什(shén)麽是科學的(de)方法

        [百度] 科學方法是人(rén)們在認識和(hé)改造世界中遵循或運用(yòng)的(de)，符合科學一般原則的(de)各種途徑和(hé)手段，包括在理(lǐ)論研究、應用(yòng)研究、開發推廣等科學活動過程中采用(yòng)的(de)思路、程序、規則、技巧和(hé)模式。在心理(lǐ)學中，主要是指利用(yòng)科學思維從事科學研究，從而得(de)出所研究對(duì)象的(de)本質和(hé)規律。人(rén)們正确認識世界改造世界的(de)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、複雜(zá)系統論方法、還(hái)原論與整體論相統一的(de)方法、公理(lǐ)方法、典型分(fēn)析方法、規範與實證相統一方法、邏輯與曆史相統一方法、抽象與具體相統一方法、原創理(lǐ)論與經世緻用(yòng)的(de)科學評價标準等。這(zhè)些方法作爲人(rén)們正确認識世界改造世界的(de)根本方法，也(yě)是人(rén)們進行任何一門科學研究必須應用(yòng)的(de)方法。

        用(yòng)科學的(de)方法得(de)出的(de)結論應是客觀的(de)，可(kě)以被重複呈現的(de)，隻要具備了(le)一定的(de)條件。這(zhè)一點對(duì)于系統和(hé)産品設計有很大(dà)的(de)提示作用(yòng)。科學的(de)方法論有物(wù)理(lǐ)和(hé)數學理(lǐ)論作爲基礎，它用(yòng)定量的(de)方式直接回答(dá)了(le)系統的(de)行與不行。用(yòng)科學的(de)方法進行系統設計，既可(kě)以通(tōng)過數字仿真進行驗證，也(yě)可(kě)以通(tōng)過過實驗進行驗證。實踐檢驗是最直接和(hé)最原始的(de)方法，也(yě)是最有效的(de)方法。但有時(shí)因爲試驗的(de)難度太高(gāo)，或代價太大(dà)，在設計階段完成整個(gè)系統的(de)試驗是無法做(zuò)到的(de)。

        科學的(de)方法不是隻憑借經驗，更不是憑借拍(pāi)腦(nǎo)袋，而是建立在嚴密的(de)邏輯推理(lǐ)及數學分(fēn)析的(de)基礎之上完成的(de)。比如，當我們要設計一個(gè)建築結構時(shí)，對(duì)于承重的(de)購(gòu)件設計，首先要滿足力學要求，可(kě)以通(tōng)過有限元分(fēn)析，對(duì)于比較複雜(zá)或重要的(de)結構，有必要進行試驗。當我們要設計一款物(wù)流設備，如穿梭車，則計算(suàn)、仿真、試驗皆不可(kě)少，此外，疲勞試驗也(yě)非常重要。對(duì)于需要支撐數十萬甚至一百多(duō)萬次作業的(de)設備，如穿梭車和(hé)KIVA，其關鍵零部件的(de)耐久性試驗尤爲重要，也(yě)直接影(yǐng)響到産品的(de)質量和(hé)可(kě)靠性。

        科學的(de)方法和(hé)思維有利于我們破除迷信，敢于質疑前人(rén)的(de)成果，敢于創新，并推動人(rén)類科技的(de)不斷發展。

标準的(de)制定和(hé)意義

        什(shén)麽是設計與産品的(de)标準呢(ne)？通(tōng)俗的(de)講，即設計所需要滿足的(de)基本條件和(hé)要求。如堆垛機設備的(de)設計标準，要滿足包括機械、電控、維護、環境、運輸、安裝、用(yòng)電、基礎、安全性等在内的(de)多(duō)方面的(de)條件和(hé)要求。設計标準是前人(rén)經驗的(de)總結，或者是實踐檢驗的(de)結果，其最大(dà)的(de)優勢在于使設計更加合理(lǐ)和(hé)科學，避免出現一般性的(de)錯誤和(hé)重複錯誤，以及在應用(yòng)過程中增強設備或零部件的(de)通(tōng)用(yòng)性等。在制造領域，标準化(huà)程度的(de)高(gāo)低，既影(yǐng)響制造質量和(hé)成本，也(yě)決定了(le)制造業的(de)總體水(shuǐ)平。

        比如，堆垛機的(de)設計中，有一項指标是巷道的(de)寬度d。巷道寬度要保留多(duō)少才安全？一方面要看托盤的(de)尺寸，第二則要看安全間隙是多(duō)少。安全間隙不僅要滿足堆垛機正确運行的(de)需求，又要考慮托盤從入庫、存儲、出庫等過程中的(de)安全性等問題。正常情況下(xià)，托盤本身尺寸和(hé)貨物(wù)尺寸要符合标準，其誤差不能太大(dà)。此外，還(hái)要考慮的(de)問題包括碼垛的(de)規範性，托盤在運行過程中的(de)垛型保持，貨架安裝的(de)誤差，貨叉停準的(de)誤差，以及堆垛機停準的(de)誤差等。設計規範則是在考慮以上要求後，給出一個(gè)建議(yì)的(de)尺寸，可(kě)用(yòng)于設計者參考。

        在物(wù)流系統集成過程中，我們經常遇到标準化(huà)問題。設計過程的(de)标準化(huà)是第一個(gè)環節，也(yě)是最重要的(de)環節。可(kě)以從幾個(gè)方面領會标準化(huà)的(de)意義。

        産品選型的(de)标準化(huà)：體現在産品的(de)規格型号，什(shén)麽樣的(de)選型是符合标準的(de)呢(ne)？有很多(duō)指标。如性能指标、可(kě)靠性指标、可(kě)購(gòu)買性和(hé)可(kě)維護性指标、安全指标、用(yòng)電指标、元器件指标、接口等。其中性能指标最爲複雜(zá)，既有熟知的(de)有關尺寸、速度、精度、噪音(yīn)等指标，也(yě)有諸如使用(yòng)壽命等隐形指标。

        性能指标的(de)要求：标準化(huà)的(de)一個(gè)重要方面是給設計的(de)産品提供一個(gè)或多(duō)個(gè)門檻。如A級産品、B級産品、C級産品等，其門檻是不一樣的(de)。這(zhè)樣的(de)目的(de)主要在于爲産品設置一定的(de)門檻，爲用(yòng)戶提供一個(gè)選擇的(de)機會，避免魚龍混雜(zá)。物(wù)流裝備行業是一個(gè)競争激烈的(de)行業，也(yě)是一個(gè)幾乎沒有門檻的(de)行業，所以低價競争、惡意低價競争成爲影(yǐng)響行業發展的(de)毒瘤。在這(zhè)種情況下(xià)，唯有建立标準，明(míng)确産品的(de)性能指标，才能使産品的(de)差異化(huà)得(de)到體現，确保用(yòng)戶的(de)利益和(hé)行業的(de)健康發展。

        有關表達方式的(de)标準化(huà)：這(zhè)在設計中幾乎是通(tōng)用(yòng)的(de)。一項設計，往往是通(tōng)過文字和(hé)圖紙來(lái)進行表達，表達的(de)方式不同，效果也(yě)就不同。标準的(de)意義在于提供一個(gè)一緻的(de)表達方式，使别的(de)讀者可(kě)以迅速的(de)理(lǐ)解設計的(de)内容。

        人(rén)們對(duì)于設計标準化(huà)的(de)要求，還(hái)在于盡量使設計變得(de)簡單和(hé)簡練。比如說零部件或産品的(de)種類規格盡量的(de)少，以便于采購(gòu)、生産、安裝、維護變得(de)更簡單；比如說産品的(de)零部件盡可(kě)能地具有通(tōng)用(yòng)性，設計的(de)産品易于加工、運輸、安裝、維護等。标準化(huà)的(de)在一定意義上可(kě)以使産品更加穩定可(kě)靠，通(tōng)過減少規格，減少設計量，從而實現規模化(huà)生産，從而使生産成本大(dà)幅度下(xià)降。

用(yòng)理(lǐ)論指導實踐，用(yòng)實踐完善理(lǐ)論

        科學的(de)方法，一方面在于用(yòng)理(lǐ)論指導實踐，另一方面在于通(tōng)過實踐不斷完善理(lǐ)論，使理(lǐ)論升級。人(rén)類認識自然、認識世界、改造自然、改造世界的(de)過程其實就是如此。理(lǐ)論的(de)形成，是一個(gè)歸納、總結、抽象、提升的(de)過程，是人(rén)類智慧的(de)成果。用(yòng)理(lǐ)論指導實踐，指導設計，我們就會有條不紊的(de)推動工作的(de)進展，并且在具體工作中，應用(yòng)科學知識進行指導。比如要設計一座橋梁，在确定基本跨度、載荷的(de)前提下(xià)，我們首先要對(duì)橋梁的(de)結構形式進行規劃設計，要對(duì)每一個(gè)設計方案進行各種工況下(xià)的(de)力學分(fēn)析，必要時(shí)還(hái)要通(tōng)過仿真試驗，驗證設計的(de)可(kě)行性，從而确定橋梁的(de)主體結構。橋梁一旦建成，我們還(hái)要進一步通(tōng)過實測，對(duì)實測數據與理(lǐ)論值進行比對(duì)，看看他(tā)們之間的(de)誤差是多(duō)少，從而提出修正意見，或爲未來(lái)的(de)設計提供參考。

        以最簡單的(de)貨架設計爲例，貨架的(de)設計盡管簡單，但其力學分(fēn)析卻并不容易。包括橫梁的(de)連接方式，載荷的(de)處理(lǐ)，計算(suàn)模型的(de)建立等。一般情況下(xià)，理(lǐ)論計算(suàn)與實際必然存在誤差，隻有不斷修正，計算(suàn)結果才能與實際逐漸逼近。

        理(lǐ)論是一個(gè)不斷抽象的(de)結果，爲了(le)叙述方便，或求解方便，往往要對(duì)實際的(de)結構和(hé)邊界條件進行簡化(huà)，而這(zhè)種簡化(huà)的(de)結果必然會差生誤差。如何修正這(zhè)種誤差，目前來(lái)看，隻有試驗和(hé)實際測量才能解決。計算(suàn)機仿真技術可(kě)以解決部分(fēn)問題，但計算(suàn)機仿真建模也(yě)是需要對(duì)現場(chǎng)情況進行簡化(huà)才能完成，所以，理(lǐ)論上計算(suàn)機仿真也(yě)是存在誤差的(de)。

        有時(shí)，實踐的(de)結果與理(lǐ)論差異甚大(dà)，這(zhè)是就要考慮對(duì)理(lǐ)論進行修正。很多(duō)科學發現就是在這(zhè)種情況實現的(de)。我讀大(dà)學時(shí)，有幸聆聽(tīng)了(le)葉開沅教授的(de)闆殼理(lǐ)論課程，在進行闆殼大(dà)撓度變形理(lǐ)論的(de)學習(xí)中，了(le)解到闆殼大(dà)撓度變形主要是由二階及以上變量所引起。這(zhè)個(gè)發現也(yě)是由于實踐而完成的(de)。一般彈性力學的(de)處理(lǐ)，是舍棄二階及以上變量的(de)影(yǐng)響的(de)，但在闆殼理(lǐ)論中，二階變量及以上變量卻起到了(le)決定性作用(yòng)。葉先生也(yě)因此成爲影(yǐng)響一代人(rén)的(de)力學大(dà)師。

        人(rén)類的(de)認知總是受到自身能力的(de)限制，而不可(kě)能盡善盡美(měi)，或毫無纰漏。很多(duō)情況下(xià)，設計者并不能窮舉所有情況，從而使設計留下(xià)漏洞。隻有通(tōng)過實踐的(de)驗證，很多(duō)問題才會浮出水(shuǐ)面，從而爲進一步完善提供方向。計算(suàn)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(de)暴露需要長(cháng)時(shí)間的(de)積累，所以軟件系統的(de)完善會是一個(gè)相當長(cháng)的(de)時(shí)間。這(zhè)也(yě)可(kě)以解釋爲什(shén)麽一個(gè)優秀的(de)軟件工程師，其經驗是非常重要的(de)。

重點攻關（關鍵技術，關鍵零部件）

        科學方法在實際應用(yòng)中，除了(le)科學理(lǐ)論外，也(yě)包含一些方法論。這(zhè)在物(wù)流系統設計和(hé)産品設計中随處可(kě)見。無論是一項産品設計還(hái)是一項工程設計，往往會遇到一些難以克服的(de)難題，這(zhè)些難題如果不能克服，則設計難以成功。難題成爲影(yǐng)響項目和(hé)産品是否成功的(de)障礙。比如在早期的(de)起重機設計中，鋼絲繩就是一個(gè)難題。衆所周知，鋼絲繩在整個(gè)起重機的(de)占比非常小，但重要性非常高(gāo)。一旦鋼絲繩出現斷裂，就是非常嚴重的(de)事故。因此，鋼絲繩的(de)研究成爲起重機研究的(de)重點和(hé)難點之一，也(yě)成爲一個(gè)重要的(de)研究領域。據我所知，原來(lái)的(de)華中科技大(dà)學楊叔子院士就是研究鋼絲繩探傷的(de)著名專家。

        如何應用(yòng)科學的(de)方法對(duì)重點攻關技術進行指導，也(yě)有很多(duō)方面。科學的(de)方法，有時(shí)也(yě)比較笨拙。比如産品的(de)耐久性測試，就是一個(gè)典型的(de)例子。我國的(de)工業産品，客觀的(de)說，有很多(duō)是不過關的(de)。比如我們天天使用(yòng)的(de)門鎖或水(shuǐ)龍頭，就是一個(gè)典型。爲什(shén)麽全世界認爲德國的(de)門鎖會比其它國家的(de)要好呢(ne)？我遇到的(de)一個(gè)例子也(yě)許可(kě)以回答(dá)這(zhè)個(gè)問題。這(zhè)是一個(gè)德國品牌的(de)生産工業門的(de)公司，他(tā)們的(de)産品号稱永不損壞，我開始也(yě)很疑惑，他(tā)們如何做(zuò)到？但在參觀他(tā)們工廠時(shí)，就突然明(míng)白了(le)。在工廠有一個(gè)專門的(de)試驗裝置，用(yòng)于測試門的(de)活頁和(hé)門鎖，每一項新的(de)設計，都要經過這(zhè)樣的(de)測試，每個(gè)測試要求達到100萬次以上才算(suàn)合格。如果不行，就要反複修改設計，直到達到爲止。我當時(shí)就在想，我國的(de)門鎖和(hé)水(shuǐ)龍頭生産企業，如果都能做(zuò)這(zhè)樣的(de)研究和(hé)測試，而不是簡單的(de)抄襲複制，其品質也(yě)是可(kě)以達到很高(gāo)水(shuǐ)平的(de)。我們常常對(duì)當下(xià)的(de)浮躁風氣予以批評，但就是沒有人(rén)去做(zuò)笨功夫，不按照(zhào)科學的(de)方法行事，所以隻會永遠(yuǎn)的(de)批評下(xià)去，而看不到有所改變。

        我國已經是一個(gè)制造業大(dà)國，但如果不能在生産貫徹科學的(de)精神，采用(yòng)科學的(de)手段，就有可(kě)能永遠(yuǎn)不能擺脫低端制造的(de)命運。其實，所謂低端與高(gāo)端制造，其差距也(yě)許就在于是否采用(yòng)了(le)科學的(de)方法。有些東西，如很多(duō)的(de)工業産品，可(kě)以通(tōng)過錢買來(lái)，但更多(duō)的(de)東西，并不是錢可(kě)以買來(lái)，如knowhow、如品質、如能力、如核心技術，需要一代人(rén)一代人(rén)不斷地追求，不斷探索，不斷完善，不斷叠代，才能獲得(de)。

現場(chǎng)的(de)維護管理(lǐ)策略

        無論是供應商還(hái)是用(yòng)戶，都有一個(gè)不切實際的(de)想法，即一勞永逸。需要知道的(de)是，世界上沒有一項完美(měi)無缺的(de)工程，也(yě)沒有一台永不損壞的(de)機器，故障和(hé)缺陷是不可(kě)避免的(de)，要接受這(zhè)種故障和(hé)不完美(měi)。且不說一個(gè)複雜(zá)的(de)物(wù)流系統，就是一輛自行車，也(yě)是需要不斷保養和(hé)維護，才能保證其持續的(de)可(kě)用(yòng)性。

        如何用(yòng)科學的(de)方法指導現場(chǎng)運維問題，也(yě)是一項非常重要的(de)課程。

        首先，要理(lǐ)解故障是不可(kě)避免的(de)，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(de)運行情況，一旦出現異常信号，要及時(shí)幹預。建立遠(yuǎn)程的(de)現場(chǎng)信号監控很有必要，運用(yòng)AI對(duì)成千上萬的(de)系統進行實時(shí)監測，可(kě)以提前對(duì)故障進行預警。

        其次，要對(duì)故障進行預測，并制定相應的(de)應急措施。例如，我們要對(duì)重要數據進行備份，對(duì)軟件系統進行備份，要對(duì)易損件提前預備，這(zhè)是故障後快(kuài)速維修、恢複系統所需要的(de)。在整個(gè)系統設計中，除自動化(huà)系統外，要保留一定的(de)柔性，如增加平置倉庫、電梯，以應對(duì)臨時(shí)的(de)故障等。不能等到故障發生時(shí)才想辦法，這(zhè)樣就來(lái)不及了(le)。

        第三，要有底線思維，在故障狀态下(xià)，系統不能影(yǐng)響生産的(de)正常進行。即故障可(kě)能會使系統暫停，或降低效率，但不能影(yǐng)響正常的(de)生産。

        需要指出的(de)是，承認系統和(hé)産品的(de)缺陷和(hé)不完美(měi)，并非是要推卸責任，爲産品的(de)缺陷找借口。我們所講的(de)缺陷和(hé)不完美(měi)是指超出人(rén)們現有認知和(hé)能力的(de)部分(fēn)，而并非産品已知的(de)部分(fēn)。比如，産品的(de)設計沒有達到标準的(de)要求，或性能指标沒有達到合同的(de)要求，就是一項不合格的(de)産品，這(zhè)與産品的(de)缺陷和(hé)不完美(měi)并非一回事。我們所指的(de)缺陷，主要是由于材料、軟件、現場(chǎng)條件的(de)不确定性和(hé)不可(kě)預知性帶來(lái)的(de)。如零部件的(de)使用(yòng)壽命，一旦超出預期，就可(kě)能導緻功能失效；軟件在沒有預計到的(de)工況出現時(shí)出現的(de)BUG；設備需要保養，如果保養不及時(shí)，有可(kě)能導緻故障，零部件本身存在缺陷，使用(yòng)不 符合規範等。

        任何産品都會對(duì)使用(yòng)環境有要求，作爲使用(yòng)者，要明(míng)白産品不是萬能的(de)。比如對(duì)溫度的(de)适應性，有常溫和(hé)低溫的(de)區(qū)别，常溫的(de)産品在低溫下(xià)可(kě)能就不能很好的(de)工作，反之亦然。又如很多(duō)現場(chǎng)不規範，對(duì)自動化(huà)提出了(le)挑戰。如标簽、周轉箱、托盤的(de)規範性，就會嚴重影(yǐng)響産品的(de)使用(yòng)。一種科學的(de)方法是要盡量使現場(chǎng)條件滿足産品的(de)要求，而不是置之不理(lǐ)。