农业系统工程系统是只有功能而无目的的系统。与自然系统相反，凡是需要消耗人、财、物组建起来的系统都称为人工系统。人工系统都是人类为达到某种预期的目的而建造的，因此是有目的的系统。如机床、汽车、飞机、宇宙飞船等各种工程系统。在人们的活动中，大多数系统都是自然系统和人工系统的复合系统。人工系统以自然系统为环境，以改造自然利用自然为人类服务为目的，如水利系统、林业系统、畜牧业系统等。可以预见，随着科学技术的飞速发展，各种复合系统必将越来越多，或者说人对自然的干预会越来越强烈。实际工作中应强调人工系统与自然系统的协调，特别要强调保护环境和防止污染，否则必将受到自然界的报复。2.实体系统与概念系统这是按组成系统要素的属性不同来划分的。实体系统指由有形的物质构成的各种系统。如自然系统，各种复杂的工程系统等都是实体系统。而由概念、原理、原则、方法、体系、程序等要素组成的系统都是概念系统。一般又把实体系统叫硬件系统，概念系统又叫软件系统。实体系统与概念系统关系非常密切。一般而言，概念系统是为实体系统提供指导和服务，而实体系统则是概念系统的物质基础。3.开放系统与封闭系统这是按系统与环境的关系来划分的。一般而言，不管系统大小，都存在于特定的环境之中，或者说系统与环境总是成对存在的。所谓开放系统是指系统与环境之间不断进行物质、信息和能量交换的系统。相反地，系统与环境之间不存在物质、信息和能量交换的系统叫封闭系统。实际中，绝对封闭的系统是不存在的，而开放系统则是普遍的。4.静态系统与动态系统这是按系统的状态与时间的关系来划分的。任何一个系统都可用一组状态变量来描述。如人体系统的状态变量可以是身高、体重、健康状况、文化水平等，它们构成人体系统状态变量集。如果系统的状态变量不随时间而变化，则该系统称为静态系统，表示成X一(z「i=1，2，，n)，其中X代表状态变量集，代表状态变量的分量；当系统的状态变量随着时间推移而变化，则该系统称为动态系统，表示成X(t）=（z,(t）|i=1，2，，n)。实际中，由于“运动的普遍性原理”，绝对静止的系统也是不存在的。但在某些具体问题中，由于系统的状态变化比较慢，而研究的时间相对较短，人们为简化研究，也常把动态系统近似看成静态系统。5．白色系统、黑色系统和灰色系统这是按照人们对信息的掌握程度来划分的。客观世界是由物质、能量和信息所组成的，它们决定了事物的性质。因为物质的新陈代谢和能量的相互转换，必须依靠信息才能进行，所以信息虽然不是物质，也不是能量，但它不能脱离物质和能量而存在。所以我们说，客观世界是信息世界，在信息世界中，既有大量的已知信息，也有不少未知信息和非确知的信息。信息完全已知的系统称为白色系统。例如：一个商店，在人员、资金、损耗、销售等信息完全明确的情况下，可算出该店的盈利、库存额，判断出商店的销售态势、资金的周转速度等；一个工厂，其职工、设备、技术条件、产值、产量等信息均完全明确，像商店、工厂这样意义下的系统就是白色系统。信息完全未知的系统称为黑色系统。例如，湖北的神农架野人、飞碟、遥远的某个星球的体积、重量、是否存在生命等等全然不知。介于上述两者之间的，即部分信息已知、部分信息未知的系统称为灰色系统。例如，对于电力负荷系统，对其影响:6:
第一章系统工程概论的供电机组、电网容量、生产能力、大用户情况、某些主要产品耗电情况等信息是已知的，但是影响负荷的其他很多因素，像天气情况、行政与管理政策的变化、地区经济活动等等是难以确切知道的，因此，电力负荷系统是灰色系统。当然，系统还有许多其他的分类方法。例如，按系统的可控情况又可分为可控系统、不可控系统、非完全可控系统，按输人输出关系可分为开环系统和闭环系统等等。（二）系统的特征明确系统的特征，是我们正确认识系统的基础，也是区别非系统的基本标志。一般而言，人工或半人工系统都有以下基本特征：1.目的性（或目的指向性）前面已经讲到，凡人工系统或复合系统都有明确的目的（或自标）。这种目的性既是系统的功能体现，也代表人的愿望和要求。比如建设一个生产系统，在开工之前就应有明确目的，如生产什么产品，该产品的技术性能指标如何等。显然，系统的目的性决定系统的结构，或者说系统的目的性决定着系统要素构成及诸要素在广义空间的相对位置和有机联系。因此，深刻了解系统的目的性及其具体目标指向，这对于做好各项工作具有普遍意义。2.整体性整体性指的是系统整体具有各组成部分自身独立存在时所不具有的性质。一般情况下它不等于各组成部分的性质的简单相加，而且不能回溯到各组成部分。氯化钠可以食用，但分离出的氯气和金属钠都是不具有食盐意义的不可食的东西；螺丝钉的功能是连接零件和部件，当成千个螺丝钉把各种零部件装配成一部车后，作为整体的汽车的功能是无法在单个螺钉上找出来的。恩格斯在《反杜林论》中曾指出：“许多人协作，许多力量溶合为一个总的力量，用马克思的话来说，就造成“新的力量，这种力量和它的一个个力量的总和有本质的差别。”贝塔朗菲在创立一一般系统论时，重申亚里士多德“整体大于它的各部分的总和”的著名论点，就在于强调系统的整体性。因此必须用整体性的观点去分析问题，解决好整体与局部的关系，确保系统诸要素能够按整体目标的要求协同动作，最终实现整体的最优化。3.关联性：包括内部关联和外部关联两个方面：（1）内部关联指系统组成部分与系统整体之间的关系和系统各组成部分之间的相互关系。系统各组成部分以一定形式相互联系，并满足一定的数量关系，形成一定的内部结构，从而使系统呈现出相应的特性。金刚石是立方晶体，透明，不导电，很硬。石墨是鳞片状晶体，不透明，导电，很软。阻抗相同的若干电阻元件，以串联形式或以并联形式或以混合形式联接时，具有完全不同的总电阻。氮肥、磷肥、钾肥以不同比例施用时，作物的产量就不同。总之，系统组成元素的数量匹配协调，联系形式合理，排列组合有序，系统内部结构就好，系统整体功能就强；反之，系统内部结构就不好，系统整体功能就差。（2）外部关联指系统整体及其组成部分与环境之间以一定的数量和方式输人输出物质、能量和信息。为使系统在给定时刻和环境里实现正常的功能，要求系统有相对稳定的内部结构；为使系统在变化的环境中也能实现正常的功能，要求系统有比较灵活可变的内部结构。系统结构既稳定又可变的二重性，是系统内部关联与外部关联综合制约的反映。总之，系统功能取决于系统的内部结构，但又必须在一定外部条件下才能充分发挥作用。7
农业系统工程4，层次性系统向上可逐层综合，组成一层比一层更庞大更复杂的系统，直至整个宇宙，系统向下可逐层分解，分解为一层比一层更小的系统。系统的层次是在自然界和人类社会从简单到复杂、从低级到高级的发展和进化过程中形成的。低层次系统是高层次系统发展的基础，高层次系统又反过来带动低层次系统的发展。例如，人类驯化了野生稻麦才有了种植业，而种植业的发展又为稻麦品种的改良培育提供了条件。高层次系统由低层次系统组成，但具有低层次系统所没有的特全球性（功能）。处于不同层次上的系大洲统，具有不同的结构和功能。要求1--政治学、社会学、经济学及生物学解决不同的问题，涉及不同的学国家科，图1-2为全球生态系统层次结-社会学、经济学及生物学地区构。在国家这个层次涉及政治学、---管理学和经济学经济企业单位社会学、经济学及生物学；在地区——————-生物学这个层次涉及社会学、经济学及生生态系统物学；在经济企业单位这个层次涉群落及管理学和经济学；而在生态系统纤这个层次则主要涉及生物学。种群由于不同层次的系统有密切的有机体联系，所以，在研究一个具体系统组织时，首先要弄清处于哪个层次，然后根据需要确定向上和向下所必须细胞内含物涉及的层次。总之，既要看到“树图1-2全球生态系统层次结构木”这个较低的层次，又要看到“森林”这个较高的层次。要协调好各层次间的关系，这样才能取得好的整体效益。5.可控性指人们通过调节可控系统的可控元素，使它按预期轨迹运动，实现预期的目标。为此，首先必须能准确及时地测得系统各时刻的状态，特别是可控元素的状态。其次必须准确及时地把测得的结果传送到控制中心。第三是根据测得的系统实际情况与预期要求的差距，调整可控元素。应当指出，天体运行、地壳运动等不可控系统不存在可控性问题。因此，可控性并非一切系统共有的属性，但由于它对可控系统具有特殊的意义，所以加以讨论。系统元素的可控与否是相对的。在较低层次上不可控的元素，在某个高层次可能是可控的；在一种条件下不可控的元素，在另一种条件下可能是可控的；现在不可控的元素，随着科学技术的发展可能变得可控。例如，我国粮、棉、烟等农产品的价格，在省、县级系统是不可控的，但在国家级系统就是可控的；癌症在目前还是不可控的，但在各国医药工作者共同努力下，人类征服和控制癌症的日子不久必将会到来。一个现实系统常常有许多可供选择的控制策略，我们的任务是寻找使系统能得到最好整体效益的控制策略。6.动态性前面我们已经提到，绝对静止的系统是不存在的。因此，动态性是所有系统的共同特征。所谓动态性是指系统的状态（变量集）、结构、组成要素等，都处在不断运动和发展.8
第一章系统工程概论之中。因此，必须用动态的观点去分析系统自身及环境条件的发展和变化，并依此提前作出相应的贮备措施，最终实现全程动态最优化。7.环境的适应性，我们已经知道，任何一个系统都处在一定的环境之中，并且与环境进行着物质、信息和能量的交换。系统的输出可改变环境，而环境则对系统的运动与发展有约束和制约作用，当系统与环境相适应时，系统则能很好地发展，当系统与环境不相适应时，则系统的发展就会受到制约，系统的功能就不能够充分发挥。不适应环境的系统是不能健康发展或维持的。比如地球上曾有数千种动物，由于不适应地球环境的变化而消亡了。又如一个企业的发展问题，必须经常了解同类企业和有关行业的动向、国内外市场需求情况、市场价格变化等信息，并根据环境条件的变化及时调整经营策略，以确保在激烈竞争的环境中立于不败之地。第二节系统工程概述一、系统工程的发展过程1930年前后，一般系统论的创始人贝塔朗菲从对生物学的研究和观察出发，批判了生物科学中的机械论，指出了自然界和社会的各种表面上极不相同的领域中存在着某种共性，提出了一般系统论，为系统工程的产生作好了准备。到20世纪40年代，美国贝尔电话公司在发展微波通讯网络时首先应用系统方法，并提出了“系统工程”这个名词。第二次世界大战期间，为对付德国飞机轰炸，英国于1940年8月建立了世界上第一个有组织地按系统观点、用系统工程方法分析和研究作战问题的小组。1942年3月美国建立了类似的组织。两国在反潜、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，取得了良好效果。美国陆军部于1942年6月开始实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划，亦称曼哈顿计划。为了先于纳粹德国制造出原子弹，该工程集中了当时西方国家（除纳粹德国外）最优秀的核科学家，动员了10万多人参加这一工程，历时3年，耗资20亿美元，于1945年7月16日成功地进行了世界上第一次核爆炸，并按计划制造出两颗实用的原子弹，整个工程取得圆满成功。在工程执行过程中，负责人L、R格罗夫斯和R奥本海默应用了系统工程的思路和方法，大大缩短了工程所耗时间。这一工程的成功促进了第二次世界大战后系统工程的发展。第二次世界大战中发展起来的运筹学，奠定了系统最优化技术的数学基础。1945年，应美国空军要求，建立了后来被称为“思想库”的兰德公司，在研究复杂系统的分析方法方面取得了很大成就。1948年前后，美国麻省理工学院电气专家申农提出《信息论》，数学教授维纳提出《控制论》，大大推动了系统工程的发展。同一时期，在冯·诺依曼博士指导下，建成世界上第一台电子计算机，为系统工程提供了强有力的信息处理和运算工具。1950年，美国麻省理工学院开始讲授系统工程学，1954年钱学森在美国出版了《工程控制论》一书，对系统工程的发展和普及起了重大推动作用。1957年美国学者古德和迈克尔出版《系统工程》一书。1964年美国召开首次系统工程年会，同年在美国宾夕法尼亚大学和亚利桑那大学先后建立系统工程专业和系，设置系统工程学位。从1964年开始执行的阿波罗登月计划，到1969年7月6日“阿波罗”11号首次送人登月成功，1972年12月“阿波罗”17号结束最后一次飞行，前后共投资300多亿美元，参加研制的单位有2万多家公司和120多所大·9
农业系统工程学，涉及的科技人员达42万人。这一庞大的系统问题的成功解决，有力地推动了系统工程的应用与发展，在世界上产生了深刻的影响。1969年比利时物理学家普利高津提出了耗散结构理论德国物理学家哈肯提出了协同学，这两种理论的提出丰富了系统工程的内容。进人20世纪70年代后，由于电子计算机的迅速发展和普及，系统工程广泛地应用到社会、经济、政治、技术、生态等各方面。世界上许多国家，都程度不同地应用系统工程来解决本国的问题，这就进一步促进了系统工程的发展。系统工程有组织地在我国开展始于20世纪50年代中期。1956年中国科学院力学研究所建立了我国第一个运筹学研究组。60年代初，华罗庚教授在全国推广，“统筹法”，取得显著成就。在国防科研部门建立的“总体设计部”，运用计划协调技术组织研制工作，开始有组织地应用系统工程的理论和方法。1978年9月钱学森等在文汇报发表《组织管理的技术一一系统工程》的文章。1979年10月国防科委、中国科学院等单位在北京举行系统工程学术交流会，这次会上钱学森、关肇直等21位学者联合倡议成立中国系统工程学会。1980年11月中国系统工程学会成立，钱学森、薛暮桥为名誉理事长，关肇直为理事长。出版会刊《系统工程理论与实践》，一些院校先后设立系统工程专业。1980年2月中国科学院系统科学研究所成立。1980年下半年举办了全国性的系统工程广播讲座和电视讲座。系统工程研究队伍日益壮大，系统工程的研究也从初期的传播国外的理论、方法和应用，进人到联系我国社会主义建设实际独立开展系统工程理论和方法的研究。在军事系统工程、社会经济系统工程、农业系统工程等方面已经取得了一批可喜的成果。二、系统工程的概念和特点（一）系统工程的定义系统工程这个词来源于英文“SystemEngineering”。概括地讲，系统工程在系统科学结构体系中，属于工程技术类，它是一门新兴的学科，是以系统为研究对象的工程技术。国内外有一些学者对系统工程的含义有过不少的阐述，现列举一些国内外学者对系统工程所作的解释。1.1975年美国科学技术辞典注释系统工程是研究许多密切联系的元素所组成的复杂系统设计的科学。在设计时，应有明确的预定功能和目标，并使得各个组成元素之间以及各元素与系统整体之间有机联系，配合协调，从而使系统整体能够达到最佳的目标。同时还要考虑到参与系统中人的因素与作用。2.1977年日本学者三浦武雄指出系统工程与其他工程学的不同之点在于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学科。因为系统工程的目的是研制一个系统，而系统不仅涉及工程学的领域，还涉及社会、经济和政治等领域。所以为了适当地解决这些领域的问题，除了需要某些纵向技术外，还要有一种技术从横的方向把它们组织起来，这种横向的技术就是系统工程。3.日本工业标准“运筹学术语”中的定义系统工程是为了最优地达到系统目标而对系统的构成要素、组织结构、信息流通和控制机构进行分析的技术。4.我国学者钱学森认为，系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验与使.10