0 前言
过程工业是所有涉及物质转化过程的工业部门的总称。据统计，我国各种过程工业的总产值占GDP的60%以上，涉及能源转换、资源利用和环境保护，不仅包括国民经济的一些支柱产业，如：石油、化工、冶金、能源、材料、食品等，而且也是一些高新技术产业的基础，如：生物、医药、微电子、纳米材料等。因此，过程工业的发展水平体现了一个国家的综合国力，在某种程度上是一个国家工业发展水平的标志。
在离散制造业领域, 国内外学者已在新产品开发技术的模型、策略、目标、方法、工具及其环境等方面做了大量研究, 取得了大量成果，各种新产品的开发模式如敏捷制造、快速原形、虚拟制造等亦应运而生。然而在过程工业领域, 新产品开发的系统研究尚处于几乎空白的阶段，已有的研究大多是就产品开发中涉及的具体技术及方法。由于过程工业具有风险高、投资大、回收时期长的特点，专业化的、系统的、有较严谨科学性的开发过程就显得更为重要。本文以OI2-WFGD、OI2-SCR及OI2- WFGD-Ⅱ等OI2系列技术的开发过程为例，对过程工艺的开发作一探索性讨论。
1 过程工艺开发的现状和特点
现有工程科学基本上是在解决某一行业问题的过程中形成的，如针对化学工业的化学工程，针对冶金工业的冶金工程，针对能源转换的热能工程等。目前，过程工程仍按国民经济各个部门条块分割，各个学科之间的综合、交叉和集成尚未趋于一致。
过程工业系统大多数为连续式物料反应和加工过程，它处理的主要是物质－能量流，涉及复杂的化学反应和物理状态变化，连续性和多变量是过程工业的显著特点。其次，新的工艺过程层出不穷，化工系统日趋大型化、复杂化，现代的研究和开发工作投资大、周斯短、风险大、竞争激烈；过程装备与生产工艺即加工流程性材料紧密结合，有其独特的过程单元设备和工程技术，如混合工程、反应工程、分离工程及其设备等，与一般机械设备完全不同，有其独特之处。因此，现有的一些工程技术方法和经典计算技术在某些场合显得力不从心，有必要从宏观整体上对过程系统作出描述和把握。
目前过程工业中存在的问题主要有：
1）大部分核心技术依赖国外引进，如大乙烯、乙酸等花费大量的使用费引进，或让外方的技术占有大块股权，影响行业竞争力和经济效益，更严重的是长期以往将可能产生路径依赖，陷入知识产权陷阱，失去向产业上游发展的空间。
2）过程工业产业大部分处于资源、能源消耗大户的产品生产商层次，处于产业低端，少数如BP、巴斯夫等处于产业高端，主要以知识、高级人力资源为支撑的专利、核心技术（工艺包）提供商的角色。
3）未能形成技术、能力、人才三位一体长期共赢的体制与机制。过程工业多为庞大复杂的系统，需要大团队协同开发，长时间不断地累积升级，才能实现国际领先，也只有是国际领先的技术才能在市场中拥有一席之地。由于计划经济的余影在此领域还存在条块分割、各自为政、低水平重复的问题，同时在技术市场、知识产权等方面还存在许多不完善之处。
4）现有工业装置存在对国情、对日益提高的资源成本、环保要求不适应的问题。
2 现有过程工艺开发模式
现有的过程工艺开发大都沿用传统的思维模式，主要有因次分析、经验放大、数学模型等方法，基于这些方法进行"设计-台试-小试-中试-工程应用"的逐级放大过程(如图1)，旷日持久且费用高昂。

图1 传统过程工艺开发模式
1、相似论和因次分析法。该法归纳实验结果，可取得良好的效果。但对于过程复杂的工艺，效果不够理想。
2、经验放大方法。通过多层次、逐级放大的试验，探索、总结放大规律。这种经验方法耗资大、费时长、效果差，缺点是显而易见的。
3、数学模型方法。通过对过程进行研究，以得到表示过程各有关参数与变量之间的关系的数学表达式。但是过程工业领域的过程很多都比较复杂，难以进行如实的数学描述。
这些传统的技术开发模式，有的方法可靠性较高，风险性小，但耗资大、费时长，这不适应于科学技术日新月异、社会经济发展突飞猛进的信息时代；有的方法偏向于理论化，对复杂的工业过程素手无策，这也不适合于当今产品多样化、工业过程复杂化的时代，严重阻碍了工业技术的革新，延缓了社会经济的发展。
上述问题表明：我们需要一种新的过程工业技术开发模式，以适应技术的更新变革，社会的经济发展。
3 OI2系列技术开发模式

图2 OI2系列技术开发模式
OI2是精准优化（Optimization）、个性化（Individuation）、集成化（Integration）等三个英文字母的缩写，其支撑是过程工艺、关键设备、系统集成及优化、工程设计及项目实施等四大关键技术的开发和研发、设计、工程管理三大平台的构筑，OI2系列技术的发展历程也是精准优化、个性化、集成化这三个设计思想不断完善和升华的过程。
OI2系列技术开发模式如图2所示，首先对文献资料、参考工程及先前投产工程的经验和运行数据进行分析，确定基本的设计方案；然后，根据确定的基本设计方案进行设计，对设计中不确定的因素进行大量的跨尺度的数值计算和模拟，其间不确定的参数(如热力学性质、传递性质等)进行少量的实验室试验获取，以此确定基本的运行参数，并返回至跨尺度的数值计算和模拟过程，形成内封闭循环，验证数值计算结果，提高其计算精度；并投入工程设计和应用，工程投运后对大量的运行数据进行测试和分析，并以此来修正设计和运行参数，形成外封闭循环，完成技术的自我升级和更新，提高其成熟度。
以OI2 –WFGD烟气脱硫技术为例，其技术推进路线如图3所示。采用上述的实验研究→设计→数值模拟→要点试验和工程实测为校正的基本研究方法。在冷态实验平台上开展过程工艺、石灰石活性强化途径等原理性研究，获取指导工程设计的关键工艺参数，通过全方位、多尺度、系统级的数值模拟突破吸收塔大比例放大的难题，同时通过热态试验平台和在烟气脱硫装置建设过程中预留分步验证的条件，适时开展系统要点试验和工程实测校正，逐步验证并完善数值计算模型，优化反应器及塔内件的结构和运行参数，实现塔型的不断改进和创新。
图3 OI2 –WFGD烟气脱硫技术推进路线示意图
在此基础上，对上述技术路线中涉及的各个次的内容进行抽象和提高，将其中共性技术归纳成研发、设计、工程管理三大通用的技术开发平台。这种平台化开发模式具有很强的移植性，图4为OI2 –SCR烟气脱硝技术推进路线示意图，同样可归纳成研发、设计、工程管理三大平台，同图3相比，其差别仅在于研发平台中的具体内容的不同。将其研发内容归纳可得出图5所示的共性化开发内容，即从分子尺度、单元尺度、设备尺度至系统尺度的多尺度数值计算和模拟，其支撑学科分别是计算量子化学、计算反应动力学、计算传质学/流体力学和过程系统工程等。

图4 OI2 –WFGD烟气脱硝技术推进路线示意图

图5 OI2 系列技术共性技术研发平台
由此可见OI2 技术开发模式的实质是利用现有文献和数据实施逆向工程，采用大量的全方位多尺度数值计算对各种边界情况进行探索，并辅以少量的试验数据来支撑或验证数值结果，并将工程投运后的数据采集和挖掘结果作为逆向工程实施的新起点，从而实现技术的完善、成熟和更新。