《农业工程概论》8章(修改)

§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。
（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
（※ 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。
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——
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
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
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
※ 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
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
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）
※ 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”。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
(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。
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
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。
35
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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
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
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（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）
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》，
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：
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