人工智能大气颗粒物富集系统毒性检测仪商业计划书

项目技术分析

技术先进性 

大气颗粒物与生态毒性直接相关，但因大气颗粒物中有毒成分浓度低以及毒性检测方法检出限高，颗粒物毒性的在线监测尚未在实际大气中实现。为了解决毒性检出问题，复旦大学环境科学与工程系陈建民教授带领项目团队将多功能气溶胶浓度富集系统（VACES）扩展应用于大气颗粒物毒性的测量。通过在实验室和外场条件下优化技术参数，实现了VACES中总颗粒物及其化学成分浓度的近十倍浓缩效果，并由此建立了系统的技术指标。此外该项目还实现了VACES的每小时（可调）连续外场采样，且获取了上海地区非浓缩气溶胶和浓缩气溶胶的实时毒性数据。结果显示，浓缩前大气颗粒物毒性均在检测误差较大的区间上，而浓缩后其毒性远超检测限。更重要地是，各项数据表明VACES中大气颗粒物毒性的成倍增加并没有改变其毒性的变化特征。因此，在国内外对毒性检测仍需在高颗粒物浓度、较长持续采样时间和离线状态进行的大背景下，VACES的这套在线采样系统，及其与毒性检测相结合的方法和构思，为将来在线测量大气中的颗粒物毒性提供技术支持，也在大气颗粒物毒性检测方面取得突破性进展。

技术特点与优势

PM2.5的毒性与健康直接相关，目前采用AQI指数；

半小时分辨 PM2.5毒性检测（国际上尚未同类产品）；

采用气溶胶富集技术提高检测灵敏度10倍，具有巨大市场竞争力；

首次采用富集系统用于大气颗粒物毒性检测；

人工智能化毒性检测与播报,  为民众身体健康提供指导。

市场分析

 大气污染概述

随着我国经济社会的快速发展，工业化和城市化进程也不断加快，随之而来的生态环境问题愈发受到人们的关注，其中大气污染问题尤为突出。世界上主要的发达工业国家大都承受过大气污染带来的危害，其中比较著名的有“英国伦敦烟雾事件”、“美国多诺拉烟雾事件”、“日本四日市气喘病”等。而我国目前的“煤烟型”大气污染，与上世纪六七十年代的英国非常相似，煤炭燃烧带来的高浓度二氧化硫和烟雾颗粒严重危害着居民健康，这些有毒物质进入人体的呼吸系统后会诱发支气管炎、肺炎、心脏病等疾病。我国的大气污染从源头来看，可分为三类：工业源、生活源、流动源。

图表3-1 大气污染源

大气污染监测相关政策

2015年7月，国务院出台了《生态环境监测网络建设方案》，要求到2020年，全国将基本实现环境质量、重点污染源和生态监测的生态环境监测网络全覆盖。自2015年以来，生态环境监测行业一直在制定实施详细的政策，并明确具体内容、管理方法和资金来源。环境监测行业受到政策的影响很大，在政府的大力推动下，产业有快速发展的机遇。

从"十二五"时期开始，中国开始建设国家环境监测网络。近年来，为促进环境监测网络建设，出台了一系列政策：

环境空气监测设备行业产销情况

随着工业化、城镇化进程的加快，空气污染已成为制约发展的主要痛点。目前，国家通过一些手段加强大气污染治理:(1）提高排放标准，增加涉及的行业数量：进一步收紧空气污染物排放指标，同时对钢铁、水泥、化工等非电力行业实行专项标准;(2）违法成本大幅度增加：进一步加大对环境违法行为的处罚力度，尽可能高地进入刑法，更深入地监督环保，加大电价补贴力度;(3）鼓励企业改革积极性：政府实行超低排放电厂电价补贴，最高3.7分/千瓦时，可抵消大部分超低排放成本，给发电企业很大的改造动力。

近年来，中国环境空气监测设备行业产量快速增长，从2014年的1520台（套）增加到2019年的12650台（套）。

图表3-3 2014-2019年中国环境空气监测设备产量

2014年我国大气环境监测行业市场规模1.51亿元，到2019年增长到了15.66亿元，其中，监测存量更新市场需求规模2.25亿元，监测新增需求规模13.41亿元。

图表3-4 2014-2019年中国环境空气监测设备市场规模分领域

环境空气监测设备行业企业发展分析

我国环境空气监测设备行业发展历史短，监测设备统一评价标准尚未建立，一大批小公司通过降低产品价格争夺市场份额。在价格和研发能力的影响下，小企业的监测设备往往存在测量精度低、环境空气监测设备使用寿命短、扩展空间不够的问题。在环境监测要求低的初始阶段，小企业可以依靠特定客户获得生存空间;但随着环境监测精度的提高和政府需求的提高，从单一的设备采购向第三方运营和大数据方向发展，技术能力较弱的小企业的低端设备将被淘汰。小企业退出意向增强，为龙头企业加快并购、提升市场份额提供了机遇。同时，国内大型监测企业的技术积累已初步完成，进口替代步伐加快，龙头企业生产地方环境空气监测设备的市场份额加快。

经过十几年的发展，环境空气监测设备生产龙头企业已初步完成技术积累，常规产品的技术参数已能达到进口产品的水平。在技术水平提高的背景下，地方政府在购买环境空气监测设备的过程中开始优先考虑本土品牌，国内设备市场占有率迅速提高。

项目产品市场容量

目前，我国国家生态环保部有 4700个国控站；国家气象站点3600个；疫病预防中心（地级市）300个。

联用仪市场容量约1000套，每套估价500万元，项目产品潜在市场规模达50亿元。

产品介绍

仪器概述

国际首个大气颗粒物毒性及健康效应研究的技术手段；

通过调试富集系统参数（温湿度、气流等）对大气颗粒物高效浓缩；

浓缩样用于在线生物毒性检测，实时呈现PM2.5毒性的动态变化；

对大气颗粒物的人体健康效应作出科学播报。

应用领域

应用于在线研究污染和非污染天气条件下多粒径颗粒物毒性的大气环境监测、疾病防控；

评定大气颗粒物引起的健康危害（如呼吸系统、心脑血管系统、神经系统、生殖系统等疾病）和建立模型；

也可用在致病机理研究和相关药物研制。

性能特点

在线富集采样系统有效避免传统滤膜采集检测法存在的样品污染、样品和试剂的高损耗等问题；

粒径浓缩范围由纳米颗粒到粗颗粒可调，在流量50lpm的条件下，其浓缩倍数即达7-10倍；

实时获得PM2.5毒性，真实呈现污染和非污染天气条件下颗粒物的毒性变化特征。

仪器功能模块

图表2-4 仪器设备总体结构

采样模块：可选单通道或多通道，切割不同粒径大气颗粒物，如PM1, PM2.5, PM10等。

浓缩模块：多功能气溶胶浓度富集系统(VACES)用于实时浓缩大气颗粒物浓度至10倍。

收样模块：自行设计的全自动装置，实现浓缩颗粒物的实时采集、抽样、收样。

加样模块：微量注射泵和二维机械臂，将收集的样品打入毒性分析设备，并点到样品槽的相应位置。

毒性模块：微流控制芯片技术，实现发光菌生物毒性的快速检测（小于5分钟）。

操控模块：整套联用系统，通过自行设计软件，实现各模块的智能化连接和操作。

图表2-5 商业化联用系统完整设备定型结构

 生产方案分析

1、工业化生产可靠性分析

1）联用仪制造过程是由相关设备等组成整条生产线系统。

2）这条生产线充分考虑和核算了生产线整体同各单机间的物料平衡协同关系，并考虑和计算了各单机的正常加工、进料出料、输送、故障停机及排除所需要时间和各单机间的合理缓冲。

3）在联用仪制程运行时，该生产线能够运行连续稳定、达到设计生产能力要求，并确保能够生产出质量合格的联用仪。

2、技术管理及特点

1）在联用仪制造过程中，根据客户需要直接或间接将产品的生产、检验要求转化为公司内部质量控制标准，加强过程控制，确保产品制造质量的稳定。潍坊某环保设备有限公司“倡导预防、健康安全、遵纪守法、持续和谐”的质量方针，实现持续改进。

2）该项目联用仪制造质量控制将按ISO9000体系标准组织生产，从业务流程与组织结构等方面来确保产品各环节处于受控状态，同时，推行精益生产（JIT、LEAN）、供应商库存管理（VMI）、全面质量管理（TQM）等先进的管理手段和管理技术。

3）该项目原材料采购和使用均由产品数据管理技术（PDM）软件支持，并且完整地与企业资源计划（ERP）软件结合起来，在联用仪行业实现较高程度的技术信息化管理。

4）联用仪流程化设计：在设计阶段引入CAE分析，避免过多的“设计—分析循环”，明显减少设计总费用和设计周期。产品的流程化设计包括从三维的几何造型设计、ANSYS分析到产品实验，通过CAD和CAE的平滑过度双向互动，进而避免CAD与CAE的重复工作，提高设计效率，通过流程化控制提高设计制造质量的稳定性。

5）联用仪制造执行系统（MES）：制造执行系统的作用是在信息系统中承上启下，在生产过程与管理之间架起了一座信息沟通的桥梁，对生产过程进行及时响应，使用准确的数据对生产过程进行控制和调整。

6）联用仪数据管理技术（PDM）：数据管理技术即是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。PDM明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。

7）项目将通过PDM与ERP系统的结合，把设计生产工艺、原材料定额预算、原辅材料仓储、生产制造有机地结合起来，实现承上启下信息共享，通过MES系统实现原辅材料需求分析和准确调配和管理，为企业信息化管理提供强有力的软件技术支撑。ERP及PDM等先进的信息化手段在该项目中的充分应用，将有效提高联用仪的制造成本控制能力及生产效率，大大提高了联用仪的市场竞争优势。

设备选型

潍坊某环保设备有限公司根据联用仪生产工艺的要求，对比考察多个生产设备制造企业，优选联用仪生产专用设备和检测设备等国内先进的环保节能型设备，确保该项目生产及产品质量检验的需要。