高校中試生產線的特點和建設實踐

王宏偉　劉臨　彭龍洲　尹衍利

【摘 要】在高校成果轉化中，中試架起了從實驗室階段到產業化階段的橋梁，作用不可或缺。在多年中試經驗的基礎上，從項目決策、項目建設及項目管理三個方面出發，總結了高校中試生產線的特點，提出了一些如產品規模的計算及停止機制等方法和措施，供中試生產線建設時參考，并結合某中試生產線的建設實踐進行了分析。

【關鍵詞】中試生產線;產品規模;停止機制;成果轉化

中圖分類號： S859.796 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）35-0142-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.066

Characteristics and Construction Practice of Pilot Line in University

WANG Hong-wei LIU Lin* PENG Long-zhou YIN Yan-li

（Technology Industry Co.，Ltd.USTB，Beijing 100083，China）

【Abstract】In technology transformation of university，the pilot test has played an indispensable role in bridging the stage from laboratory to industrialization. The characteristics of the pilot line in university were summed up involving the project decision，construction and management.Some methods and measures，such as the determination method of the yield and the halting regulation，were put forward for the reference in construction of new pilot lines.The construction practice of a real pilot line was analyzed.

【Key words】Pilot line;Yield;Halting regulation;Technology transformation

1 中試生產線特點

作為促進高校科技成果轉化的一種有效模式，中試生產線將科研與市場緊密結合起來。中試生產線通過提供滿足中試的試驗空間、儀器、設備、資金以及工程技術人員等要素實現科技成果的熟化，進一步驗證實驗室成果，優化生產工藝方案，使具有轉化前景的實驗室技術更加貼近市場實際，加快了科技成果產業化的步伐。作為實驗室科技成果和大規模工業化生產之間的關鍵環節，中試生產線的項目決策、項目建設及管理均具有自身的特點。

1.1 中試生產線項目決策的特點

1.1.1 中試項目應緊跟國家產業政策

1）中試項目面向中高端產品，適應我國經濟結構戰略性轉型的需求

高校的科研項目具有很強的前瞻性，中試項目也緊緊圍繞國家產業政策和高校科研特點展開。中試項目主要以新材料、智能制造、能源環保及生物醫藥等國際前沿技術和戰略性新興產業為方向，推動人工智能和制造業的深度融合，使工業生產線能夠高質、高效地生產市場需要的中高端產品。為達成此目的，需要從產品的市場總量需求、需求的地域分布、消費群體以及國內外生產情況、實驗室科研成果技術評級等方面進行詳細的調研和分析。中試產品應滿足國家或行業的相關標準，并具有市場競爭力，且決不能在高耗能、高污染及低端產業重復研究、重復投資和重復建設。

2）中試生產線需采用綠色、安全的生產技術和工藝路線

滿足環境保護要求是經濟持續和諧發展的重要基石之一，中試生產線應使用清潔能源進行清潔生產，做到污染物的有效管理，杜絕環境污染。

3）積極引入外部資源、建立中試資源共享

中試生產線多樣化地引入外部資源、建立中試資源共享，不僅節約了社會科研資源，也能更好地開拓創新思維、避免同質化競爭、降低試錯成本，能更好地實現市場快速響應，加快高校科技成果落地，實現研究機構之間、校企之間合作共贏。

1.1.2 地理條件需保障中試參加人員的需要

中試生產線建設除了考慮滿足生產線建設必須的條件如廠房需求、自然環境、地震烈度等要求外，還要結合高校科研隊伍的特點。高校科研及中試生產主要參加人員為高校的教師，除了科研外還擔負著教學的重任，因此還應盡量將中試基地建在離學校實驗室較近的距離內，以便于教師和科研人員能隨著中試進度合理安排教學與試驗時間，便于及時解決中試中出現的各種問題。

1.1.3 原料及公輔設施應滿足中試需求

原料來源對中試項目的進展非常重要，項目決策時既要考慮短期需求，又要考慮長期需求，不能讓原料成為中試進度的制約因素。另外，還要綜合考慮水、電力、燃料及熱力等公輔介質的供應要求，其中熱力介質最好采取非管道形式供應。對于原料、輔料、備品備件及中試成品，要充分考慮滿足要求的合理的放置方式和空間，要特別重視危險品的放置及回收處理。

1.1.4 中試生產線需考慮經濟效益和社會效益

中試生產線不同于一般意義的實驗室，其建設需耗費大量的資金和人力，如果沒有較好的經濟效益，中試也難以為繼。選擇中試項目時需要非常重視這一點，綜合考慮知識產權收益、中試產品收益、企業投資及政府扶持等多種因素，保證中試生產線的正常運轉。

1.2 中試生產線建設的特點

1.2.1 中試生產線的產品規模及生產率

中試生產線主要生產符合市場需求的中高端產品，中試線應該具備多大規模的生產能力才合適呢？這不是一個和工業化生產線簡單對比的數字，而是一個要一定程度反映大生產場景的有意義的數值。

在建設實踐中，通常將生產場景模擬為與工業化生產較為接近的展示期。展示期是指在生產線建設完成和轉移轉化獲得收益之間的階段，此階段只有中間產品的銷售收益來維持生產線正常運轉。可見生產線規模是和生產線的正常運轉密切相關的，需綜合考慮場地費用、人員費用、能源介質費用、備品備件費用、工作制度等因素來確定，但總體規模不宜太大。生產線規模可按下式進行計算。

Q=■

式中：Q——年產量（t/a）;

P——維持費用（萬元/a），包括人工、能源介質、折舊、財務等費用;

m——利潤率（%）;

η——成材率（%）;

k——單價（萬元/t）。

1.2.2 中試生產線工藝特點

中試生產線工藝特點主要表現在以下幾個方面：

1）中試生產線擔負著“去偽存真”、“去粗取精”的任務，生產線設計時需要考慮通過多種工藝方案進行比較從而得到最優方案，在空間和公輔介質方面往往需留出一定的余量。同時生產線往往采用分步走的建設方式，分階段完成。

2）分析和檢驗伴隨著中試的全過程，因而需要充分考慮產品冷卻、試樣制備、試樣包裝運輸的規范性和安全性。

3）中試生產線往往只承擔階段性中試任務，生產線設備布置多采用孤島布置形式，需要保證物流通暢，以便于生產工藝的調整。同時為了模擬工業化大生產，往往預留多種形式的運輸機械設備，能夠按自動、半自動方式組織生產。

4）中試生產線承擔演示功能，工藝布置時往往預留出參觀通道、參觀走廊、工藝指示牌、展示廳等設施及構筑物。

5）作為科研和成果展示宣傳的中試生產線，必須更加關注消防環保安全衛生的要求。

6）中試生產線主要由教師、科研人員操作實施，但由于其專業所限，往往需要配備較強的設備、電氣等專業工程人員來支撐生產線運轉。

1.2.3 中試生產線的設備選型特點

1）為優化生產工藝，主設備留有余地，生產線留有多個替換接口。

2）主設備多為孤島布置，為了方便運輸機械聯接各主設備，主設備設計和制造時需留有接口。

3）除現場必須的分析、檢驗及測量外，大部分分析檢驗都送回學校實驗室完成或外委完成。

4）盡量選擇通用型設備，便于在多個中試生產線間靈活調配，尤其是當必須外購分析檢驗設備時，更需綜合考慮中長期用途，以便充分發揮其性能，節省資金。

1.3 中試生產線項目管理的特點

中試項目管理以進一步熟化科技成果、實現科技成果轉移轉化為目的，是中試順利進行的有力保障。與常規項目管理相比，中試生產線項目管理的主要特點表現在以下幾方面：

1）制定初步可研報告時，需綜合多個工藝方案供決策參考，隨后進行立項和確定建設步驟。

2）進行需求策劃時，需要考慮一定規模和生產率的中試產品來模擬工業化生產場景，并考慮與銷售相關的因素。

3）對項目各模塊進行系統設計時，應加入知識產權形成及權益保護模塊，及時總結歸納中試過程中形成的知識產權，并予以保護。

4）在制定項目目標、計劃和進度時，應充分考慮到學校教師和科研人員有教學任務的工作特點以及在多個中試項目同時進行時的人員調配，積極協調，促進中試進展順利。

5）制定項目執行和控制的基本計劃時，應明確多種工藝方案的試驗階段和控制節點。

6）在建立項目管理的信息系統、成本跟蹤分析、市場變化及風險分析、人員培訓及團隊建設時，應體現各試驗階段的人員配備情況、財務收支等內容，并及時向決策層傳達項目信息。

7）在采購時，應建立多渠道詢價機制，并招標采購，保證中試生產需要。

8）在中試項目進程控制方面，要及時和管理層溝通。為減少投資風險，中試生產線建設應建立停止機制。啟動停止機制的原因有下面五種可能：中試過程中出現主設備運行或檢驗數據不達標等問題，經多種方法均無法解決時;當投資遠大于預算時;當中試周期遠大于預期時;當科研團隊無法維持時;當市場需求發生巨大變化，中試方案不能滿足需求時。

圖1 新型高氟（砷）地下水吸附材料制備生產線

圖2 新型高氟（砷）地下水凈化裝置樣機

2 中試生產線的建設實踐

高氟（砷）地下水嚴重危害人體健康，北京科技大學黃凱團隊提出了利用大蒜皮生產吸附材料來凈化高氟（砷）水的新工藝[1]。圖1所示為吸附材料制備中試生產線，生物質原料依次經過蒸煮改性、清洗、烘干殺菌、包裝等工序制成食品級吸附材料。圖2所示為高氟（砷）水凈化生產線，包括pH值調整、吸附、過濾、再沉淀凈化后內濾等工序。

2.1 項目的市場需求

項目針對對人類健康危害較大的地氟病及砷病，做了前期市場需求調研。以地氟病為例，目前我國有八千萬人飲用氟含量超標的水，兩千萬人不同程度患病，是世界上受地氟病危害嚴重的國家之一，我國對地氟病的預防和對高氟水治理有著迫切的需求，而新型高氟（砷）水凈化項目是保障高氟（砷）水區域人民安全用水需求的有力工具之一，有市場剛需且規模較大。

2.2 工藝路線選擇的科學性

利用吸附法凈化高氟水的關鍵在于吸附材料的選擇。通過對比分析上百種有吸附功能的材料，最終選用了對氟（砷）吸附功效最好的大蒜皮作為處理含氟（砷）水的吸附材料。這種材料具有比重輕、耐酸堿、不易腐爛、易保存、成本低等特性，經過幾年的應用實驗，證明其吸附效果非常好。同時，我國是大蒜種植大國，原料來源有充分的保障。

2.3 項目建設分為三個階段

為了保證生產線建設的有效性，項目分三個階段實施，即材料研究階段、材料制備階段和高氟（砷）水凈化階段。三個階段有較為分明的層次區別，同時又緊密結合。

2.4 生產的安全潔凈保證

高含氟（砷）水凈化是關系到民生的大事，必須保證安全生產和潔凈生產。在工藝上選擇生物質吸附，成本低，也避免了用活性氧化鋁吸附時水中的鋁離子殘留;在選材上，選用耐腐蝕的大蒜皮作為原料，耐酸堿，使用壽命長;在設備保障上，選用食品級不銹鋼材質;在吸附材料生產上，選用經過數次的蒸煮殺菌活化、漂洗潔凈、微波干燥殺菌、無菌真空包裝等工藝過程，生產出食品級的吸附材料;在水凈化實踐上，選用食用酸堿調節pH值或吸附介質再生;在控制手段上，設置多處檢測點，嚴格監測、檢測材料的微生物情況;在操作上，嚴格執行國家食品安全生產規程。經過多方面的有效保障，研發的產品經過國家權威機構質檢檢測，達到了國家食品級標準。

3 結語

在高校成果轉化中，中試的作用不可或缺。中試不僅是對實驗室成果達到規模化生產的驗證，更是朝“科技成果轉化為生產力”邁進了堅實的一步。把握中試生產線的特點，有利于中試項目的選擇、建設和項目管理，有效減少試錯成本，降低風險，促進高校的成果轉化和技術轉移。

【參考文獻】

[1]王宏偉，劉臨，黃凱等.大蒜秸稈新用途：高氟（砷）地下水凈化處理新技術[J].金屬世界，2019（3）：77～79.