Кибернетический подход к описанию функциональных преобразований в информационной системе
Кибернетика – наука об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах, изучающая информационные процессы, связанные с управлением динамическими системами. Кибернетический подход – исследование системы на основе принципов кибернетики, в частности, с помощью выявления прямых и обратных связей, изучения процессов управления, рассмотрения элементов системы как неких «черных ящиков» (систем, в которых исследователю доступна лишь их входная и выходная информация, а внутреннее устройство может быть и неизвестно).
В отличие от аналитического подхода, при котором моделируется внутренняя структура системы, в методе «черного ящика» моделируется внешнее функционирование системы. Таким образом, с точки зрения экспериментатора структура системы (модели) спрятана в черном ящике, который имитирует только поведенческие особенности системы.
В кибернетическом подходе исследуют информационные модели, которые различаются по типу запросов к ним: моделирование отклика системы на внешнее воздействие; прогноз динамики изменения системы; оптимизация параметров системы по отношению к заданной функции ценности; адаптивное управление системой.
У кибернетики и общей теории систем есть много общего, например, представление объекта исследования в виде системы, изучение структуры и функций систем, исследование проблем управления и др. Но в отличие от теории систем кибернетика практикует информационный подход к исследованию процессов управления, который выделяет и изучает в объектах исследования различные виды потоков информации, способы их обработки, анализа, преобразования, передачи и т.д. Под управлением в самом общем виде понимается процесс формирования целенаправленного поведения системы посредством информационного воздействия, вырабатываемого человеком или устройством. Выделяют следующие задачи управления:
- задача целеполагания (определение требуемого состояния или поведения системы);
- задача стабилизации (удержание системы в существующем состоянии в условиях возмущающих воздействий);
- задача выполнения программы (перевод системы в требуемое состояние в условиях, когда значения управляемых величин изменяются по известным детерминированным законам);
- задача слежения (обеспечение требуемого поведения системы в условиях, когда законы изменения управляемых величин неизвестны или изменяются);
- задача оптимизации (удержание или перевод системы в состояние с экстремальными значениями характеристик при заданных условиях и ограничениях).
С точки зрения кибернетического подхода управление ИС рассматривается как совокупность процессов обмена, обработки и преобразования информации. Кибернетический подход представляет ИС как систему с управлением (рис. 2.4), включающую три подсистемы: управляющую систему, объект управления и систему связи.
Рис. 2.4. Кибернетический подход к описанию ИС
Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления. Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информация {x} и канал обратной связи, по которому к управляющей системе передается информация о состоянии объекта управления {y}. Информация об управляемом объекте и внешней среде воспринимается управляющей системой, перерабатывается в соответствии с той или иной целью управления и в виде управляющих воздействий передается на объект управления. Использование понятия обратной связи является отличительной чертой кибернетического подхода.
Основными группами функций системы управления являются:
- функции принятия решений или функции преобразования содержания информации являются главными в системе управления, выражаются в преобразовании содержания информации о состоянии объекта управления и внешней среды в управляющую информацию;
- рутинные функции обработки информации не изменяют смысла информации, а охватывают лишь учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации;
- функции обмена информацией связаны с доведением выработанных решений до объекта управлений и обменом информации между лицами, принимающими решение (сбор, передача информации текстовой, графической, табличной, электронной и др. по телефону, факсу, локальным или глобальным сетям передачи данных и т.д.).
Для реализации кибернетического подхода часто используются имитационное моделирование или компьютерное моделирование.
Контрольные вопросы
1. В чем суть кибернетического подхода к описанию ИС?
2. Дайте кибернетическое определение системы.
3. Дайте определение понятию «управление».
4. Перечислите основные задачи управления.
5. Что такое «система управления»? В чем заключаются ее функции?