科研項目中試環(huán)節(jié)中的問題及管理措施

閆學(xué)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(chǎn)業(yè)化，需要經(jīng)歷技術(shù)原理構(gòu)想、實驗室試驗、中試(正式投產(chǎn)前的試驗)、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展四個環(huán)節(jié)。中試環(huán)節(jié)作為實驗室試驗和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的承上啟下環(huán)節(jié)，對科技成果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和推向市場具有至關(guān)重要的作用。2016年，我國高校授權(quán)專利數(shù)從2010年的2.47萬件增加到12.2萬件，但科技成果轉(zhuǎn)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(huán)節(jié)；另一方面，在于中試環(huán)節(jié)管理手段薄弱，沒有很好地發(fā)揮中試環(huán)節(jié)在整個科技成果轉(zhuǎn)化過程中的作用。因此，研究和完善科技成果轉(zhuǎn)化過程中的中試環(huán)節(jié)，為科研項目中試環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)特點

科研項目中試環(huán)節(jié)是以實驗室探索性小試、模試的科技成果(試驗數(shù)據(jù)、論文、專利等)為基礎(chǔ)，對小試科技成果進行設(shè)計、設(shè)備選型、建設(shè)及調(diào)試運行，以驗證和完善小試成果，確定技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，形成可靠完善的工藝技術(shù)包、新配方、新材料等，為科技成果產(chǎn)業(yè)化推廣做技術(shù)、設(shè)備、人員儲備的一項風(fēng)險性試驗活動。從知識轉(zhuǎn)化層面理解，中試實際上就是將研發(fā)人員的隱性知識通過設(shè)計、設(shè)備選型、施工、調(diào)試運行等階段逐步變成工藝技術(shù)包、新配方、新產(chǎn)品等顯性知識和產(chǎn)品的過程，同時，在這個過程中，也是研發(fā)人員、設(shè)計人員、工程人員、生產(chǎn)操作人員相互的顯性知識和隱性知識進行轉(zhuǎn)移、消化、開放、共享和集成，本質(zhì)上是參與中試各方的隱性知識和顯性知識相互轉(zhuǎn)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(guī)工業(yè)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(fēng)險性試驗活動，具有較大的風(fēng)險和不確定性。

(2)中試目標(biāo)在于試驗驗證和工藝開發(fā)，而非生產(chǎn)盈利。

(3)中試從本質(zhì)上來說是研發(fā)而不是生產(chǎn)。

(4)中試是一項不同于常規(guī)工業(yè)項目的短期活動。

(5)中試實施的主導(dǎo)是科研人員，而非工程實施人員和生產(chǎn)運行人員。

圖1 科研項目中試的各階段

2 科研項目中試環(huán)節(jié)易發(fā)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(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)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(xié)同利用關(guān)鍵技術(shù)及示范2012AA06A118、煤電/煤化工廢物協(xié)同處置與循環(huán)利用技術(shù)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(fā)生以下問題。

2.1 研發(fā)與設(shè)計結(jié)合不足

在科技成果轉(zhuǎn)化過程中，研發(fā)人員進行克級、千克級實驗及模擬實驗，以獲取規(guī)律和數(shù)據(jù)，完善工藝流程和參數(shù)；設(shè)計人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)和規(guī)律，遵循設(shè)計規(guī)范進行概念設(shè)計、過程評價和基礎(chǔ)設(shè)計；研究人員和設(shè)計人員的交匯點主要在于試驗數(shù)據(jù)的傳遞、解讀和設(shè)計文件的審核。在數(shù)據(jù)的傳遞、解讀過程中，為避免發(fā)生知識產(chǎn)權(quán)糾紛或保密等需求，數(shù)據(jù)會被研發(fā)人員進行保密處理，且實驗室小試數(shù)據(jù)系統(tǒng)性不完善，影響設(shè)計人員理解研發(fā)工藝和目標(biāo)，存在以常規(guī)設(shè)計規(guī)范或類似成熟工藝進行設(shè)計的情況，造成設(shè)計與工藝匹配性差。

2.2 研發(fā)與工程結(jié)合不足

中試設(shè)計、設(shè)備采購及監(jiān)造、建設(shè)三個工程階段由研發(fā)、設(shè)計、工程三類人員完成。工程人員工藝知識欠缺，研發(fā)人員設(shè)計、工程參與度低，不利于工藝開發(fā)問題在工程階段發(fā)現(xiàn)并解決，研發(fā)、設(shè)計、工程人員沒有形成有機結(jié)合，遲滯了工藝的開發(fā)速度。

2.3 工藝與設(shè)備結(jié)合不足

設(shè)備是工藝的支撐和基礎(chǔ)，找到與工藝相匹配的設(shè)備是工藝開發(fā)的核心問題之一，只有做好設(shè)備選型，實現(xiàn)設(shè)備與工藝匹配，才能確保工藝開發(fā)成功。對于非標(biāo)設(shè)計設(shè)備，設(shè)計單位受制于設(shè)計費用少、研發(fā)人員不熟悉設(shè)備，會用現(xiàn)有設(shè)備替代，造成設(shè)備與工藝結(jié)合不足，影響工藝開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)。

2.4 研發(fā)人員基本不參與建設(shè)階段

研發(fā)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(shè)階段，不利于發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題并有效解決，研發(fā)意圖不能完全體現(xiàn)和貫徹。并且他們對設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能不熟悉，影響后續(xù)試驗中的設(shè)備操作及運行。

3 科研項目中試環(huán)節(jié)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(guī)工業(yè)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(fā)揮中試在科技成果轉(zhuǎn)化過程中承上啟下的作用。

3.1 中試設(shè)計階段

表1為中試與常規(guī)工業(yè)項目在設(shè)計階段的比較，可以看出，中試在設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計基礎(chǔ)、設(shè)計原則、設(shè)計流程、設(shè)計裕量、設(shè)備選型等方面與常規(guī)工業(yè)項目有較大的不同。

表1 科研項目中試與常規(guī)工業(yè)項目設(shè)計階段比較表

根據(jù)中試在設(shè)計階段不同于常規(guī)工業(yè)項目的特點，建議中試設(shè)計階段可采取以下管理措施：

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

(3)環(huán)保、安全。在設(shè)計階段，為了加快中試進行，經(jīng)常出現(xiàn)不開展安全、環(huán)保等專項設(shè)計或有意避開政府審批等問題；一旦裝置運行出現(xiàn)安全、環(huán)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?qū)е轮性囀　Ｒ虼耍谠O(shè)計階段應(yīng)認真履行專項設(shè)計和政府報批流程。

(4)設(shè)計裕量。設(shè)計裕量指的是設(shè)備能力、工藝指標(biāo)的可調(diào)節(jié)性和多方面適應(yīng)性。中試設(shè)計伊始需設(shè)立明確的試驗方案和目標(biāo)，并圍繞這個目標(biāo)開展設(shè)計、選擇設(shè)計裕量，避免裝置建設(shè)完成后進行大量改造或建設(shè)大量無意義的旁路、支路。

(5)設(shè)備選型。中試試驗主要目標(biāo)之一為開發(fā)與工藝匹配的設(shè)備，為產(chǎn)業(yè)化設(shè)備選型提供技術(shù)支撐。對調(diào)節(jié)工藝指標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備和非標(biāo)設(shè)備，不能全部選擇成熟的工業(yè)化產(chǎn)品，須進行定制或非標(biāo)設(shè)計、制造。

(6)自動控制。裝置自動控制水平須與試驗?zāi)繕?biāo)相匹配，考慮產(chǎn)業(yè)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(yè)化成熟產(chǎn)品選型，配套PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)，以便對關(guān)鍵數(shù)據(jù)、參數(shù)進行系統(tǒng)采集，從而有利于各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)核算。

3.2 設(shè)備采購及監(jiān)造

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

(1)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和裝置采購，選擇有經(jīng)驗的工程人員主導(dǎo)，通過單一采購、議標(biāo)等方式規(guī)避低價中標(biāo)，選擇行業(yè)內(nèi)成熟有經(jīng)驗的供應(yīng)商。

根據(jù)經(jīng)驗可得kp，ki，kd的模糊規(guī)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(shù)如圖8，輸出變量ki和kd的隸屬度函數(shù)如圖9。

(2)非標(biāo)設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計人員和研發(fā)人員確定的非標(biāo)設(shè)計圖，選擇有資質(zhì)、有業(yè)績的供應(yīng)商進行生產(chǎn)制造。

表2 科研項目中試與常規(guī)工業(yè)項目設(shè)備采購及

(3)借助外力，聘請專業(yè)人員進行核心設(shè)備或裝置的監(jiān)造工作，嚴(yán)格把控裝置加工、制造質(zhì)量。

(4)做好設(shè)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(xiàn)場工況的連續(xù)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(yīng)選用能提供優(yōu)質(zhì)售后服務(wù)的廠家，簽署合同時專門考慮改造費用，確保出現(xiàn)問題能及時解決。

3.3 建設(shè)

表3為科研項目中試與常規(guī)工業(yè)項目在建設(shè)階段的比較，可以看出，科研項目中試建設(shè)階段很少配備監(jiān)理隊伍，施工隊伍多為專業(yè)程度低的小型分包商，研發(fā)人員很少直接介入建設(shè)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(guī)工業(yè)項目建設(shè)階段比較表

因此建議：

(1)由專業(yè)工程技術(shù)人員進行現(xiàn)場管理。

(2)選擇有中試裝置建設(shè)、安裝經(jīng)驗的施工及安裝單位[3]。

(3)對關(guān)鍵設(shè)備的安裝，研發(fā)人員須參與、學(xué)習(xí)，熟悉設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能。

(4)研發(fā)人員須參與控制系統(tǒng)組態(tài)，明確采集數(shù)據(jù)的類型、頻次、系統(tǒng)聯(lián)鎖、控制邏輯等。

(5)加強對施工安全、質(zhì)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(zhì)保量按時交付。

3.4 調(diào)試運行

調(diào)試運行是中試環(huán)節(jié)的核心，關(guān)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(chuàng)新的科技成果，實現(xiàn)資源和資金的充分利用，為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供技術(shù)工程支撐。

表4為科研項目中試與常規(guī)工業(yè)項目調(diào)試運行階段比較，可以看出，中試與常規(guī)工業(yè)項目在調(diào)試組織、運行組織、運行人員安排、運行時間、驗收標(biāo)準(zhǔn)、最終產(chǎn)品等方面有較大不同。

表4 科研項目中試與常規(guī)工業(yè)項目調(diào)試運行階段比較表

建議中試調(diào)試運行階段采取以下管理措施：

(1)開車前，須完成操作、設(shè)備、分析、安全四大手冊及崗位標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)運行、研發(fā)人員為核心的運行調(diào)試團隊和管理體系。

(3)嚴(yán)格按照四大手冊、SOPs、生產(chǎn)管理制度組織調(diào)試、運行。

(4)對調(diào)試運行過程出現(xiàn)的問題分別對待，積極組織技術(shù)改造，尋找新的二次創(chuàng)新點。

(5)依托外委維護隊伍，做好中試設(shè)備管理與維護。

(6)有計劃、有系統(tǒng)地組織中試運行，探索最優(yōu)工藝參數(shù)和最佳技術(shù)路線，為批量生產(chǎn)新產(chǎn)品和工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

(7)總結(jié)中試裝置調(diào)試運行經(jīng)驗，對產(chǎn)品配方和工藝流程持續(xù)改進

(8)摸索中試裝置運行的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，為項目經(jīng)濟技術(shù)研究和戰(zhàn)略研究提供依據(jù)。

4 結(jié)語

中試是科技成果轉(zhuǎn)化的驗證和產(chǎn)出環(huán)節(jié)，對科技成果走向產(chǎn)業(yè)化、形成可靠的新產(chǎn)品和新技術(shù)至關(guān)重要。基于中試環(huán)節(jié)易發(fā)生的問題，結(jié)合中試不同于常規(guī)工業(yè)項目的特點，設(shè)計階段需要研發(fā)人員、工程人員介入，確保將試驗意圖完全體現(xiàn)在設(shè)計文件中；采購及建設(shè)階段由工程人員主導(dǎo)，研發(fā)人員重點參與關(guān)鍵設(shè)備的采購、安裝、控制系統(tǒng)的模擬組態(tài)等；調(diào)試運行階段須建立以生產(chǎn)運行人員、研發(fā)人員為核心的運行調(diào)試團隊，嚴(yán)格按照操作規(guī)程、SOPs和管理制度有計劃、有系統(tǒng)地組織中試運行，探索最優(yōu)工藝參數(shù)和最佳技術(shù)路線，摸索出中試裝置運行的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，為批量生產(chǎn)新產(chǎn)品和工藝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。