Univerzitet u Novom Sadu

Pedagoški fakultet u Somboru

Dizajner Medija U Obrazovanju

Seminarski rad iz:

Organizacija sistema obrazovanja

Tema: Kibernetika kao upravljačka metoda

Kandidati:

Stefan Janjić 06/02/008

David Čeh 06/02/012

Aleksandar Jamina 06/02/027

Nebojša Smolčić 06/02/028

Sombor, Maj 2010.

Sadržaj:

Uvod..................................................................................................................................................3

Kibernetika kao put stvaranja opšte teorije upravljanja....................................................................4

Teorija informacija i povratna sprega................................................................................................4

Istraživanje sistema metodom „crne kutije“......................................................................................6

Kibernetika kao zakonitost................................................................................................................9

Kibernetske osnove organizovanja sistema.....................................................................................10

Kibernetski sistem...........................................................................................................................11

Zaključak..........................................................................................................................................13

2

Uvod

Termin kibernetika nastao je od grčke reči „kibernautes“ što znači „vođa mornara“ ili „kormilar“.

Kibernetika je nauka o opštim zakonima procesa upravljanja, komunikacije i organizovanja sistema (tehničkih i prirodnih) i njihovom međusobnom odnosu u pogledu načina primanja, predaje, čuvanja, obrade i korišćenja informacija.

Knjiga „Kibernetika“ prof. Norberta Winera napisana je 1948. godine na univerzitetu Masečusets, iste te godine nastala je i kibernetika kao naučna disciplina. Na osnovu te „nauke o upravljanju“ prof. Norbert Winer je prvi započeo i opštu teoriju sistema, s ciljem stvaranja reda teorijskih promena, načela, principa, metoda i zakonitosti ponašanja sistema kojima se rešavaju problemi funkcionisanja i upravljanja.

Postavljajući osnove kibernetike Viner je pokazao da interdisciplinarni problemi mogu da se rešavaju matematičkim metodama, ukazujući na važnost procesa upravljanja raznorodnim pojavama u prirodi.

Ideja da opšta teorija sistema bude baza svih znanja i da se nalazi u osnovama svake nauke, dovela je kroz naučnu revoluciju do nastanka novih aksiomatskih principa (kibernetskog) optimalnog upravljanja složenim sistemima.

Definicija kibernetike po prof. Norbertu Wineru:

„Kibernetika je nauka o opštim zakonima procesa upravljanja, komunikacije i stvaranja sistema (tehničkih i prirodnih) i njihovom međusobnom odnosu u pogledu načina primanja, predaje, čuvanja, obrade i korišćenja informacija“.

3

Kibernetika kao put stvaranja opšte teorije upravljanja

Snaga ideje koja leži u osnovi kibernetike sadržana je u tome što su jasno pokazani putevi stvaranja opšte teorije upravljanja. Iako su se mnogi protagonisti klasičnog procesa ironično odnosili prema kibernetici, ona je ipak nastavila svoj pobedonosni hod, potvrđujući pravo na afirmaciju svojim teorijskim i praktičnim rezultatima koji su je doveli do toga da kao nauka ima pravo na akademsko priznanje.

Osnovna tri obeležja kibernetičkih sistema su:

Složenost Stohastičnost Autoregulacija

Na osnovu toga moguće je razgraničiti tri osnovna metodološka aspekta kibernetskog učenja:

Metoda „crne kutije“ Teorija informacija Povratna sprega (autoregulacija)

Imajući u vidu činjenicu da se za različite sisteme razlikuju i načini upravljanja, sledbenici N. Winera na osnovu teorije upravljanja razvijaju dve nove teorije:

Teorija komunikacije Teorija odlučivanja

Teorija informacija i povratna sprega

Osnovna načela teorije informacija dali su Claude Shannon i Warren Weaver u knjizi „Matematička teorija komunikacije“, gde u centar interesovanja stavljaju statički aspekti, odnosno oblik ponašanja stohastičkih sistema koji je isključivo uslovljen stepenom raspoloživosti stohastičkih informacija.

Kako je osnovna ideja teorije informacija vezana za pojam komunikacionog modela, merenje količine informacija, utvrđivanje kapaciteta komunikacija, te revolucionisanje upravljanja, proizilazi da je njena direktna primena uslovljena visoko sofisticiranom tehnologijom. Informaciona tehnologija zajedno sa teorijom informacija čini informacioni sistem.

4

Funkcionisanjesistema

Korekcija

Ulaz Izlaz

Povratneinformacije

Korekcijeulaza

Povratna sprega predstavlja niz uzročno-posledičnih povezivanja elemenata stanja i elemenata promene stanja sistema putem povratnog dejstva, tako da izlazna veličina dodatnim naredbama korektivno utiče na ulazne veličine. Time se sistemski izlaz vraća u vidu povratnog dejstva kao dodatni ulaz u sistem čime se ostvaruje funkcija kontrole nad kvalitetom izlaza jer upravljački član ponavlja korektivno delovanje sve dok ne kompenzuje uticaj spoljnih faktora.

Da bi sistem imao odgovor na svako moguće stanje u okruženju i tako se osigurao od nekontrolisanog ulaza, neprekidno skuplja informacije o sebi iz sopstvenog izlaza kako bi korigovao stanje na ulazu:

- Automatski (automatska povratna sprega – npr. termostat)

- Manuelno (manuelna povratna sprega – stanje zaliha)

Upravljačka tranzicija izvedena je preko kola povratne sprege. Na dijagramu je prikazan grafički prikaz ove tranzicije:

Herbert A. Simon: „Između upravljanja i odlučivanja može se staviti znak jednakosti“.

5

Istraživanje sistema metodom „crne kutije“

Metoda „crne kutije“ (‘’black box method’’) se primenjuje da bi se prevazišao problem velike složenosti stanja sistema, tako da se posmatra redukovan broj ulaznih i izlaznih veličina i pokušavaju se otkriti zakonitosti procesa transformacije.

Dedukcijom se iz pravila ponašanja „crne kutije“ izvode određeni zaključci o komunikaciji, budućem aproksimativnom ponašanju sistema.

Ova metoda se koristi u svakodnevnoj praksi, što se može ilustrovati brojnim primerima iz medicine npr. lekar postavlja pitanja (ovo predstavlja ulaz) i na osnovu odgovora (ovo predstavlja izlaz) uspostavlja dijagnozu.

Crna kutija, kao neistraženi deo sistema proučava se ispitivanjem reakcija na delovanje ulaza, pri čemu se polazi od izvedenih hipoteza o ponašanju tog objekta, odnosno od sudova, na osnovu spoljnih manifestacija i bez poznavanja strukture sistema.

Pozabavićemo se primerom metoda „crne kutije“ pomoću sistema S koji ima 4 ulazne veličine i 3 izlazne promenjive. Tabelarni prikaz ovog primera dat je na slici:

Tabelarni prikaz metode „crne kutije“

Na osnovu matrice ulaza i izlaza izvode se pravila ponašanja sistema, odnosno određuju tri funkcije za tri izlaza, opšteg oblika y=f(x).

6

Analizom prethodne matrice zapaža se da se zavisnost izlaza od ulaznih promenjivih ne može prikazati jednostavnom logičkom funkcijom, već se koristi metoda Karno-ovih mapa čija je suština predstavljena u sledecoj tabeli.

Karno-ove mape

Nakon izvršene metode analize metodom „crne kutije“ i Karno-ovih mapa otkriva se deterministička zakonitost ponašanja sistema.

Analogno pojmu „crne kutije“ uveden je pojam „bela kutija“ gde su poznati zakoni ponašanja i procesa u dinamičkom sistemu, a obe navedene varijante grafički se mogu prikazati na sledeci način:

7

Crna i bela kutija

U svakoj beloj kutiji ostaje nešto neobjašnjivo i nepoznato, tako da je nemoguće izvršiti potpunu transformaciju crne u belu kutiju, što ima za rezultat nastajanje sive kutije.

Primenom metode crne kutije koja je sastavljena od elemenata stanja sistema i elemenata promene stanja sistema, u kome se odigrava transformacija, može se analizirati jedan sistem, što se može grafički predstaviti na sledeći način:

Analiza sistema metodom crne kutije

Posmatranu transformaciju možemo prikazati i matematičkim modelom:

St +n: X

t+mZY t+1

, gde su

St +n– stanje sistema u trenutku

X t+m– ulaz u sistem u intervalu t+n

Y t+1– izlaz iz sistema u intervalu t+1.

Z – struktura sistema koja je relativno stabilnih stanja, koja se mogu prikazati u vidu St(S1

t,

S2t

,S3t

, ...), tj. u sukcesivnim vremenima t+i; i = 1,2,...

8

Analogno problemu kompleksnosti koji se rešava metodom crne kutije, problem stohastičnosti se rešava teorijom informacija kao što se problem autoregulacije rešava kolom povratne sprege (kolo povratnog dejstva).

Kibernetika kao zakonitost

Složenost i brzina odvijanja kibernetskih procesa izmiče kontroli čoveka usled njegove ograničenosti tako da su se javljale ideje o konstruisanju takvih mašina koje bi izvršavale niz aritmetičko-logičkih operacija.

Kibernetika se koristi matematičkom logikom, teorijom verovatnoće, numeričkom matematikom, teorijom informacije i teorijom sistema, pokušavajući da stohastičke sisteme prevodi u determinističke, nastojeći da tako stvori harmoniju dela i celine.

Zakonitost kibernetike počiva na pravilima:

opšte teorije kibernetike (opšta pravila upravljanja),

tehničke teorije (analogni i digitalni sistemi), i

primene kibernetike (psihologija, ekonomija, medicina itd.)

Metode kojima se bavi kibernetika u svom sistemskom pristupu zasnivaju se na tri ključne specifikacije:

metoda crne kutije,

metoda modeliranja, i

metoda povratne sprege

Kod upravljivih (regulišućih) sistema neophodno je prisustvo i poštovanje određenih zakonitosti preko kojih se ostvaruje funkcija upravljanja, čiji je zadatak da sve što u sebe primi, promoviše u nov kvalitet, što se može prikazati sledećom slikom:

9

Strukturalno i funkcionalno jedinstvo objekta upravljanja (OU), subjekta upravljanja (SU) i međusobnih informacionih veza (Io,Is) čini upravljiv (regulišući) sistem, tj. Kibernetski sistem koji se pojavljivao kao:

Samoupravljivi

Samoregulacioni

Samoorganizirajući informacioni sistem

Samoorganizujući informacioni sistem funkcioniše prema zakonitosti zatvorenog kruga (povratna sprega), kako bi bio sposoban da stvara, prima, prerađuje, koristi i predaje informacije za stvaranje optimalnih uslova za funkcionisanje sistema.

U funkcionisanju svakog sistema pojavljuju se smetnje koje skreću sistem sa cilja, mogu biti:

Interne smetnje kao posledice unutrašnjih uzroka

Eksterne smetnje nametnute iz okruženja

Smetnje otklanjamo stvaranjem brane oko sistema (izolacija) i stvaranjem rezervi u sistemu

Kibernetske osnove organizovanja sistema

Upravljanje je adaptivno organizaciono dejstvo na objekte sistema i spoljnu sredinu kojom se ostvaruje neki cilj.

Adaptivno upravljanje predstavlja upravljačke akcije kojima se ostvaruju promene strukture i karakteristike objekata stanja sistema.

Faze upravljačkih aktivnosti:

analiza željenog i stvarnog stanja

odlučivanje o promenama stanja

kontrola provođenja akcija

10

Adaptivni upravljački sistem se može definisati kao sistem sa povratnom spregom koji je dovoljno inteligentan da podesi vlastite karakteristike prema promenama u okruženju, tako da može operisati na optimalan način shodno postavljenom kriterijumu.

Delovi upravljanja ukupnim sistemom mogu da se organizaciono prenose na podsisteme, ali i određena upravljačka organičenja. Otklanjanje ograničenja se vrši formiranjem upravljačkih zadataka vezanih za upravljanje kapacitetima, materijom, energijom i informacijama, tako da se prema predmetu upravljanja dodeluju zadaci i ograničenja istovremeno u postupku razvijanja upravljačke strukture.

Kibernetski sistem

Kibernetski sistem je ekvivalent samoupravljivog sistema, gde je objekat upravljanja baza, a upravljački subjekt nadogradnja organizovana kao informacioni, upravljački i izvršno-kontrolni sistem, povezani u kibernetski redosled.

Funkcije procesa upravljanja:

pripremanje odluke – nadležnost informacionog sistema

donošenje odluke – nadležnost upravljačkog sistema

izvršavanje i kontrola odluke – nadležnost izvršnog sistema

Između upravljačkog i upravljanog dela postoji dvojna relacija:

preko jedne upravljani deo daje informacije o svom stanju, a

preko druge upravljački deo deluje na promenu stanja

Osnovna karakteristika kibernetskih sistema je da se jedan broj elemenata odnosi na upravljačke, a drugi na upravljane objekte, između čijih elemenata postoji dvostruka relacija što se vidi na slici:

11

Sa slike se vidi da preko jedne relacije upravljani deo daje informacije o svom stanju, a preko druge upravljački deo deluje na njegovu promenu, tako da se eventualne promene stanja, pri konstantnim ulazima, jedino mogu izazvati izmenom upravljanja.

Procesi upravljanja uvek formiraju jedno pravilo ili zakon po kome se ostvaruje proces transformacije, odnosno prenosna funkcija sistema. Jednu klasu sistema koja poseduje osobine dinamičnosti, otvorenosti i upravljivosti označavamo pojmom samoupravljivih, odnosno njima ekvivalentnih kibernetskih sistema.

Navedene osobine jednog sistema, da bi on bio kibernetski, služe i kao kriterijum identifikacije kibernetskog sistema npr. Vozilo sa vozačem kojeg uvek treba posmatrati preko skupa svih ciljeva baze i nadgradnje kao nužnog tereta upravljanog dela, a navedena uzajamna povezanostmože se prikazati na sledeći način:

12

Zaključak

Razvoj informacionih tehnologija uslovio je primenu kibernetike u obrazovanju. Škola se na ovaj način tretira kao kibernetski sistem čiju dinamiku je moguće automatski regulisati. Bazu tog koncepta čine interakcije između input-output komponenti škole kao sistema. S tim da se one ocenjuju na osnovu uvida o korelacijama vezanim za dinamiku pojedinih elemenata.

Promena odnosa između izlaznih i ulaznih stanja tih elemenata u vremenskoj sukcesiji, izražava dinamiku kvaliteta obrazovanja u tim periodima. Sve izlazne i ulazne promene transformišu se u ekvivalente rada i konstruiše model u kome se sve te promene kvaliteta svode na rad, kao jedinstveni prikaz uspešnoti obrazovanja.

Pod dejstvom upravljačkih akcija i spoljne sredine sistem se u svakom momentu nalazi u stanju koje vrednosno pripada polju tolerancije njegovog ponašanja, a obradom informacije dolazimo do zaključka o razlici na osnovu koje se stvara nova informacija koja ulazi u upravljački deo sistema.

Da bi se informacije prenosile iz izvora i eventualno već kodirane prenosile u nekom mašinskom obliku, kako bi se kasnije dekodirale, važno je predpostaviti da postoji odgovarajući komunikacioni kanal koji se zbog smetnji mora takođe statistički opisivati.

Literatura

Kibernetika u obrazovanju – prof.dr Đorđe Nadrljanski Sistemi, struktura i upravljanje– prof.dr Đuro Mikić

13