霍　楊，鄧輝平，江　冰

（1.常州出入境檢驗(yàn)檢疫局，常州213022；2.河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，常州213022）

基于模糊聚類的電子產(chǎn)品有害物分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)

霍楊1，鄧輝平2，江冰2

（1.常州出入境檢驗(yàn)檢疫局，常州213022；2.河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，常州213022）

近年來，世界電子產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，為了加強(qiáng)對(duì)電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)含量的嚴(yán)格控制，利用Visual Studio 2010設(shè)計(jì)開發(fā)電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析測(cè)評(píng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有RoHS2.0指令的解析、電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)的檢測(cè)方法、模糊聚類分析評(píng)估以及知識(shí)訓(xùn)練四個(gè)功能。重點(diǎn)是利用模糊聚類算法對(duì)電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)進(jìn)行定量分析，并給出相應(yīng)電子產(chǎn)品的污染等級(jí)。仿真結(jié)果顯示，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的友好配合，能夠?qū)斎氲碾娮赢a(chǎn)品物質(zhì)含量表進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模糊聚類分析并給出相應(yīng)評(píng)價(jià)，便于檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)人員直觀的觀察結(jié)果，從而進(jìn)行有效監(jiān)控，提高國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)品的安全。

Visual Studio 2010；電子產(chǎn)品；有毒有害物質(zhì)；模糊聚類分析法；分析評(píng)價(jià)；污染等級(jí)

1　引　言

隨著信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的“綠色度”研究［1－3］成為關(guān)注的焦點(diǎn)，如何正確合理地處理和利用電子廢棄物成為電子制造商面臨的一個(gè)重大問題。歐盟發(fā)布RoHS指令要求在市場(chǎng)上出現(xiàn)的八大類電子電器設(shè)備中，要限制鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯（PBB）和多溴聯(lián)苯醚（PBDE）6種有毒有害物質(zhì)的含量。由于電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，歐盟再次提出新版RoHS指令，這對(duì)于電子企業(yè)來說，無疑又是一次挑戰(zhàn)。新版RoHS指令對(duì)舊版指令中的一些模糊內(nèi)容，如管控范圍和相關(guān)定義、符合性評(píng)估方法、各相關(guān)方責(zé)任、豁免申請(qǐng)等加以進(jìn)一步明確，明確了制造商、授權(quán)代表、進(jìn)口商、經(jīng)銷商的責(zé)任，這對(duì)國(guó)內(nèi)出口企業(yè)應(yīng)對(duì)RoHS指令的既定模式提出新挑戰(zhàn)。

文獻(xiàn)［4－9］指出模糊聚類模型廣泛應(yīng)用在河流污染程度、空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面，依據(jù)此中心思想，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出新版RoHS指令解析與電子產(chǎn)品有害物質(zhì)測(cè)評(píng)綜合系統(tǒng)。包括RoHS2.0指令解析子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品有害物質(zhì)檢測(cè)方法子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品有害物質(zhì)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)以及知識(shí)培訓(xùn)四個(gè)子系統(tǒng)，并高度集成形成平臺(tái)軟件，體現(xiàn)人機(jī)交互、音視頻并存，界面友好，操作簡(jiǎn)單的特征。

2　模糊聚類分析算法

模糊聚類分析算法其核心在于模糊相似矩陣的建立，它將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的標(biāo)準(zhǔn)化，使得每一個(gè)數(shù)據(jù)都在0與1之間，在此基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的模糊相似矩陣以及等價(jià)矩陣，根據(jù)置信水平λ對(duì)相似矩陣進(jìn)行聚類。

2.1模糊聚類分析算法數(shù)學(xué)模型

模糊聚類分析算法流程圖如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)集合X=｛x1，x2，...，xn｝為被分類對(duì)象，每個(gè)對(duì)象又有m個(gè)指標(biāo)表示其屬性：

原始數(shù)據(jù)矩陣表示為：

利用平移極差變換公式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：

（2）建立模糊相似矩陣

利用海明距離法求出模糊相似矩陣

從（2）中求出的n階模糊相似矩陣R出發(fā)，用平方自合成法求其傳遞閉包t（R），它就是新的模糊相似矩陣R；選取置信水平值λ∈［0，1］，求出t（R）的λ截矩陣t（R）λ，它是X上的一個(gè)Boole矩陣，然后按t（R）λ進(jìn)行分類，所得到的一個(gè)分類就是在λ水平上的等價(jià)分類。其中，設(shè)

對(duì)于xi，xj∈X，若r′ij（λ）=1，則在λ水平上將對(duì)象xi，xj歸于一類。

圖1　模糊聚類分析算法流程圖

2.2電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)模糊聚類分析

依據(jù)上述算法選擇30個(gè)電子產(chǎn)品的物質(zhì)含量作為樣本數(shù)據(jù)，每個(gè)樣本有六個(gè)特性指標(biāo)：鉛含量、汞含量、鎘含量、六價(jià)鉻含量、PBB含量、PBDE含量，根據(jù)公式（1）－（5），進(jìn)行模糊聚類分析，得到如圖2所示的聚類圖［10］。

圖2　模糊聚類圖

圖中橫坐標(biāo)是30個(gè)檢測(cè)對(duì)象的樣本序號(hào)，縱坐標(biāo)是聚類置信水平λ，當(dāng)λ=0時(shí)，所有樣本之間沒有直接的聯(lián)系，都是各自獨(dú)立的樣本；

當(dāng)λ=0.3時(shí)，只有樣本6和樣本8可以聚為一類，也就是說這兩個(gè)樣本對(duì)象的有毒物質(zhì)含量可以看作是相似，因此可以歸為一類；

當(dāng)λ=0.9時(shí)，除了樣本19和樣本28為各自獨(dú)自的一類外，其余樣本歸為一類；

當(dāng)λ=1時(shí)，所有樣本歸為一類；

隨著λ的增大，樣本之間的相似度越來越高，直到最后λ=1時(shí)，所有樣本一致相似，視為一個(gè)整體。

2.3綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)置信水平λ的不同取值范圍，可以將電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)污染程度分為三個(gè)等級(jí)如下：

一等污染級(jí)別：0≤λ≤0.7

二等污染級(jí)別：0.7≤λ≤0.9

三等污染級(jí)別：0.9≤λ≤1

由此可見，λ的不同取值區(qū)間決定了樣本的污染等級(jí)。

在實(shí)際中，該算法可以確定某個(gè)具體產(chǎn)品所屬的污染等級(jí)。一方面，生產(chǎn)商可以利用此結(jié)果重新規(guī)劃產(chǎn)品的物質(zhì)含量，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面，檢驗(yàn)檢疫人員可以根據(jù)此結(jié)果判斷出口產(chǎn)品污染等級(jí)，再確定產(chǎn)品的出口問題，從而更好地規(guī)避技術(shù)性貿(mào)易壁壘。

3　電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析測(cè)評(píng)系統(tǒng)軟件開發(fā)

3.1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的功能構(gòu)架如圖3所示，主要包括四個(gè)方面，本文著重于設(shè)計(jì)前三個(gè)層面。其中，RoHS2.0指令解析子系統(tǒng)全面分析新版指令，分析其與舊版各種差別，從而尋找企業(yè)的應(yīng)對(duì)策略；電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)檢測(cè)方法子系統(tǒng)面向綠色電子產(chǎn)品的分析測(cè)試應(yīng)用，探討電子產(chǎn)品中六種有害物質(zhì)的基本測(cè)試方法，用于檢測(cè)認(rèn)證電子產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)的含量，主要是鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、PBB、PBDE這六種物質(zhì)的檢測(cè)方法；采用模糊聚類分析法對(duì)電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)含量表進(jìn)行定性、定量的分析評(píng)價(jià)，利用一定的文字和圖形顯示評(píng)價(jià)結(jié)果，便于用戶進(jìn)行簡(jiǎn)潔而直觀的判斷。

3.2系統(tǒng)組成模塊

此核心子系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成：有害物參數(shù)入口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊。

（1）有害物參數(shù)入口模塊

利用SQL Server 2008軟件語言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)表的錄入。SQL Sever是一個(gè)全面的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，使用集成的商業(yè)智能工具提供了企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更安全可靠的存儲(chǔ)功能，可用來構(gòu)建和管理用于業(yè)務(wù)的高效率和高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序；本文主要利用的參數(shù)是電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)含量表。

圖3　系統(tǒng)功能構(gòu)架

（2）模糊聚類法分析模塊

根據(jù)模糊聚類算法，對(duì)其基本過程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，算對(duì)象之間的相似度用來構(gòu)建模糊相似矩陣，根據(jù)置信水平λ聚類，利用編程語言VC＃編寫出相應(yīng)的程序代碼，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序后臺(tái)對(duì)前臺(tái)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)表進(jìn)行模糊聚類處理。

（3）污染等級(jí)評(píng)價(jià)模塊

在Visual Studio 2010 C＃windows窗體界面上，根據(jù)用戶輸入的置信水平λ對(duì)后臺(tái)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)表進(jìn)行模糊聚類分析，利用datagridview控件顯示分析結(jié)果，方便用戶進(jìn)行直觀簡(jiǎn)潔的觀察。

3.3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程

系統(tǒng)包含四個(gè)功能：RoHS2.0指令解析、電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)檢測(cè)方法、電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)以及知識(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)，根據(jù)用戶需要進(jìn)行子系統(tǒng)的選擇。其中，主要運(yùn)用控件button的click（）方法響應(yīng)事件以及form類包含的close（）、show（）方法實(shí)現(xiàn)窗體之間的傳遞。本文著重說明子系統(tǒng)3電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

（2）在RoHS2.0指令解析子系統(tǒng)中，利用視頻解說RoHS2.0指令的基本含義，其中引用了類Media中控件axWindowsMediaPlayer的事件方法axWindowsMediaPlayer.URL來打開視頻文件，視頻播放結(jié)束后，利用文字以及圖片形式說明新版與舊版的差別，主要運(yùn)用了picturebox控件以及textbox控件，從而找出企業(yè)的應(yīng)對(duì)策略。

圖4　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖

（3）在電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)中，模塊流程圖如圖5所示，分為電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)含量數(shù)據(jù)輸入和電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)兩部分。在數(shù)據(jù)輸入部分，通過連接SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)將電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)含量表導(dǎo)入應(yīng)用程序后臺(tái)，利用表格控件datagridview綁定數(shù)據(jù)源以便后期操作，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除、刷新等操作；在數(shù)據(jù)處理部分，系統(tǒng)對(duì)后臺(tái)導(dǎo)入的電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)含量表進(jìn)行模糊聚類分析，根據(jù)輸入置信水平λ輸出相應(yīng)的模糊等價(jià)矩陣，進(jìn)行模糊聚類分析，并利用典型的模糊聚類圖［5］直觀的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)。

圖5　電子有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)流程圖

在此子系統(tǒng)中，核心為連接數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊聚類分析算法的代碼設(shè)計(jì)，連接數(shù)據(jù)庫(kù)的流程圖如圖6所示。

圖6　數(shù)據(jù)錄入流程圖

數(shù)據(jù)處理，即對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)表進(jìn)行模糊聚類分析。首先根據(jù)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)表創(chuàng)建一個(gè)等價(jià)的二維數(shù)組array［，］；獲得這個(gè)二維數(shù)組每一列的最大值以及最小值，分別存入一個(gè)一維數(shù)組；利用平移極差變換法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，使得每個(gè)數(shù)據(jù)都在0與1之間，消除量綱影響；根據(jù)海明公式，獲得任意兩個(gè)對(duì)象之間的距離，即對(duì)象之間的相似度，組成海明矩陣d［，］；選擇合適的參數(shù)生成相應(yīng)的模糊聚類矩陣，流程圖如圖7所示。

圖7　數(shù)據(jù)處理流程圖

數(shù)據(jù)處理結(jié)果輸出時(shí)，利用已構(gòu)造出的模糊相似矩陣，根據(jù)不同的置信水平λ，得出相應(yīng)的λ截矩陣。此矩陣為一個(gè)布爾型矩陣，元素非0即1?！?”表示在此λ水平上，這兩個(gè)對(duì)象之間的相似度很低，不能劃分到一組?！?”表示在此λ水平上，這兩個(gè)對(duì)象之間的相似度很高，可以劃分到一組，利用datagridview控件顯示模糊等價(jià)矩陣，以便直觀分析，設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)連接成功，導(dǎo)入數(shù)據(jù)表并進(jìn)行模糊聚類分析之后，實(shí)際操作界面如圖9所示。

圖8　數(shù)據(jù)輸出流程圖

圖9　電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)

4　結(jié)束語

利用Visual Studio 2010設(shè)計(jì)出電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)綜合測(cè)評(píng)系統(tǒng)，由四個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是RoHS2.0指令解析子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)檢測(cè)方法子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)以及知識(shí)培訓(xùn)子系統(tǒng)。著重介紹基于模糊聚類分析算法的電子產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，利用VC＃編譯環(huán)境，將數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的代碼，設(shè)計(jì)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，符合實(shí)際需求。

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System of Analysis and Evaluation on Hazardous Substances in Electronic Products Based on Fuzzy Clustering

Huo Yang1，Deng Huiping2，Jiang Bing2
（1.Changzhou CIQ，Changzhou 213022，China；2.College of Internet of Things Engineering，Hohai University，Changzhou 213022，China）

Recently，the electronic industry has developed rapidly.A system，based on Visual Studio 2010，is designed to enhance the control of toxic and hazardous substance in electronic products，with the functions of new version RoHS2.0 command parsing，method of detection of toxic and hazardous substances，analysis and evaluation on hazardous substances in electronic products.The focus of this paper is a qualitative analysis on hazardous substances of electronic products by using fuzzy clustering analysis and then gives the pollution level of related electronic products.The simulation results show that the system realizes a friendly human－computer interaction，which can conduct dynamic analysis on input material table of electronic product and evaluate accordingly.It is convenient for inspection agency person to observe results concisely and monitor on it effectively to improve security of domestic electronic products.

Visual Studio 2010；Electronic products；Toxic and hazardous substance；Fuzzy clustering analysis；Analysis and evaluation；Pollution level

10.3969／j.issn.1002－2279.2016.01.015

TP319

A

1002－2279（2016）01－0057－05

霍楊（1987－），女，黑龍江省綏化市人，碩士研究生，主研方：機(jī)電一體化與嵌入式系統(tǒng)。

江冰（1960－），女，江蘇省常州市人，院長(zhǎng)，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主研方向：通信與信息系統(tǒng)。

2015－05－21