Доклад Мирошниченко С.П.

ДОКЛАД.

Тема: "Роль кибирнетики в управлении тренировочным процессом" 26.11.2019

 

Еще в 1951 году Бесков познакомился с руководителем знаменитого ансамбля танца Игорем Моисеевым. Задумываясь над методикой постановки тренерской работы, Бесков пришел к выводу, что, как ни странно, у танцев много общего с футболом! Он отметил, что у Моисеева ансамбль занимается два раза в день. Приняв команду ЦСКА, он ввел правило заниматься так же. В то время для команд мастеров это была большая редкость.

Как в музыке стремятся "положить на ноты" все человеческие чувства и настроения, так и в кибернетике стремятся "положить на числа" все ситуации, происходящие в природе и в нашем сознании.

    Известный французский ученый-физик А. М. Ампер (1775-1836  гг.)  в  своей работе «Опыт о философии  наук,  или  Аналитическое  изложение  естественной  классификации всех человеческих знаний», первая часть которой вышла  в  1834 г., назвал кибернетикой науку о текущем управлении  государством  (народом), которая помогает правительству решать встающие перед ним  конкретные  задачи с учетом разнообразных обстоятельств в свете общей  задачи  принести  стране мир и процветание.

 

Однако вскоре термин «кибернетика» был забыт  и,  как  отмечалось  ранее, возрожден в 1948  г.  Винером  в  качестве  названия  науки  об  управлении техническими, биологическими и социальными системами.

Есть существенная разница между работой дачника, орудующего лопатой, и

манипуляциями регулировщика движения на перекрестке улиц.  Первый  оказывает

на орудие силовое воздействие, второй  -  управляет  движением  автомобилей.

Управление - это вызов изменений в системе или  перевод  системы  из  одного

состояния в другое в соответствии с объективно  существующей  или  выбранной

целью.

      Управлять - это  и  предвидеть  те  изменения,  которые  произойдут  в

системе   после   подачи   управляющего   воздействия   (сигнала,   несущего

информацию).  Всякая  система  управления   рассматривается   как   единство

управляющей системы (субъекта управления) и управляемой  системы  -  объекта

управления. Управление системой или объектом всегда  происходит  в  какой-то

внешней среде.  Поведение  любой  управляемой  системы  всегда  изучается  с

учетом ее связей с окружающей  средой.  Поскольку  все  объекты,  явления  и

процессы взаимосвязаны и  влияют  друг  на  друга,  то,  выделяя  какой-либо

объект, необходимо учитывать  влияние  среды  на  этот  объект  и  наоборот.

Свойством  управляемости  может  обладать  не  любая  система.   Необходимым

условием наличия в системе хотя  бы  потенциальных  возможностей  управления

является ее организованность.

      Чтобы  управление  могло  функционировать,  то  есть   целенаправленно

изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых элемента:

         1. Каналы сбора информации о состоянии среды и объекта.

         2. Канал воздействия на объект.

         3. Цель управления.

         4.  Способ  (алгоритм,  правило)  управления,  указывающий,   каким

   образом  можно  достичь  поставленной  цели,  располагая  информацией  о

   состоянии среды и объекта.

 

За счет  управляющих  воздействий  управляемая  система  может  целенаправленно

изменять  свое  поведение.   Целенаправленность   управления   биологических

управляемых систем сформирована  в  процессе  эволюционного  развития  живой

природы. Она означает стремление организмов к их  выживанию  и  размножению.

Целенаправленность  искусственных   управляемых   систем   определяется   их

разработчиками и пользователями.

Понятие информации. Управление - информационный процесс. Иинформация -

"пища", "ресурс" управления. Поэтому кибернетика есть вместе  с  тем  наука,

об информации, об информационных системах и процессах. Самый исходный  смысл

термина "информация" связан  со  сведениями,  сообщениями  и  их  передачей.

Бурное развитие в нашем  веке  телефона,  телеграфа,  радио,  телевидения  и

других средств массовой  коммуникации  потребовало  повышения  эффективности

процессов  передачи,   хранения   и   переработки   передаваемых   сообщении

информации. "Докибернетическое" понятие информации связано  с  совокупностью

сведений, данных и знаний.  Оно  стало  явно  непонятным,  неопределенным  с

возникновением кибернетики. Понятие информации в  кибернетики  уточняется  в

математических   "теориях   информации".    Это    теории    статистической,

комбинаторной, топологической, семантической информации.

      В отечественной и  зарубежной  литературе  предлагается  много  разных

концепций (определений) информации:

   1) информация как отраженное разнообразие,

   2) информация как устранение неопределенности (энтропии),

   3) информация как связь между управляющей и управляемой системами,

   4) информация как преобразование сообщений,

   5)  информация  как  единство  содержания  и  формы  (например,  мысль  -

      содержание, а само слово, звук - форма),

   6) информация - это мера упорядоченности, организации системы в ее связях

      с окружающей средой.

      Общее  понятие  информации  должно  непротиворечиво   охватывать   все

определения  информация,  все   виды   информации.   К   сожалению.   такого

универсального понятия информации еще не разработано.

      Информация может быть структурной, застывшей, окостенелой. например, в

минералах, машинах, приборах, автоматических  линиях.  Любая  машина  -  это

овеществленная научная и техническая  информация,  разум  общества,  ставший

предметом.

      Информация может быть также функциональной, " актуальным управлением".

Информация измеримая величина. Она измеряется в битах.

      Каковы   свойства   информации?   Первое   -   способность   управлять

физическими, химическими, биологическими и социальными процессами. Там,  где

есть  информация,  действует   управление,   а   там,   где   осуществляется

управление,  непременно   наличествует   и   информация.   Второе   свойство

информации  -  способность  передаваться  на  расстоянии  (при   перемещении

инфоносителя). Третье -  способность  информации  подвергаться  переработке.

Четвертое - способность сохраняться в течение любых  промежутков  времени  и

изменяться во времени. Пятое свойство - способность переходить из  пассивной

формы в активную. Например, когда извлекается  из  "памяти"  для  построения

тех или иных структур (синтез белка, создание  текста  на  компьютере  и  т.

д.).

Социальные самоорганизующиеся системы – сложные системы. Их  сложность

в том, что они состоят из разнообразных подсистем, включенных друг  в  друга

по иерархическому принципу, причем каждая  подсистема  бывает  задана  своей

собственной программой развития и своим собственным поведением.

Системы   материальных   объектов,   вещественно-энергетические

процессы являются и носителями, хранителями и  потребителями  информации.

Кибернетика  оказала  революционизирующее  влияние  на   теоретическое

содержание и методологию всех наук. Она устранила непреодолимые грани  между

естественными, общественными и техническими науками. Способствовала  синтезу

научных знаний, создала из понятий частных  наук  структуры  новых  понятий,

новый язык  науки.  Такие  понятия,  как  информация,  управление,  обратная

связь, система, модель, алгоритм и др. обрели общенаучный статус.

Философ Ф. Бекон писал, что "когда  истина  обнаружена,  она  налагает

ограничения на мысли людей". На мир уже нельзя  смотреть  "докибернетическим

взглядом". Новая наука «кибернетика» сформировала свой взгляд на мир  и  это

- информационно-кибернетический стиль мышления.1

 

1. Основные понятия теории моделирования

Моделирование – это процесс замещения изучаемого объекта другим с целью получения информации о важнейших свойствах объекта-оригинала с помощью объекта-модели, т.е. моделирование, может быть еще определено как представление объекта моделью для получения информации об этом объекте путем проведения экспериментов с его моделью.

В основе моделирования лежит теория подобия, которая утверждает, что абсолютное подобие может иметь место лишь при замене одного объекта другим точно таким же. При моделировании абсолютное подобие не имеет места, поэтому необходимо стремятся к тому, чтобы модель достаточно хорошо отображала исследуемую сторону функционирования объекта.

Эвристический алгоритм (от греческого слова “эврика”) – это такой алгоритм, в котором достижение конечного результата программы действий однозначно не предопределено, так же как не обозначена вся последовательность действий, не выявлены все действия исполнителя. К эвристическим алгоритмам относят, например, инструкции и предписания. В этих алгоритмах используются универсальные логические процедуры и способы принятия решений, основанные на аналогиях, ассоциациях и прошлом опыте решения схожих задач.

 

В психологической структуре сложной реакции всегда можно отметить следующие элементы: внимание – если оно у реагирующего будет чем-то отвлечено, реакция вообще может остаться незаконченной; память – для выбора правильного действия необходимо помнить, между чем и чем надо выбирать; мышление – хотя бы в его простейших формах, а иногда и в очень сложных; эмоции – более или менее сильно окрашивающие реакцию; волевое усилие – отсутствие которого замедляет реакцию.

§ 11. Общие принципы регуляции двигательной деятельности

Теория функциональной системы. Современные представления об организации целостных актов поведения живых организмов отражены в теории функциональной системы (П. К. Анохин). Для удовлетворения своих потребностей в условиях постоянного изменения внешней среды организму необходимо ставить перед собой определенные задачи и в своей поведенческой деятельности добиваться достижения намеченного результата.

Согласно теории П. К. Анохина, именно полезный результат является решающим фактором поведения и для его достижения в нервной системе формируется группа взаимосвязанных нейронов — так называемая функциональная система. Сколько нервных клеток из огромного их числа будет включено в эту систему, какой уровень активности этих клеток необходим в данный момент, какие взаимосвязи должны возникнуть между ними и какие возможные взаимосвязи должны быть исключены — все это определяется намечаемым результатом. Следовательно, важная задача деятельности системы — выявление и оценка результата действия.

Организм в своем поведении использует далеко не все структурные и функциональные свои возможности (степени свободы), а оставляет лишь необходимые. Без этого деятельность его была бы хаотичной, нецелесообразной. Создание функциональной системы необходимо для того, чтобы отдельные ее элементы действовали не самостоятельно и независимо друг от друга, а подчинялись общей задаче — получить искомый результат.

Деятельность функциональной системы можно разбить на отдельные последовательные этапы: 1) обработка всех сигналов поступающих из внешней и внутренней среды организма — так называемый афферентный синтез; 2) принятие решения; 3) создание (на основе принятого решения) представления об ожидаемом результате действия и формирование конкретной программы действий для достижения этого результата; 4) анализ полученного результата и уточнение программы действий.

На первом этапе (афферентный синтез) в нервных центрах одновременно взаимодействуют 4 типа поступающих к ним раздражении:

1) пусковая афферентация—сигналы, вызывающие действие; 2) обстановочная афферентация — все остальные внешние раздражения, создающие афферентный фон; 3) мотивация — собственные потребности организма, доминирующие в данный момент: биологические мотивации — жажда, голод, страх и другие, а также высшие мотивации, формирующиеся у человека под влиянием социальных факторов (желание добиться какой-либо цели в жизни, достичь определенного результата в спорте и др.); 4) память—имеющиеся в нервной системе следы прежних раздражении, накопленный опыт.

Все эти виды сигналов должны одновременно обрабатываться в нервных клетках и сопоставляться друг с другом. При оценке текущих афферентных раздражении производится их сопоставление со следами прежних раздражении, хранящихся в памяти. Большую роль в отборе сигналов играют доминирующие мотивации, так как они повышают восприимчивость организма к наиболее важным в данный момент сигналам.

На основании афферентного синтеза принимается решение («что надо делать») и вырабатывается программа действий («как надо делать»). При этом производится оценка всех возможных путей решения возникших перед организмом задач и ответных реакций организма и выбирается лишь одно необходимое решение. Одновременно в мозгу создается представление о том, какой результат должен быть получен.

Динамическая функциональная система — это организованная система, результат действия которой сообщается в центральную нервную систему.

Без постоянной оценки результата действия невозможно выполнить задуманную программу, вносить в нее поправки для улучшения результата. Например, совершенствование техники выполнения упражнения невозможно без постоянной информации о его результатах.

Представление о функциональной системе П. К. Анохина имеет универсальное значение, так как помогает понять различные стороны деятельности организма (механизмы его поведения, закономерности формирования различных функций в процессе индивидуального развития, особенности их нарушения при патологии и возможные пути восстановления).

Циклическая многоуровневая система регуляции движений. Выполнение двигательных актов осуществляется обширным комплексом нейронов, расположенных в различных отделах центральной нервной системы. Каждый из нервных центров, входящих в данный комплекс, может воздействовать как на нижележащие, так и на вышележащие центры. При этом между ними могут возникать циклы взаимных влияний от высших центров к низшим и обратно. Например, очень часто наблюдается циркуляция импульсов между корой и промежуточным мозгом: импульсы из коры больших полушарий могут влиять на активность нейронов промежуточного мозга, а те, в свою очередь, могут воздействовать на корковые нейроны. В каждом подобном цикле роль задающих звеньев принадлежит преимущественно вышележащим центрам, а активность нижележащих центров является регулируемым звеном. Эта активность поддерживается на заданном уровне в зависимости от потребностей организма. Наличие циклических взаимосвязей между различными отделами нервной системы позволяет говорить о замкнутой системе регулирования, или замкнутом цикле регулирования.

В процессе двигательной деятельности одновременно возникает множество замкнутых циклов регулирования (например, между корой и ретикулярной формацией, между корой и мозжечком, между мотонейронами спинного мозга и мышцей и др.).

Таким образом, система регуляции движения является многоэтажной (многоуровневой) системой. Важную роль в этой сложной функциональной системе играет кора больших полушарий, которая управляет процессами, протекающими в этих циклах регулирования, и направляет их на решение общей задачи—достижение рабочего эффекта, или цели движения. Программирование. Для решения поставленных задач в центральной нервной системе вырабатываются программы двигательных действий. Они определяют набор и последовательность включения двигательных актов. В соответствии с этой программой включаются команды к эфферентным нейронам и далее—команды к мышцам.

Программы двигательных действий у человека разнообразны. Они обеспечивают бытовую, производственную и спортивную его деятельность. При этом команды к действию (например, выстрел стартового пистолета, команда «марш!») являются лишь сигналами о начале работы, сама же мышечная работа развертывается по имеющейся программе. В ряде случаев программирование протекает в условиях крайнего дефицита времени, (например при спортивных играх, фехтовании, борьбе и др.). В этих случаях требуется высокая скорость переработки поступающей информации и выполнения ответных действий.

Программы двигательных действий могут быть очень сложными, особенно при нестандартной работе, так как для достижения одного и того же результата в изменяющихся условиях (например, для успешного выполнения броска в баскетбольную корзину при разных игровых ситуациях) могут потребоваться включение различных мышечных групп, различная тактика поведения.

Обратные связи. Для функциональной системы регуляции движений недостаточно лишь наличия программирующих и управляющих нервных центров. Характерной особенностью подобных систем регуляции является наличие обратной афферентации, или так называемой обратной связи, от рабочего органа к регулирующим нервным центрам (рис. 57). Осведомление центральной нервной системы о деятельности, вызванной на периферии ее управляющими импульсами, происходит при помощи афферентных сигналов, отправляемых органами зрения проприорецепторами   мышечной суставного аппарата и другими рецепторами.

Таким образом, с помощью обратных связей производится оценка выполненных движений, определяется их эффективность.

Аппараты   сравнения.   Эти нервные аппараты, получая обратную сигнализацию, сличают заданную программу с реальными результатами ее выполнения (П. К. Анохин, Н. А. Бернштейн и др.). Имеются данные, что такие аппараты находятся в лобных долях, подкорковых ядрах (хвостатые тела) и других образованиях.

Если есть расхождения фактического и требуемого действия, то в аппаратах сравнения возникают сигналы об ошибках — так называемые импульсы рассогласования. Соответственно этим импульсам в систему, управляющую движением, вносятся необходимые поправки — коррекции. В результате этого в процессе выполнения движения можно сохранить его основные черты, целесообразность, несмотря на изменение условий его осуществления. Так, сохраняется, например, индивидуальный характер походки человека при различиях в обуви, грунте, скорости движения, положении центра тяжести и т. д.

Не так давно были предприняты попытки отрица­ния необходимости обязательного учета цифровых характеристик при определении содержания трениро­вочного процесса. Согласиться с этим мнением труд­но, поскольку такое отрицание фактически ведет к отрицанию самого процесса, ставит под сомнение смысл тренировки как таковой и собственно смысл игры — ведь даже в самом результате матча, если вдуматься, содержится не что иное, как его количе­ственная характеристика.