تاريخ السِبرانية

المصدر اللغوي سيبرنيتيك أو كيبرنتيك هي مفردة مشتقة من اللغة اغريق الإغريقية القديمة من كيبرنتيس أي القائد أو قائد سفينة السفينة كما قد تكون مشتقة من كيبرنتيكا أي فن قيادة السفن أو من كيبرنيسيس أي منصب قيادي في كنيسة الكنيسة . المصدر الاصطلاحي الحديث السِبرانية هو علم القيادة أو التحكم (control) في ال أحياء والآلات ودراسة آليات التواصل (communication) في كل منهما. بما أن فعل القيادة أو التحكم وفعل التواصل أو التخاطب قديمان قدم التاريخ الإنساني فإنه ليس من الدقة القول أن السِبرانية علم حديث وهنا لمحة عن بعض الآلات التي استعمل عند اختراعها مفاهيم سِبرانية دون أن تعرف هذه المفاهيم كسِبرانية أو حتى أن يذكر اللفظ سِبرانية

• في 300 ق م اخترع أول قنديل زيتي يحتوي على آلية تحكم
• في 100 ق م اخترع هيرون الإسكندري آلية لفتح أبواب المسارح بطريقة أوتومتيكية
• في 1784 م اخترع جيمس وات أداة لتعديل أو التحكم في سرعة دوران الآلة البخارية

إلخ... أما لفظة السِبرانية في مفهومها الحديث فقد استعملت لأول مرة من قبل عالم رياضيات الرياضيات الأمريكي نوربرت فينر نوربت فينر الذي عرف السِبرانية وأعطاها مفهومها الاصطلاحي الحديث. كانت بدايات السِبرانية الحديثة في المجال التقني ولعل ذلك أحد أسباب صعوبة إقحام هذه المادة في العلوم الإنسانية. وبما أن الشخص الذي يعتبر من مؤسسي هذا العلم كان رياضياتيا فإن هذا العلم كان في بداياته محسوبا على الرياضيات أو الرياضيات التطبيقية وخاصة مجال تطويع النظم. إلا أن العديد من المقاربات السِبرانية يمكن استعملها خارج إطار الرياضيات في العلوم الإنسانية مثلا. ولذلك نجد اليوم شق السِبرانية الذي يهتم بالنظم عامة يسمى نظرية النظم والتي يمكن تقسيمها إلى قسمين آخرين نظرية نظم عامة تهتم مثلا بمسائل البنية التنظيمية والتحكم فيها وأنسبها للمشاكل المطروحة وهي مقاربة نجدها مثلا في علم الاقتصاد السِبراني أو علم الإدارة السِبراني. أما القسم الثاني فهو قسم تلعب فيه الرياضيات دورا أكبر وهو يهتم بالنمذجة الرياضياتية للنظم خاصة التقنية والبيولوجية وبطرق تطويعها ( علم الضبط ). في مجال العلوم الإنسانية يطلق أحيانا على المقاربة السِبرانية أيضا لفظة سيستامك. في الميدان الفلسفي هناك مقاربات تقدم الجدلية الهيغلية على أنها المنطق الذي يحكم السِبرانية أو النظم السِبرانية.

أهم مصطلحات السِبرانية وفلسفتها

• من أهم الاختلافات بين نظرة السِبرانية إلى المشاكل وغيرها من الطرق هو أن السِبراني يفكر دائما في إطار النظم أو النظام أو المنظومات أي syst s. ومصطلح النظام جوهري في السِبرانية. ويتم عادة محاولة تجريد الإشكال وذلك يكون عادة عبر الخطوات التالية
  • تحديد حدود المنظومة التي يراد درسها. المنظومة تستطيع أن تكون مادية أو غير مادية أي متخيلة وحدودها أيضا
  • وصف المنظومة أو القوانين التي تحكمها بالرياضيات عادة وبأي طريقة أو لغة تسمح بقدر ما من حساب الحساب وذلك في مفهوم أوسع. هذه الخطوة تعرف بخطوة بناء النموذج من المنظومة Model building أو النمذجة
  • إجراء الدراسات على اعتمادا على النموذج

كما أن السِبراني يفرق بين المجموعة والمنظومة. النظرة هنا قريبة إلى التيار المعروف بالتيار اتصالية التوصيلي connectivism التي تقول أن الوظيفة أي وظيفة نظام ما تنتج عن الديناميكية أو العلاقات بين أجزائه. هذه الفكرة مطبقة مثلا بشكل كبير في شبكات عصبونية الشبكات العصبونية والتي كان أهم روادها ينسبون إلى التيار السيبرنيتيكي.

• كما أن مفهوم أساسيا في السِبرانية هو مفهوم التوصيل الدائري أو إرجاع الحالة. والمفهوم يعني ببساطة النظر إلى النظم أو بنائها على طريقة حلقات من المستشعرات تستشعر أو تقيس كميات معينة ومؤثرات تؤثر على كميات معينة فتغير القياس أو مداخل المستشعرات مما يغير بدوره سلوك المؤثرات وهكذا دواليك.
• مفهوم الصندوق الأسود والصندوق الزجاجي أو الأبيض أيضا مفهومان مهمان في السِبرانية حيث يتم في الأول وصف النظام على أساس الديناميكية الموجودة بين مدخله ومخرجه دون مراعات لديناميكيات داخلية لا يمكن ملاحظتها.في حين يصف نموذج الصندوق الأبيض نموذجا (في العادة بنائي) يصف العلاقة بين المدخل والمخرج بالإضافة إلى الديناميكيات الداخلية للنظام التي لا يمكن رؤيتها من خارجه أي عند المخارج.

مثال على الفرق بين المجموعة والمنظومة

فلنأخذ إنسان الإنسان مثلا وننظر إليه من الناحية البيولوجية فهو يمكن اعتباره مجموعة من الأعضاء ك قلب القلب و كبد الكبد و رئة الرئة إلخ لكن السِبراني وعلى الصعيد البيولوجي سيعارض هذه فكرة الفكرة حيث أنك إذا جمعت ال أعضاء الآنفة الذكر فإنك لن تتحصل على كائن حي فبالنسبة إليه المنظومة أي الكائن الحي إنسان هو أكثر من مجرد مجموع العناصر المكونة. ويمكن تعميم هذه الفكرة على منظومات أخرى ونظرات أخرى. الإنسان مجموعة من المنظومات المترابطة قى ما بينها بنظام متكامل و محكم يؤدي بالنهاية إلى انتاج إنسان

الأسس الرياضية للسِبرانية (في علم الضبط الخطي)

بالنسبة للنظم التقنية فإن اللغة الأكثر شيوعا لوصف أو بناء النموذج هي الرياضيات أما في ما يخص النظم الأخرى فإن استعمال الرياضيات بقي محدودا نوعا ما أو أن التعقيد الرياضي لم يبلغ حدا كبيرا كاستعمال شبكات بتري مثلا لتمذجة عمليات اقتصادية صناعية مثلا. من أهم المصطلحات الرياضية في السيبرنتيك هو مصطلح التحويل أو دالة التحويل (transfer Functions) أي كيف تحول المداخل إلى المخرج حيث المداخل والمخارج يمثلان كميات فزيائية أو خصوصيات. ومصطلح التوصيل الدائري أو الإرجاعي closeed loop. Syst -ar.PNG تصغير 500بك مركز الأسس الرياضية للسِبرانية.

أنواع النظم أو المنظومات

يمكن تقسيم النظم على عدة أسس

• نظام ملموس ك صاروخ الصاروخ أو الإنسان أو نظام شمسي المنظومة الشمسية أو غير ملموس كالنظام المصرفي أو النظام الاشتراكي
• على أساس المعادلات التي تصف النموذج
  • نظم خطية وهي الأسهل معالجة رياضيا linear
  • نظام لاخطي نظم لا خطية ولا يوجد لمعالجتها طريقة عامة non linear
  • نظم ترتبط فيها الخاصية المدروسة الزمن بالزمن فقط أي أن التغير في الزمن فقط differential equation
  • نظم ترتبط فيها الخاصية المدروسة بالزمن و المكان - المعادلات التفاضلية الجزئية
  • نظم تكون فيها الخاصية المدروسة متصلة أي غير متقطعة
  • نظم تكون فيها الخاصية المدروسة متقطعة
  • نظم ذات مدخل واحد ومخرج واحد single input single output أو سيزو
  • نظم ذات عدة مداخل وعدة مخارج multiple input multiple output أو ميمو
  • نظم ذات نموذج غير معروف أو ما يسمى بال صندوق أسود BlackBox أو ذات نموذج معروف أي صندوق زجاجي GlassBox

الحساب بالنظم

إذا اعتبرنا د وخ مداخل ومخارج المنظومة وأ وب دالة التحويل النظام وإذا ربطنا النظم أ وب كما هو مبين في الصورة فإن دالة التحويل تصبح كما هو مبين أسفله. syst math.PNG تصغير 400بك مركز الحساب بالنظم.

لفظة أو مفهوم التحكم

لنفترض أنه لدينا نظام ك×ج أيا كان نوعه تقني أو بيولوجي أو غيره ولنفترض أن لهذا النظام مدخلا واحدا د ومخرجا واحدا خ أي أنه نظام سيزو. التحكم في نظام كهذا يعني أننا نريد أن نتحكم في مخرج النظام وعلى أساس ذلك فإننا نعطيه أو نزود مدخله بالقيمة التي نريدها لمخرجه. ولمزيد من التدقيق لندرس النظام الموضح أسفله وهو نظام يمكن اعتباره كمثال عام لكل الأنظمة المتحكم فيها حيث أن النظام موصول دائريا closed loop أي أن خارجه يعاد ويوصل بمدخله كما هو موضح بالسهم الأحمر standardsyst 2.PNG تصغير 400بك مركز صورة توضح التوصيل الدائري ودالات التحويل المهمة في النظام حيث نعتبر

• ج×ك النظام المراد دراسته حيث ك هو أنواع الكونترولر المتحكم أي الcontroller أو ال governor
• د وخ المدخل والمخرج
• ت تشويشا عند المخرج
• ن تشويشا في قياس المخرج أو المتحكم فيه
• ف الفرق بين القيمة التي نريدها للمخرج والقيمة الحقيقية له
• ز دالة تحويل التشويش عند المدخل وهي غير مهمة

إذا اعتبرنا ذلك فإن دالات التحويل تكون كما هو مبين في الصورة أعلاه وهي دالات يسهل اشتقاقها إذا ما إستعملنا عمليات الحساب بالنظم. نلاحظ أول مشكلة تعترضنا حيث أننا نريد أن تكون المخارج مساوية للمداخل ولكن دون تشويش أي أننا نريد خ د و هذا يعني أننا نريد ج ك/ ج ك + 1 أن تكون 1 ولكن هذه مشكلة لأن ذلك يعني أن دالة تحويل التشويش هي واحد أيضا وهذا ما لا نريده. كما نريد ف 0 أي أن تكون الدالتان صفرا ولكننا لا نريد لدالة تحويل المدخل للمخرج أن تكون صفرا. لقائل أن يقول لماذا لا نتحكم في المدخل حتى يكون ضاربه في ج ك/ ج ك + 1 يساوي عكس الباقي. لا تنسى أن الهدف من التحكم هو أن يتغير المخرج طبقا لما نريده لا أن نحاول إيجاد مدخل يكون الفرق فيه صفرا. المشكل الثاني هو أنك لا تستطيع تغيير س بدون تغيير ل وذلك لإن س + ل يساوي 1 ويمكن التأكد من ذلك بعملية حسابية بسيطة. الحل عادة ما تكون ترددات أي frequency التشويش زت أي ت منخفضة و ترددات ن مرتفعة و ترددات د منخفضة ولذلك فإن على دالات التحويل أن تكون كما هو موضح في الصورة أسفله BodeDiagram تصغير 400بك مركز رسم أو مخطط بودي يبين قيمة تقوية المدخل عند تردد ما. و الصورة عبارة عن مخطط خاص حيث يرسم على إحدى الإحداثيات التردد وعلى الآخر قوته ( الديسيبال بالديسيبال ). وفي الرسم المبين أعلاه نستطيع أن نرى أن لكل تردد تقوية أو ضارب خاص أي أنك إذا وضعت في المدخل إشارة يكون ترددها 1 هرتز وقوتها (amplitude) خمسة مثلا فإن المخرج سيكون إشارة بقوة 1 هرتز (إذا كانت التقوية أو الضارب 1 5 مثلا) أما إذا وضعنا في المدخل إشارة بتردد 13.092 هرتز مثلا فسيكون الضارب مغايرا(ضارب 1 نثلا) ويكون المخرج إشارة بقوة قدرها قدر قوة المدخل. مثال(رياضي) المدخل (a*cos(w*t+p حيث a قوة التردد w التردد المخرج يساوي (G(w)*a*cos(w*t+p

الفرق بين التسيير والتحكم

عادة ما يكون هناك تفريق بين النظام الموصل دائريا closed loop والنظام الموصل أماميا open loop control(انظر الصورة) Syst control تصغير 400بك مركز الفرق بين النظام المتحكم فيه والنظام المسير.

مفهوم الاستقرار (stability)

تكون حالة نظام ما مستقرة إذا كان النظام يعود دائما إلى هذه الحالة إذا أبعدناه (في حدود معينة) عنها أو أنه يبقى في هذه الحالة إن لم نؤثر عليه.

مثال

خذ عصا وحاول مسكها من طرفها سوف تشير العصا إلى الأسفل لأن هذه الحالة مستقرة ولكن إذا وضعت العصا على كفك وأردت أن تشير بها إلى الأعلى فإنك تلاحظ أن العصا تنفر من هذه الحالة وتبتعد عنها في اتجاه الحالة المستقرة.

1. أهمية الاستقرار لنؤخذ مثلا درجة حرارة الجسم مثلا فهي يجب أن تكون 37 درجة وهي حالة مستقرة أي أنه إذا أبعدنا أجسامنا عن هذه النقطة(37 درجة) بتعرضنا لحرارة الشمس فإن آلية التحكم تجعل الجسم يفرز العرق للتبريد فنعود إلى درجة حرارة 37 فتخيل إذا كانت هذه الحالة غير مستقرة ماذا سيحدث
2. مثال ثاني من المجال الهندسي في علم بناء الجسور يجب إجراء دراسة لكيفية تعامل الجسر مع الذبذبات التي يحدثها المارة فإذا كانت دالة تحويل الجسر غير مستقرة فإنه بالإمكان أن تهدم الجسر بمجرد أنك تمشي عليه وتحدث ترددا يوازي التردد الذاتي للجسر. ومن الأمور الطريفة أن الرومان القدامى قد تفطنوا لهذه الظاهرة(دون دراستها طبعا) فكانوا يعطون الأوامر لجنودهم بتغيير مشيتهم عند عبور الجسور.

و توجد عمليات رياضية معقدة لحساب إن كان نظام ما مستقر أم لا معضمها يتلخص في أن القيمة الذاتية لنظام ما يجب أن تكون سالبة. مفهوم الاستقرار للمزيد اضغط هنا

المصدر

• السِّيبَرناتية؛ علم الضبغ علم التوجيه - موسوعة المورد، منير البعلبكي، 1991
• السيبرنتيكا] - المعجم الفلسفي، د. جميل صليبا]، 1982

أنظر أيضاً

• تحويل فورييه
• تحويل لابلاس
• نظرية الاستقرار
• تحكم منبسط flatness based control
• تحكم بالنموذج الداخلي (internal model control (imc
• مصفوفة
• مصفوفة جاكوبي
• إخطاط linearization
• مفهوم الانبساط
• أنواع الكونترولر
• مرشح كالمان

السِبرانية إنك Cybernetics من الإغريقية خ؛د…خ²خµدپخ½خ®د„خ·د‚ أو كيبرنيتيس وتعني الموجه أو الحاكم أو القبطان. وهو علم حديث نوعيا ظهر في بداية الأربعينيات من القرن ال20 ويعتبر الرياضي نوربرت فينر من أهم مؤسسيه وقد عرف فينر السِبرانية على أنها علم القيادة أو التحكم (control) في ال أحياء والآلات ودراسة آليات التواصل communication في كل منهما .