什么是科學的方法

        [百度] 科學方法是人們在認識和改造世界中遵循或運用的，符合科學一般原則的各種途徑和手段，包括在理論研究、應(yīng)用研究、開發(fā)推廣等科學活動過程中采用的思路、程序、規(guī)則、技巧和模式。在心理學中，主要是指利用科學思維從事科學研究，從而得出所研究對象的本質(zhì)和規(guī)律。人們正確認識世界改造世界的根本方法包括：對稱方法（含對稱邏輯思維方式、對稱平衡方法）、五維空間方法、復雜系統(tǒng)論方法、還原論與整體論相統(tǒng)一的方法、公理方法、典型分析方法、規(guī)范與實證相統(tǒng)一方法、邏輯與歷史相統(tǒng)一方法、抽象與具體相統(tǒng)一方法、原創(chuàng)理論與經(jīng)世致用的科學評價標準等。這些方法作為人們正確認識世界改造世界的根本方法，也是人們進行任何一門科學研究必須應(yīng)用的方法。

        用科學的方法得出的結(jié)論應(yīng)是客觀的，可以被重復呈現(xiàn)的，只要具備了一定的條件。這一點對于系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計有很大的提示作用?？茖W的方法論有物理和數(shù)學理論作為基礎(chǔ)，它用定量的方式直接回答了系統(tǒng)的行與不行。用科學的方法進行系統(tǒng)設(shè)計，既可以通過數(shù)字仿真進行驗證，也可以通過過實驗進行驗證。實踐檢驗是最直接和最原始的方法，也是最有效的方法。但有時因為試驗的難度太高，或代價太大，在設(shè)計階段完成整個系統(tǒng)的試驗是無法做到的。

        科學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(shù)學分析的基礎(chǔ)之上完成的。比如，當我們要設(shè)計一個建筑結(jié)構(gòu)時，對于承重的購件設(shè)計，首先要滿足力學要求，可以通過有限元分析，對于比較復雜或重要的結(jié)構(gòu)，有必要進行試驗。當我們要設(shè)計一款物流設(shè)備，如穿梭車，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(shù)十萬甚至一百多萬次作業(yè)的設(shè)備，如穿梭車和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，并推動人類科技的不斷發(fā)展。

標準的制定和意義

        什么是設(shè)計與產(chǎn)品的標準呢？通俗的講，即設(shè)計所需要滿足的基本條件和要求。如堆垛機設(shè)備的設(shè)計標準，要滿足包括機械、電控、維護、環(huán)境、運輸、安裝、用電、基礎(chǔ)、安全性等在內(nèi)的多方面的條件和要求。設(shè)計標準是前人經(jīng)驗的總結(jié)，或者是實踐檢驗的結(jié)果，其最大的優(yōu)勢在于使設(shè)計更加合理和科學，避免出現(xiàn)一般性的錯誤和重復錯誤，以及在應(yīng)用過程中增強設(shè)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(shè)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？一方面要看托盤的尺寸，第二則要看安全間隙是多少。安全間隙不僅要滿足堆垛機正確運行的需求，又要考慮托盤從入庫、存儲、出庫等過程中的安全性等問題。正常情況下，托盤本身尺寸和貨物尺寸要符合標準，其誤差不能太大。此外，還要考慮的問題包括碼垛的規(guī)范性，托盤在運行過程中的垛型保持，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(shè)計規(guī)范則是在考慮以上要求后，給出一個建議的尺寸，可用于設(shè)計者參考。

        在物流系統(tǒng)集成過程中，我們經(jīng)常遇到標準化問題。設(shè)計過程的標準化是第一個環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)?？梢詮膸讉€方面領(lǐng)會標準化的意義。

        產(chǎn)品選型的標準化：體現(xiàn)在產(chǎn)品的規(guī)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：標準化的一個重要方面是給設(shè)計的產(chǎn)品提供一個或多個門檻。如A級產(chǎn)品、B級產(chǎn)品、C級產(chǎn)品等，其門檻是不一樣的。這樣的目的主要在于為產(chǎn)品設(shè)置一定的門檻，為用戶提供一個選擇的機會，避免魚龍混雜。物流裝備行業(yè)是一個競爭激烈的行業(yè)，也是一個幾乎沒有門檻的行業(yè)，所以低價競爭、惡意低價競爭成為影響行業(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(xiàn)，確保用戶的利益和行業(yè)的健康發(fā)展。

        有關(guān)表達方式的標準化：這在設(shè)計中幾乎是通用的。一項設(shè)計，往往是通過文字和圖紙來進行表達，表達的方式不同，效果也就不同。標準的意義在于提供一個一致的表達方式，使別的讀者可以迅速的理解設(shè)計的內(nèi)容。

        人們對于設(shè)計標準化的要求，還在于盡量使設(shè)計變得簡單和簡練。比如說零部件或產(chǎn)品的種類規(guī)格盡量的少，以便于采購、生產(chǎn)、安裝、維護變得更簡單；比如說產(chǎn)品的零部件盡可能地具有通用性，設(shè)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(wěn)定可靠，通過減少規(guī)格，減少設(shè)計量，從而實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，從而使生產(chǎn)成本大幅度下降。

用理論指導實踐，用實踐完善理論

        科學的方法，一方面在于用理論指導實踐，另一方面在于通過實踐不斷完善理論，使理論升級。人類認識自然、認識世界、改造自然、改造世界的過程其實就是如此。理論的形成，是一個歸納、總結(jié)、抽象、提升的過程，是人類智慧的成果。用理論指導實踐，指導設(shè)計，我們就會有條不紊的推動工作的進展，并且在具體工作中，應(yīng)用科學知識進行指導。比如要設(shè)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(jié)構(gòu)形式進行規(guī)劃設(shè)計，要對每一個設(shè)計方案進行各種工況下的力學分析，必要時還要通過仿真試驗，驗證設(shè)計的可行性，從而確定橋梁的主體結(jié)構(gòu)。橋梁一旦建成，我們還要進一步通過實測，對實測數(shù)據(jù)與理論值進行比對，看看他們之間的誤差是多少，從而提出修正意見，或為未來的設(shè)計提供參考。

        以最簡單的貨架設(shè)計為例，貨架的設(shè)計盡管簡單，但其力學分析卻并不容易。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，理論計算與實際必然存在誤差，只有不斷修正，計算結(jié)果才能與實際逐漸逼近。

        理論是一個不斷抽象的結(jié)果，為了敘述方便，或求解方便，往往要對實際的結(jié)構(gòu)和邊界條件進行簡化，而這種簡化的結(jié)果必然會差生誤差。如何修正這種誤差，目前來看，只有試驗和實際測量才能解決。計算機仿真技術(shù)可以解決部分問題，但計算機仿真建模也是需要對現(xiàn)場情況進行簡化才能完成，所以，理論上計算機仿真也是存在誤差的。

        有時，實踐的結(jié)果與理論差異甚大，這是就要考慮對理論進行修正。很多科學發(fā)現(xiàn)就是在這種情況實現(xiàn)的。我讀大學時，有幸聆聽了葉開沅教授的板殼理論課程，在進行板殼大撓度變形理論的學習中，了解到板殼大撓度變形主要是由二階及以上變量所引起。這個發(fā)現(xiàn)也是由于實踐而完成的。一般彈性力學的處理，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大師。

        人類的認知總是受到自身能力的限制，而不可能盡善盡美，或毫無紕漏。很多情況下，設(shè)計者并不能窮舉所有情況，從而使設(shè)計留下漏洞。只有通過實踐的驗證，很多問題才會浮出水面，從而為進一步完善提供方向。計算機軟件設(shè)計尤其如此，不管測試如何全面，卻與實際總存在差距，由于問題的暴露需要長時間的積累，所以軟件系統(tǒng)的完善會是一個相當長的時間。這也可以解釋為什么一個優(yōu)秀的軟件工程師，其經(jīng)驗是非常重要的。

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

        科學方法在實際應(yīng)用中，除了科學理論外，也包含一些方法論。這在物流系統(tǒng)設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計中隨處可見。無論是一項產(chǎn)品設(shè)計還是一項工程設(shè)計，往往會遇到一些難以克服的難題，這些難題如果不能克服，則設(shè)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(shè)計中，鋼絲繩就是一個難題。眾所周知，鋼絲繩在整個起重機的占比非常小，但重要性非常高。一旦鋼絲繩出現(xiàn)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和難點之一，也成為一個重要的研究領(lǐng)域。據(jù)我所知，原來的華中科技大學楊叔子院士就是研究鋼絲繩探傷的著名專家。

        如何應(yīng)用科學的方法對重點攻關(guān)技術(shù)進行指導，也有很多方面。科學的方法，有時也比較笨拙。比如產(chǎn)品的耐久性測試，就是一個典型的例子。我國的工業(yè)產(chǎn)品，客觀的說，有很多是不過關(guān)的。比如我們天天使用的門鎖或水龍頭，就是一個典型。為什么全世界認為德國的門鎖會比其它國家的要好呢？我遇到的一個例子也許可以回答這個問題。這是一個德國品牌的生產(chǎn)工業(yè)門的公司，他們的產(chǎn)品號稱永不損壞，我開始也很疑惑，他們?nèi)绾巫龅剑康趨⒂^他們工廠時，就突然明白了。在工廠有一個專門的試驗裝置，用于測試門的活頁和門鎖，每一項新的設(shè)計，都要經(jīng)過這樣的測試，每個測試要求達到100萬次以上才算合格。如果不行，就要反復修改設(shè)計，直到達到為止。我當時就在想，我國的門鎖和水龍頭生產(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氣予以批評，但就是沒有人去做笨功夫，不按照科學的方法行事，所以只會永遠的批評下去，而看不到有所改變。

        我國已經(jīng)是一個制造業(yè)大國，但如果不能在生產(chǎn)貫徹科學的精神，采用科學的手段，就有可能永遠不能擺脫低端制造的命運。其實，所謂低端與高端制造，其差距也許就在于是否采用了科學的方法。有些東西，如很多的工業(yè)產(chǎn)品，可以通過錢買來，但更多的東西，并不是錢可以買來，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(xiàn)場的維護管理策略

        無論是供應(yīng)商還是用戶，都有一個不切實際的想法，即一勞永逸。需要知道的是，世界上沒有一項完美無缺的工程，也沒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。且不說一個復雜的物流系統(tǒng)，就是一輛自行車，也是需要不斷保養(yǎng)和維護，才能保證其持續(xù)的可用性。

        如何用科學的方法指導現(xiàn)場運維問題，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(yǎng)非常重要。要及時監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況，一旦出現(xiàn)異常信號，要及時干預。建立遠程的現(xiàn)場信號監(jiān)控很有必要，運用AI對成千上萬的系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，可以提前對故障進行預警。

        其次，要對故障進行預測，并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施。例如，我們要對重要數(shù)據(jù)進行備份，對軟件系統(tǒng)進行備份，要對易損件提前預備，這是故障后快速維修、恢復系統(tǒng)所需要的。在整個系統(tǒng)設(shè)計中，除自動化系統(tǒng)外，要保留一定的柔性，如增加平置倉庫、電梯，以應(yīng)對臨時的故障等。不能等到故障發(fā)生時才想辦法，這樣就來不及了。

        第三，要有底線思維，在故障狀態(tài)下，系統(tǒng)不能影響生產(chǎn)的正常進行。即故障可能會使系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(shè)計沒有達到標準的要求，或性能指標沒有達到合同的要求，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(xiàn)場條件的不確定性和不可預知性帶來的。如零部件的使用壽命，一旦超出預期，就可能導致功能失效；軟件在沒有預計到的工況出現(xiàn)時出現(xiàn)的BUG；設(shè)備需要保養(yǎng)，如果保養(yǎng)不及時，有可能導致故障，零部件本身存在缺陷，使用不 符合規(guī)范等。

        任何產(chǎn)品都會對使用環(huán)境有要求，作為使用者，要明白產(chǎn)品不是萬能的。比如對溫度的適應(yīng)性，有常溫和低溫的區(qū)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(xiàn)場不規(guī)范，對自動化提出了挑戰(zhàn)。如標簽、周轉(zhuǎn)箱、托盤的規(guī)范性，就會嚴重影響產(chǎn)品的使用。一種科學的方法是要盡量使現(xiàn)場條件滿足產(chǎn)品的要求，而不是置之不理。