科研项目中试环节中的问题及管理措施

闫学良 常彬杰

(北京低碳清洁能源研究所，北京 102211)

0 引言

一项科研项目的成果从实验室走向产业化，需要经历技术原理构想、实验室试验、中试(正式投产前的试验)、产业化发展四个环节。中试环节作为实验室试验和产业化发展的承上启下环节，对科技成果实现产业化和推向市场具有至关重要的作用。2016年，我国高校授权专利数从2010年的2.47万件增加到12.2万件，但科技成果转化率却从6.36%降至2.21%[1]。究其原因，一方面，是由于各高校没有充裕的资金进行科研项目中试环节；另一方面，在于中试环节管理手段薄弱，没有很好地发挥中试环节在整个科技成果转化过程中的作用。因此，研究和完善科技成果转化过程中的中试环节，为科研项目中试环节实施提供可行的措施和建议具有很重要的意义。

1 科研项目中试环节特点

科研项目中试环节是以实验室探索性小试、模试的科技成果(试验数据、论文、专利等)为基础，对小试科技成果进行设计、设备选型、建设及调试运行，以验证和完善小试成果，确定技术经济指标，形成可靠完善的工艺技术包、新配方、新材料等，为科技成果产业化推广做技术、设备、人员储备的一项风险性试验活动。从知识转化层面理解，中试实际上就是将研发人员的隐性知识通过设计、设备选型、施工、调试运行等阶段逐步变成工艺技术包、新配方、新产品等显性知识和产品的过程，同时，在这个过程中，也是研发人员、设计人员、工程人员、生产操作人员相互的显性知识和隐性知识进行转移、消化、开放、共享和集成，本质上是参与中试各方的隐性知识和显性知识相互转化和提升的过程[2]。

图1给出了科研项目中试包括的各个阶段，虽然与常规工业项目实施有基本相同的阶段，但有其自身的特点：

(1)中试是一项风险性试验活动，具有较大的风险和不确定性。

(2)中试目标在于试验验证和工艺开发，而非生产盈利。

(3)中试从本质上来说是研发而不是生产。

(4)中试是一项不同于常规工业项目的短期活动。

(5)中试实施的主导是科研人员，而非工程实施人员和生产运行人员。

图1 科研项目中试的各阶段

2 科研项目中试环节易发生的问题

笔者多年来一直从事科研项目中试组织与管理，参与了国家“十一五”科技支撑计划项目(高铝粉煤灰提取氧化铝多联产工艺技术集成与产业化示范2009BAB49B00)、国家863项目(硅铁烟尘与高铝粉煤灰硅钙渣资源协同利用关键技术及示范2012AA06A118、煤电/煤化工废物协同处置与循环利用技术及示范2012AA06A115)等多项国家级科研项目的中试实施。在实施过程中，易于发生以下问题。

2.1 研发与设计结合不足

在科技成果转化过程中，研发人员进行克级、千克级实验及模拟实验，以获取规律和数据，完善工艺流程和参数；设计人员根据这些数据和规律，遵循设计规范进行概念设计、过程评价和基础设计；研究人员和设计人员的交汇点主要在于试验数据的传递、解读和设计文件的审核。在数据的传递、解读过程中，为避免发生知识产权纠纷或保密等需求，数据会被研发人员进行保密处理，且实验室小试数据系统性不完善，影响设计人员理解研发工艺和目标，存在以常规设计规范或类似成熟工艺进行设计的情况，造成设计与工艺匹配性差。

2.2 研发与工程结合不足

中试设计、设备采购及监造、建设三个工程阶段由研发、设计、工程三类人员完成。工程人员工艺知识欠缺，研发人员设计、工程参与度低，不利于工艺开发问题在工程阶段发现并解决，研发、设计、工程人员没有形成有机结合，迟滞了工艺的开发速度。

2.3 工艺与设备结合不足

设备是工艺的支撑和基础，找到与工艺相匹配的设备是工艺开发的核心问题之一，只有做好设备选型，实现设备与工艺匹配，才能确保工艺开发成功。对于非标设计设备，设计单位受制于设计费用少、研发人员不熟悉设备，会用现有设备替代，造成设备与工艺结合不足，影响工艺开发和产品生产。

2.4 研发人员基本不参与建设阶段

研发人员限于精力、阅历及固有的思维观念等影响，很少直接介入建设阶段，不利于发现设计问题并有效解决，研发意图不能完全体现和贯彻。并且他们对设备结构、性能不熟悉，影响后续试验中的设备操作及运行。

3 科研项目中试环节各阶段的管理

要做好中试各阶段的管理，需重视中试与常规工业项目的不同特点，进行针对性地管理。只有这样，才能保证中试实施顺利，发挥中试在科技成果转化过程中承上启下的作用。

3.1 中试设计阶段

表1为中试与常规工业项目在设计阶段的比较，可以看出，中试在设计目标、设计基础、设计原则、设计流程、设计裕量、设备选型等方面与常规工业项目有较大的不同。

表1 科研项目中试与常规工业项目设计阶段比较表

根据中试在设计阶段不同于常规工业项目的特点，建议中试设计阶段可采取以下管理措施：

(2)设计原则。中试装置规模小、运行时间短，没有专门的设计规范，在设计过程中只能参照工业装置设计规范。设计人员需根据具体情况，与研发人员、工程技术人员一起，因时因地，选择合适的设计规范，满足中试试验、资金、场地等需求。

(3)环保、安全。在设计阶段，为了加快中试进行，经常出现不开展安全、环保等专项设计或有意避开政府审批等问题；一旦装置运行出现安全、环保问题或政府检查，都会要求装置停运整改，影响中试进度或导致中试失败。因此，在设计阶段应认真履行专项设计和政府报批流程。

(4)设计裕量。设计裕量指的是设备能力、工艺指标的可调节性和多方面适应性。中试设计伊始需设立明确的试验方案和目标，并围绕这个目标开展设计、选择设计裕量，避免装置建设完成后进行大量改造或建设大量无意义的旁路、支路。

(5)设备选型。中试试验主要目标之一为开发与工艺匹配的设备，为产业化设备选型提供技术支撑。对调节工艺指标的关键设备和非标设备，不能全部选择成熟的工业化产品，须进行定制或非标设计、制造。

(6)自动控制。装置自动控制水平须与试验目标相匹配，考虑产业化放大需要，压力变送器、温度传感器、流量控制器等仪器仪表需尽量贴近工业化成熟产品选型，配套PLC系统或DCS系统，以便对关键数据、参数进行系统采集，从而有利于各项技术经济指标核算。

3.2 设备采购及监造

表2为科研项目中试与常规工业项目在设备采购及监造阶段的比较，可以看出，科研项目中试设备采购方式灵活，生产厂商多为小型生产企业，中试过程往往伴随设备开发；在设备制造过程中，没有专业的监造队伍进行设备监造、验收。因此，设备采购及监造阶段应充分发挥采购灵活优势，有效避免资金短缺、设备专业人员少的劣势，重点做好以下几个方面的管理：

(1)关键标准设备和装置采购，选择有经验的工程人员主导，通过单一采购、议标等方式规避低价中标，选择行业内成熟有经验的供应商。

根据经验可得kp，ki，kd的模糊规则表分别如表2、表3、表4。输入变量e和ec与输出变量kp的隶属度函数如图8，输出变量ki和kd的隶属度函数如图9。

(2)非标设备应严格遵循设计人员和研发人员确定的非标设计图，选择有资质、有业绩的供应商进行生产制造。

表2 科研项目中试与常规工业项目设备采购及

(3)借助外力，聘请专业人员进行核心设备或装置的监造工作，严格把控装置加工、制造质量。

(4)做好设备或装置出厂前的验收工作，尤其是成套装置，在出厂前必须进行模拟现场工况的连续试车和试验，确保主要问题在出厂前解决。

(5)由于中试的试验性，装置改造可能性极大，因此应选用能提供优质售后服务的厂家，签署合同时专门考虑改造费用，确保出现问题能及时解决。

3.3 建设

表3为科研项目中试与常规工业项目在建设阶段的比较，可以看出，科研项目中试建设阶段很少配备监理队伍，施工队伍多为专业程度低的小型分包商，研发人员很少直接介入建设阶段管理，易于造成工期滞后和费用超支。

表3 科研项目中试与常规工业项目建设阶段比较表

因此建议：

(1)由专业工程技术人员进行现场管理。

(2)选择有中试装置建设、安装经验的施工及安装单位[3]。

(3)对关键设备的安装，研发人员须参与、学习，熟悉设备内部结构和性能。

(4)研发人员须参与控制系统组态，明确采集数据的类型、频次、系统联锁、控制逻辑等。

(5)加强对施工安全、质量、工期及造价的管控。

(6)开车前开展“三查四定”、中交及尾项盘查工作，确保中试装置保质保量按时交付。

3.4 调试运行

调试运行是中试环节的核心，关系着中试的成败，并保障项目通过检查，完成课题验收，取得更高创新的科技成果，实现资源和资金的充分利用，为产业化发展提供技术工程支撑。

表4为科研项目中试与常规工业项目调试运行阶段比较，可以看出，中试与常规工业项目在调试组织、运行组织、运行人员安排、运行时间、验收标准、最终产品等方面有较大不同。

表4 科研项目中试与常规工业项目调试运行阶段比较表

建议中试调试运行阶段采取以下管理措施：

(1)开车前，须完成操作、设备、分析、安全四大手册及岗位标准操作程序(SOPs)的编写及审查、完成开车前安全评估工作。

(2)建立以生产运行、研发人员为核心的运行调试团队和管理体系。

(3)严格按照四大手册、SOPs、生产管理制度组织调试、运行。

(4)对调试运行过程出现的问题分别对待，积极组织技术改造，寻找新的二次创新点。

(5)依托外委维护队伍，做好中试设备管理与维护。

(6)有计划、有系统地组织中试运行，探索最优工艺参数和最佳技术路线，为批量生产新产品和工艺技术产业化奠定基础。

(7)总结中试装置调试运行经验，对产品配方和工艺流程持续改进

(8)摸索中试装置运行的技术经济指标，为项目经济技术研究和战略研究提供依据。

4 结语

中试是科技成果转化的验证和产出环节，对科技成果走向产业化、形成可靠的新产品和新技术至关重要。基于中试环节易发生的问题，结合中试不同于常规工业项目的特点，设计阶段需要研发人员、工程人员介入，确保将试验意图完全体现在设计文件中；采购及建设阶段由工程人员主导，研发人员重点参与关键设备的采购、安装、控制系统的模拟组态等；调试运行阶段须建立以生产运行人员、研发人员为核心的运行调试团队，严格按照操作规程、SOPs和管理制度有计划、有系统地组织中试运行，探索最优工艺参数和最佳技术路线，摸索出中试装置运行的技术经济指标，为批量生产新产品和工艺技术产业化奠定基础。