农业系统工程恩格斯曾指出：“我们所面对着的整个自然界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体………这些物体是互相联系的，也就是说，它们是相互作用着的，并且正是这种相互作用构成了运动。”农业科学技术发展到今天，迫切需要人们用系统概念和系统方法来认识研究农业。第五节农业系统工程一、农业系统工程及其形成与发展系统工程的思想、理论、原理和方法在农业领域中的应用，便是农业系统工程。按照对系统工程的定义，也可以把农业系统工程定义为：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标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。（一）国外农业系统工程概况农业系统工程的发展有一个由浅人深、从局部到全体的渐进过程。在世界上，农业系统工程产生卓有成效的影响，可以追溯到20世纪60年代初。如美国的“农业系统工程委员会”于1964年曾向政府提出四点建议：（1）为使美国农业获得高产和流通，有必要采用系统工程方法；（2）为达到上述目的，应把各种专业的人员集中起来进行综合研究；（3）探讨在军事上和工业上成功的技术方法在农业上应用的可能性；（4）充分认识农业系统的重要性，把站在国家立场上的研究人员组织起来促进工作的开展。后来的实践表明，今天美国居世界首位的发达农业体系的形成，与系统工程在农业领域的成功应用是分不开的。70年代，农业系统工程在国际上得到了大规模的发展，几乎在农业领域的各个方面都留下了系统工程的足迹。小至一个农场的计划管理，大到国际级和国家级的宏观农业发展规划；从作物栽培和农田、果园的病虫害防治，到农业机械化的最优管理；从遗传育种工程和作物生长发育的模拟，到河流湖泊的综合利用与治理等，都广泛采用了系统工程的原理和方法。但由于世界各国的经济力量和科技发达水平的不同，目前世界各国的农业系统工程活动大体可以分为三种类型：第一类是美国、欧洲、日本等经济和文化比较发达的国家，这些国家经济力量强大，科学技术发达，信息系统健全，农业系统领域的数据和资料也比较丰富。因此，这些国家农业系统工程活动的开展既有广度又有深度，他们不仅开展宏观的农业计划、农业布局、农业生态平衡方面的研究，而且也探讨地区的发展规划与自然资源的合理利用以及农场的组织管理等问题。他们还把系统工程技术方法应用于生物学领域进行微观研究，在光合作用、遗传育种、病虫防治等方面取得一定成效。第二类是俄罗斯和东欧国家，他们的农业系统工程活动也很活跃。这些国家实行的计划经济体制，为使用农业系统工程成果创造了便利条件，因此近年来农业系统工程发展较快。特别是在农业计划模型、微观企业管理模型以及自然资源合理利用、农作物生长模拟等方面，都取得一定·26：
第一章：系统工程概论的成果。第三类是包括中国在内的第三世界发展中国家，这些国家的特点是经济力量薄弱、科学技术落后，特别是农业信息系统不健全，缺乏各种精确的数据资料。但是，这些国家迫切需要发展经济和迅速提高农业水平，迫切需要保护和合理开发自然资源，所以农业系统工程活动受到普遍重视。除中国外，像印度、巴基斯坦、菲律宾、埃及、尼日利亚、墨西哥等国家也都用系统工程技术解决本国农业发展中的重大问题，并取得了显著成效。（二）我国农业系统工程发展概况我国农业系统工程的发展，起步较晚。虽然一些运筹学方法在农业领域的应用，可以追溯到20世纪60年代初期，如用线性规划方法解决农田作业系统中的人财物分派、农机具合理配备等问题。但真正作为一个崭新的领域并形成学科力量而大规模开展活动，则是20世纪80年代的事。概括而言，我国农业系统工程虽起步较晚，但发展很快，主要表现在：1.培养人才，形成学术骨干力量，为长远发展打下了基础1980年成立了中国农业系统工程研究会筹委会，制定了发展我国农业系统工程事业的10年计划。并主要靠国防科技大学的师资力量，于1981年、1982年在湖南举办了两期全国农业系统工程培训班，培养了我国第一批高级农业系统工程人才，成为后来在全国普及推广农业系统工程的基础骨干力量。以后又以地方学员为主，于1983--1986年先后在黑龙江、河南、河北、安徽、吉林等省举办了七期培训班，共培训出近千名骨干人才，并帮助各省、市、地、县举办小型培训班200多期，学员达1万多名。1985年召开了中国系统工程学会农业系统工程委员会成立大会暨第一次学术研讨会，1987年召开了第二次全国性的学术研讨会，并创办了公开发行的学术性刊物《农业系统科学与综合研究》，并编辑出版了一套《中国农业系统工程丛书》。近年来，国内各种学术刊物上不仅有几百篇农业系统工程方面的学术论文发表，而且少数优秀论文参加了国际学术交流活动。同时，全国许多高等农业院校都开设了农业系统工程课程，编著出版了相应的教材。中国人民大学、中国农业大学、东北农业大学等高等学府已培养出一批农业系统工程的硕士研究生。2.广泛开展研究，在农业实践中接受考验并得到发展我国的农业系统工程活动一开始就是注重实践的，并在实践中逐步完善和发展。概括起来，有以下三方面特点：一是广泛研究不同层次上的农业问题，有国家级的全国粮食产量预测、中国种植业发展结构模式等；有自然经济区域级的黄淮海五省二市自然资源合理配置和经济平衡模型等；有省、地、县（农场）、乡（镇）、村直至农户一级的发展模式研究，但大量而实用的研究，还是集中在县（农场）级水平上。据不完全统计，截止1987年6月末，用农业系统工程方法完成的省、地、县级经济发展规划共有397个，其中用于县级规划的为345个，占总数的86.9%。二是重点研究农业系统中的薄弱环节问题。农业系统工程发挥自已所长，涉足传统农业科学的薄弱地带而大显身手。如关于县级社会、经济、科技、生态系统的总体设计研究；大农业系统的结构优化及农业资源的合理利用研究；农作物栽培技术规范化研究以及农村能源结构优化、农业机具合理配置更新方面的研究等。三是运用各种方法研究农业领域中的问题，农业系统工程除以薪新的思维、综合的观点剖析农业系统问题外，还采用多样化的方法处理农业系统的不同问题。使用最多的是线性规划模型，目前正式报道的国内规模较大的农业线性规划，如中国种植业发展结构模型，由三个模型块组成，共含有8702个变量和3287个方程。此外，运用系统动力学仿真模型、投人产出模型、计量经济·27
农业系统工程学模型、多元回归分析以及模糊数学和灰色系统理论等方法的也很多。当前的趋势是各种方法互相衔接连成一体，各类模型成龙配套向群体化发展。3.注重实践效果，大力推广在实施中产生明显效益的典型经验据报道，靖宇、固原、浏阳、雄县、即墨、潍坊等地的总体发展规划，经认真实施后都取得了显著的经济效益。另据报道，以湖南省为例，1984年至1986年三年累计推广规范化栽培水稽面积达1485万亩，共增产稻谷23753万斤，共增产值7404万元，节约成本3325万元。上述典型事例的成功过程表明，农业系统工程要从学术研究中走出来，投入真实系统的实施运行并取得显著的效益，其关键不是技术方法问题而是能否建立起有效的开发管理系统。经验指出，只有建立起领导挂帅、专家指导、当地力量为主体的“三合一”式的开发管理系统，才能有效地推动真实系统按设计方案实施运行并取得明显的效益。当前我国农业系统工程的发展还存在许多不足，如许多研究工作还比较肤浅，往往偏重于某些新方法的套用而对农业系统内部的规律研究较少；又如系统工程在农业领域内各个方面的应用不平衡，目前大多数研究局限于农业经济和农业生产技术方面，而对其他方面涉及较少；还有一些研究工作，过于高深繁琐，规范化和通俗化不够，影响了农业系统工程的普及和推广。二、农业系统工程的特点（一）以农业领域中的系统性问题为研究对象，善于解决复杂问题所谓系统性问题是指规模大、范围大、元素多、变量多、目标多，而且元素关系错综复杂并带有较大风险性和模糊性的问题。这类问题一般都是十分复杂的，而系统工程处理这类问题的原则是“复杂问题按其复杂程度设法来解决”，不主张回避事物的复杂性。系统工程的这一特点弥补了其他专业学科之不足。农业领域的系统问题不仅涉及生物、自然、经济、文化、社会等各个方面，而且农业系统的外部环境因素和内部的生物因素等的变异性很大，人类目前还难以预测和控制。特别是我国的农业系统形成历史悠久，改造更新的任务艰巨而繁重，所有这些都增加了解决我国农业系统问题的复杂程度。因此，处理这类复杂的农业系统性问题是任何一门专业学科都无法胜任的，只有用系统科学的理论和方法才能找到解决的途径。（二）强调综合观念，注重协调局部关系，以获得整体最优化为目标传统的农业专业学科都是着眼于农业的某一侧面或具体问题，一般以获得农业的局部最优为目标。而系统工程则不同，它着眼于整个农业系统，主张从全局出发，妥善协调局部之间的关系，以获得整体最优为目标。因此，在思维方式上，十分强调综合的观念，正如“阿波罗”载人登月计划的总指挥韦伯所说：“阿波罗计划中没有项新发明的自然科学理论和技术，它都是现成技术的运用，关键在于综合。”农业系统工程不像专业学科那样注重单项技术及方法的成功，它主要是综合运用和组装已存在的单项农业科技成果，以发挥其整体效益。例如要获得粮食的高产稳产，就需把作物区划、种植制度、优良品种、栽培技术、病虫防治、经营管理、收获加工、运输储藏等各个专业环节协调组成一个整体，才能达到目标。否则，即使其中某些环节优化了，整体效果也不一定最佳，而各.28
第一章系统工程概论专业学科往往强调的正是单项环节的优化问题，有时甚至过分强调了某些环节，以至于造成整体效益并不是最好。（三）采用现代化的研究方法和技术手段由于农业系统工程所面临的问题，都是复杂的系统性问题，因此，为了把系统内部各因素间的关系及系统与外界环境间的关系表达清楚，并给出定量化的描述和结果，只有采用模型化的方法（主要是数学模型），并把电子计算机作为技术工具，才能达到目的。我国的农业科学研究，长期以来排间在定性分析的水平上，缺乏系统的定量分析和综合工作。究其原因，除了传统观念的束缚之外，缺乏合适的数学手段及高效率的计算工具也是重要的原因。而农业系统工程正是为填补这一“空白”应运而生的，随着数学模拟化方法和电子计算机的应用，农业科学实验研究的时间周期将大大缩短，过去需要多年试验或长期难以处理解决的问题，都可以在较短时间内得出结果，从而会加快农业科学研究的步伐。（四）农业系统工程的价值观农业系统工程区别于专业学科的一个显著特点是，在看待和处理问题的价值观念上有所不同：1.在一切农业系统工程活动中，首先注重开发人的创造性价值所谓创造性是指人的创新能力，也就是能创造性地提出与以往不同的新认识、新概念、新方法、新形式的能力。这种创造性的思维活动过程，又叫“概念开发”过程，它是农业系统工程活动中最重要的必不可少的环节。2.在处理任何农业问题时，都把解决系统问题的价值放在第一位一般而论，任何农业问题都包括系统问题和技术问题两个方面，农业系统工程的价值观认为，系统问题的价值与技术问题的价值相比，有如数字计算中的整数与小数的关系一样，如果整数部分算错了，小数部分再精确也起不了决定性的作用。许多农业实践表明，系统问题出了差错，危害最大，后果往往难以收拾，甚至带来灾难。（五）农业系统工程的人才观系统工程的人才观认为，系统工程人员的素养首先表现在要有强烈的系统观念，在任何时刻、任何环境下，都能坚持用系统观点和方法来研究和处理问题；其次，在知识结构上应是“T”型人才，即一方面具有良好的基础和广博的知识，另一方面也要掌握较深的专业知识，成为通才基础上的专才或专才基础上的通才；第三，应具有较丰富的想像力和较强的创造能力，善于发现问题并能及时提出自已的见解和备选方案；第四，应具备丰富的实践经验，熟悉社会各界的意愿和动向并善于进行各方面的沟通。农业系统工程人员除了需要具备系统工程人员的素养以外，还需具有吃苦耐劳的品质和因陋就简开展工作的能力，否则是难以在我国的农业系统工程领域有所成就的。三、农业系统工程研究应注意的问题农业系统工程实践表明，研究和解决农业系统问题时，应注意以下方面的问题，即输出无害、整体最优、结构第一、组装配套、起点非零和实践为主等有关方面的问题。忽视这些问题，.29:
农业系统工程往往会导致农业系统工程活动的失败。（一）输出无害农业系统是一个开放系统，它与环境之间不断进行着物质、能量、信息的交换，从而使系统的有序化程度增高，结构日益精致，由低级向高级发展。农业系统类似“转化器”，它不断地把环境输人的物质、能量，信息，经过系统内部的转化，在建造和完善系统本身的同时，也不断地向环境输出物质、能量和信息。可见，系统和环境是密不可分的，是相互影响和互相制约的。因此，在处理农业系统与环境之间的关系时，在设法抑制有害输入的同时；要特别重视农业系统输出对环境的影响。一般而论，农业系统的输出大致可分为三类，一是有利的输出，如各种商品和具有潜在效益的伴随输出；二是有害的输出，如三废、污染、水土流失等；三是耗散性输出，如作物蒸腾、生物维持生命所消耗的维持能等。农业系统工程活动应尽量控制和减少农业系统的有害输出，保护和维持农业系统赖以存在的环境。一部鲜明的农业系统发展史告诚人们，是环境养育了农业，环境恶化则农业衰亡。因此，应尽量减少或控制有害输出，这正是农业系统提高效益和保持兴旺发达局面的前提。农业系统工程活动是人类有理智地干预农业系统发展和运动的活动，所以清醒地认识这一问题是十分必要的。（二）整体最优整体性原则是系统工程思想的核心。农业系统工程活动应遵循的整体最优原则是指：在考察和评价农业系统功能时，时刻不忘把农业系统的整体功能最优放在首位；注意局部最优不等于整体最优；为了保证整体最优，宁可放弃局部最优。农业系统是一个十分复杂的开放系统，就其功能而言，应包括社会、经济、生态等方面的功能。因此，农业系统功能的整体最优不单指某一方面，而是上述各方面的综合体现。然而现实生活中，却时常发生顾此失彼的现象，如在农业系统开发过程中，片面强调经济效益而忽视生态平衡等，这是应引以为戒的。另外，农业大系统是由许多处于不同层次的子系统组成的，对每个子系统也都存在追求整体最优的问题。不要误认为追求整体最优只是针对农业大系统的总目标而言的，其实局部和整体是相对的，任何一个层次的子系统都存在局部和整体，因此也就有追求整体最优的问题。整体最优原则是一切农业系统工程活动的理论指导原则，它适用于各种场合。强调农业系统功能的整体最优，并不是忽视局部最优，而是强调在总体最优的控制下，逐步协调实现局部优化问题。其实在多数情况下，局部优化和整体优化是一致的。但也有由于过分强调局部优化而影响整体最优，甚至导致整体劣化的情况。如各地方为了本地局部利益，重复新建小卷烟厂，表面上看是增加了本地的工业产值和收人，但是由于技术水平低、物耗大、质量差、价格高，不仅浪费了基建投资，而且和大卷烟厂争原料，使先进设备停工待料，名牌好烟生产量下降，次烟充市场。其结果不仅导致国家烟草行业整体效益受损，而且相互竞争的结局也造成一些地方的局部效益下降。这样的教训，在我国农业系统屡见不鲜。因此，遵循整体最优原则把局部优化统一在整体最优的前提下，乃是农业系统工程活动的核心。（三）结构第一结构决定功能是系统工程的基本原理之一。30