Обратная связь. Петля обратной связи и саморегулирование. Концепция Норберта Винера. Кибернетика и социум.

Современные кибернетические устройства, машины и аппараты значительно отличаются от заводных механизмов Декарта. Критическая разница заключается в наличии систем автоматического управления (САУ), основанных на концепции обратной связи, разработанной Норбертом Винером.

По концепции Винера, петля обратной связи представляет собой кольцевую систему причинно связанных элементов, в которой изначальное воздействие распространяется вдоль узлов петли так, что каждый элемент оказывает влияние на последующий, пока последний из них не «принесет сообщение» первому элементу петли.

Следствием такой организации является то, что первое звено («вход») подвергается влиянию последнего («выхода»). Это и позволяет осуществлять саморегулирование всей системы, поскольку изначальное влияние модифицируется каждый раз, когда оно обходит всю петлю. Обратная связь, по словам Винера, представляет собой «управление машиной на основе ее реального, а не ожидаемого поведения».

В более широком смысле, обратная связь стала означать передачу информации о результате любого процесса или любой деятельности к их первоисточнику.

Для наглядности принципов работы петли обратной связи, Винер приводил пример с рулевым, - один из простейших примеров петли обратной связи. Когда лодка отклоняется от установленного курса, скажем вправо, рулевой оценивает отклонение, а затем осуществляет противодействие, поворачивая руль влево. Это уменьшает отклонение лодки и даже может привести к переходу через нужное направление и отклонению влево. В некоторый момент, в ходе движения, рулевой производит новую оценку отклонения лодки, осуществляет новое противодействие, снова оценивает отклонение и так далее. Таким образом, поддерживая курс лодки, он полагается на постоянную обратную связь, причем реальная траектория лодки все время колеблется относительно установленного направления. Мастерство управления лодкой состоит в том, чтобы сделать эти колебания как можно менее заметными.

Похожий механизм обратной связи работает, когда мы учимся ездить на велосипеде. Сначала, когда мы только обучаемся езде, нам бывает трудно отслеживать обратную связь из-за постоянных изменений равновесия. Соответственно, нам трудно и управлять велосипедом. Так как, переднее колесо у новичка, как правило, сильно рыскает. Но по мере роста мастерства мозг начинает  быстрее отслеживать, оценивать, и точнее реагировать на движения велосипеда и наших рук, эффективная обратная связь уменьшает колебания переднего колеса,  и велосипед движется по нужной траектории, сохраняя требуемое равновесие.

Нам известно, что саморегулирующиеся машины, содержащие петли обратной связи, существовали задолго до появления кибернетики.

Например, центробежный регулятор парового двигателя, изобретенный Джеймсом Уаттом в конце восемнадцатого столетия, является классическим примером, а первые термостаты были изобретены еще раньше.

Первое внятное и подробное обсуждение петель обратной связи появилось в статье Норберта Винера, Джулиана Бигелоу и Артуро Розенблюта, опубликованной в 1943 году и озаглавленной «Поведение, цель и телеология». В этой новаторской работе авторы не только представили идею круговой причинности как логического паттерна, лежащего в основе технической концепции обратной связи, но также впервые применили ее к модели поведения живых организмов.

Занимая строгую бихевиористскую позицию, авторы утверждали, что поведение любой машины или организма, характеризующееся саморегулированием через обратную связь, может быть названо «целенаправленным», поскольку такое поведение преследует некую цель. Они иллюстрировали свою модель целенаправленного поведения многочисленными примерами - кошка ловит мышь; собака берет след; человек берет стакан со стола и т. д. - и проанализировали эти примеры на языке заложенных в них круговых паттернов обратной связи.

Норберт Винер и его коллеги считали обратную связь существенным механизмом гомеостаза - саморегулирования, которое позволяет живым организмам поддерживать себя в состоянии динамического равновесия.

Хотя Уолтер Кэннон на десять лет раньше в известной книге «Мудрость тела» ввел понятие гомеостаза, и дал также подробное описание многих саморегулирующихся метаболических процессов. Однако он так и не определил в явном виде замкнутые причинные петли, содержащиеся в них.

Обратная связь и петля обратной связи. Концепция Норберта Винера.

Таким образом, концепция обратной связи, введенная кибернетиками, привела к новому пониманию многих присущих жизни саморегулирующихся процессов. Сегодня мы понимаем, что петли обратной связи повсеместно встречаются в живом мире, поскольку они являются неотъемлемой частью нелинейных сетей, характерных для живых систем.

Положительная и отрицательная обратная связь.

Кибернетики различают два типа обратной связи - уравновешивающую (или отрицательную) и усиливающую (или положительную) обратную связь.

Поскольку специальные значения «отрицательного» и «положительного» в этом контексте могут легко ввести в заблуждение, следует объяснить их более подробно.

Причинное звено и влияние определяется как положительное, если изменение в А (на входе) приводит к изменению того же направления в Б (на выходе): увеличение А влечет за собой увеличение Б, а уменьшение А приводит к уменьшению Б.

Причинное звено определяется как отрицательное, если изменение Б происходит в противоположном направлении, т. е. Б уменьшается, когда А увеличивается, и увеличивается, когда А уменьшается.

Следует помнить, что значки «+» и «-» означают не увеличение или уменьшение, а относительное направление изменения связанных элементов: «+» означает одинаковое направление, а «-» противоположное.

Причина, по которой значки «+» и «-» оказались столь удобными, заключается в том, что они дают очень простое правило определения общего характера петли обратной связи. Она будет самобалансирующейся (отрицательной), если содержит нечетное количество отрицательных связей.

Часто петли обратной связи состоят как из положительных, так и отрицательных причинных связей, и тогда их общий характер легко определяется простым подсчетом количества отрицательных звеньев в петле.

Выбранные Норбертом Винером примеры управления лодкой и велосипедом идеально подходят для иллюстрации понятия обратной связи, поскольку они относятся к хорошо освоенному человеком опыту и их понимают сразу.

Для иллюстрации таких же принципов саморегулирования в механических устройствах Норберт Винер и его коллеги часто использовали один из самых ранних и простейших примеров обратной связи в технике - центробежный регулятор парового двигателя.

Центробежный регулятор парового двигателя состоит из вращающейся оси с двумя грузами («маховиками»), прикрепленными к ней таким образом, что под действием центробежной силы они расходятся, когда скорость вращения увеличивается. Регулятор расположен на вершине цилиндра парового двигателя, а грузы соединены с клапаном, который перекрывает пар, когда эти грузы расходятся в стороны. Давление пара управляет двигателем, двигатель управляет маховым колесом. Маховое колесо, в свою очередь, управляет описанным выше регулятором, и таким образом замыкается причинно-следственный цикл.

Обратная связь и петля обратной связи. Кибернетика и социология.

Значение концепции Норберта Винера для социологии.

Норберт Винер был убежден в том, что обратная связь - важнейший компонент моделирования не только живых организмов, но также и социальных систем. В книге «Кибернетика» он писал:

«Не подлежит сомнению, что социальная система является организационной структурой, подобной индивиду, то есть ее объединяет система связи, и она обладает динамикой, в которой круговые процессы типа обратной связи играют важную роль».

Именно открытие обратной связи как общего паттерна жизни, применимого к организмам и социальным системам, вызвало такой взволнованный интерес Грегори Бэйтсона и Маргарет Мид к кибернетике.

За всю историю социальных наук было изобретено множество метафор для описания саморегулирующих процессов в социальной жизни. Из наиболее известных - «невидимая рука», регулирующая рынок в экономической теории Адама Смита, «проверки и противовесы» в Конституции США, а также взаимодействие тезиса и антитезиса в диалектике Гегеля и Маркса.

Все явления, описываемые этими моделями и метафорами, обязательно включают в себя круговые паттерны причинности, которые можно представить в виде петель обратной связи, - и все же ни один из их авторов не выявил этого существенного факта.

Если круговых логических паттернов самобалансирующей обратной связи в жизни общества никто не замечал до появления кибернетики, то паттерн самоусиливающей обратной связи, в просторечии называемый «порочным кругом», был известен сотни лет назад. Эта выразительная метафора описывает неблагоприятную ситуацию самоухудшения в круговой последовательности событий.

Возможно, круговая природа таких самоусиливающих петель обратной связи была осознана гораздо раньше потому, что их последствия гораздо более драматичны, чем в самобалансирующих, отрицательных петлях обратной связи, широко распространенных в живом мире.

Существуют и другие известные метафоры для описания эффекта самоусиливающей обратной связи на ситуации в социальной сфере. Один из общеизвестных примеров - «накликанная беда», когда изначально безосновательные страхи толкают человека к действиям, в результате которых эти страхи становятся обоснованными и оправданными; другой пример - «эффект агитвагона», когда сомнительное движение получает социальную поддержку лишь за счет растущего числа его сторонников.

Обратная связь и петля обратной связи. Кибернетика и социология.

Несмотря на то, что самоусиливающая обратная связь широко запечатлена в народной мудрости, она практически не играла никакой роли на первых этапах развития кибернетики.

Кибернетики круга Норберта Винера признавали существование этих феноменов, однако не пытались вникнуть глубже в их суть. Вместо этого они сосредоточили свое внимание на саморегулирующихся процессах гомеостаза в живых организмах. Действительно, усиливающая обратная связь в чистом виде редко встречается в природе, поскольку она, как правило, уравновешивается петлями отрицательной обратной связи, ограничивающими тенденции к нарастанию.

В любой экосистеме, например, каждый вид обладает потенциалом экспоненциального увеличения своей численности, однако эта тенденция находится под контролем различных уравновешивающих взаимодействий внутри самой системы. Экспоненциальное нарастание может произойти только в случае серьезных нарушений в экосистеме. Тогда некоторые растения превращаются в «сорняки», некоторые животные - во «вредителей», а некоторые виды просто истребляются - и вот уже под угрозой оказывается равновесие всей системы.

В 1960-е годы антрополог и кибернетик Магоро Маруяма предпринял изучение самоусиливающихся, или «усиливающих отклонение», процессов положительной обратной связи. В своей знаменитой статье «Вторая кибернетика» Марого представил схемы обратной связи, в которых пометил знаками «+» и «-» их причинные узлы, и использовал эти удачные обозначения для подробного анализа взаимодействия процессов отрицательной и положительной обратной связи в биологических и социальных явлениях. Таким образом, он связал кибернетическую концепцию обратной связи с понятием взаимной причинности, которое к тому времени было разработано социальными исследователями, и тем самым значительно способствовал распространению влияния кибернетических принципов на социальную мысль.

С точки зрения истории системного мышления, одним из наиболее важных аспектов широкого изучения кибернетиками петель обратной связи стало осознание того, что они отражают паттерны организации. Круговая причинность в петле обратной связи отнюдь не предполагает, что элементы соответствующей физической системы соединены в кольцо. Петли обратной связи - это абстрактные паттерны взаимоотношений, заложенных в физические структуры или в деятельность живых организмов. Впервые в истории системного мышления кибернетики провели четкую границу между паттерном организации системы и ее физической структурой.

Это различение оказалось исключительно важным для современной теории живых систем!

Норберт Винер - человек, который впервые увидел обратную связь!

Обратная связь. Петля обратной связи и саморегулирование. Концепция Норберта Винера. Кибернетика и социология.

Женский сайт Я самая красивая.рф (i-kiss.ru)