科研項目中試環節中的問題及管理措施

閆學良 常彬杰

(北京低碳清潔能源研究所，北京 102211)

0 引言

一項科研項目的成果從實驗室走向產業化，需要經歷技術原理構想、實驗室試驗、中試(正式投產前的試驗)、產業化發展四個環節。中試環節作為實驗室試驗和產業化發展的承上啟下環節，對科技成果實現產業化和推向市場具有至關重要的作用。2016年，我國高校授權專利數從2010年的2.47萬件增加到12.2萬件，但科技成果轉化率卻從6.36%降至2.21%[1]。究其原因，一方面，是由于各高校沒有充裕的資金進行科研項目中試環節；另一方面，在于中試環節管理手段薄弱，沒有很好地發揮中試環節在整個科技成果轉化過程中的作用。因此，研究和完善科技成果轉化過程中的中試環節，為科研項目中試環節實施提供可行的措施和建議具有很重要的意義。

1 科研項目中試環節特點

科研項目中試環節是以實驗室探索性小試、模試的科技成果(試驗數據、論文、專利等)為基礎，對小試科技成果進行設計、設備選型、建設及調試運行，以驗證和完善小試成果，確定技術經濟指標，形成可靠完善的工藝技術包、新配方、新材料等，為科技成果產業化推廣做技術、設備、人員儲備的一項風險性試驗活動。從知識轉化層面理解，中試實際上就是將研發人員的隱性知識通過設計、設備選型、施工、調試運行等階段逐步變成工藝技術包、新配方、新產品等顯性知識和產品的過程，同時，在這個過程中，也是研發人員、設計人員、工程人員、生產操作人員相互的顯性知識和隱性知識進行轉移、消化、開放、共享和集成，本質上是參與中試各方的隱性知識和顯性知識相互轉化和提升的過程[2]。

圖1給出了科研項目中試包括的各個階段，雖然與常規工業項目實施有基本相同的階段，但有其自身的特點：

(1)中試是一項風險性試驗活動，具有較大的風險和不確定性。

(2)中試目標在于試驗驗證和工藝開發，而非生產盈利。

(3)中試從本質上來說是研發而不是生產。

(4)中試是一項不同于常規工業項目的短期活動。

(5)中試實施的主導是科研人員，而非工程實施人員和生產運行人員。

圖1 科研項目中試的各階段

2 科研項目中試環節易發生的問題

筆者多年來一直從事科研項目中試組織與管理，參與了國家“十一五”科技支撐計劃項目(高鋁粉煤灰提取氧化鋁多聯產工藝技術集成與產業化示范2009BAB49B00)、國家863項目(硅鐵煙塵與高鋁粉煤灰硅鈣渣資源協同利用關鍵技術及示范2012AA06A118、煤電/煤化工廢物協同處置與循環利用技術及示范2012AA06A115)等多項國家級科研項目的中試實施。在實施過程中，易于發生以下問題。

2.1 研發與設計結合不足

在科技成果轉化過程中，研發人員進行克級、千克級實驗及模擬實驗，以獲取規律和數據，完善工藝流程和參數；設計人員根據這些數據和規律，遵循設計規范進行概念設計、過程評價和基礎設計；研究人員和設計人員的交匯點主要在于試驗數據的傳遞、解讀和設計文件的審核。在數據的傳遞、解讀過程中，為避免發生知識產權糾紛或保密等需求，數據會被研發人員進行保密處理，且實驗室小試數據系統性不完善，影響設計人員理解研發工藝和目標，存在以常規設計規范或類似成熟工藝進行設計的情況，造成設計與工藝匹配性差。

2.2 研發與工程結合不足

中試設計、設備采購及監造、建設三個工程階段由研發、設計、工程三類人員完成。工程人員工藝知識欠缺，研發人員設計、工程參與度低，不利于工藝開發問題在工程階段發現并解決，研發、設計、工程人員沒有形成有機結合，遲滯了工藝的開發速度。

2.3 工藝與設備結合不足

設備是工藝的支撐和基礎，找到與工藝相匹配的設備是工藝開發的核心問題之一，只有做好設備選型，實現設備與工藝匹配，才能確保工藝開發成功。對于非標設計設備，設計單位受制于設計費用少、研發人員不熟悉設備，會用現有設備替代，造成設備與工藝結合不足，影響工藝開發和產品生產。

2.4 研發人員基本不參與建設階段

研發人員限于精力、閱歷及固有的思維觀念等影響，很少直接介入建設階段，不利于發現設計問題并有效解決，研發意圖不能完全體現和貫徹。并且他們對設備結構、性能不熟悉，影響后續試驗中的設備操作及運行。

3 科研項目中試環節各階段的管理

要做好中試各階段的管理，需重視中試與常規工業項目的不同特點，進行針對性地管理。只有這樣，才能保證中試實施順利，發揮中試在科技成果轉化過程中承上啟下的作用。

3.1 中試設計階段

表1為中試與常規工業項目在設計階段的比較，可以看出，中試在設計目標、設計基礎、設計原則、設計流程、設計裕量、設備選型等方面與常規工業項目有較大的不同。

表1 科研項目中試與常規工業項目設計階段比較表

根據中試在設計階段不同于常規工業項目的特點，建議中試設計階段可采取以下管理措施：

(2)設計原則。中試裝置規模小、運行時間短，沒有專門的設計規范，在設計過程中只能參照工業裝置設計規范。設計人員需根據具體情況，與研發人員、工程技術人員一起，因時因地，選擇合適的設計規范，滿足中試試驗、資金、場地等需求。

(3)環保、安全。在設計階段，為了加快中試進行，經常出現不開展安全、環保等專項設計或有意避開政府審批等問題；一旦裝置運行出現安全、環保問題或政府檢查，都會要求裝置停運整改，影響中試進度或導致中試失敗。因此，在設計階段應認真履行專項設計和政府報批流程。

(4)設計裕量。設計裕量指的是設備能力、工藝指標的可調節性和多方面適應性。中試設計伊始需設立明確的試驗方案和目標，并圍繞這個目標開展設計、選擇設計裕量，避免裝置建設完成后進行大量改造或建設大量無意義的旁路、支路。

(5)設備選型。中試試驗主要目標之一為開發與工藝匹配的設備，為產業化設備選型提供技術支撐。對調節工藝指標的關鍵設備和非標設備，不能全部選擇成熟的工業化產品，須進行定制或非標設計、制造。

(6)自動控制。裝置自動控制水平須與試驗目標相匹配，考慮產業化放大需要，壓力變送器、溫度傳感器、流量控制器等儀器儀表需盡量貼近工業化成熟產品選型，配套PLC系統或DCS系統，以便對關鍵數據、參數進行系統采集，從而有利于各項技術經濟指標核算。

3.2 設備采購及監造

表2為科研項目中試與常規工業項目在設備采購及監造階段的比較，可以看出，科研項目中試設備采購方式靈活，生產廠商多為小型生產企業，中試過程往往伴隨設備開發；在設備制造過程中，沒有專業的監造隊伍進行設備監造、驗收。因此，設備采購及監造階段應充分發揮采購靈活優勢，有效避免資金短缺、設備專業人員少的劣勢，重點做好以下幾個方面的管理：

(1)關鍵標準設備和裝置采購，選擇有經驗的工程人員主導，通過單一采購、議標等方式規避低價中標，選擇行業內成熟有經驗的供應商。

根據經驗可得kp，ki，kd的模糊規則表分別如表2、表3、表4。輸入變量e和ec與輸出變量kp的隸屬度函數如圖8，輸出變量ki和kd的隸屬度函數如圖9。

(2)非標設備應嚴格遵循設計人員和研發人員確定的非標設計圖，選擇有資質、有業績的供應商進行生產制造。

表2 科研項目中試與常規工業項目設備采購及

(3)借助外力，聘請專業人員進行核心設備或裝置的監造工作，嚴格把控裝置加工、制造質量。

(4)做好設備或裝置出廠前的驗收工作，尤其是成套裝置，在出廠前必須進行模擬現場工況的連續試車和試驗，確保主要問題在出廠前解決。

(5)由于中試的試驗性，裝置改造可能性極大，因此應選用能提供優質售后服務的廠家，簽署合同時專門考慮改造費用，確保出現問題能及時解決。

3.3 建設

表3為科研項目中試與常規工業項目在建設階段的比較，可以看出，科研項目中試建設階段很少配備監理隊伍，施工隊伍多為專業程度低的小型分包商，研發人員很少直接介入建設階段管理，易于造成工期滯后和費用超支。

表3 科研項目中試與常規工業項目建設階段比較表

因此建議：

(1)由專業工程技術人員進行現場管理。

(2)選擇有中試裝置建設、安裝經驗的施工及安裝單位[3]。

(3)對關鍵設備的安裝，研發人員須參與、學習，熟悉設備內部結構和性能。

(4)研發人員須參與控制系統組態，明確采集數據的類型、頻次、系統聯鎖、控制邏輯等。

(5)加強對施工安全、質量、工期及造價的管控。

(6)開車前開展“三查四定”、中交及尾項盤查工作，確保中試裝置保質保量按時交付。

3.4 調試運行

調試運行是中試環節的核心，關系著中試的成敗，并保障項目通過檢查，完成課題驗收，取得更高創新的科技成果，實現資源和資金的充分利用，為產業化發展提供技術工程支撐。

表4為科研項目中試與常規工業項目調試運行階段比較，可以看出，中試與常規工業項目在調試組織、運行組織、運行人員安排、運行時間、驗收標準、最終產品等方面有較大不同。

表4 科研項目中試與常規工業項目調試運行階段比較表

建議中試調試運行階段采取以下管理措施：

(1)開車前，須完成操作、設備、分析、安全四大手冊及崗位標準操作程序(SOPs)的編寫及審查、完成開車前安全評估工作。

(2)建立以生產運行、研發人員為核心的運行調試團隊和管理體系。

(3)嚴格按照四大手冊、SOPs、生產管理制度組織調試、運行。

(4)對調試運行過程出現的問題分別對待，積極組織技術改造，尋找新的二次創新點。

(5)依托外委維護隊伍，做好中試設備管理與維護。

(6)有計劃、有系統地組織中試運行，探索最優工藝參數和最佳技術路線，為批量生產新產品和工藝技術產業化奠定基礎。

(7)總結中試裝置調試運行經驗，對產品配方和工藝流程持續改進

(8)摸索中試裝置運行的技術經濟指標，為項目經濟技術研究和戰略研究提供依據。

4 結語

中試是科技成果轉化的驗證和產出環節，對科技成果走向產業化、形成可靠的新產品和新技術至關重要?；谥性嚟h節易發生的問題，結合中試不同于常規工業項目的特點，設計階段需要研發人員、工程人員介入，確保將試驗意圖完全體現在設計文件中；采購及建設階段由工程人員主導，研發人員重點參與關鍵設備的采購、安裝、控制系統的模擬組態等；調試運行階段須建立以生產運行人員、研發人員為核心的運行調試團隊，嚴格按照操作規程、SOPs和管理制度有計劃、有系統地組織中試運行，探索最優工藝參數和最佳技術路線，摸索出中試裝置運行的技術經濟指標，為批量生產新產品和工藝技術產業化奠定基礎。