高校中试生产线的特点和建设实践

王宏伟　刘临　彭龙洲　尹衍利

【摘 要】在高校成果转化中，中试架起了从实验室阶段到产业化阶段的桥梁，作用不可或缺。在多年中试经验的基础上，从项目决策、项目建设及项目管理三个方面出发，总结了高校中试生产线的特点，提出了一些如产品规模的计算及停止机制等方法和措施，供中试生产线建设时参考，并结合某中试生产线的建设实践进行了分析。

【关键词】中试生产线;产品规模;停止机制;成果转化

中图分类号： S859.796 文献标识码： A文章编号： 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 中试生产线特点

作为促进高校科技成果转化的一种有效模式，中试生产线将科研与市场紧密结合起来。中试生产线通过提供满足中试的试驗空间、仪器、设备、资金以及工程技术人员等要素实现科技成果的熟化，进一步验证实验室成果，优化生产工艺方案，使具有转化前景的实验室技术更加贴近市场实际，加快了科技成果产业化的步伐。作为实验室科技成果和大规模工业化生产之间的关键环节，中试生产线的项目决策、项目建设及管理均具有自身的特点。

1.1 中试生产线项目决策的特点

1.1.1 中试项目应紧跟国家产业政策

1）中试项目面向中高端产品，适应我国经济结构战略性转型的需求

高校的科研项目具有很强的前瞻性，中试项目也紧紧围绕国家产业政策和高校科研特点展开。中试项目主要以新材料、智能制造、能源环保及生物医药等国际前沿技术和战略性新兴产业为方向，推动人工智能和制造业的深度融合，使工业生产线能够高质、高效地生产市场需要的中高端产品。为达成此目的，需要从产品的市场总量需求、需求的地域分布、消费群体以及国内外生产情况、实验室科研成果技术评级等方面进行详细的调研和分析。中试产品应满足国家或行业的相关标准，并具有市场竞争力，且决不能在高耗能、高污染及低端产业重复研究、重复投资和重复建设。

2）中试生产线需采用绿色、安全的生产技术和工艺路线

满足环境保护要求是经济持续和谐发展的重要基石之一，中试生产线应使用清洁能源进行清洁生产，做到污染物的有效管理，杜绝环境污染。

3）积极引入外部资源、建立中试资源共享

中试生产线多样化地引入外部资源、建立中试资源共享，不仅节约了社会科研资源，也能更好地开拓创新思维、避免同质化竞争、降低试错成本，能更好地实现市场快速响应，加快高校科技成果落地，实现研究机构之间、校企之间合作共赢。

1.1.2 地理条件需保障中试参加人员的需要

中试生产线建设除了考虑满足生产线建设必须的条件如厂房需求、自然环境、地震烈度等要求外，还要结合高校科研队伍的特点。高校科研及中试生产主要参加人员为高校的教师，除了科研外还担负着教学的重任，因此还应尽量将中试基地建在离学校实验室较近的距离内，以便于教师和科研人员能随着中试进度合理安排教学与试验时间，便于及时解决中试中出现的各种问题。

1.1.3 原料及公辅设施应满足中试需求

原料来源对中试项目的进展非常重要，项目决策时既要考虑短期需求，又要考虑长期需求，不能让原料成为中试进度的制约因素。另外，还要综合考虑水、电力、燃料及热力等公辅介质的供应要求，其中热力介质最好采取非管道形式供应。对于原料、辅料、备品备件及中试成品，要充分考虑满足要求的合理的放置方式和空间，要特别重视危险品的放置及回收处理。

1.1.4 中试生产线需考虑经济效益和社会效益

中试生产线不同于一般意义的实验室，其建设需耗费大量的资金和人力，如果没有较好的经济效益，中试也难以为继。选择中试项目时需要非常重视这一点，综合考虑知识产权收益、中试产品收益、企业投资及政府扶持等多种因素，保证中试生产线的正常运转。

1.2 中试生产线建设的特点

1.2.1 中试生产线的产品规模及生产率

中试生产线主要生产符合市场需求的中高端产品，中试线应该具备多大规模的生产能力才合适呢？这不是一个和工业化生产线简单对比的数字，而是一个要一定程度反映大生产场景的有意义的数值。

在建设实践中，通常将生产场景模拟为与工业化生产较为接近的展示期。展示期是指在生产线建设完成和转移转化获得收益之间的阶段，此阶段只有中间产品的销售收益来维持生产线正常运转。可见生产线规模是和生产线的正常运转密切相关的，需综合考虑场地费用、人员费用、能源介质费用、备品备件费用、工作制度等因素来确定，但总体规模不宜太大。生产线规模可按下式进行计算。

Q=■

式中：Q——年产量（t/a）;

P——维持费用（万元/a），包括人工、能源介质、折旧、财务等费用;

m——利润率（%）;

η——成材率（%）;

k——单价（万元/t）。

1.2.2 中试生产线工艺特点

中试生产线工艺特点主要表现在以下几个方面：

1）中试生产线担负着“去伪存真”、“去粗取精”的任务，生产线设计时需要考虑通过多种工艺方案进行比较从而得到最优方案，在空间和公辅介质方面往往需留出一定的余量。同时生产线往往采用分步走的建设方式，分阶段完成。

2）分析和检验伴随着中试的全过程，因而需要充分考虑产品冷却、试样制备、试样包装运输的规范性和安全性。

3）中试生产线往往只承担阶段性中试任务，生产线设备布置多采用孤岛布置形式，需要保证物流通畅，以便于生产工艺的调整。同时为了模拟工业化大生产，往往预留多种形式的运输机械设备，能够按自动、半自动方式组织生产。

4）中试生产线承担演示功能，工艺布置时往往预留出参观通道、参观走廊、工艺指示牌、展示厅等设施及构筑物。

5）作为科研和成果展示宣传的中试生产线，必须更加关注消防环保安全卫生的要求。

6）中试生产线主要由教师、科研人员操作实施，但由于其专业所限，往往需要配备较强的设备、电气等专业工程人员来支撑生产线运转。

1.2.3 中试生产线的设备选型特点

1）为优化生产工艺，主设备留有余地，生产线留有多个替换接口。

2）主设备多为孤岛布置，为了方便运输机械联接各主设备，主设备设计和制造时需留有接口。

3）除现场必须的分析、检验及测量外，大部分分析检验都送回学校实验室完成或外委完成。

4）尽量选择通用型设备，便于在多个中试生产线间灵活调配，尤其是当必须外购分析检验设备时，更需综合考虑中长期用途，以便充分发挥其性能，节省资金。

1.3 中试生产线项目管理的特点

中试项目管理以进一步熟化科技成果、实现科技成果转移转化为目的，是中试顺利进行的有力保障。与常规项目管理相比，中试生产线项目管理的主要特点表现在以下几方面：

1）制定初步可研报告时，需综合多个工艺方案供决策参考，随后进行立项和确定建设步骤。

2）进行需求策划时，需要考虑一定规模和生产率的中试产品来模拟工业化生产场景，并考虑与销售相关的因素。

3）对项目各模块进行系统设计时，应加入知识产权形成及权益保护模块，及时总结归纳中试过程中形成的知识产权，并予以保护。

4）在制定项目目标、计划和进度时，应充分考虑到学校教师和科研人员有教学任务的工作特点以及在多个中试项目同时进行时的人员调配，积极协调，促进中试进展顺利。

5）制定项目执行和控制的基本计划时，应明确多种工艺方案的试验阶段和控制节点。

6）在建立项目管理的信息系统、成本跟踪分析、市场变化及风险分析、人员培训及团队建设时，应体现各试验阶段的人员配备情况、财务收支等内容，并及时向决策层传达项目信息。

7）在采购时，应建立多渠道询价机制，并招标采购，保证中试生产需要。

8）在中试项目进程控制方面，要及时和管理层沟通。为减少投资风险，中试生产线建设应建立停止机制。启动停止机制的原因有下面五种可能：中试过程中出现主设备运行或检验数据不达标等问题，经多种方法均无法解决时;当投资远大于预算时;当中试周期远大于预期时;当科研团队无法维持时;当市场需求发生巨大变化，中试方案不能满足需求时。

图1 新型高氟（砷）地下水吸附材料制备生产线

图2 新型高氟（砷）地下水净化装置样机

2 中试生产线的建设实践

高氟（砷）地下水严重危害人体健康，北京科技大学黄凯团队提出了利用大蒜皮生产吸附材料来净化高氟（砷）水的新工艺[1]。图1所示为吸附材料制备中试生产线，生物质原料依次经过蒸煮改性、清洗、烘干杀菌、包装等工序制成食品级吸附材料。图2所示为高氟（砷）水净化生产线，包括pH值调整、吸附、过滤、再沉淀净化后内滤等工序。

2.1 项目的市场需求

项目针对对人类健康危害较大的地氟病及砷病，做了前期市场需求调研。以地氟病为例，目前我国有八千万人饮用氟含量超标的水，两千万人不同程度患病，是世界上受地氟病危害严重的国家之一，我国对地氟病的预防和对高氟水治理有着迫切的需求，而新型高氟（砷）水净化项目是保障高氟（砷）水区域人民安全用水需求的有力工具之一，有市场刚需且规模较大。

2.2 工艺路线选择的科学性

利用吸附法净化高氟水的关键在于吸附材料的选择。通过对比分析上百种有吸附功能的材料，最终选用了对氟（砷）吸附功效最好的大蒜皮作为处理含氟（砷）水的吸附材料。这种材料具有比重轻、耐酸碱、不易腐烂、易保存、成本低等特性，经过几年的应用实验，证明其吸附效果非常好。同时，我国是大蒜种植大国，原料来源有充分的保障。

2.3 项目建设分为三个阶段

为了保证生产线建设的有效性，项目分三个阶段实施，即材料研究阶段、材料制备阶段和高氟（砷）水净化阶段。三个阶段有较为分明的层次区别，同时又紧密结合。

2.4 生产的安全洁净保证

高含氟（砷）水凈化是关系到民生的大事，必须保证安全生产和洁净生产。在工艺上选择生物质吸附，成本低，也避免了用活性氧化铝吸附时水中的铝离子残留;在选材上，选用耐腐蚀的大蒜皮作为原料，耐酸碱，使用寿命长;在设备保障上，选用食品级不锈钢材质;在吸附材料生产上，选用经过数次的蒸煮杀菌活化、漂洗洁净、微波干燥杀菌、无菌真空包装等工艺过程，生产出食品级的吸附材料;在水净化实践上，选用食用酸碱调节pH值或吸附介质再生;在控制手段上，设置多处检测点，严格监测、检测材料的微生物情况;在操作上，严格执行国家食品安全生产规程。经过多方面的有效保障，研发的产品经过国家权威机构质检检测，达到了国家食品级标准。

3 结语

在高校成果转化中，中试的作用不可或缺。中试不仅是对实验室成果达到规模化生产的验证，更是朝“科技成果转化为生产力”迈进了坚实的一步。把握中试生产线的特点，有利于中试项目的选择、建设和项目管理，有效减少试错成本，降低风险，促进高校的成果转化和技术转移。

【参考文献】

[1]王宏伟，刘临，黄凯等.大蒜秸秆新用途：高氟（砷）地下水净化处理新技术[J].金属世界，2019（3）：77～79.