emergência natural-causal de sistemas de controle direcionados a objetivos na natureza viva é uma tarefa importante da cibernética, que permitirá uma compreensão mais profunda da relação entre causalidade e intencionalidade na natureza viva.

A tarefa da cibernética também inclui um estudo comparativo sistemático da estrutura e vários princípios físicos de operação de sistemas de controle em termos de sua capacidade de perceber e processar informações.

Por seus métodos, a cibernética é uma ciência que utiliza amplamente uma variedade de aparatos matemáticos, além de uma abordagem comparativa no estudo de vários processos de gestão.

As principais divisões da cibernética podem ser distinguidas:

• teoria da informação;

• teoria dos métodos de controle (programação);

• teoria dos sistemas de controle.

A teoria da informação estuda as formas de perceber, transformar e transmitir informações.A informação é transmitida usando sinais - processos físicos nos quais certos parâmetros são inequivocamente consistentes com a informação transmitida. Estabelecer tal correspondência é chamado de codificação.

O conceito central da teoria da informação é uma medida da quantidade de informação, definida como a mudança no grau de incerteza em antecipação de algum evento, que está contida na mensagem antes e depois que a mensagem é recebida. Essa medida permite medir a quantidade de informações nas mensagens, semelhante à forma como a quantidade de energia ou a quantidade de matéria é medida na física. O significado e o valor das informações transmitidas para o destinatário não são levados em consideração.

A teoria da programação trata do estudo e desenvolvimento de métodos para processar e usar informações para gerenciamento. Em geral, programar a operação de qualquer sistema de controle inclui:

• definir um algoritmo para encontrar soluções;

• compilação de um programa no código aceito pelo sistema dado.

Encontrar soluções é reduzido a processar as informações de entrada fornecidas nas informações de saída correspondentes (comandos de controle), o que garante o alcance dos objetivos definidos. É realizada com base em algum método matemático apresentado na forma de um algoritmo. Os mais avançados são métodos matemáticos para determinar soluções ótimas, como programação linear e programação dinâmica, bem como métodos para desenvolver soluções estatísticas em teoria dos jogos.

A teoria do algoritmo, usada na cibernética, estuda formas formais de descrever processos de processamento de informações na forma de esquemas matemáticos condicionais - algoritmos... O lugar principal aqui é ocupado por questões de construção de algoritmos para diferentes classes de processos e questões de idênticos (equivalentes) transformações de algoritmos.

A principal tarefa da teoria da programação é desenvolver métodos para automatizar os processos de processamento de informações de máquinas eletrônicas programadas. O papel principal aqui é desempenhado por questões sobre automação de programação, ou seja, questões sobre como compilar programas para resolver vários problemas de máquinas com a ajuda dessas máquinas.

Do ponto de vista da análise comparativa dos processos de processamento de informações em vários sistemas organizados natural e artificialmente, a cibernética distingue as seguintes classes principais de processos:

• pensamento e atividade reflexa de organismos vivos;

• mudanças na informação hereditária no processo de evolução das espécies biológicas;

• processamento de informações em sistemas automáticos;

• processamento de informações em sistemas econômicos e administrativos;

• processamento da informação no processo de desenvolvimento da ciência.

Elucidar as leis gerais desses processos é uma das principais tarefas da cibernética.

A teoria dos sistemas de controle estuda a estrutura e os princípios de construção de tais sistemas e sua relação com os sistemas controlados e o ambiente externo. No caso geral, um sistema de controle pode ser chamado de qualquer objeto físico que realiza o processamento intencional de informações (o sistema nervoso de um animal, um sistema automático para controlar o movimento de um avião etc.).

Teoria do Controle Automático (TAU) — disciplina científica, cujo objeto são os processos de informação que ocorrem em sistemas de controle automático. A TAU revela os padrões gerais de operação inerentes aos sistemas automáticos com diferentes implementações físicas e, com base nesses padrões, desenvolve os princípios para a construção de sistemas de controle de alta qualidade.

A cibernética estuda sistemas de controle abstratos apresentados na forma de esquemas matemáticos (modelos) que preservam as propriedades informacionais das classes correspondentes de sistemas reais. Dentro da cibernética, surgiu uma disciplina matemática especial - a teoria dos autômatos, que estuda uma classe especial de sistemas discretos de processamento de informações que incluem um grande número de elementos e simulam o trabalho de redes neurais.

De grande importância teórica e prática é a elucidação dessa base dos mecanismos do pensamento e da estrutura do cérebro, que proporcionam a possibilidade de perceber e processar grandes quantidades de informação em órgãos de pequeno volume com gasto de energia insignificante e com altíssimo confiabilidade.

A cibernética identifica dois princípios gerais de sistemas de controle de edifícios: feedback e controle multinível (hierárquico) O princípio do feedback permite que o sistema de controle relate constantemente o estado real de todos os corpos controlados e os efeitos reais do ambiente externo. O esquema de controle multinível garante economia e estabilidade do sistema de controle.

Cibernética e automação de processos

A automação total, usando os princípios dos sistemas de autoajuste e autoaprendizagem, permite obter os modos de controle mais lucrativos, o que é especialmente importante para indústrias complexas. Um pré-requisito necessário para tal automação é a disponibilidade para uma determinada produção, processo de descrição matemática detalhada (modelo matemático), que é inserido no computador que controla o processo na forma de um programa para sua operação.

Esta máquina recebe informações sobre o curso do processo de vários dispositivos de medição e sensores, e a máquina, com base no modelo matemático disponível do processo, calcula seu curso adicional com certos comandos de controle.

Se essa modelagem e previsão ocorrerem muito mais rapidamente do que o processo real, é possível escolher o modo de gerenciamento mais vantajoso calculando e comparando várias opções. A avaliação e seleção de opções pode ser realizada tanto pela própria máquina, de forma totalmente automática, quanto com a ajuda de um operador humano. Um papel importante nisso é desempenhado pelo problema do acoplamento ideal do operador humano e da máquina de controle.

De grande importância prática é a abordagem unificada desenvolvida pela cibernética para a análise e descrição (algoritmização) de vários processos de gerenciamento e processamento de informações, dividindo sequencialmente esses processos em ações elementares que representam escolhas alternativas ("sim" ou "não" ).

A aplicação sistemática deste método permite formalizar processos cada vez mais complexos da atividade mental, que é a primeira etapa necessária para sua automatização posterior.O problema da simbiose de informação de uma máquina e uma pessoa tem grandes perspectivas de aumentar a eficiência do trabalho científico, ou seja, a interação direta de uma pessoa e uma máquina lógica de informação no processo de criatividade na resolução de problemas científicos.

Cibernética técnica — a ciência do gerenciamento de sistemas técnicos. Os métodos e ideias da cibernética técnica inicialmente desenvolvidos em paralelo e de forma independente em disciplinas técnicas separadas relacionadas à comunicação e controle – em automação, rádio eletrônica, telecontrole, tecnologia de computadores, etc. cibernética, que forma uma base teórica unificada para todas as áreas de comunicação e tecnologia de controle.

A cibernética técnica, como a cibernética em geral, estuda os processos de controle, independentemente da natureza física dos sistemas em que esses processos ocorrem. A tarefa central da cibernética técnica é a síntese de algoritmos de controle eficazes para determinar sua estrutura, características e parâmetros. Algoritmos eficazes são entendidos como regras para processar informações de entrada em sinais de controle de saída que são bem-sucedidos em certo sentido.

A cibernética técnica está intimamente relacionada com automação e telemecânica, mas não coincide com eles, pois a cibernética técnica não considera o projeto de equipamentos específicos. A cibernética técnica também está relacionada a outras áreas da cibernética, por exemplo, informações obtidas das ciências biológicas facilitam o desenvolvimento de novos princípios de controle, incluindo os princípios de construção de novos tipos de autômatos que simulam funções complexas da atividade mental humana.

A cibernética técnica, surgida das necessidades da prática, utilizando amplamente o aparato matemático, é hoje um dos ramos mais desenvolvidos da cibernética. Portanto, o progresso da cibernética técnica contribui significativamente para o desenvolvimento de outros ramos, direções e ramos da cibernética.

Um lugar significativo na cibernética técnica é a teoria dos algoritmos ótimos ou, o que é essencialmente o mesmo, a teoria de uma estratégia ótima para controle automático que fornece um extremo de algum critério de otimização.

Em casos diferentes, os critérios de otimização podem ser diferentes. Por exemplo, em um caso, pode ser necessária a taxa máxima de processos transitórios, em outro, a dispersão mínima de valores de uma determinada quantidade, etc. No entanto, existem métodos gerais para formular e resolver uma ampla variedade de problemas deste tipo.

Como resultado da resolução do problema, é determinado o algoritmo de controle ideal no sistema automático ou o algoritmo ideal para reconhecer sinais contra o ruído de fundo no receptor do sistema de comunicação, etc.

Outra direção importante na cibernética técnica é o desenvolvimento da teoria e princípios de operação de sistemas com adaptação automática, que consiste em uma mudança proposital nas propriedades de um sistema ou de suas partes, garantindo o sucesso crescente de suas ações. Neste campo, os sistemas de otimização automática trazidos pela busca automática para o modo ótimo de operação e mantidos próximos a este modo sob influências externas imprevistas são de grande importância.

A terceira área é a teoria do desenvolvimento de sistemas de controle complexos, consistindo em um grande número de elementos, incluindo inter-relações complexas de peças e trabalho em condições difíceis.

A teoria da informação e a teoria dos algoritmos são de grande importância, em particular, para a teoria cibernética técnica das máquinas de estado finito.

A teoria dos autômatos finitos lida com a síntese de autômatos sob determinadas condições operacionais, incluindo a resolução do problema da caixa preta — determinando uma possível estrutura interna de um autômato com base nos resultados do estudo de suas entradas e saídas, bem como outros problemas, por exemplo, questões sobre a viabilidade de autômatos de um certo tipo.

Todos os sistemas de gestão estão relacionados de alguma forma com a pessoa que projeta, estabelece, controla, dirige seu trabalho e usa os resultados dos sistemas para seus próprios fins. Portanto, existem problemas de interação humana com um complexo de dispositivos automáticos e troca de informações entre eles.

Resolver esses problemas é necessário para aliviar o sistema nervoso humano do trabalho estressante e rotineiro e garantir a máxima eficiência de todo o sistema "homem-máquina". A tarefa mais importante da cibernética técnica é simular formas cada vez mais complexas de atividade mental humana com o objetivo de substituir humanos por máquinas automáticas sempre que possível e razoável. Portanto, na cibernética técnica, teorias e princípios são desenvolvidos para construir diferentes tipos de sistemas de aprendizagem que, por meio de treinamento ou aprendizado, mudam propositadamente seu algoritmo.

Cibernética de sistemas de energia - aplicação científica da cibernética para resolver problemas de controle sistemas de energia, regulamentação de seus regimes e identificação de características técnicas e econômicas durante o projeto e operação.

Os elementos individuais do sistema de energia que interagem entre si têm conexões internas muito profundas que não permitem que o sistema seja dividido em componentes independentes e, ao determinar suas características, altere os fatores de influência um a um. De acordo com a metodologia de pesquisa, o sistema de potência deve ser considerado como um sistema cibernético, pois sua pesquisa utiliza métodos generalizantes: teoria da similaridade, modelagem física, matemática, numérica e lógica.

Para mais detalhes veja aqui:Cibernética de sistemas elétricos