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、應用研究、開發推廣等科學活動過程中采用的思路、程序、規則、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和規律。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、原創理論與經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用的方法。

        用科學的方法得出的結論應是客觀的，可以被重復呈現的，只要具備了一定的條件。這一點對于系統和產品設計有很大的提示作用。科學的方法論有物理和數學理論作為基礎，它用定量的方式直接回答了系統的行與不行。用科學的方法進行系統設計，既可以通過數字仿真進行驗證，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，在設計階段完成整個系統的試驗是無法做到的。

        科學的方法不是只憑借經驗，更不是憑借拍腦袋，而是建立在嚴密的邏輯推理及數學分析的基礎之上完成的。比如，當我們要設計一個建筑結構時，對于承重的購件設計，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構，有必要進行試驗。當我們要設計一款物流設備，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。對于需要支撐數十萬甚至一百多萬次作業的設備，如穿梭車和KIVA，其關鍵零部件的耐久性試驗尤為重要，也直接影響到產品的質量和可靠性。

        科學的方法和思維有利于我們破除迷信，敢于質疑前人的成果，敢于創新，并推動人類科技的不斷發展。

標準的制定和意義

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

        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。設計規范則是在考慮以上要求后，給出一個建議的尺寸，可用于設計者參考。

        在物流系統集成過程中，我們經常遇到標準化問題。設計過程的標準化是第一個環節，也是最重要的環節。可以從幾個方面領會標準化的意義。

        產品選型的標準化：體現在產品的規格型號，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計的產品提供一個或多個門檻。如A級產品、B級產品、C級產品等，其門檻是不一樣的。這樣的目的主要在于為產品設置一定的門檻，為用戶提供一個選擇的機會，避免魚龍混雜。物流裝備行業是一個競爭激烈的行業，也是一個幾乎沒有門檻的行業，所以低價競爭、惡意低價競爭成為影響行業發展的毒瘤。在這種情況下，唯有建立標準，明確產品的性能指標，才能使產品的差異化得到體現，確保用戶的利益和行業的健康發展。

        有關表達方式的標準化：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單和簡練。比如說零部件或產品的種類規格盡量的少，以便于采購、生產、安裝、維護變得更簡單；比如說產品的零部件盡可能地具有通用性，設計的產品易于加工、運輸、安裝、維護等。標準化的在一定意義上可以使產品更加穩定可靠，通過減少規格，減少設計量，從而實現規模化生產，從而使生產成本大幅度下降。

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、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，應用科學知識進行指導。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行規劃設計，要對每一個設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，我們還要進一步通過實測，對實測數據與理論值進行比對，看看他們之間的誤差是多少，從而提出修正意見，或為未來的設計提供參考。

        以最簡單的貨架設計為例，貨架的設計盡管簡單，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，計算結果才能與實際逐漸逼近。

        理論是一個不斷抽象的結果，為了敘述方便，或求解方便，往往要對實際的結構和邊界條件進行簡化，而這種簡化的結果必然會差生誤差。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。計算機仿真技術可以解決部分問題，但計算機仿真建模也是需要對現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。很多科學發現就是在這種情況實現的。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。這個發現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，設計者并不能窮舉所有情況，從而使設計留下漏洞。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秀的軟件工程師，其經驗是非常重要的。

重點攻關（關鍵技術，關鍵零部件）

        科學方法在實際應用中，除了科學理論外，也包含一些方法論。這在物流系統設計和產品設計中隨處可見。無論是一項產品設計還是一項工程設計，往往會遇到一些難以克服的難題，這些難題如果不能克服，則設計難以成功。難題成為影響項目和產品是否成功的障礙。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域。據我所知，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。

        如何應用科學的方法對重點攻關技術進行指導，也有很多方面。科學的方法，有時也比較笨拙。比如產品的耐久性測試，就是一個典型的例子。我國的工業產品，客觀的說，有很多是不過關的。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工業門的公司，他們的產品號稱永不損壞，我開始也很疑惑，他們如何做到？但在參觀他們工廠時，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，每一項新的設計，都要經過這樣的測試，每個測試要求達到100萬次以上才算合格。如果不行，就要反復修改設計，直到達到為止。我當時就在想，我國的門鎖和水龍頭生產企業，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。

        我國已經是一個制造業大國，但如果不能在生產貫徹科學的精神，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，如很多的工業產品，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、如能力、如核心技術，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。

現場的維護管理策略

        無論是供應商還是用戶，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，就是一輛自行車，也是需要不斷保養和維護，才能保證其持續的可用性。

        如何用科學的方法指導現場運維問題，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，加強維護保養非常重要。要及時監測系統的運行情況，一旦出現異常信號，要及時干預。建立遠程的現場信號監控很有必要，運用AI對成千上萬的系統進行實時監測，可以提前對故障進行預警。

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

        第三，要有底線思維，在故障狀態下，系統不能影響生產的正常進行。即故障可能會使系統暫停，或降低效率，但不能影響正常的生產。

        需要指出的是，承認系統和產品的缺陷和不完美，并非是要推卸責任，為產品的缺陷找借口。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，而并非產品已知的部分。比如，產品的設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品，這與產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時出現的BUG；設備需要保養，如果保養不及時，有可能導致故障，零部件本身存在缺陷，使用不 符合規范等。

        任何產品都會對使用環境有要求，作為使用者，要明白產品不是萬能的。比如對溫度的適應性，有常溫和低溫的區別，常溫的產品在低溫下可能就不能很好的工作，反之亦然。又如很多現場不規范，對自動化提出了挑戰。如標簽、周轉箱、托盤的規范性，就會嚴重影響產品的使用。一種科學的方法是要盡量使現場條件滿足產品的要求，而不是置之不理。