农业系统工程System.ppt

随着研究的深入，科学家们还逐步 发现了某些系统具有自适应、学习和繁 殖的功能，远比一般意义上的系统要复 杂。
§1.1.3系统科学的内容
系统学，是一个融科学和技术为一体 的学科领域。其中，系统科学是这个体 系的领导，它的对象和概念决定了整个 体系的发展方向。本段主要阐述系统科 学的研究对象和这个学科的基本结构。
1）近代前；2）近代；3）现代。
1）近代前科技。突出特点是： a.科学活动是零星的、非社会建制的，
被哲学包揽着；
b.技术独立地发展。 2）近代科技。突出特点是： a.科学逐步脱离哲学，自己迅速分化，
分门别类地研究自然，取得了惊人成果；
b.机械论成了科学的最一般的指导思 想；
但是，在某些科技水平不足的社会环 境里，这个学科也遇到了一些不正常的 情况，受到了一些不公正的待遇。在中 国，主要是过于通俗化，导致人们最初 形成的过分浅显的认识，而后难以提高。
§1.1.2系统的定义
“系统”这个概念，很早以前就出现 了。如今，已经在人们的日常生活中得 到普遍运用。
“系统”的概念，是最早引入近代 科学的概念之一。哥白尼（M ·Kopernik， 1477—1543）提出地动说，称地球和其 它几个行星围绕太阳旋转的这个组织，
下面，集中介绍一下这项研究。
a.缘起：40年代末，美国实施退耕计 划；
b.基本方法： 划分生产区和消费区； 确定资源类型和经济目标； 建立模型求解。

美国大陆本土的地图如下：
在空间上，划分出生产区：105个，消费区： 11个；
根据农业普查资料，对生产区确定，
20世纪40年代诞生；50～60年代迅速 成长；70年代以后，成熟并成为应用。
第二次大战期间，系统思想进入技术 领域。40年代初，美国Bell电话公司首先 使用了“系统工程”这个概念，并在有 关工程设计中，率先运用，把以往的物 质工程概念与人的行为结合起来；同一 时
期，苏联在经济研究中运用有关数学方 法取得突出进步，为宏观性系统实践打 下了基础。
第一章 概 论
主要阐述本学科的史、论、术。 由下列5节组成： §1.1系统科学的结构 §1.2系统工程的形成 §1.3系统工程与农业现代化 §1.4原理 §1.5模型
§1.1系统科学的结构
本节主要涉及以下5段： §1.1.1学科的定义 §1.1.2系统的定义 §1.1.3系统科学的内容 §1.1.4系统分析的程序 §1.1.5局限性及存在的问题
50～60年代，系统工程在经济发达 国家受到重视，迅速成长起来。
70年代以后，在经济管理领域得到 更大发展，走上了管理舞台。
系统工程在农业上的应用情况，与系 统工程的一般发展情况大体相仿：40年 代开始出现；50～60年代迅速发展；70 年代以后成熟，并得到广泛应用。
在宏观方面，主要用于农业地区开 发的规划研究和计划研究；在微观方面， 主要用于农场或农事操作方面的控制和 管理。

电子计算机的运用，为系统模型的
求解，提供了基本的保证条件。如果没 有计算机的辅助，几乎一切大系统的模 拟运算都是不可能的。

系统工程能够成为实现，上述的3个
基础条件中，第1条，社会条件是间接需
求性技术基础；第2、3条，则是直接依
赖的技术条件。
§1.2.3 农业系统工程的形成 与发展
系统工程的一般发展：
a.技术与艺术的区别；似乎可以用下 图来表示。
经 验教训
自然素质
艺术
科 学教育
技术
一般能力
b.技术标准化、规范化的内在原因：

b.1)理论成熟；b.2)计量精确。
3、系统工程的局限
目前，系统工程得最突出局限，是它
的标准化不足，规范性不够。也就是说，
它还不能有效地拉开与艺术的相当距离，
生物学的机体论，是普通系统论的直 接来源。

机体论与机械论具有针对性。机械
论的观点主要是3点：
1）要素可加；
2）“器械”观点；
3）被动反应。
机体论针锋相对： 1）系统观点； 2）动态观点； 3）等级观点。
§1.2.2 系统工程发展的物质 技术基础
系统工程发展的物质技术基础主要是 3个：
地位；
3、机体论提供了普通系统论的直接来源。
1、哲学的发展指导了普通系统论的思路
在20世纪里，科学哲学的发展，特别 是马克思主义的传播，带来了科学思想 的重大革命。系统的概念便是直接受到 马克思主义哲学思想的指导诞生的。普 通系统论的创始人L.von.Bertalanffy就曾 明确表示“马克思和恩格斯的自然辩证 法是普通系统论的主要思想来源之一”。

c.技术纳入科学领域，并且成了有
关研究和教育的主体。在方法论上，它
与科学的矛盾凸现出来，需要有效解决。
现代科技的特点，导致了技术科学 的产生。这是一种主要以综合为基本目 标的研究方法。系统论、信息论和控制 论，成了它的基础。

由此可以看出，系统工程是现代科
技体系发展的必然结果，同时也可以看
出，它又为科技体系的进一步发展奠定
现时应用情况。
1、局限性：在科学研究中的客观存在性 及其主动认识的重要性。
a.任何创新认识都不过是对客观真理
的暂时逼近，任何研究都具有一定的局 限性。
b.主动认识研究成果的局限性，目的 在于：首先，认识已取得的新成果的实 际使用范围；其次，明了后续研究的方 向和价值。

2、技术标准化、规范化的发展趋势
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在很久远的古代，人类社会就有了
哲学和工程技术。现代的科技共同体，
可以看作是在哲学和工程技术之间逐步
填充而形成的。

这一填充工作，17世纪以后出现了
突飞猛进的态势，这就是近代科学以来
的人类的突出进步。正是这种突出进步，
既造就了系统科学，也为系统工程创造
了位置。

可以根据近代以来科学上的最重大
事件，将科学发展的历史划分为3个阶段：
在宏观方面，一个比较突出的例子是美 国Iowa大学CARD(Center of Agriculture and Rural Development)E.Heady教授主持 的 美国农业部门空间规划研究（ Spatial Sector Programming Models in Agriculture）
§1.1.1学科的定义
“系统工程”的科学定义，成熟于20 世纪60年代。它直接依据的科学概念是 “系统”、“系统科学”和“系统理 论”。
系统工程，是在系统、系统理论指 导下，针对对象系统实施的技术。它是 从事工程分析、综合和计算的技术体系。
20世纪80年代以后，系统工程被大 规模地引入社会科学领域，成为经济管 理的重要工具。
土壤：5种；劳动力：3类；作物：13种；牲畜： 4种；机械：7种；……
为太阳系，即一个以太阳为中心的系统。

20世纪30年代，科学家经过长时间
的探索，提出了现代的系统的结构性概 念。即：
S {I, E, R, P, F,O}
这里，

S --系统，System;

I --输入，Input;

E --元素，Elements; E [ei ], i 2
§1.2.2系统工程发展的物质技术基础；
§1.2.3农业系统工程的形成与发展。
§1.2.1普通系统论的产生
普通系统论，也就是一般系统理论， 是系统工程的理论基础，它是顺应一般 理论进步、科技体系发展和工程实践的 要求产生的。

本段主要阐述下列3个问题：
1、哲学的发展指导了普通系统论的思路； 2、科技体系的发展造就了普通系统论的

R --关系，Relation;

P --过程，Procedure;

F --功能，Function;

O --输出，Output。
如果用图形来表示，则可以表示如下：
S
I
O
ERP F
科学家还在具体考察中，发现某些系统 具有反馈功能。如下图所示：
S
I
O
ERP F
L
这里，

L --反馈回路，Loop。

以系统分析的步骤为基础，企业管
理家们曾结合自己的经验，归纳出企业 管理分析程序。如图1.3所示。
新方案 提出报告 潜
陈述偏差 应有现象
实际现象
偏差+、-
问
问题
在
选择执行
说明
预防措施 问
预测Why
题 顺序可能严重性
你的工作 认识环境
题 偏差Who，Where， When，How 分
推断Why
模型开发者的直觉能力和实际经验，还 起着相当大的（甚至是决定性的）作用。

其直接原因是：1）基础理论还不够
成熟；2）基本观念和定律还不够精确。

其间接原因在于，有关研究还不够
深入，理论知识还有待于提高，实际应
用方面的探索还需努力。
§1.2系统工程的形成与发展

本节由下列3段组成：
§1.2.1普通系统论的产生与地位；
1、对象
非专业地讲，系统科学就是以系统 为研究对象的学问。这似乎是可以成立 的。然而，研究结果已经证明，现代科 学各个具体领域所研究的对象都是有结 构、有层次的系统。如果依照这种非专 业的说法，系统科学就将包揽并代替现
有的一切科学。这当然是不对的，也是 不可能的。像其他学科一样，系统科学 也有自己的特定对象。
复杂
混沌
系统学
无组织
有组织
统计学 概率论
物理学 简单
图2.1 系统科学的对象
2、结构
系统科学是一个金字塔结构，由5部 分组成。见图1.2。
1. 基本概念 2. 一般系统论 3. 理论分论 4. 技术方法论 5. 应用技术
图1.2 系统科学的结构
§1.1.4系统分析的程序
系统分析，是系统技术方法的核心， 是建立系统模型的基础。具体步骤是：
20世纪70～80年代，前苏联的科学 学家们，对系统科学的特定对象进行了 探讨，得出了下述结论。
他们首先依据自然现象的组织状况与 简单-复杂的对应关系，建立了一个直角
坐标系；然后，对迄今为止的科学学科 加以分类，并在此坐标系中给予定位。 这样，得出了系统科学研究对象的位置。 如图2.1所示。
2、科技体系的发展造就了普通系统论的 地位
现代的科技体系是一个科学与技术的 共同体。如图1.4所示。
基础科学 自然科学
哲 数学
学 社会科学
工
技 程
术
科
技
学 术
图1.4 现代科技共同体的结构
历史事实表明，科技共同体，并不是
在人类历史上一开始就有的，而是逐步 形成的。现代的科技共同体，则是在17 世纪以后才迅速发展起来的。
了基础。
从社会实践的意义上来概括，系统理 论的产生，是与当代经济的现代化密切 相连的。它们之间的关系，可以如下图 所示。
技术标准化 工程系统化
经济现代化
空间狭窄 时间缩短
普遍联系更加重要
涌现众多大系统 实践经验总结 出现系统工程
上升到科学理论
产生普通系统论
3、机体论为普通系统论提供了直接来源
1、社会条件； 2、形式化手段； 3、计算工具。 随着科学技术的迅猛发展，技术的标
准化、工程的系统化导致整个社会日益
紧密、严整，人们的意识、思想和行动 都日益进入一种系统的框架。为系统理
论的贯彻和系统工程的实施，提出了社 会性需求。
运筹学的发展，为系统分析和综合
模型的思想提供了有利的表达工具，奠 定了定量化手段的基础。
c.技术开始联系科学，但还属于零星
的，甚至是偶然的，在方法论上，它与 科学的矛盾还没有表现出来。
3）现代科技。突出特点是：

a.科学本身日益深入，分化仍在进
行，不仅最基本的探索—基础科学在分
化，还出现了基础与应用的分化，使科 学成了一个共同体。

b.科学统一思路的要求突出了。机
械论受到了冲击；
1、发现问题，确定解决问题的总目标； 2、设计可达到目标的可选择方案，至少
两个； 3、分别建立模型，求解各个可选择方案
的结果；
4、根据模型计算结果求出该系统的数据， 包括性能、成本、效益、可靠性和寿命 等；然后对可选择方案进行优选，确定 出最优方案；
5、确定最优方案的实施方案，并确立反 馈信息，以便以后的改进。
分 预测潜在问题 计划
析
执行决策
决策
Yes/No 析
证实
选择措施
比较选择 目标是否可行
产生可行措施 加权分数
确定目标 期望成果
决
策
分
析
图1.3 Keepler 的管理决策分析
§1.1.5局限性及存在的问题

可以分3个层面来阐述分析系统工程
局限性和现存问题的重要性，即：一般
科学研究；一般技术理论；和系统工程