基于模糊聚類的電子產品有害物分析評價系統

霍　楊，鄧輝平，江　冰

（1.常州出入境檢驗檢疫局，常州213022；2.河海大學物聯網工程學院，常州213022）

基于模糊聚類的電子產品有害物分析評價系統

霍楊1，鄧輝平2，江冰2

（1.常州出入境檢驗檢疫局，常州213022；2.河海大學物聯網工程學院，常州213022）

近年來，世界電子產業迅速發展，為了加強對電子產品有毒有害物質含量的嚴格控制，利用Visual Studio 2010設計開發電子產品有毒有害物質分析測評系統。該系統具有RoHS2.0指令的解析、電子產品有毒有害物質的檢測方法、模糊聚類分析評估以及知識訓練四個功能。重點是利用模糊聚類算法對電子產品有毒有害物質進行定量分析，并給出相應電子產品的污染等級。仿真結果顯示，該系統實現了人機交互的友好配合，能夠對輸入的電子產品物質含量表進行動態的模糊聚類分析并給出相應評價，便于檢驗機構人員直觀的觀察結果，從而進行有效監控，提高國內電子產品的安全。

Visual Studio 2010；電子產品；有毒有害物質；模糊聚類分析法；分析評價；污染等級

1　引　言

隨著信息產業的飛速發展和電子設備的廣泛應用，產品的“綠色度”研究［1－3］成為關注的焦點，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重大問題。歐盟發布RoHS指令要求在市場上出現的八大類電子電器設備中，要限制鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯（PBB）和多溴聯苯醚（PBDE）6種有毒有害物質的含量。由于電子產業的不斷發展，歐盟再次提出新版RoHS指令，這對于電子企業來說，無疑又是一次挑戰。新版RoHS指令對舊版指令中的一些模糊內容，如管控范圍和相關定義、符合性評估方法、各相關方責任、豁免申請等加以進一步明確，明確了制造商、授權代表、進口商、經銷商的責任，這對國內出口企業應對RoHS指令的既定模式提出新挑戰。

文獻［4－9］指出模糊聚類模型廣泛應用在河流污染程度、空氣質量評價等方面，依據此中心思想，運用計算機技術開發出新版RoHS指令解析與電子產品有害物質測評綜合系統。包括RoHS2.0指令解析子系統、電子產品有害物質檢測方法子系統、電子產品有害物質評價子系統以及知識培訓四個子系統，并高度集成形成平臺軟件，體現人機交互、音視頻并存，界面友好，操作簡單的特征。

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，它將原始數據進行一定的標準化，使得每一個數據都在0與1之間，在此基礎上，建立相應的模糊相似矩陣以及等價矩陣，根據置信水平λ對相似矩陣進行聚類。

2.1模糊聚類分析算法數學模型

模糊聚類分析算法流程圖如圖1所示。

（1）數據標準化

設集合X=｛x1，x2，...，xn｝為被分類對象，每個對象又有m個指標表示其屬性：

原始數據矩陣表示為：

利用平移極差變換公式對數據進行標準化：

（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，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Boole矩陣，然后按t（R）λ進行分類，所得到的一個分類就是在λ水平上的等價分類。其中，設

對于xi，xj∈X，若r′ij（λ）=1，則在λ水平上將對象xi，xj歸于一類。

圖1　模糊聚類分析算法流程圖

2.2電子產品有毒有害物質模糊聚類分析

依據上述算法選擇30個電子產品的物質含量作為樣本數據，每個樣本有六個特性指標：鉛含量、汞含量、鎘含量、六價鉻含量、PBB含量、PBDE含量，根據公式（1）－（5），進行模糊聚類分析，得到如圖2所示的聚類圖［10］。

圖2　模糊聚類圖

圖中橫坐標是30個檢測對象的樣本序號，縱坐標是聚類置信水平λ，當λ=0時，所有樣本之間沒有直接的聯系，都是各自獨立的樣本；

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

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

當λ=1時，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，所有樣本一致相似，視為一個整體。

2.3綜合評價

根據置信水平λ的不同取值范圍，可以將電子產品有毒有害物質污染程度分為三個等級如下：

一等污染級別：0≤λ≤0.7

二等污染級別：0.7≤λ≤0.9

三等污染級別：0.9≤λ≤1

由此可見，λ的不同取值區間決定了樣本的污染等級。

在實際中，該算法可以確定某個具體產品所屬的污染等級。一方面，生產商可以利用此結果重新規劃產品的物質含量，提高產品的市場競爭力；另一方面，檢驗檢疫人員可以根據此結果判斷出口產品污染等級，再確定產品的出口問題，從而更好地規避技術性貿易壁壘。

3　電子產品有毒有害物質分析測評系統軟件開發

3.1系統功能結構

系統的功能構架如圖3所示，主要包括四個方面，本文著重于設計前三個層面。其中，RoHS2.0指令解析子系統全面分析新版指令，分析其與舊版各種差別，從而尋找企業的應對策略；電子產品有毒有害物質檢測方法子系統面向綠色電子產品的分析測試應用，探討電子產品中六種有害物質的基本測試方法，用于檢測認證電子產品中有毒有害物質的含量，主要是鉛、汞、鎘、六價鉻、PBB、PBDE這六種物質的檢測方法；采用模糊聚類分析法對電子產品有毒有害物質含量表進行定性、定量的分析評價，利用一定的文字和圖形顯示評價結果，便于用戶進行簡潔而直觀的判斷。

3.2系統組成模塊

此核心子系統由三個模塊組成：有害物參數入口模塊、數據處理模塊、數據輸出模塊。

（1）有害物參數入口模塊

利用SQL Server 2008軟件語言實現數據表的錄入。SQL Sever是一個全面的數據庫平臺，使用集成的商業智能工具提供了企業級的數據管理。數據庫引擎為關系型數據和結構化數據提供了更安全可靠的存儲功能，可用來構建和管理用于業務的高效率和高性能的數據應用程序；本文主要利用的參數是電子產品有毒有害物質含量表。

圖3　系統功能構架

（2）模糊聚類法分析模塊

根據模糊聚類算法，對其基本過程數據標準化，算對象之間的相似度用來構建模糊相似矩陣，根據置信水平λ聚類，利用編程語言VC＃編寫出相應的程序代碼，實現應用程序后臺對前臺導入的數據表進行模糊聚類處理。

（3）污染等級評價模塊

在Visual Studio 2010 C＃windows窗體界面上，根據用戶輸入的置信水平λ對后臺導入的數據表進行模糊聚類分析，利用datagridview控件顯示分析結果，方便用戶進行直觀簡潔的觀察。

3.3系統程序設計

（1）系統總體設計流程

系統包含四個功能：RoHS2.0指令解析、電子產品有毒有害物質檢測方法、電子產品有毒有害物質分析評價以及知識培訓系統，根據用戶需要進行子系統的選擇。其中，主要運用控件button的click（）方法響應事件以及form類包含的close（）、show（）方法實現窗體之間的傳遞。本文著重說明子系統3電子產品有毒有害物質分析評價系統。系統總體設計流程圖如圖4所示。

（2）在RoHS2.0指令解析子系統中，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，主要運用了picturebox控件以及textbox控件，從而找出企業的應對策略。

圖4　系統總體設計流程圖

（3）在電子產品有毒有害物質分析評價子系統中，模塊流程圖如圖5所示，分為電子產品有毒有害物質含量數據輸入和電子產品有毒有害物質分析評價兩部分。在數據輸入部分，通過連接SQL Server 2008數據庫將電子產品有毒有害物質含量表導入應用程序后臺，利用表格控件datagridview綁定數據源以便后期操作，對數據進行添加、刪除、刷新等操作；在數據處理部分，系統對后臺導入的電子產品有毒有害物質含量表進行模糊聚類分析，根據輸入置信水平λ輸出相應的模糊等價矩陣，進行模糊聚類分析，并利用典型的模糊聚類圖［5］直觀的對數據進行分類，進行簡單的評價。

圖5　電子有毒有害物質分析評價流程圖

在此子系統中，核心為連接數據庫和模糊聚類分析算法的代碼設計，連接數據庫的流程圖如圖6所示。

圖6　數據錄入流程圖

數據處理，即對導入的數據表進行模糊聚類分析。首先根據導入的數據表創建一個等價的二維數組array［，］；獲得這個二維數組每一列的最大值以及最小值，分別存入一個一維數組；利用平移極差變換法對原始數據進行數據標準化，使得每個數據都在0與1之間，消除量綱影響；根據海明公式，獲得任意兩個對象之間的距離，即對象之間的相似度，組成海明矩陣d［，］；選擇合適的參數生成相應的模糊聚類矩陣，流程圖如圖7所示。

圖7　數據處理流程圖

數據處理結果輸出時，利用已構造出的模糊相似矩陣，根據不同的置信水平λ，得出相應的λ截矩陣。此矩陣為一個布爾型矩陣，元素非0即1。“0”表示在此λ水平上，這兩個對象之間的相似度很低，不能劃分到一組。“1”表示在此λ水平上，這兩個對象之間的相似度很高，可以劃分到一組，利用datagridview控件顯示模糊等價矩陣，以便直觀分析，設計流程圖如圖8所示。當數據庫連接成功，導入數據表并進行模糊聚類分析之后，實際操作界面如圖9所示。

圖8　數據輸出流程圖

圖9　電子產品有毒有害物質分析評價子系統

4　結束語

利用Visual Studio 2010設計出電子產品有毒有害物質綜合測評系統，由四個子系統組成，分別是RoHS2.0指令解析子系統、電子產品有毒有害物質檢測方法子系統、電子產品有毒有害物質分析評價子系統以及知識培訓子系統。著重介紹基于模糊聚類分析算法的電子產品有毒有害物質分析評價子系統的設計與實現，利用VC＃編譯環境，將數學語言轉化為相應的代碼，設計系統并實現相應的功能，符合實際需求。

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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：機電一體化與嵌入式系統。

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

2015－05－21