农业系统工程

河南农业大学农业系统工程结课作业课程：农业系统工程专业：农业信息化姓名：陆文腾学号：N1407012日期：2023.04.151.什么是系统？（1）系统：系统是由两个以上有机联系、互相作用的要素所构成，具有特定功能、结构和环境的整体。（2）系统工程：用定量与定性相结合的系统思想和方法解决大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织的建立，还是系统的经营管理，都可以统一的当作是一类工程实践，统称为系统工程。

（3）农业系统工程：以系统思想为指导，定性、定量相结合，各种理论、方法与技术综合集成，以农业系统总体最优为目的来研究农业系统的规划、设计、开发、生产、组织、管理、调整、控制与评价等问题的一门交叉科学。它既属国民经济系统，又是一定范围生态系统的组成部分。涉及农业资源、能源和资金的投入，农业生命物质能量转化，农产品输出和农业信息反馈等。农业系统工程设计，包含农业系统功能、结构分析、环境分析和系统控制等。其关键是农业系统分析。2.系统工程的理论基础有哪些？

①大系统理论：大系统理论（largescalesystems，theoryof），是关于大系统分析和设计的理论，涉及大系统的建模、模型降阶、递阶控制、分散控制和稳定性等内容。大系统的特性是：规模庞大、结构复杂（环节较多、层次较多或关系复杂）、目的多样、影响因素众多，且常带有随机性的系统。大系统有两种常见的结构形式：①多层结构，这种结构是把一个大系统按功能分为多层次，其中最低层为调节器，它直接对被控对象施加控制作用。②多级结构，这种结构是在对分散的子系统实行局部控制的基础上再加一个协调级去解决子系统之间的控制作用不协调问题。②信息论：信息论是运用概率论与数理记录的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。它重要是研究通讯和控制系统中普遍存在着信息传递的共同规律以及研究最佳解决信息的获限、度量、变换、储存和传递等问题的基础理论。信息论将信息的传递作为一种记录现象来考虑，给出了估算通信信道容量的方法。信息传输和信息压缩是信息论研究中的两大领域。这两个方面又由信息传输定理、信源－信道隔离定理互相联系。信息论的研究范围极为广阔。一般把信息论提成三种不同类型：(1)狭义信息论是一门应用数理记录方法来研究信息解决和信息传递的科学。它研究存在于通讯和控制系统中普遍存在着的信息传递的共同规律，以及如何提高各信息传输系统的有效性和可靠性的一门通讯理论。(2)一般信息论重要是研究通讯问题，但还涉及噪声理论、信号滤波与预测、调制与信息解决等问题。(3)广义信息论不仅涉及狭义信息论和一般信息论的问题，并且还涉及所有与信息有关的领域，如心理学、语言学、神经心理学、语义学等。③控制论：控制论：是研究动物(涉及人类)和机器内部的控制与通信的一般规律的学科,着重于研究过程中的数学关系。综合研究各类系统的控制、信息互换、反馈调节的科学，是跨及人类工程学、控制工程学、通讯工程学、计算机工程学、一般生理学、神经生理学、心理学、数学、逻辑学、社会学等众多学科的交叉学科。在控制论中，“控制”的定义是：为了“改善”某个或某些受控对象的功能或发展，需要获得并使用信息，以这种信息为基础而选出的、于该对象上的作用，就叫作控制。由此可见，控制的基础是信息，一切信息传递都是为了控制，进而任何控制又都有赖于信息反馈来实现。信息反馈是控制论的一个极其重要的概念。通俗地说，信息反馈就是指由控制系统把信息输送出去，又把其作用结果返送回来，并对信息的再输出发生影响，起到制约的作用，以达成预定的目的。④运筹学：运筹学（OperationsResearch），是一应用数学和形式科学的跨领域研究，运用记录学、数学模型和算法等方法，去寻找复杂问题中的最佳或近似最佳的解答。运筹学经常用于解决现实生活中的复杂问题，特别是改善或优化现有系统的效率。研究运筹学的基础知识涉及实分析、矩阵论、随机过程、离散数学和算法基础等。而在应用方面，多与仓储、物流、算法等领域相关。因此运筹学与应用数学、工业工程、计算机科学等专业密切相关。运筹学的具体内容涉及：规划论（涉及线性规划、非线性规划、整数规划和动态规划）、库存论、图论、决策论、对策论、排队论、博弈论、可靠性理论等。运筹学研究方法：1）从现实生活场合抽出本质的要素来构造数学模型，因而可寻求一个跟决策者的目的有关的解；2）探索求解的结构并导出系统的求解过程；3）从可行方案中寻求系统的最优解法。3.系统工程方法论及系统分析的方法方法和方法论在结识上是两个不同的范畴。方法是用于完毕一个既定任务的具体技术和操作；方法论是进行研究和探索的一般途径，是对方法如何使用的指导。系统工程方法论是用于解决复杂问题的一般程序、逻辑环节和通用方法。系统工程方法论特点:①研究方法强调整体性②技术应用强调综合性③管理决策强调科学性系统分析的方法：目的—手段分析法：将要达成的目的和所需手段按照系统展开，一级手段等于二级目的，二级手段等于三级目的，依次类推，便产生了层次分明、互相联系又逐渐具体化的分层目的系统。在目的分解过程中，要注意使分解的分目的与总目的保持一致，分目的的集合一定要保证总目的的实现。此法的实质是运用效能原理不断进行分析的过程。因果分析法：运用因果分析图（鱼刺图）来分析影响系统的因素，并从中找出产生某种结果的重要因素的一种定性分析方法。此法形象简朴，一目了然，问题越复杂越能发挥其长处，适宜于集体讨论，统一意见和向领导机关报告工作。KJ法：日本东京工业大学的川喜田二郎(KauakidaJir)专家提出的一种直观的定性分析方法。它的基本原理是：把一个个信息做成卡片，将这些卡片摊在桌子上观测其所有，把有“亲近性”的卡片集中起来合并，依次做下去，依据信息的相关性（“亲近性”）逐渐合并成小组→中组→大组，然后画出问题的整体结构图，分析其含义，取得对问题的明确结识，最后求得问题整体的构成。它是从很多具体信息中归纳出问题整体含义的一种分析方法，故又称信息卡片归类法。这种方法把人们对图形的思考功能与直觉的综合能力很好地结合起来，不需要特别的手段和知识，不管是个人或者团队都能简便地实行，因此，是分析复杂问题的一种有效的方法。系统分析小结：1）要对复杂的系统或问题进行分析研究，就必须一方面建立数学模型，然后借助模型和计算机进行定性与定量相结合的分析。因此，数学模型和建模技术是分析的基础，是必须掌握的重要手段。2）系统分析的要点就是运用逻辑思维推理的方法，通过“5W1H”，找到解决问题的关键，从而使问题得到圆满的解答。3）系统分析方法论很重要，碰到工程问题可采用霍尔的“三维结构”方法，碰到“软”问题可采用切克兰德的“调查学习”方法，研究解决开放的复杂巨系统问题可采用从定性到定量的综合集成方法。第一产业与其他产业有什么差别？世界各国把各种产业划分为三大类：第一产业、第二产业和第三产业。第一产业（primaryindustry），又称第一次产业：按“三次产业分类法”划分的国民经济中的一个产业部门，指以运用自然力为主，生产不必通过深度加工就可消费的产品或工业原料的部门。其范围各国不尽相同，一般涉及农业、林业、渔业、畜牧业和采集业，有的国家还涉及采矿业。第二产业：对第一产业和本产业提供的产品（原料）进行加工的部门，涉及采矿业，制造业，电力、燃气及水的生产和供应业，建筑业。第三产业：又称第三次产业，指不生产物质产品的行业，即服务业。涉及交通运送业、通讯业、商业、餐饮业、金融保险业、行政、家庭服务等非物质生产部门。由于第三产业涉及的行业多、范围广，根据我国的实际情况，第三产业可分为两部分；一是流通部门，二是服务部门。三大产业的关系——互相依赖，互相制约：①第一产业为第二三产业奠定基础；②第一二产业为第三产业发明条件；③第三产业发展促进第一二产业的进步；④第二三产业对第一产业有带动作用。5.霍尔三维结构的内容有哪些？

1）霍尔三维结构：；是由美国学者A·D·霍尔等人在大量工程实践基础上，于1969年提出的，其内容反映在可以直观展示系统工程各项工作内容的三维结构图中，霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。霍尔三维结构是由时间维、逻辑维和知识维组成的立体空间结构。霍尔三维结构对系统工程的一般过程作了比较清楚的说明，它将系统的整个管理过程分为前后紧密相连的七个阶段和七个环节，并同时考虑到为完毕这些阶段和环节的工作所需的各种专业管理技术知识。霍尔三维结构分析（1)逻辑维：（解决问题的逻辑过程）一般可分为七个环节：①明确问题：由于系统工程研究的对象复杂，包含自然界和社会经济各个方面，并且研究对象自身的问题有时尚不清楚，假如是半结构性或非结构性问题，也难以用结构模型定量表达。因此，系统开发的最初阶段一方面要明确问题的性质，特别是在问题的形成和规划阶段，搞清楚要研究的是什么性质的问题，以便对的地设定问题。②建立价值体系或评价体系：评价体系要回答以下一些问题:评价指标如何定量化，评价中的主观成分和客观成分如何分离，如何进行综合评价，如何拟定价值观问题等。③系统分析：不管是工程技术问题还是社会环境问题，系统分析一方面要对所研究的对象进行描述，建模的方法和仿真技术是常采用的方法，对难以用数学模型表达的社会系统和生物系统等，也常用定性和定量相结合的方法来描述。④系统综合：是在给定条件下，找出达成预期目的的手段或系统结构。一般来讲，按给定目的设计和规划的系统，在具体实行时，总与本来的设想有些差异，需要通过对问题本质的进一步理解，作出具体解决问题的替代方案，或通过典型实例的研究，构想出系统结构和简朴易行的能实现目的规定的实行方案。系统综合的过程经常需要有人的参与，计算机辅助设计(CAD)和系统仿真可用于系统综合，通过人机的交互作用，51人人的经验知识，便系统具有推理和联想的功能。近年来，知识工程和模糊理论已成为系统综合的有力工具。⑤系统方案的优化选择：在系统的数学模型和目的函数已经建立的情况下，可用最优化方法选择便目的值最优的控制变量值或系统参数。所谓优化，就是在约束条件规定的可行域内，从多种可行方案或替代方案中得出最优解或满意解。⑥决策："决策就是管理"，"决策就是决定"，人类的决策管理活动面临着被决策系统的日益庞大和日益复杂。⑦制定计划：有了决策就要付诸实行，实行就要依靠严格的有效的计划。(2)时间维（工作进程）：七个阶段①规划阶段：即调研、程序设计阶段，目的在于谋求活动的规划与战略；②拟定方案：提出具体的计划方案。③研制阶段：作出研制方案及生产计划。④生产阶段：生产出系统的零部件及整个系统，并提出安装计划。⑤安装阶段：将系统安装完毕，并完毕系统的运营计划。⑥运营阶段：系统按照预期的用途开展服务。⑦更新阶段：即为了提高系统功能，取消旧系统而代之以新系统，或改善原有系统，使之更加有效地工作。（3）知识维（专业科学知识）系统工程除了规定为完毕上述各环节、各阶段所需的某些共性知识外，还需要其他学科的知识和各种专业技术，霍尔把这些知识分为工程、医药、建筑、商业、法律、管理、社会科学和艺术等。各类系统工程，如军事系统工程、经济系统工程、信息系统工程等。6.层次分析法能解决什么问题，如何解决？层次分析法（Analytic

Hierarchy

Process简称AHP）是将决策总是有关的元素分解成目的、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法是美国运筹学家匹茨堡大学专家萨蒂（T.L.Saaty）于上世纪70年代初，在为美国国防部研究"根据各个工业部门对国家福利的奉献大小而进行电力分派"课题时，应用网络系统理论和多目的综合评价方法，提出的一种层次权重决策分析方法。人们在进行社会的、经济的以及科学管理领域问题的系统分析中，面临的经常是一个由互相关联、互相制约的众多因素构成的复杂而往往缺少定量数据的系统。

在这样的系统中，人们感爱好的问题之一是：就n个不同事物所共有的某一性质而言，应当如何对任一事物的所给性质表现出来的限度（排序权重）赋值，使得这些数值能客观地反映不同事物之间在该性质上的差异？

层次分析法为这类问题的决策和排序提供了一种新的、简洁而实用的建模方法。它把复杂问题分解成组成因素，并按支配关系形成层次结构，然后用两两比较的方法拟定决策方案的相对重要性。

层次分析法在经济、科技、文化、军事、环境乃至社会发展等方面的管理决策中都有广泛的应用。

常用来解决诸如综合评价、选择决策方案、估计和预测、投入量的分派等问题。

运用层次分析法解决问题，大体可以分为四个环节：（1）建立问题的