系统工程-东北农业大学教务处

1 1* *农业系统工程普通高等教育普通高等教育“ “十一五十一五” ”国家级规划教材国家级规划教材全国高等农林院校全国高等农林院校“ “十一五十一五” ”规划教材规划教材王福林王福林 主编主编12 2* *第一节第一节 系统概述系统概述第二节第二节 系统工程概述系统工程概述第三节第三节 系统科学的学科体系系统科学的学科体系第四节第四节 农业系统农业系统第五节第五节 农业系统工程农业系统工程第一章 系统工程概论23 3* *一、系统思想的形成过程一、系统思想的形成过程第一节 系统概述系统概念来源于古代人类社会实践。人类自有生系统概念来源于古代人类社会实践。人类自有生 产活动以来，无不在同自然系统打交道。产活动以来，无不在同自然系统打交道。 我国古代就有许多运用系统思想解决实际问题的我国古代就有许多运用系统思想解决实际问题的 例子，如：例子，如：1. 1. 都江堰水利工程都江堰水利工程2. 2. 丁渭主持皇宫修复丁渭主持皇宫修复实例实例实例实例34 4* *案例1：都江堰水利工程战国时期秦国李冰父子设计修建的都江堰水利工战国时期秦国李冰父子设计修建的都江堰水利工 程，它包括程，它包括“鱼嘴鱼嘴”岷江分水工程，岷江分水工程，“飞沙堰飞沙堰”分洪分洪 排沙工程，排沙工程，“宝瓶口宝瓶口”引水工程三大主体工程和引水工程三大主体工程和120120个个 附属渠堰工程，工程之间的联系处理得恰到好处，形附属渠堰工程，工程之间的联系处理得恰到好处，形 成一个有机整体，兼有防洪、排沙、灌溉、漂木、行成一个有机整体，兼有防洪、排沙、灌溉、漂木、行 舟等多种功能，渠道上设置了水尺，根据测得的水位舟等多种功能，渠道上设置了水尺，根据测得的水位 ，多级分水，合理控制分水流量，使汹涌急流的岷江，多级分水，合理控制分水流量，使汹涌急流的岷江 化害为利，灌溉了成都平原上化害为利，灌溉了成都平原上1414个县的几百万亩粮田个县的几百万亩粮田 。工程完工后，又建立了一套岁修养护制度，每年按。工程完工后，又建立了一套岁修养护制度，每年按 规定淘沙修堤，因此，虽然该工程经历二千多年，至规定淘沙修堤，因此，虽然该工程经历二千多年，至 今仍发挥着效益，该工程堪称我国古代运用系统思想今仍发挥着效益，该工程堪称我国古代运用系统思想 解决实际问题的典范。解决实际问题的典范。 45 5* *案例2：丁渭主持皇宫修复北宋年间，汴都（今河南开封）的宫室在遭到火灾以后，北宋年间，汴都（今河南开封）的宫室在遭到火灾以后， 大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料 都需从郊外由旱道运到建筑现场，另外，完工后的建筑废弃物都需从郊外由旱道运到建筑现场，另外，完工后的建筑废弃物 又要从旱道运出城外。这在当时是需要花费大量的人力、物力又要从旱道运出城外。这在当时是需要花费大量的人力、物力 和材力的，丁渭根据工程实际，设计出了一套方案，就是在工和材力的，丁渭根据工程实际，设计出了一套方案，就是在工 地前面的大街上挖取泥土使用，几天以后，大街被挖成了巨沟地前面的大街上挖取泥土使用，几天以后，大街被挖成了巨沟 ，并通过护城河与汴河相通，河水流入沟中，船只可直接由汴，并通过护城河与汴河相通，河水流入沟中，船只可直接由汴 河驶入工地，于是便可从四面八方运来建筑材料，再也不需经河驶入工地，于是便可从四面八方运来建筑材料，再也不需经 过郊区码头起卸，然后用陆运搬到工地的繁重手续了，在工程过郊区码头起卸，然后用陆运搬到工地的繁重手续了，在工程 将要结束时，再把废弃的瓦砾、灰土等投入巨河，平土以后，将要结束时，再把废弃的瓦砾、灰土等投入巨河，平土以后， 重新成为大街。这一设计方案由于系统解决了取土、运输、清重新成为大街。这一设计方案由于系统解决了取土、运输、清 除废料和修复街道等多项任务，因此节省了大量的人力、物力除废料和修复街道等多项任务，因此节省了大量的人力、物力 和财力，并使工程提前完工。和财力，并使工程提前完工。 56 6* *一、系统思想的形成过程一、系统思想的形成过程第一节 系统概述系统思想的萌芽系统思想的萌芽近代形而上学自然观近代形而上学自然观1919世纪的辩证唯物主义自然观世纪的辩证唯物主义自然观67 7* *一、系统思想的形成过程一、系统思想的形成过程第一节 系统概述现代科学技术对系统思想方法的贡献现代科学技术对系统思想方法的贡献现代科学技术对于系统思想方法来说，第一个贡现代科学技术对于系统思想方法来说，第一个贡 献在于使系统思想定量化，成为一套具有数学理论、献在于使系统思想定量化，成为一套具有数学理论、 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法；能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法； 第二个贡献在于为定量化系统思想的实际应用提供了第二个贡献在于为定量化系统思想的实际应用提供了 强有力的计算工具强有力的计算工具电子计算机。这两大贡献都是电子计算机。这两大贡献都是 在在2020世纪中期实现的。世纪中期实现的。 78 8* *一、系统思想的形成过程一、系统思想的形成过程第一节 系统概述系统思想从经验到哲学到科学，从思维到定性到系统思想从经验到哲学到科学，从思维到定性到 定量的发过程，大致可分为四个阶段，即：定量的发过程，大致可分为四个阶段，即：第一阶段第一阶段: :古代农事、工程、医药、天文方面的实古代农事、工程、医药、天文方面的实 践成就，以及建立在这些成就之上的古代中国和古希践成就，以及建立在这些成就之上的古代中国和古希 腊朴素的唯物主义自然观（以抽象的思辨原则来代替腊朴素的唯物主义自然观（以抽象的思辨原则来代替 自然现象的客观联系）；自然现象的客观联系）； 第二阶段第二阶段: :近代自然科学的兴起，以及由此产生的近代自然科学的兴起，以及由此产生的 形而上学自然观（把自然界看作彼此不相依赖的各个形而上学自然观（把自然界看作彼此不相依赖的各个 事物或各个现象的偶然堆积）；事物或各个现象的偶然堆积）； 89 9* *一、系统思想的形成过程一、系统思想的形成过程第一节 系统概述第三阶段第三阶段: :1919世纪自然科学的伟大成就，以及建立世纪自然科学的伟大成就，以及建立 在这些成就基础之上的辩证唯物主义自然观（以实验在这些成就基础之上的辩证唯物主义自然观（以实验 材料来说明自然界是有内部联系的统一整体，其中各材料来说明自然界是有内部联系的统一整体，其中各 个事物、现象是有机地相互联系、相互依赖、相互制个事物、现象是有机地相互联系、相互依赖、相互制 约着的）；约着的）； 第四阶段第四阶段: :2020世纪中期现代科学技术的成就，为系世纪中期现代科学技术的成就，为系 统思想提供了定量方法和计算工具；统思想提供了定量方法和计算工具； 91010* *一、系统思想的形成过程一、系统思想的形成过程第一节 系统概述系统思想形成过程是人类认识客观世界的一个否系统思想形成过程是人类认识客观世界的一个否 定之否定的发展过程。迄今为止，这个过程可以大致定之否定的发展过程。迄今为止，这个过程可以大致 地概括为：古代朴素的唯物主义自然观地概括为：古代朴素的唯物主义自然观近代形而上近代形而上 学自然观学自然观 1919世纪的辩证唯物主义自然观世纪的辩证唯物主义自然观 二十世二十世 纪中期形成的系统观纪中期形成的系统观现代系统理论五个阶段。现代系统理论五个阶段。 101111* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述1.1.系统的概念系统的概念“系统系统”一词由来已久，可以说目前到处都在使一词由来已久，可以说目前到处都在使 用。但是，在系统理论的形成和发展初期，其定义不用。但是，在系统理论的形成和发展初期，其定义不 尽相同，下面列举出其中几个有代表性的定义：尽相同，下面列举出其中几个有代表性的定义：（1 1）在韦氏大辞典中，系统一词被解释为：有组）在韦氏大辞典中，系统一词被解释为：有组 织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各 种概念和原理的综合；由有规则、相互作用、相互依种概念和原理的综合；由有规则、相互作用、相互依 赖的诸要素形成的集合等等。赖的诸要素形成的集合等等。111212* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述1.1.系统的概念系统的概念（2 2）奥地利生物学家，一般系统论的创始人贝塔）奥地利生物学家，一般系统论的创始人贝塔 朗菲把系统定义为：相互作用的诸要素的综合体。朗菲把系统定义为：相互作用的诸要素的综合体。（3 3）日本工业标准）日本工业标准“运筹学术语运筹学术语”中对系统的定中对系统的定 义是：许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动义是：许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动 的体系。的体系。 121313* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述1.1.系统的概念系统的概念（4 4）我国著名科学家、系统工程的倡导者钱学森）我国著名科学家、系统工程的倡导者钱学森 认为：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分认为：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分 结合成的具有特定功能的有机体，而且这个系统本身结合成的具有特定功能的有机体，而且这个系统本身 又是它所从属的一个更大系统的组成部分。又是它所从属的一个更大系统的组成部分。131414* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述1.1.系统的概念系统的概念综合各种定义，我们认为：综合各种定义，我们认为：系统是由若干个（两个或两个以上）相互联系统是由若干个（两个或两个以上）相互联 系、相互依赖、相互制约、相互作用的元素组系、相互依赖、相互制约、相互作用的元素组 成的具有某种特定功能的有机整体。成的具有某种特定功能的有机整体。 系统概念中包含有如下几个要点：系统概念中包含有如下几个要点：141515* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述1.1.系统的概念系统的概念第一，系统是由两个或两个以上可以相互区第一，系统是由两个或两个以上可以相互区 别的元素组成的，单个元素构不成系统；别的元素组成的，单个元素构不成系统； 第二，系统中的各元素相互间具有联系，彼第二，系统中的各元素相互间具有联系，彼 此独立的各元素不能称其为系统；此独立的各元素不能称其为系统；第三，系统是一个有机整体；第三，系统是一个有机整体；第四，系统具有某种特定的功能。第四，系统具有某种特定的功能。151616* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述1.1.系统的概念系统的概念系统的数学模型表示如下：系统的数学模型表示如下：式中：式中： S S 代表系统；代表系统；E E 代表系统中各元素的集合；代表系统中各元素的集合；R R 代表系统中各元素之间的关系集。代表系统中各元素之间的关系集。（1-11-1）161717* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述2.2.系统的环境及其相互关系系统的环境及其相互关系系统的环境就是系统外部整体，或者说包围系统的环境就是系统外部整体，或者说包围 系统的整个空间。系统的整个空间。 系统系统环境环境 系统的边界系统的边界171818* *二、系统的概念、环境、结构与功能二、系统的概念、环境、结构与功能第一节 系统概述2.2.系统的环境及其相互关系系统的环境及其相互关系系统与环境的关系：系统与环境的关系：区别：二者的定义。联系：区别：二者的定义。联系：系统与环境是相互系统与环境是相互 作用的，环境对系统而言，一方面提供条件（如资源作用的，环