Мақсаты: Кибернетика - басқару өнері.

Дәрістің жопары:

1) Қозғалыс кибернетикасы, кибернетика заңы.

2) Кибернетиканы басқару.

3) Биомеханикалық жүйе.

1) Қозғалыс кибернетикасы, кибернетика заңы.

Көптеген бұлшық еттердің, бұлшық ет топтарының қозғалысы басқа да бөліктердің өзара үйлесуі, үйлесімді жұмыс істеуі өте күрделі міндет болып табылады. Тірі организмдерде мұндай үйлесімділік баскару жөніндегі гылым-кибернетика заңы және оның принцип! бойынша іске асырылады. "Кибернетика атасы " деп аталатын Н.Винерге дейін басқару женіндегі гылымның негізгі принциптерін қалыптастырган совет галымы Н.А.Бернштейн болатын.

Николай Александрович Бернштейн медицина жене физика гылымының докторы болатын. Орталық нерв жүйесінін нерв-бұлшықет құрылысын және жүмысын терең білгендіктен, адамның қозғалысын зерттеу үшін биомеханикалық әдісті қолданды және козгаушы мүшелері зақымданған клиникалық материалдарды пайдаланды. Адамның қозгалысын басқару теориясы жөніндегі негізгі кдғидаларын Н.А.Бернштейн 1947 жылы "О построении движении" деген еңбегінде жариялады. Сол еңбегі үшін галым Мемлекеттік сыйлыгын алды. Қазіргі аса жогары техникалық және одістемелік деңгейде жүргізілген зерттеу жұмыстары Н.А.Бернштейн қағидалары-ның дұрыс екенін дөлелдеді.

Адамның денесі дегеніміз - бүлшықеттердің көмігемен қозғалатын механизмге жатады. Ал жүйелік-құрылымдық тұрғыдан қарастырсак, бұл қозғалатын механизм өздігінен басқаратын да механизм болып табылады. Система (жүйе) ергедегі грек тілінде жеке бөлшектерден құралған біртүтас деген мағынан білдіреді. адамның мүшелері мен тканьдардың бәрі бірдей қозғалысқа қатыспайды. Мысалы, асқазан, тері, жүрек-қантамыр жүйесі жөне басқада ішкі мүшелер қозгалыс әрекетіне тікелей қатыспайды.

2) Кибернетиканы басқару.

Кибернетика - басқару өнері. Басқару, байланыс жасау және түрлі информацияларды өвдеу туралы ғылым, Кибернетикадагы зергтелетін негізгі объектілер-кибернетикалық жүйелер • дерексіз түрде, ягни олардың табигаты, мазмұнына байланыссыз зерттеледі. Сондықтан кибернетика техникалық, биологиялық, өлеуметтік жүйелер секілді сапа жөнінен өр текті жүйелерді зерттеудің орталык төсілдерін қарасгырады. Кибернетикалық жүйе информацияны қабылдау, өндеу, түрлендіру, сақтау жөне алмастыру қабілеті бар бір-бірімен байланысты объектілерден-жүйе элементтерінен тұрады. Кибернетикалық жүйелерге өр түрлі техникалық реттеуіш, электрондық есептеуіш машиналары (ЭЕМ), адамнын, орталық нерв жүйесі, адамзат қогамы т.б. мысал бола алады. Жүйе элементтері белгілі бір параметірлер арқылы толык сипатталатын объектілерден тұрады. Параметірлердің негізгі екі түрі болады: үздіксіз паарметрлердің мәндері белгілі бір аралықта (мысалы,-! мен+1 арасында) жататын кез келген нақты сандардан түрса, дискретті параметрлердің әрқайсысы санаулы гана мөндер (мысалы, 0 мен 1-ді гана) қабылдайды. Кибернетикалық жүйе элементінің күйі өздігінен де, жүйенің баскд элементтерінің немесе жүйеден тысқары ену сигналдарының өсерінен де өзгере алады. Сонымен сол кездегі күйіне жөне қабылданатын сигнал байланысты шыгу сигналдарын түзеді. Бұл сигналдар басқа элементтерге енетін сигналдар ретінде берілетін немес жүйенін, сыртқа шыгаратын сигыалдарының қүрамына енеді. Кибернетикалық жүйе элементтерінің бір-бірімен байланысу төртібі осы жүйенін, структурасы деп аталады. Структурасы тұрақты жүйелермен қатар айнымалы жүйелер де кездеседі. Жалпы алғанда, структураның өзгеруі жүйенің қүрамындагы барлык элементтердің күйіне жөне оган енетін сигналдар тәуелді болады. Сонымен, жүйенің жүмыс істеу зандылығы жүйенің барлық элементтерінің өзгерістерін анықтайтын, олардан піығатыы сигналдар алдын ала беретін және жүйенің струтурасына өзгеріс енгізетін функциялар арқылы сипатталады, Егер осы функциялар түгелі мен өдеттегі бір мөнді функциялар болса, онда жүйе анқталган деп, ал егер олардың барлығы немесе бірсыпырасы кездейсоқ функциялар болса, онда жүйе ықтималды жүйе деп аталады. Кибернетикалық жүйенІ тольгқ сипаттау үпгін аталган функциялармен қагар жүйенід бастапқы стурктурасы мен оның барлық элементтерінін, бастапқы күйі беріледі.

Кибернетикалық жүйелердің классификациясы. Егер жүйе элементтерінің күйі, сондай-ақ олар арқылы өтіп жатқан

сигналдар уздіксіз параметрлер арқылы берілсе, он да ол үздіксіз жүйе, ал аталгагн шамалардың бәрі де дискретті шамалар болса, онда жүйе дискретті жүйе деп аталады. Аралас немесе гибридтік жүйелерде бүл шамалар екі түрде кездеседі. Кибернетикалық жүйелерді үздіксіз және дискретті деп жіктеу, көбінесе келісімге байланысты. Мысалы, жарық сәулесінің табигаты дискретті (кванттық) болганымен, оны сипаттайтын негізгі ұғымдар үздіксіз параметрлер арқылы анықталады. Керісінше, кез келген үздіксіз параметрдің мәнін абсолют дәл елшеуге болмайтындыңтан, іс жүзінде оның тек дискретті мәндері гана есепке алынады. Демек, шаманы оның дискретті мондері арқылы анықтау төсілінің өрісі үздіксіз мәндер тәсілінен кеңірек болганы. Үздіксіз жүйелер жай дифференциялдық тендеулер териясының көмегімен зергтелсе, дискретті жүйелер үшін алгоритмдер теориясы мен автоматтар теориясы қолданылады. Жүйелердің екі математикалық теория-информация теориясы. Кибернетикалық жүйелердің күрделілігі екі фактормен анықталады. Бірінішсі-жүйенің өлшемділігі, яғни оның барлық элементтерінің күйін сипаттайтын параметрлердің жалпы саны. Екіншісі фактор- жүйе элементтері арасындағы байланыстың жалпы саны мен түрлері арқылы анықталатын оның структурасының күрделілігі.

Күрделі кибернетикалық жүйе деп жүйе элементтерінің жөне олардың арасындагы байланыстардық сапы мен түрлирі көп жүйелерді айтады. Егер жүйе элементтеріиің арасындагы сигнал алмасу процесі осы жүйенің ішінде түйықталатын болса,онда ол жабык, немесе тұйық жүйе деп аталады. Ашык, жүйе деп, жалпы жагдайда енетін де, шығатын да сигналдары бар жүйені сырттан да сигналдары бар жүйені айтады. Әрбір ашық кибернетикалық жүйенің сыртан келген сигнал ды қабылдайтын рецепторлары (қабылдагыштары) және шығатын сигналдары беретін эффектор лары (атқарушы механизмдері) болады. Масылы, ашық жүйе ретінде адамды алып қарастырсақ, оның рецепторлары сезім мушелері (көз, құлақ т.б,}, ал эффекторлары дыбыс мүшелері, ым кимылдары т.б. болмақ. Табиғаттагы түрлі объектілерді информацияны түрлендіретін элемент немесе осындай элементтер жүйесі ретінде қарастыру осы объектілерді кибернетикалык, түргыдан зерттеу болып табылады. Мысалы, кибернетикалык тұргыдан нейрондар жүйесі ретіпде қарастырганда олардыц аішіиі, мөлшері, химиялық құрамы есепке алынбайды да, яейрондардың күйімен оның өзгеру зандылықтары, өзара байланысы жөне өндіретін сигналдары зерттеледі. Әдетте күрделі кибернетикалық жүйенің информацияны сақтау қабілеті де мол болады. Жүйенің мүндай қасиетін адам миына

ұқсас еске сақтау қабілеті (жады) деп атайды. Информацияны "еске сақгау" қабілеті бар электрондык, есептеуші машинасы (ЭЕМ) информацияны түрлендіруге арналған техникалық жабдықтардың ішінде ерекше орын алады. Қаралайым машин алардың элементтері арасындары байланысты шығарылгалы отырған есептерге орай өзгеру оператордың қолында болса, аз қазіргі ЭЕМ берілген тапсырманы ездігінен күні бұрын "жаттап" алган программа бойынша жасайды. ЭЕМ-нің аналогы машинадан өзгешілігі-оның дискретті информация бойынша жұмыс атқаруы. Мұндай информация цифрлардың, әріптердің, тыныс белгілерінің т.б. символдардың қатар түрінде берілуі мүмкін. Машина ішінде осы информация кодталады, ягни екі түрлі ғана мөн қабылдайтын сигналдар жүйесіне айналады. Олай болса информацияны кез келген ережелер бойынша түрлендіру ЭЕМ арқылы орындауға болады. Кодтау теориясында кез келген дискретті информацияны, сондай -ақ кез келген үздіксіз информацияны берілген дөлдікпен цифролар тізбегі түріне келтіруге (кодтауды) болады. Олай болса, қазіргі ЭЕМ информацияны түрлендірудің универсал құралы болып табылады. ЭЕМ-нщ жұмыс істуе төртібітек қана адамның қатысуы бойынша өзгеруі шарт емес. Тиісті рецепгорлары мен эффекторлар арқылы ЭЕМ-нің тысқары ортамен байланысын, оның жұмыс істеу төртібі сыртқы ортаның езгерістеріне орай реттеп отыруға болады. Күрделі кибернетикалық жүйелердід жұмсы істеу тәртібінің езгеруі жинақталған информацияларга байланысты болады. Информацияны сақтаудың түріне қараЙ жүйенің жұмыс істеу төртібінің өзгеруі екі типке бөлінеді: егер бүл өзгеріс жүйенің кейбір параметрлерінің мәндерін езгерту арқылы жүзеге асса, онда жүйе өздігінен бапталу жүйесі деп, ал жүйенің структурасын өзгерту арқылы орындалса, онда ол өздігінен ұйымдастыру жүйесі дел аталады. Кибернетикалык, жүйенің жұмыс істеу төртібін қойылган мақсатқа сай озгерту, басқару аркылы жүзеге асады. Бүл жағдайда кибернетикалык жүйе басқару объектісі мен басқарушы жүйеден тұрады. Басқарушы жүйе тура байланыс каналдары атқылы басқару объектісін өсер етеді. Жүйенің сыртқы ортамен де байланысы болуы мүмкін. басқарушы жүйенің негізгі сақсаты қабылданған информацияны талдап, сұрыптап, түрлендіріп басқару объектісіне өсер ету. Мақсатына және ерекшелігіне қарай басқару мынадай негізгі түрлерге белінеді. Программалық басқару кезінде объектіге баЪқару сигналдар алдын ала белгілеьген төртіп бойынша беріліп отырады. Мұндай басқаруда кері байланыс болмайды. Программмалық басқарудың қарапайым мысалы светофор-автомат.

Автоматтық реттеу-басқарудың көптен белгілі қарапайым түрі. Мысалы, әр түрлі қозгалтқьіштардагы реттеуішгер, термостаттарда пайдаланылатын жылу релелері т.б. Оптималды басқару жүйелерінің негізгі екі тобына байланысты оптималды критерий белгісі деп аталатын функцияның ең үлкен (немесе ең кіші) мөнін қабылдауды. Бірінііпі топтағы параметр лер (тысқары шарттар) жүйеге төуелсіз өзгереді, а л екіншісі топтағы параметр лер жүйені басқару сигналдарына байланысты болады. Теуелсіз параметрлердің өзгеруіне қарай, басқару жүйесі өзіне тәуелді параметрлерді оптималдық критерийінің мөні барьшша үлкен (немесе кіші) болатындай етіп өзгертіп отыруга тиіс. басқарудың түріне байланысты оның түрақтылыгы туралы мәселе қарастырылады. Сондай-ақ кибернетикда елеулі орын алатын мөселе-кибернетикалық жүйелердің сенімділік теориясы.

Кибернетика тәсілдері. Өзінщ негізгі объектілері кибернетикалық жүйелерді зерттеуде кибернетикада негізінен үш төсіл қолданылады. Олардың екуі, математикалық-аналит. және эксперемнеттік тәсілдер, басқа гылымдарда да кеңінен қолданылады. Кибернетиканың аса маңызды жетістіктерінің бірі-математикалық эксперимент немесе математикалық модельдеу деп аталатын жаңа тосіл. Бұл гәсіл бойыніна зерттеліп отырған объектіні бейнелейтін мәліметтер және осы мәліметтерге сөйкес объектінің параметрлеріне өзгеріс енгізетін багдарламалар ЭЕМ-нің еске сақтау қондырғысына

орналастырлады. ЭЕМ-нің жылдамдығы ото үлкімі болгандықтан, көптеген ІІроцестерді оаінің тлПигп «ту уақытынан анагұрлым тез модельдеуге болады. Математикалық модельдеудің бірінші кезецінде зерттеліп отырран жүйе жеке блоктарга және элементтерге жіктеліп, олардың арасындағы байланыстар ашылады. Бүл мәселе жүйелік анализ аркылы шешіледі. Зерттеудің мақсатына байланысты объектінің жіктелу тәтібі езгеріп отыруы мүкін. жүйенің өр бөлігш сан және сапа жағынан сипаттайтын параметрлер белгіленеді де, олардың арасындары байланыстарды айқындауға әдетте, түрлі гылымдардың өкілдері қатысады (мысалы, математика, экономист, инженер т.б.). Осы ортак жұмыстың нәтижесінде жасалган объектінің әр жақты сипаты оның математикалық моделі болып табылады. Жүйе багдарламалары осы модельді және экспериментке қажетті жабдықтарды машина тіліне аударқды. Экспериментгі жүргізу, соның нәтижесінде әр түрлі қорытындылар жасау-операцияларды зерттеу пөнінін, мазмүнын қүрайды.

Тарихи маглұматтар. Кибернетикалық терминін бірінші рет басқарудың жалпы мағынасында қолданған ежелгі грек философы Платон болса керек. Бірақ кибернетиканың шынайы ғылым ретіыде қалаптасуы кейінгі кездерде гана жүзеге асты. Бу машинасына арналган алгашқы реттеуіштерді И.И. Ползунов пен Дж. Уатт ойлап тапты. Онан кейін реттеуіштердің жетілдірілген түрлері жасалады. 20-ғасырдың басында жасалган дифференциалдық анализатор авгоматтық реттеудің геориясы мен практикасында елеулі роль атқарады. Осыдан бастап аналогты есептеу техникасы кеңінен өріс ала бастады. 20-расырдың 30 жылдарында кибернетиканың қалыптасуына дискретті информацияны түрлендіру теориясы эсер етті. 19-гасырдың ортасында Дж. Буль (Англия) математикалық логиканың негізін салады. 20-расырдың 20 жылдары алгоритмдер теориясының негізгі қаланды. 1936 ж. A.M. Тьюринг (АҚШ) кейіннен Тьюринг машинасы аталган гипотезалық дискретті информацияны түрлендіруге арналған универсал машинаның принциптерін қорытты.

Кибернетиканың мөселелерімен ойларының тууына себеп болган екінші бір жөй-дискретті информация түрлендіргіштердің жасау ісі болады. Қарапайым арифмометрді Паскаль (Франция) 17 ғасырда ойлап тапты. 19-ғасырда Ч. Беббидж (Англия) автоматтык есептеуіш жасамақ болады. 20-гасырдың 30 жылдарында автоматтық телефон орталықтарының өрістеуіне байланысты дискретті информацияның түрлендіргішгеріне қатты көңіл бөліне бастады. 1938 ж. К. Шеннон (АҚШ), ал 1941 ж. В.И. Шестаков математикалық логика аппаратын релелі- контактілі схемалардың анализ! мен сингезіне пайдалануға болатының керсетті ЭЕМ-нің жасалуы 20-гасырдың 40 жылдары кибернетиканың қалыптасуындагы шешуші адым болады. ЭЕМ-нің пайда болуына байланысты шынайы күрделі басқару жүйелерін зерттеуге жөне іске асыруга мүмкіндік туды. Көп ұзамай-ақ (1948) Н. Винер (АҚЩ) өзінің өйгілі еңбегінде осы кезге дейінгі материалдарды бір тұргыдан баяндап, гылымының жаңа саласын "кибернетика" деп атады. Кибернетика идеяларының біздің елімізде кеңінен epic алып дамуына А.Н. Колмогоров, A.M. Ляпунов, В.М. Глушков т.б. көптеген совет гылымдары үлкен үлес қосты.

Кибернетикалық негізгі тараулары. Қазіргі заманғы кибернетика жалпы алганда fcen тараудан түрады. Оның теориялық өзегі болып табылатын тараулар - информация теориясы, кодтау теориясы, алгоримдер мен автоматтар теориясы, жүйенің жалпы теориясы, оптимальды процестер теориясы, операциялары зерттеу төсілдері, формальды тілдер

теориясы. Іс жүзінде кибернетиканың қазіргі мақсаты күрделі басқару жүйелер меы өр текті ой еңбегін авгоматтандыратын жүйелерді жасау болып огыр. Жаратылыс тану гылымдарының тұргысынан карағанда қибернетиканың алдында тұрган күрделі мәселелердің бірі-миды, оның атқаратын өр түрлі қызмегтерін модельдеу. Осы айтылған мәселелерді шешудегі негізгі техникалық кұрал ЭЕМ болып табылады. Сондықтан да кибернетикалық теория жөнінен де, практика женінен де электронды есептеу техникасына байланысты дамиды. Кибернетиканың жетістіктерін жеке гылымдар саласында кеңінен қолданудың нәтижесінде бірнеше ғылми бағыттар пайда болды. Олар экономик, кибернетика, биол. кибернетика, мед. Кибернетика, тех. кибернетика, математикалық тіл білімі. Кибернетика төхникалық-басқарудың технпкалық жүйелерін зерттеуде кибернетика л ык бірынгай идеялар мен өдістерді пайдалануга байланысты шыққан гылыми багыт. Ол ендірісті комплексті түрде автоматтандырудың, шаруашылық салаларын баскару жүйелерін жобалау және кұрастырудың гылыми негізгі болып табылады. Күрделі баскару жүйелерінде автоматтар мен адам арасындагы міндеттерді тиімді түрде бөлісу мөселесі кибернетиканың осы саласында қарастырылады. Адам мен автоматтардың жүмыстарын өзара үйлестіру нәтижесінде автоматиканың техникалық жабдықтары мен адамның физикалық және' интелектуалдық мүмкіндіктері мен іс-өрекеттерін қабыстыратын тетік-киборгтер ("кнбернетикалык организмдер") найда болады. Бүлар адам өміріне қауіпті және адам жакынпан босқара алмайтын объектілорді б{к:к,ару ісімдс жиі қолданылады. Адамның автоматтандырылган жүйелср жұмұсына араласуы оның физиологиялык ерекшеліктерімен катар психикалык күйіне де көңіл бөлуді талап етті. Осының нәтижесінде гылымының жаңа саласы инженерлік психология пайда болады. Коптеген мөселелерді (мысалы, кеме мен ұшу аппараттарын баскару, елшеуіш және бақылауыш тетіктер жасау т.б.) шешші үшін басқару мәселесінің табигатта кездесетін әдістерін пайдалану негізінде өріс алған бионика да кибернетиканың басты саласы болып саналады. Кибернетиканың тагы бір жаңа тармағы - бейне танығыштық қабілеті бар жүйелер жасау мәселесі. Бұл жүйелер оқитын автоматтар жасауда, технологиялық процестер мен физикалық эксперименттерге талдау жасауда, медицинада ауруга диагноз коятын автоматты кұрьілгылар жасауда пайдалані.ілады. Басқару жүйелерінде, әсіресе автоматтандырылган баскару жүйелерінде есетеу техникасының кеңінен пайдаланылуы сонгы жылдары кибернетиканың дамуының бір ерекшелігі больш отыр. Автоматтандырылган баскару жүйелерін жасау

техника лық кибернетиканы, системотехника, информация теориясы жөне экономикалық кибернетика негіздерінде яске асырылып отыр. Басқарудың барлык салары бір-бірімен тығыз байланысгы. Әдетте кибернетика өндірісті басқарудың төменгі сатыларына (агрегат, технологиялық процесс т,б.), ал системотехника орта сатыларына (өкімшілік-ұйымдастыру органдары т.б.) соңдай-ақ гылыми эксперименттерді жобалау жене оны автоматтандыру мәселерімен шұылданады. Автоматтандырылган басқару жүйелеріи іске қосу үіпін ең алдымен ұйымдастыру жұмыстары мен техникалық дайындық жасау қажет болады. ¥йымдастыру жұмыстары өндірістік процестерді алгоритмдеу, жүйенің жөне оның бөліктерінің алгоритмдерін жасаудан тұрады. Техникалық дайындық кезінде автоматтандырылған басқару жүйелерінің тиімділігін арттыратын техникалык тетіктер тандап алынады.

Басқару жүйелер өртекті көптеген техникалық жабдықтардан құралатындықтан оларды басқару ісінде автоматтандырудың маңызы зор. Осытан байланысты жүйе жұмысының орындалу барысын оператор адамның тікелей қадагалауы үіпін жарық таблолары, мнемосхема, арнаулы экрандар, ендірістік телевизия т.б. пайдаланылады. Осы тұрғыдан кибернетика жөне автоматгы басқару теориясы өзара қабысып жатады. Мысалы, автоматты басқару жүйелерінің динамикалық сипаттамаларын зерттеу кибернетикаға да, автоматты басқару теориясына да ортақ. Басқару жүйесіне адамның қатысуы көптеген қызықты да қиын мәселелерді шешуші талап етуде. "Адам-машина" жүйесін басқару мәселелерінің тым көбейіп кетуіне байланысты оларды белгілі бір принциптер теңірегіне жинақтап жалпылаудың маңызы артып отыр. Сондықтан кибернетиканың бүгінгі дамуының басты бағыты күрделі басқару жүйелерінің модельдерін жасап зерттеу төңірегіне топталуда. Орнықтылық, тиімділік, бейнелерді тану, шектелген автоматты жүйелерді зерттеу, сол сияқты күрделі экономикалық - математика есептерді Іпешу бүгінгі кибернетиканың ең маңызды салары болып табылады. Аталган қиындықтарды жеңудің негізгі өдістерді-декомпозиция және агрегаттау өдістері. қазіргі кибернетикада бүкіл басқару жүйесін жөне оған қатысты кез келген шағын жүйені қамтамасыз етуге ықпал жасаушы факторларды іріктеп алуға мүмкіндік беретін көп критериялық проблемасының маңызы артты. Басқарудың күрделі техникалық жүйелерін зерттеудегі қазіргі ең тиімді өдіс-модельдеу. Автоматтандырылган басқару жүйелерін зерттеуде белгілі аналоггы цифролы немесе осылар біріктірілген модельдеу әдістерінен өзгеше "адам-машина" жүйелерін басқару мақсатында модельдеуіш комплекстер және

орталықтар құрылуда. Бұлардың құрамына аналогты жене цифрлы машиналардан баска "адам-машина" /күйесінің жұмысын реалды күйге меилінше жуықтатуга мүмкіндік беретін информацияларды өзгерту тетіктері, арнаулы пульттер, байланыс жабдықтарды кіреді.