1.6. Кибернетический подход. Системы управления

Постепенно усложняя структуру автомата, мы пришли в конце концов к структуре, которая в кибернетике называется системой управления. Ее схема приведена на рис. 1.2. Синтезируя автомат в соответствии с этой схемой, мы всегда сможем с уверенностью утверждать, что автомат является системой управления.

Рис. 1.2. Схема системы управления

Иное дело, если мы имеем автомат, устройство которого нам неизвестно, но действия которого можем наблюдать и над которым мы можем экспериментировать. Такой автомат в кибернетике называют черным ящиком. О черном ящике известно только следующее: его входы (рецепторы) и его выходы (эффекторы). Можно также обозревать его изолирующую оболочку, но заглянуть внутрь нельзя. Часто делается допущение, что вид его рецепторов и эффекторов известен. Например, известно, что черный ящик реагирует на звук и на свет. При этом он сам издает звуки, испускает световые сигналы и совершает движения исходящими из него рычагами. Но иногда и этой информации мы не имеем или имеем только часть таких сведений. В последнем случае условимся называть автомат очень черным ящиком.

Если исследование черного ящика - увлекательная проблема, то исследование очень черного ящика, кроме того, опасное дело. Ведь не знаешь, что может привести его в действие и как именно он будет себя вести. Тем не менее, путем построения гипотез и их экспериментальной проверки, иногда удается очень черный ящик не только сделать просто черным, но, более того, определить совокупность его возможных "восприятий" и отвечающих им реакций.

Чтобы определить поведение черного ящика, можно построить его модель в виде системы управления, схема которой приведена на рис. 1.2. Такая модель будет вести себя как исследуемый черный ящик, причем структура ее нам в точности известна. Можно сделать гипотезу о том, что черный ящик имеет внутреннее устройство, подобное устройству нашей модели, т. е., что схема рис. 1.2 эквивалентна черному ящику.

В данном случае при исследовании нового для нас объекта мы применили кибернетический подход в первой его форме (в форме гипотезы и ее проверки путем моделирования).

Предположим теперь, что нам удалось заглянуть внутрь исследуемого автомата. Опыт человечества показывает, что при всем разнообразии устройств автоматов в них всегда удается выделить части, которые можно считать выполняющими функции рецепторов, каналов связи, преобразователей информации, запоминающих устройств, эффекторов и изоляторов. При этом иногда сразу несколько функций совмещены в одной и той же части. Например, вспоминая поплавковый регулятор уровня жидкости, мы можем сказать, что его рычаг совмещает в себе канал связи и преобразователь информации, причем эта информация (в виде поворота рычага) преобразуется путем ее интерпретации (переистолкования). Идущий от поплавка сигнал о повышении уровня для клапана является сигналом, вызывающим его закрытие. Это - новая форма кибернетического подхода. Она заключается в том, что реальную систему мы истолковываем как систему управления.

При этом оказывается, что с помощью небольших "ухищрений" можно и объекты, заведомо не являющиеся системами управления, истолковывать как системы управления, в которых большинство функций совмещены. Например, кусок железа (или даже простой булыжник) можно истолковывать как систему управления, в которой рецептором, чувствительным к изменениям температуры, является этот кусок железа (или булыжник), он же является каналом связи и преобразователем информации, а также запоминающим устройством, он же представляет собой эффектор (расширяется или сжимается). Правда, такой "автомат" не имеет внешней обратной связи.

Из сказанного следует, что в тех случаях, когда приходится не синтезировать автомат, а анализировать его, выделение функциональных элементов начинают с истолкования отдельных частей автомата. Если при этом получается структура системы управления, автомат условно делят на части, соответствующие проведенному истолкованию. Каждая часть, кроме кибернетических функций, может выполнять и многие другие (например, канал связи может быть физической опорой рецептора и т. п.).

Точка зрения на изучаемый объект как на систему управления представляет собой кибернетический подход к исследованию объекта. Если этот подход плодотворен, то его следует применять. Подход к куску железа (или булыжнику) как к системе управления пока своей плодотворности не обнаружил и потому отвергается.

Кибернетический подход к автоматам, особенно при их конструировании, оказался чрезвычайно полезным. Он не только позволяет объяснить работу автомата, но и намечает методы построения новых автоматов.

Нужно отметить, что кибернетический подход возможен не только к искусственным объектам, но и к сложным естественным объектам и к их системам. Например, уже в настоящее время совершенно ясно, что живые организмы и их системы (такие, как семья, популяция, вид, даже человеческое общество) при определенных аспектах исследований не только можно, но и нужно рассматривать как системы управления. Практика - критерий истины. Успехи, достигнутые генетической инженерией, являются доказательством того, что кибернетический подход в биологии адекватно (правильно) отражает сущность реальных явлений.

Однако нельзя забывать, что кибернетический подход - это метод изучения, метод конструирования искусственных систем, но не объяснение сущности реального явления. Кибернетика всего лишь одна из естественных наук, а не философия.