什么是科學(xué)的方法

        [百度] 科學(xué)方法是人們在認識和改造世界中遵循或運用的，符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段，包括在理論研究、應用研究、開(kāi)發(fā)推廣等科學(xué)活動(dòng)過(guò)程中采用的思路、程序、規則、技巧和模式。在心理學(xué)中，主要是指利用科學(xué)思維從事科學(xué)研究，從而得出所研究對象的本質(zhì)和規律。人們正確認識世界改造世界的根本方法包括：對稱(chēng)方法（含對稱(chēng)邏輯思維方式、對稱(chēng)平衡方法）、五維空間方法、復雜系統論方法、還原論與整體論相統一的方法、公理方法、典型分析方法、規范與實(shí)證相統一方法、邏輯與歷史相統一方法、抽象與具體相統一方法、原創(chuàng )理論與經(jīng)世致用的科學(xué)評價(jià)標準等。這些方法作為人們正確認識世界改造世界的根本方法，也是人們進(jìn)行任何一門(mén)科學(xué)研究必須應用的方法。

        用科學(xué)的方法得出的結論應是客觀(guān)的，可以被重復呈現的，只要具備了一定的條件。這一點(diǎn)對于系統和產(chǎn)品設計有很大的提示作用?？茖W(xué)的方法論有物理和數學(xué)理論作為基礎，它用定量的方式直接回答了系統的行與不行。用科學(xué)的方法進(jìn)行系統設計，既可以通過(guò)數字仿真進(jìn)行驗證，也可以通過(guò)過(guò)實(shí)驗進(jìn)行驗證。實(shí)踐檢驗是最直接和最原始的方法，也是最有效的方法。但有時(shí)因為試驗的難度太高，或代價(jià)太大，在設計階段完成整個(gè)系統的試驗是無(wú)法做到的。

        科學(xué)的方法不是只憑借經(jīng)驗，更不是憑借拍腦袋，而是建立在嚴密的邏輯推理及數學(xué)分析的基礎之上完成的。比如，當我們要設計一個(gè)建筑結構時(shí)，對于承重的購件設計，首先要滿(mǎn)足力學(xué)要求，可以通過(guò)有限元分析，對于比較復雜或重要的結構，有必要進(jìn)行試驗。當我們要設計一款物流設備，如穿梭車(chē)，則計算、仿真、試驗皆不可少，此外，疲勞試驗也非常重要。對于需要支撐數十萬(wàn)甚至一百多萬(wàn)次作業(yè)的設備，如穿梭車(chē)和KIVA，其關(guān)鍵零部件的耐久性試驗尤為重要，也直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

        科學(xué)的方法和思維有利于我們破除迷信，敢于質(zhì)疑前人的成果，敢于創(chuàng )新，并推動(dòng)人類(lèi)科技的不斷發(fā)展。

標準的制定和意義

        什么是設計與產(chǎn)品的標準呢？通俗的講，即設計所需要滿(mǎn)足的基本條件和要求。如堆垛機設備的設計標準，要滿(mǎn)足包括機械、電控、維護、環(huán)境、運輸、安裝、用電、基礎、安全性等在內的多方面的條件和要求。設計標準是前人經(jīng)驗的總結，或者是實(shí)踐檢驗的結果，其最大的優(yōu)勢在于使設計更加合理和科學(xué)，避免出現一般性的錯誤和重復錯誤，以及在應用過(guò)程中增強設備或零部件的通用性等。在制造領(lǐng)域，標準化程度的高低，既影響制造質(zhì)量和成本，也決定了制造業(yè)的總體水平。

        比如，堆垛機的設計中，有一項指標是巷道的寬度d。巷道寬度要保留多少才安全？一方面要看托盤(pán)的尺寸，第二則要看安全間隙是多少。安全間隙不僅要滿(mǎn)足堆垛機正確運行的需求，又要考慮托盤(pán)從入庫、存儲、出庫等過(guò)程中的安全性等問(wèn)題。正常情況下，托盤(pán)本身尺寸和貨物尺寸要符合標準，其誤差不能太大。此外，還要考慮的問(wèn)題包括碼垛的規范性，托盤(pán)在運行過(guò)程中的垛型保持，貨架安裝的誤差，貨叉停準的誤差，以及堆垛機停準的誤差等。設計規范則是在考慮以上要求后，給出一個(gè)建議的尺寸，可用于設計者參考。

        在物流系統集成過(guò)程中，我們經(jīng)常遇到標準化問(wèn)題。設計過(guò)程的標準化是第一個(gè)環(huán)節，也是最重要的環(huán)節?？梢詮膸讉€(gè)方面領(lǐng)會(huì )標準化的意義。

        產(chǎn)品選型的標準化：體現在產(chǎn)品的規格型號，什么樣的選型是符合標準的呢？有很多指標。如性能指標、可靠性指標、可購買(mǎi)性和可維護性指標、安全指標、用電指標、元器件指標、接口等。其中性能指標最為復雜，既有熟知的有關(guān)尺寸、速度、精度、噪音等指標，也有諸如使用壽命等隱形指標。

        性能指標的要求：標準化的一個(gè)重要方面是給設計的產(chǎn)品提供一個(gè)或多個(gè)門(mén)檻。如A級產(chǎn)品、B級產(chǎn)品、C級產(chǎn)品等，其門(mén)檻是不一樣的。這樣的目的主要在于為產(chǎn)品設置一定的門(mén)檻，為用戶(hù)提供一個(gè)選擇的機會(huì )，避免魚(yú)龍混雜。物流裝備行業(yè)是一個(gè)競爭激烈的行業(yè)，也是一個(gè)幾乎沒(méi)有門(mén)檻的行業(yè)，所以低價(jià)競爭、惡意低價(jià)競爭成為影響行業(yè)發(fā)展的毒瘤。在這種情況下，唯有建立標準，明確產(chǎn)品的性能指標，才能使產(chǎn)品的差異化得到體現，確保用戶(hù)的利益和行業(yè)的健康發(fā)展。

        有關(guān)表達方式的標準化：這在設計中幾乎是通用的。一項設計，往往是通過(guò)文字和圖紙來(lái)進(jìn)行表達，表達的方式不同，效果也就不同。標準的意義在于提供一個(gè)一致的表達方式，使別的讀者可以迅速的理解設計的內容。

        人們對于設計標準化的要求，還在于盡量使設計變得簡(jiǎn)單和簡(jiǎn)練。比如說(shuō)零部件或產(chǎn)品的種類(lèi)規格盡量的少，以便于采購、生產(chǎn)、安裝、維護變得更簡(jiǎn)單；比如說(shuō)產(chǎn)品的零部件盡可能地具有通用性，設計的產(chǎn)品易于加工、運輸、安裝、維護等。標準化的在一定意義上可以使產(chǎn)品更加穩定可靠，通過(guò)減少規格，減少設計量，從而實(shí)現規?；a(chǎn)，從而使生產(chǎn)成本大幅度下降。

用理論指導實(shí)踐，用實(shí)踐完善理論

        科學(xué)的方法，一方面在于用理論指導實(shí)踐，另一方面在于通過(guò)實(shí)踐不斷完善理論，使理論升級。人類(lèi)認識自然、認識世界、改造自然、改造世界的過(guò)程其實(shí)就是如此。理論的形成，是一個(gè)歸納、總結、抽象、提升的過(guò)程，是人類(lèi)智慧的成果。用理論指導實(shí)踐，指導設計，我們就會(huì )有條不紊的推動(dòng)工作的進(jìn)展，并且在具體工作中，應用科學(xué)知識進(jìn)行指導。比如要設計一座橋梁，在確定基本跨度、載荷的前提下，我們首先要對橋梁的結構形式進(jìn)行規劃設計，要對每一個(gè)設計方案進(jìn)行各種工況下的力學(xué)分析，必要時(shí)還要通過(guò)仿真試驗，驗證設計的可行性，從而確定橋梁的主體結構。橋梁一旦建成，我們還要進(jìn)一步通過(guò)實(shí)測，對實(shí)測數據與理論值進(jìn)行比對，看看他們之間的誤差是多少，從而提出修正意見(jiàn)，或為未來(lái)的設計提供參考。

        以最簡(jiǎn)單的貨架設計為例，貨架的設計盡管簡(jiǎn)單，但其力學(xué)分析卻并不容易。包括橫梁的連接方式，載荷的處理，計算模型的建立等。一般情況下，理論計算與實(shí)際必然存在誤差，只有不斷修正，計算結果才能與實(shí)際逐漸逼近。

        理論是一個(gè)不斷抽象的結果，為了敘述方便，或求解方便，往往要對實(shí)際的結構和邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，而這種簡(jiǎn)化的結果必然會(huì )差生誤差。如何修正這種誤差，目前來(lái)看，只有試驗和實(shí)際測量才能解決。計算機仿真技術(shù)可以解決部分問(wèn)題，但計算機仿真建模也是需要對現場(chǎng)情況進(jìn)行簡(jiǎn)化才能完成，所以，理論上計算機仿真也是存在誤差的。

        有時(shí)，實(shí)踐的結果與理論差異甚大，這是就要考慮對理論進(jìn)行修正。很多科學(xué)發(fā)現就是在這種情況實(shí)現的。我讀大學(xué)時(shí)，有幸聆聽(tīng)了葉開(kāi)沅教授的板殼理論課程，在進(jìn)行板殼大撓度變形理論的學(xué)習中，了解到板殼大撓度變形主要是由二階及以上變量所引起。這個(gè)發(fā)現也是由于實(shí)踐而完成的。一般彈性力學(xué)的處理，是舍棄二階及以上變量的影響的，但在板殼理論中，二階變量及以上變量卻起到了決定性作用。葉先生也因此成為影響一代人的力學(xué)大師。

        人類(lèi)的認知總是受到自身能力的限制，而不可能盡善盡美，或毫無(wú)紕漏。很多情況下，設計者并不能窮舉所有情況，從而使設計留下漏洞。只有通過(guò)實(shí)踐的驗證，很多問(wèn)題才會(huì )浮出水面，從而為進(jìn)一步完善提供方向。計算機軟件設計尤其如此，不管測試如何全面，卻與實(shí)際總存在差距，由于問(wèn)題的暴露需要長(cháng)時(shí)間的積累，所以軟件系統的完善會(huì )是一個(gè)相當長(cháng)的時(shí)間。這也可以解釋為什么一個(gè)優(yōu)秀的軟件工程師，其經(jīng)驗是非常重要的。

重點(diǎn)攻關(guān)（關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)鍵零部件）

        科學(xué)方法在實(shí)際應用中，除了科學(xué)理論外，也包含一些方法論。這在物流系統設計和產(chǎn)品設計中隨處可見(jiàn)。無(wú)論是一項產(chǎn)品設計還是一項工程設計，往往會(huì )遇到一些難以克服的難題，這些難題如果不能克服，則設計難以成功。難題成為影響項目和產(chǎn)品是否成功的障礙。比如在早期的起重機設計中，鋼絲繩就是一個(gè)難題。眾所周知，鋼絲繩在整個(gè)起重機的占比非常小，但重要性非常高。一旦鋼絲繩出現斷裂，就是非常嚴重的事故。因此，鋼絲繩的研究成為起重機研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，也成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。據我所知，原來(lái)的華中科技大學(xué)楊叔子院士就是研究鋼絲繩探傷的著(zhù)名專(zhuān)家。

        如何應用科學(xué)的方法對重點(diǎn)攻關(guān)技術(shù)進(jìn)行指導，也有很多方面?？茖W(xué)的方法，有時(shí)也比較笨拙。比如產(chǎn)品的耐久性測試，就是一個(gè)典型的例子。我國的工業(yè)產(chǎn)品，客觀(guān)的說(shuō)，有很多是不過(guò)關(guān)的。比如我們天天使用的門(mén)鎖或水龍頭，就是一個(gè)典型。為什么全世界認為德國的門(mén)鎖會(huì )比其它國家的要好呢？我遇到的一個(gè)例子也許可以回答這個(gè)問(wèn)題。這是一個(gè)德國品牌的生產(chǎn)工業(yè)門(mén)的公司，他們的產(chǎn)品號稱(chēng)永不損壞，我開(kāi)始也很疑惑，他們如何做到？但在參觀(guān)他們工廠(chǎng)時(shí)，就突然明白了。在工廠(chǎng)有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的試驗裝置，用于測試門(mén)的活頁(yè)和門(mén)鎖，每一項新的設計，都要經(jīng)過(guò)這樣的測試，每個(gè)測試要求達到100萬(wàn)次以上才算合格。如果不行，就要反復修改設計，直到達到為止。我當時(shí)就在想，我國的門(mén)鎖和水龍頭生產(chǎn)企業(yè)，如果都能做這樣的研究和測試，而不是簡(jiǎn)單的抄襲復制，其品質(zhì)也是可以達到很高水平的。我們常常對當下的浮躁風(fēng)氣予以批評，但就是沒(méi)有人去做笨功夫，不按照科學(xué)的方法行事，所以只會(huì )永遠的批評下去，而看不到有所改變。

        我國已經(jīng)是一個(gè)制造業(yè)大國，但如果不能在生產(chǎn)貫徹科學(xué)的精神，采用科學(xué)的手段，就有可能永遠不能擺脫低端制造的命運。其實(shí)，所謂低端與高端制造，其差距也許就在于是否采用了科學(xué)的方法。有些東西，如很多的工業(yè)產(chǎn)品，可以通過(guò)錢(qián)買(mǎi)來(lái)，但更多的東西，并不是錢(qián)可以買(mǎi)來(lái)，如knowhow、如品質(zhì)、如能力、如核心技術(shù)，需要一代人一代人不斷地追求，不斷探索，不斷完善，不斷迭代，才能獲得。

現場(chǎng)的維護管理策略

        無(wú)論是供應商還是用戶(hù)，都有一個(gè)不切實(shí)際的想法，即一勞永逸。需要知道的是，世界上沒(méi)有一項完美無(wú)缺的工程，也沒(méi)有一臺永不損壞的機器，故障和缺陷是不可避免的，要接受這種故障和不完美。且不說(shuō)一個(gè)復雜的物流系統，就是一輛自行車(chē)，也是需要不斷保養和維護，才能保證其持續的可用性。

        如何用科學(xué)的方法指導現場(chǎng)運維問(wèn)題，也是一項非常重要的課程。

        首先，要理解故障是不可避免的，而不是心存僥幸。因此，加強維護保養非常重要。要及時(shí)監測系統的運行情況，一旦出現異常信號，要及時(shí)干預。建立遠程的現場(chǎng)信號監控很有必要，運用AI對成千上萬(wàn)的系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，可以提前對故障進(jìn)行預警。

        其次，要對故障進(jìn)行預測，并制定相應的應急措施。例如，我們要對重要數據進(jìn)行備份，對軟件系統進(jìn)行備份，要對易損件提前預備，這是故障后快速維修、恢復系統所需要的。在整個(gè)系統設計中，除自動(dòng)化系統外，要保留一定的柔性，如增加平置倉庫、電梯，以應對臨時(shí)的故障等。不能等到故障發(fā)生時(shí)才想辦法，這樣就來(lái)不及了。

        第三，要有底線(xiàn)思維，在故障狀態(tài)下，系統不能影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。即故障可能會(huì )使系統暫停，或降低效率，但不能影響正常的生產(chǎn)。

        需要指出的是，承認系統和產(chǎn)品的缺陷和不完美，并非是要推卸責任，為產(chǎn)品的缺陷找借口。我們所講的缺陷和不完美是指超出人們現有認知和能力的部分，而并非產(chǎn)品已知的部分。比如，產(chǎn)品的設計沒(méi)有達到標準的要求，或性能指標沒(méi)有達到合同的要求，就是一項不合格的產(chǎn)品，這與產(chǎn)品的缺陷和不完美并非一回事。我們所指的缺陷，主要是由于材料、軟件、現場(chǎng)條件的不確定性和不可預知性帶來(lái)的。如零部件的使用壽命，一旦超出預期，就可能導致功能失效；軟件在沒(méi)有預計到的工況出現時(shí)出現的BUG；設備需要保養，如果保養不及時(shí)，有可能導致故障，零部件本身存在缺陷，使用不 符合規范等。

        任何產(chǎn)品都會(huì )對使用環(huán)境有要求，作為使用者，要明白產(chǎn)品不是萬(wàn)能的。比如對溫度的適應性，有常溫和低溫的區別，常溫的產(chǎn)品在低溫下可能就不能很好的工作，反之亦然。又如很多現場(chǎng)不規范，對自動(dòng)化提出了挑戰。如標簽、周轉箱、托盤(pán)的規范性，就會(huì )嚴重影響產(chǎn)品的使用。一種科學(xué)的方法是要盡量使現場(chǎng)條件滿(mǎn)足產(chǎn)品的要求，而不是置之不理。