《农业工程概论》8章(修改)

同 样 方 法 ， 可 以 得 到 判 断 矩 阵 。
B-C
1 b ji bij
P208
1.层次单排序（相邻两层次排序）——即根据第 k+1层各因素对第k层问题的重要性排序。 例如：Bi对A的问题的相对重要性可用向量 w Bi 表示：
wBi
w
A Bi
w A wB 2 w A B3
第八章 农业系统工程
§1 系统、农业系统、农业工程系统
一、系统概念
（一）系统—— 是由若干相互依赖、相互制约的部分组 成的具有特定功能的有机整体。 P198 系统的5个基本含义：
①整体目标和功能； ②系统的环境—— 影响系统目标与功能，但不受系统控制； ③系统的资源（组成）——
特别注意系统演化过程中能增长的资源（如人的智能） ④子系统及其活动、目标和功能—— ⑤系统的管理——
(i=1,2,••••••n),
(5)一致性检验——为了验证层次排序的有效性。 完全一致性（可以理解为所有专家的评定是完全一 致的）：对于判断矩阵C，如果满足：
Cik Cij C jk
则说明判断矩阵C具有完全一致性。 实际中，得到完全一致是困难的，故一般用随机一 R 致性C· 来判定。 当C· R<0.1时，即符合要求。
（※ 包括对象、工程装备/技术和管理等）。
§2 系统工程、农业系统工程
一、系统工程及其发展过程 是一般系统的组建和运行的工程技术。 （※ △ 系统工程——以一般系统为对象，为特 定目的对其进行规划设计、组织管理、试验评价 等一系列方法与技术。）
※ 工程——服务于某个特定目的的各项工作的总体。
1930年前后，贝塔朗菲（生物学家）通过生物学 的研究和观察，提出了一般系统论——各种表面极 不相同的领域（自然界和社会的），存在着某种共 性。为系统工程的产生作了准备。
3.按系统与时间的关系分：
动态系统——时间t为独立变量，常用微分/差分方程表示 静态系统——系统状态常用代数方程表示 开环系统 4.按有无反馈划分 闭环系统 5.按可了解的信息量划分 见P201 图8—2
白色系统—信息为明确的（如学习） 灰色系统—部分信息为未知或非确知的 黑色系统—全部信息为未知或非确知的
二、农业系统
农业——栽培农作物和饲养牲畜的生产事业。
（※ 在国民经济中的农业，还包括林业、渔业、和副业等）
农业系统——是自然再生产过程、社会发展过程、经济 再生产过程相互结合，相互影响的复合过程系统。
（※ 即生态——社会——经济的复合系统）。
△农业系统的功能——
通过人类的劳动，利用生物来转化和积蓄太阳能， 生产人们所需要的食物、工业原料和生物能源。 三、农业工程系统——是农业——工程的复合系统。
※ 要求协调： ①特定的环境下，有相对稳定的内部结构； 具体例子 见P200 ②随环境条件的变化而变化。
3、层次性——自然界和社会从简单到复杂、从低级到 高级的发展过程中形成了层次 系统向上可逐层综合，向下可逐层分解。
※ 在研究具体的系统时，首先确定处于哪个层次， 然后根据需要确定向上向下所必须涉及到的层次。 “树木”——“森林”。
1954年，与A.拉波包特等人一起创建一般系统论研究
会，出版《行为科学》杂志和《一般系统年鉴》。 贝塔朗菲的重要贡献之一是建立关于生命组织的机 体论，并由此发展成一般系统论。
1937年，提出了一般系统论的初步框架，1945年在《 德国哲学周刊》18期上发表 《关于一般系统论》的文 章，但不久毁于战火，未被人们注意。1947年在美国 讲学时再次提出系统论思想。1950年发表《物理学和 生物学中的开放系统理论》。1955年专著《一般系统 论》，成为该领域的奠基性著作。60～70年代受到人 们重视。1972年发表《一般系统论的历史和现状》，
研究对象——农业系统。 任务：
①解决农业系统的管理问题，实现农业决策科学化； ②综合运用多学科理论和成果，解决整体性问题（社 会、经济、生态、技术等）； ③探求农业系统运行机制，实现系统和环境相协调
④优化配置生产要素（人、物、技术），取得最佳 综合 效益。
特点： ①模型多以生物学模型为基础； ②模型多为不确定的（随机的、模糊的、灰色的）； ③目标的多元化（经济、生态、社会效益）。
A B1
，且
w
i 1
3
A Bi
1
计算方法如下： ①、先计算中间值
wBi
（可以是
bij
算术平均值、几何平均值或最大特征根）， 这里用几何平均值法。
wBi n M Bi
其中，M Bi
(i=1,2,••••••n), (i=1,2,••••••n),
b
j 1
n
ij
②对
wBi
进行规范化处理，得：
21
（三）系统问题诊断——在以上分析基础上，对照预期 目标和同类型系统，找出存在的问题，分主次、层次进 行排序。为解决问题提供科学依据。 （四）适用于系统问题诊断的方法 ※ 常见的方法有两种：
一种是解释结构模型（Interpretive Structural Modeling ISM）,本书略。
另一种是层次分析法（Analytic Hierarchy[haira:ki] Process AHP）
CI CR RI
P211.表8-4
其中，R· I是与判断矩阵的阶数n 有关的比例 系数
C· I为一致性指标。
CI
max n
n 1
式中： λmax——为判断矩阵的最大特征根， 由判断矩阵（例如B）的特征矩阵（λE-B）的特征方程 ┃λE-B┃=0求解得。 按行列式展开， 令其为零
※贝塔朗菲（1901～1972）Bertalanffy，Ludwig von 加拿大籍理论生物学家。一般系统论的创始人。1901年9 月19日生于奥地利首都维也纳附近的阿茨格斯多夫， 1972 年6月12日卒于纽约州布法罗。1926 年获维也纳大学哲学 博士学位，在该校任教。1937年起，先后在美国芝加哥大 学、加拿大渥太华大学、阿尔贝塔大学、纽约州立大学等 处任教。
（1）明确问题，建立层次结构——把影响因素分 成不同层次 P207.图8-5 （2）分层次建立判断矩阵——以矩阵形式表达每层 次因素的相对重要程度（P207.A-B判断矩阵）；
并且规定，Bi比Bj对A而言：
i 1 — —同等重要（含 j） 3 — —稍微重要 5 — —明显重要 7 — —很重要 9 — —极其重要
下面介绍两种：
1、模仿法：日本物理哲学研究所所长薮（sou） 内先雄,把人的创造活动分为两个阶段：
初期创造活动— —主要依赖于模仿； 。 后期创造活动— —进行再创造（独创）
※ 如将航天飞机固定在波音747上实行运输，是 模仿飞机携带炸弹；人工污水净化池通过培养细 菌来净化污水，是模仿海洋自身净化的原理等 2.综摄法——通过已知事物为媒介，将无关联的 普通知识要素结合起来，形成新的构想。遵循 的两个基本原则： 1.异质同化原则——如受伞尖撞击麦穗的启发,发 明了脱粒机 2.同质异化原则——如热水瓶用作冷藏瓶,台历变 为挂历等
w
A Bi
wBi
w
i 1
n
(i=1,2,••••••n),
Bi
具体情况见P209。表8—1
排序结果为：B3>B1>B2。
同理可得B-C三个判断矩阵的层次单排序。
w
B Ci
w B wC 2 : : B wCm
B C1

P209.表8-1
概念开发
1、实事求是——客观分析系统的现状、水平、 环境条件，既符合实际，又敢于创新；
2、集思广益——广泛参与，深入研究，多（方案） 中选优；
综观全过程——
即从系统的生成→系统服务→系统退出
把握好时机 时间长，性能好（可靠）
省时，成本低；
（二）概念开发的方法
（常见的创造技法有：模仿法，综摄法，检核表法， 例举法，形态法，集思广益法，评价变换法等）
二、系统指标设计——是拟定方案的前提，是选择方案 的依据，是检验、调整方案的基准。 （一）应遵循的原则 (1)综合性——尽可能地反映系统整体功能要求；
(2)层次性——根据系统的层次性，设计指标（目标） 的层次结构（P211.图8-6）；
(3)时间性（阶段性）——设计阶段性指标； (4)现实性（可行性）——经过努力可以达到的（先进 指标）。
包括三部分内容：
环境辨识
系统结构与功能分析
系统问题诊断
（一）环境辨识——对影响系统功能的环境因素 作出描述，以便扬长避短，发挥系统的潜力 ●P206.图8-4 农业系统的环境要素及其划分。 （二）系统结构与功能分析——对系统现有结 构与功能作出描述。 ●以种植业系统为例： 结构—作物布局、要素的分布（水资源、、能源、劳 力、机械等） 功能—产出、效益等
4、可控性——
指一些系统具有可控因素。 可控性是相对的。 某种状态
相对于 某种条件 选择不同的控制策略
某种时期
5、时序性—— 任何系统都是由若干个发展阶段组成的、动态
的过程系统。静态是相对的，变化是绝对的。
（三）系统分类
自然系统 1.按系统的生成划分 人工系统 复合系统
2.按输入输出内容划分 开放系统——有物质、能量、信息交换 封闭系统——仅有信息交换 孤立系统——没有信息交换
协调子系统的关系、充分利用系统资源、优 化系统功能、实现系统预期目标。
（二）系统的属性
整体性、关联性、层次性、可控性、时序性 1、整体性—— 亚里士多德“整体大于它的各部分总和”； 2、关联性—— 内部关联——结构（部分与部分 、部分与系统） ——金刚石和石墨都是碳原子 外部关联——与外界的输入输出（协调）
● 1957年，美国的古德和迈克尔出版了《系统工程》；
1964年，美国首次召开系统工ห้องสมุดไป่ตู้年会，在宾夕法尼亚大
学和亚利桑那大学建立了系统工程专业。
见P204
●我国系统工程的发展始于20世纪50年代……。 二、农业系统工程 运用系统工程的理论和方法，结合农业科学技术 ， 研究农业系统的合理组建和最佳运行的过程技术 。
把一般系统论扩展到系统科学范畴。
●40年代，美国贝尔电话公司发展微波通讯网络时，应 用系统方法，提出了“系统工程”这个名词。
●二次世界大战期间，美国、英国在反潜、反空袭、商 船护航、布置水雷等军事行动中应用系统工程方法
●美国15000多人参加大的研制原子弹的“曼哈顿”计划 ，也是系统工程成功的实践。 ●二战发展起来的“运筹学”、1945年成立“兰德公司 ”、1948年前后，麻省理工电气专家申农提出《信息论 》、数学教授维纳提出《控制论》、美籍匈牙利科学家 冯.诺依曼发明的计算机，大大推动了系统工程的发展。
※ 其他分类： 线性、非线性系统； 连续、离散系统；
确定状态、不确定状态系统
（四）系统科学体系——钱学森将其分为四个层次： 第一层次： 系统工程——实践应用；
第二层次：技术科学——
理论和方法（运筹学、控制论、信息论等）；
第三层次：基础科学——
系统学，研究系统的普遍属性、一般规律等； 第四层次：哲学基础— — 系统观（思想），研究系统的基本概念、基本观点
§3 系统工程的基本逻辑过程和方法
1969年，美国的学者霍尔（A· Hall）提出了系统“三 D· 维结构模型”
P206.图8-3 把系统工程工作按时间维、逻辑维、各分7个阶段， 形成平面交叉网络联系，用知识维说明所需要的学科 知识。 下面介绍的逻辑过程和方法，主要以逻辑维为基础 加以扩充。
系统描述——了解和认识所研究的系统。
时间性 ××年，××年，××年…… 层 次 性
总指标 分指标 具体指标
（P212表8-5）
过程见 P212. 图8-7
（三）指标值的确定——定性、定量预测→分析、 比较、评价→确定。 ※ 对于农业系统（风险产业）应留有余地，且给出 置信区间。
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三、系统综合——在系统目标指导下，综合应
用现有科技成就，通过创新，制定多个系统开发方 案（工程计划）的过程。核心任务是概念开发（后 面介绍）。 （一）系统综合的指导思想
n （4）层次总排序——即第三层次以下各 A i 层次的元素对第一层次总问题的重要性 w Bi wC 1 排序 i 1
w
A CP
n A i w Bi wC 2 i 1 : : A i w Bi wCm

P210. 表8-2、8-3