什么是科學(xué)的方法

        [百度] 科學(xué)方法是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造世界中遵循或運(yùn)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(yīng)用研究、開發(fā)推廣等科學(xué)活動(dòng)過程中采用的思路、程序、規(guī)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(duì)象的本質(zhì)和規(guī)律。人們正確認(rèn)識(shí)世界改造世界的根本方法包括：對(duì)稱方法（含對(duì)稱邏輯思維方式、對(duì)稱平衡方法）、五維空間方法、復(fù)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(shí)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(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。這些方法作為人們正確認(rèn)識(shí)世界改造世界的根本方法，也是人們進(jìn)行任何一門科學(xué)研究必須應(yīng)用的方法。

        用科學(xué)的方法得出的結(jié)論應(yīng)是客觀的，可以被重復(fù)呈現(xiàn)的，只要具備了一定的條件。這一點(diǎn)對(duì)于系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)有很大的提示作用?？茖W(xué)的方法論有物理和數(shù)學(xué)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(xué)的方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既可以通過數(shù)字仿真進(jìn)行驗(yàn)證，也可以通過過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)踐檢驗(yàn)是最直接和最原始的方法，也是最有效的方法。但有時(shí)因?yàn)樵囼?yàn)的難度太高，或代價(jià)太大，在設(shè)計(jì)階段完成整個(gè)系統(tǒng)的試驗(yàn)是無法做到的。

        科學(xué)的方法不是只憑借經(jīng)驗(yàn)，更不是憑借拍腦袋，而是建立在嚴(yán)密的邏輯推理及數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)之上完成的。比如，當(dāng)我們要設(shè)計(jì)一個(gè)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于承重的購件設(shè)計(jì)，首先要滿足力學(xué)要求，可以通過有限元分析，對(duì)于比較復(fù)雜或重要的結(jié)構(gòu)，有必要進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)我們要設(shè)計(jì)一款物流設(shè)備，如穿梭車，則計(jì)算、仿真、試驗(yàn)皆不可少，此外，疲勞試驗(yàn)也非常重要。對(duì)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(yàn)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)人類科技的不斷發(fā)展。

標(biāo)準(zhǔn)的制定和意義

        什么是設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)呢？通俗的講，即設(shè)計(jì)所需要滿足的基本條件和要求。如堆垛機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要滿足包括機(jī)械、電控、維護(hù)、環(huán)境、運(yùn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)是前人經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，或者是實(shí)踐檢驗(yàn)的結(jié)果，其最大的優(yōu)勢(shì)在于使設(shè)計(jì)更加合理和科學(xué)，避免出現(xiàn)一般性的錯(cuò)誤和重復(fù)錯(cuò)誤，以及在應(yīng)用過程中增強(qiáng)設(shè)備或零部件的通用性等。在制造領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的設(shè)計(jì)中，有一項(xiàng)指標(biāo)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(jī)正確運(yùn)行的需求，又要考慮托盤從入庫、存儲(chǔ)、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(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行過程中的垛型保持，貨架安裝的誤差，貨叉停準(zhǔn)的誤差，以及堆垛機(jī)停準(zhǔn)的誤差等。設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)計(jì)者參考。

        在物流系統(tǒng)集成過程中，我們經(jīng)常遇到標(biāo)準(zhǔn)化問題。設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化是第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)?？梢詮膸讉€(gè)方面領(lǐng)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化的意義。

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

        性能指標(biāo)的要求：標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)重要方面是給設(shè)計(jì)的產(chǎn)品提供一個(gè)或多個(gè)門檻。如A級(jí)產(chǎn)品、B級(jí)產(chǎn)品、C級(jí)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(gè)選擇的機(jī)會(huì)，避免魚龍混雜。物流裝備行業(yè)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)，也是一個(gè)幾乎沒有門檻的行業(yè)，所以低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)、惡意低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)成為影響行業(yè)發(fā)展的毒瘤。在這種情況下，唯有建立標(biāo)準(zhǔn)，明確產(chǎn)品的性能指標(biāo)，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(dá)方式的標(biāo)準(zhǔn)化：這在設(shè)計(jì)中幾乎是通用的。一項(xiàng)設(shè)計(jì)，往往是通過文字和圖紙來進(jìn)行表達(dá)，表達(dá)的方式不同，效果也就不同。標(biāo)準(zhǔn)的意義在于提供一個(gè)一致的表達(dá)方式，使別的讀者可以迅速的理解設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

        人們對(duì)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的要求，還在于盡量使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單和簡(jiǎn)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(hù)變得更簡(jiǎn)單；比如說產(chǎn)品的零部件盡可能地具有通用性，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品易于加工、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)等。標(biāo)準(zhǔn)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(jì)量，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，從而使生產(chǎn)成本大幅度下降。

用理論指導(dǎo)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(dǎo)實(shí)踐，另一方面在于通過實(shí)踐不斷完善理論，使理論升級(jí)。人類認(rèn)識(shí)自然、認(rèn)識(shí)世界、改造自然、改造世界的過程其實(shí)就是如此。理論的形成，是一個(gè)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(dǎo)實(shí)踐，指導(dǎo)設(shè)計(jì)，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(yīng)用科學(xué)知識(shí)進(jìn)行指導(dǎo)。比如要設(shè)計(jì)一座橋梁，在確定基本跨度、載荷的前提下，我們首先要對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，要對(duì)每一個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行各種工況下的力學(xué)分析，必要時(shí)還要通過仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(jìn)一步通過實(shí)測(cè)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行比對(duì)，看看他們之間的誤差是多少，從而提出修正意見，或?yàn)槲磥淼脑O(shè)計(jì)提供參考。

        以最簡(jiǎn)單的貨架設(shè)計(jì)為例，貨架的設(shè)計(jì)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(jì)算模型的建立等。一般情況下，理論計(jì)算與實(shí)際必然存在誤差，只有不斷修正，計(jì)算結(jié)果才能與實(shí)際逐漸逼近。

        理論是一個(gè)不斷抽象的結(jié)果，為了敘述方便，或求解方便，往往要對(duì)實(shí)際的結(jié)構(gòu)和邊界條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，而這種簡(jiǎn)化的結(jié)果必然會(huì)差生誤差。如何修正這種誤差，目前來看，只有試驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量才能解決。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以解決部分問題，但計(jì)算機(jī)仿真建模也是需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行簡(jiǎn)化才能完成，所以，理論上計(jì)算機(jī)仿真也是存在誤差的。

        有時(shí)，實(shí)踐的結(jié)果與理論差異甚大，這是就要考慮對(duì)理論進(jìn)行修正。很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)就是在這種情況實(shí)現(xiàn)的。我讀大學(xué)時(shí)，有幸聆聽了葉開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(xí)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(xiàn)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。

        人類的認(rèn)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(jì)者并不能窮舉所有情況，從而使設(shè)計(jì)留下漏洞。只有通過實(shí)踐的驗(yàn)證，很多問題才會(huì)浮出水面，從而為進(jìn)一步完善提供方向。計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)尤其如此，不管測(cè)試如何全面，卻與實(shí)際總存在差距，由于問題的暴露需要長(zhǎng)時(shí)間的積累，所以軟件系統(tǒng)的完善會(huì)是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)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(yàn)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(yīng)用中，除了科學(xué)理論外，也包含一些方法論。這在物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中隨處可見。無論是一項(xiàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)還是一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)難以成功。難題成為影響項(xiàng)目和產(chǎn)品是否成功的障礙。比如在早期的起重機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)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(yán)重的事故。因此，鋼絲繩的研究成為起重機(jī)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(jù)我所知，原來的華中科技大學(xué)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(xué)的方法對(duì)重點(diǎn)攻關(guān)技術(shù)進(jìn)行指導(dǎo)，也有很多方面。科學(xué)的方法，有時(shí)也比較笨拙。比如產(chǎn)品的耐久性測(cè)試，就是一個(gè)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(gè)典型。為什么全世界認(rèn)為德國的門鎖會(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)問題。這是一個(gè)德國品牌的生產(chǎn)工業(yè)門的公司，他們的產(chǎn)品號(hào)稱永不損壞，我開始也很疑惑，他們?nèi)绾巫龅?？但在參觀他們工廠時(shí)，就突然明白了。在工廠有一個(gè)專門的試驗(yàn)裝置，用于測(cè)試門的活頁和門鎖，每一項(xiàng)新的設(shè)計(jì)，都要經(jīng)過這樣的測(cè)試，每個(gè)測(cè)試要求達(dá)到100萬次以上才算合格。如果不行，就要反復(fù)修改設(shè)計(jì)，直到達(dá)到為止。我當(dāng)時(shí)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(cè)試，而不是簡(jiǎn)單的抄襲復(fù)制，其品質(zhì)也是可以達(dá)到很高水平的。我們常常對(duì)當(dāng)下的浮躁風(fēng)氣予以批評(píng)，但就是沒有人去做笨功夫，不按照科學(xué)的方法行事，所以只會(huì)永遠(yuǎn)的批評(píng)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(yuǎn)不能擺脫低端制造的命運(yùn)。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(chǎng)的維護(hù)管理策略

        無論是供應(yīng)商還是用戶，都有一個(gè)不切實(shí)際的想法，即一勞永逸。需要知道的是，世界上沒有一項(xiàng)完美無缺的工程，也沒有一臺(tái)永不損壞的機(jī)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(gè)復(fù)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(hù)，才能保證其持續(xù)的可用性。

        如何用科學(xué)的方法指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維問題，也是一項(xiàng)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(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)非常重要。要及時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)異常信號(hào)，要及時(shí)干預(yù)。建立遠(yuǎn)程的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)監(jiān)控很有必要，運(yùn)用AI對(duì)成千上萬的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以提前對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警。

        其次，要對(duì)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施。例如，我們要對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行備份，要對(duì)易損件提前預(yù)備，這是故障后快速維修、恢復(fù)系統(tǒng)所需要的。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除自動(dòng)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(duì)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(jìn)行。即故障可能會(huì)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(rèn)系統(tǒng)和產(chǎn)品的缺陷和不完美，并非是要推卸責(zé)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(rèn)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(jì)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，或性能指標(biāo)沒有達(dá)到合同的要求，就是一項(xiàng)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(chǎng)條件的不確定性和不可預(yù)知性帶來的。如零部件的使用壽命，一旦超出預(yù)期，就可能導(dǎo)致功能失效；軟件在沒有預(yù)計(jì)到的工況出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)的BUG；設(shè)備需要保養(yǎng)，如果保養(yǎng)不及時(shí)，有可能導(dǎo)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(huì)對(duì)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(duì)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(chǎng)不規(guī)范，對(duì)自動(dòng)化提出了挑戰(zhàn)。如標(biāo)簽、周轉(zhuǎn)箱、托盤的規(guī)范性，就會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用。一種科學(xué)的方法是要盡量使現(xiàn)場(chǎng)條件滿足產(chǎn)品的要求，而不是置之不理。