农业系统工程

运用现代科学方法(运筹学和现代数学)和技术手段(电子计算机和信息技术等),对农业系统进行系统分析、综合平衡,为选择最优设计提供定量、定性依据的工程技术。是介于农业科学和系统科学之间的一门新兴的边缘科学,系统工程学的一个分支学科。在现代农业的组织管理中应用系统工程,能在创造人们需要的高效能生态系统过程中找到最佳的发展途径,达到最优的综合效果。

农业系统工程作为一门综合性的管理工程技术,除以运筹学作为理论基础外,还涉及应用数学(如最优化方法、概率论、网络理论等)、基础理论(如信息论、控制论、可靠性理论等)、系统技术(如系统模拟、通信系统等),以及农业经济学、经营管理学、社会学、心理学等多种学科。

概况

系统工程萌芽于20世纪30年代。中国于1955年开始发展运筹学,1962年把运筹学和电子计算机技术用于机械化规划的研究工作。1979年11月中国农业工程学会成立时,同时成立了农业系统工程专业委员会。1985年7月中国系统工程学会也成立了农业系统工程委员会。在各行政部门、科研单位和学会的推动下,中国农业系统工程的研究工作发展很快,应用农业系统工程的项目有水稻栽培规范化,小麦病害的预测预报,黄土丘陵地区为防止水土流失、改善农林结构模式的研究,以及应用数学模型对全国种植业的发展和结构变化进行的研究等。由于中国农业生产条件复杂,农业系统工程的应用在很多方面还处于探索试验阶段。

特点

农业是一个“生物-自然环境-人类社会”的复杂系统。它的生产对象是生物。生态系统是农业系统的基础。在这个系统中,生物和生物、生物和自然环境(水、土、光、气、热)之间存在着物质和能量的交换关系,彼此之间相互依存、相互制约。同时这个系统又经常受人类生产活动和科学实验活动的干预,他们力求对之加以控制和改造,以达到提高生产力的目的。而农产品的生产、收获、贮藏、加工、运输、销售又与各种社会条件有多种复杂的联系,要按照国家计划和社会经济发展的需要,并受市场价格的影响。农业系统工程的目的就在于对上述复杂系统的内、外各方面、各因素之间的关系进行研究,从中找出其内在的规律,以便采取各种措施(包括规划、预测、计划、设计、组织、管理等),使农业的发展能满足人类社会发展的需要。这样就决定了它的下列特点:

(1)实践性。农业系统工程要紧密结合农业生产的实际,经受实践的检验。

(2)综合性。它涉及到与农业生产有关的许多方面和因素,因此,必须强调多学科的协作。

(3)整体性。农业系统是一个统一的整体,任何部分或因素都要从整体出发,以求得整体的最优化。

(4)关联性。系统内各分系或因素都是相互依存、互相制约的,具有规律性和层次性,并可定性或定量地加以表述。

(5)有序性。系统内各分系统或因素在时间和空间上都是有序的,如生物的生长发育有一定的过程、各种管理措施在季节上有先后、各种作物有不同的分布区域等。

(6)最优性。系统要完成的特定功能可以最优化,从诸方案中选择出最佳系统方案。

除以上特点外,农业系统工程由于气象、土壤、生物等自然因素变化幅度较大,市场、价格等社会因素也极为复杂。因此,在收集基础数据时,往往要依靠数理统计和概率论来进行处理。数据的选取不当时会引起计算结果偏离实际,降低实用价值,因此,对工作的每一个步骤,都需要慎重地作出评价。

方法

一般的步骤是:明确问题,选择评价目标,系统综合(形成可能的系统方案),系统分析,系统选择,并确定最优化方案,决策和确定实施方案。

其中,系统分析即通过建立模型,估计各备选系统可能达到的效果,并加以比较,是关键性的一步。模型可分为图式模型和数学模型。图式模型用以说明农业系统中各个因子之间的相互联系和制约,是系统地认识问题和进一步建立数学模型的基础。数学模型是以数学方程式表明系统的目标及各因素间的相互关系,用以对各种自然现象和社会现象进行模拟,可借助电子计算机求解,迅速便捷地求出各因子或现象之间的因果关系,对系统进行深入的定量研究。从而为探索事物的发展规律,预测可能发生的结果。

应用

农业系统工程常被应用于以下一些方面:

(1)用于研究一个农场、地区、国家,甚至全世界的农业发展规划和农业政策问题。如水、土资源的最佳分配,农业机械的最佳配备,解决粮食问题的优化方案等。

(2)预测农业生产的前景,研究改进农业的经营管理。

(3)研究不同农业技术措施对动、植物生长发育的影响,从而设计最佳的农业生产过程

(4)确定农业工程设施的最佳设计方案等。