В.1. Из истории науки об управлении (кибернетики)
В настоящее время с достаточной глубиной осознана вся общность кибернетических идей, делающая теоретическое представление о регулировании, управлении, информации приложимым в самых различных областях знания и практики.
Ученые нашей страны вписали ряд ярких страниц в «золотой фонд » кибернетики - в развитие теории автоматического регулирования, в концепцию регуляционно-управляющей активности живого, в осмысление общих понятий управления и оптимизации в технике и биологии.
Велика роль в становлении отечественной кибернетики комитета по автоматике и телемеханике (КТА) и её председателя академика Александра Алексеевича Чернышева (КТА создан в 30-е годы XX века).
Имена первопроходцев кибернетики в нашей стране: академик А.А. Чернышев, чл.-кор АНСССР Алексей Андреевич Ляпунов, чл.-корр. Академии Медицинских Наук Н.А. Бернштейн, академик А.И. Берг – председатель научного Совета по кибернетике в 1959-1979 гг.
В фундамент науки внесли большой вклад такие замечательные ученые, как И.А. Вышнеградский, А.М. Сеченов, А.М. Ляпунов, А.А. Марков (старший), А.В. Ухтомский, Н.Е. Жуковский, И.П. Павлов, А.А. Андронов, В.И Вернадский и многие другие.
Их идеи и теоретические решения опережали время. Главное в их предвидении – понимание необходимости изменения стиля научного мышления, переход от «жесткого», лапласовского детерминизма в подходе к технике и миру живой природы к теоретическим представлениям, учитывающим гибкость поведения сложных систем, неоднозначность их описания, трудность управления ими, теоретическую значимость понятий стохастичности, оптимальности процессов, методологическую ценность моделирования в различных его формах.
Осознание общности проблемы регулирования связывают с именем Дж. К. Максвелла, предложившего в работе «О регуляторах» (1868) первое в науке функциональное определение регулятора, не зависящее от его конкретных воплощений – конструкции и способа действия. Английский ученый разработал математический аппарат для выражения одного из существенных критериев качества управления - его устойчивости.
Идеи Максвелла получили продолжение в России, когда И.А. Вышнеградский (1831-1895) опубликовал работу "О регуляторах прямого действия" (1876). Он сформулировал условие устойчивости системы регулирования, известное как "критерий Вышнеградского". Разработка средств математического выражения критериев устойчивости регулирования позволяла предсказывать поведение системы "машина-регулятор" в условиях влияния на нее помех и их компенсации в конкретных ситуациях. Так были заложены основы теории автоматического регулирования (ТАР). Прошло более семидесяти лет её самостоятельного развития, прежде чем она вошла в более общий кибернетический аспект.
Дальнейшие результаты теории автоматического регулирования во многом обязаны отечественной науке. Они были получены А.М. Ляпуновым (1875-1918), Я.И. Грдиной (1871-1931) и Н.Е. Жуковским (1847-1921). Последний, наряду с глубокими специальными исследованиями, дал в 1909 г. систематическое изложение теории.
Прогресс в ТАР связан с именами Найквиста (1937), А.В. Михайлова (1938), разработавшими частотные критерии устойчивости систем с обратной связью.
Перерастание ТАР в ТАУ (30-40 г. XX в) связывают с такими достижениями, как разработка метода автономности (основы заложены в работе И. Н. Вознесенского, 1938); создание теории инвариантных систем (Г.В. Щипанов, 1939; Н.Н. Лузин, 1940 и В.Е. Кулебакин, 1948); становление топологических методов изучения нелинейных систем (А.А. Андронов); работы по экстремальному регулированию (Ю.Г. Хлебцевич, 1940; В.В. Казакевич, 1943).
Выявление закономерностей регулирования (управления) и разработка математического аппарата для его теоретического осмысления (открывающего затем дорогу инженерным приложениям) явились одной из неотъемлемых предпосылок усмотрения аналогий между техническими, биологическими, а затем и социальными структурами. Началось формирование единой «парадигмы[1]» модельного математического описания и изучения этих структур, что означало возникновение кибернетического стиля мышления.
На этапе непосредственного становления кибернетики теория автоматического управления вошла в неё в качестве относительно самостоятельного раздела, прогрессируя в тесном взаимодействии с теорией автоматов, теорией информации, биокибернетическим подходом к регуляционно-информационным феноменам живого и социального. Стала применяться все более мощная вычислительная техника.
Этап непосредственного становления кибернетики ознаменован выходом в свет знаменитой книги Н. Винера "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине" (М: Сов. Радио, 1968).
В становление кибернетических концепций, сформулированных Винером, вошли исследования биокибернетического содержания Н.А. Бернштейна и П. К. Анохина (управление движением органов человека, интегративные аспекты работы мозга – «теория функциональной системы»).
Главное концептуальное обобщение было осуществлено математиком Н. Винером, работавшим совместно с физиологом А. Розенблютом в 40-х годах. Это обобщение в методологическом плане тесно связано с оформлением теории информации как самостоятельной математической и прикладной дисциплины, главный вклад в которую за рубежом в те же годы внес Клод Шеннон.
Н. Винер и Джон фон Нейман заложили теоретико-вероятностные и логические идеи в фундамент вырабатывавшейся ими системы взглядов на управление и переработку информации.
Подходы Винера и Неймана сливались воедино при изучении проблем, проистекающих при изучении живой природы, человеческого мозга, процессов познания, социальных структур.
Концептуальной основой слияния были представления об управлении и переработке информации, причем в многообразных аспектах: в аспекте автоматического регулирования систем с обратными связями, в аспекте исследования конечных автоматов и ЦВМ (автоматических устройств дискретного действия с конечным числом состояний), в аспекте кодирования и передачи сообщений по каналам связи и роли соответствующих процессов в системах управления, в аспекте теории вычислимости (теории алгоритмов) и т. д. В качестве «целевой программы» при этом выступало решение задач анализа и задач синтеза информационно-управляющих систем, особенно систем оптимальных с точки зрения заданных критериев. Что касается методологии изучения, то тут в первую очередь было использовано модельное представление процессов: моделирование «теоретическое», т.е. знаково-информационное (математическое, логическое, семиотическое[2]), с одной стороны, и моделирование машинно-реализуемое (на ЭВМ) – с другой стороны.
Возникла проблематика модельного отображения интеллектуальных процессов и была поставлена задача уяснения соотношения возможностей компьютерных систем и человека, а также организация их эффективного взаимодействия в рамках единых человеко-машинных структур (Алан Тьюринг, теория алгоритмов).
В нашей стране исключительно велика роль Алексея Андреевича Ляпунова и Акселя Ивановича Берга в развертывании информационно-кибернетических исследований. А. А. Ляпунов внес огромный вклад в создание кибернетики, как единой науки, сформулировал точно предмет исследования, предложил единую терминологию.
А. А. Ляпунов определил кибернетику как науку об общих закономерностях строения управляющих систем и течения процессов управления, предполагая при этом математически определенным понятие управляющей системы.