基于应用主成分分析法的电子产品有害物质分析评价系统设计

基于应用主成分分析法的电子产品有害物质分析评价系统设计[20191214193519]
摘要
近年来,世界电子信息产业迅速发展起来,欧盟等国际组织也颁布了相应的环保指令控制电子产品中的有毒有害物质含量,如RoHS指令,wEEE指令等。但随着RoHS指令的不断更新,中国作为国际电子信息产品的重要制造产地,其产品出口到欧美等发达地区面临着巨大的风险,为了有效规避贸易壁垒,我们要加强对电子产品有毒有害物质含量严格控制。
本文针对这一问题开发出电子产品有毒有害物质分析测评综合系统,此系统主要包含三个功能:新版RoHS2.0指令解析、电子产品有毒有害物质检测方法、电子产品有毒有害物质分析评价。本人重点研究的是电子产品有毒有害物质分析评价部分,利用模糊聚类分析法对电子产品含有的六种有毒有害物质:铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)进行了定性的分析,按照电子产品有毒有害物质评价指标对电子产品的污染程度进行一定程度上的模糊划分,从而减少R o H S指令更新给我国机电产品出口带来的风险,利于我国机电产品出口欧美等发达国家和地区。首先,本文介绍了对电子产品有毒有害物质影响的六大因素,从理论上说明了这六种物质对人体造成了伤害,这也是本课题研究的一个主要动力。在此基础上,本文遵循相应的原则,设置了电子产品有毒有害物质评价体系,便于设计之后的分析评价系统。其次,本论文采用的算法是主成分分析法,在数学模型的基础上,构建出电子产品有毒有害物质分析评价系统,从而加强对我国生产电子产品的有毒有害物质管控,促使我国电子产品成为“绿色产品”,能够成功规避技术性贸易壁垒。
本文利用高级编程语言VC#设计出人机友好的交互界面,编写相应的代码对应用程序底层导入的电子产品有毒有害物质含量表进行主成分分析,随之产生主成分矩阵,根据数据对整体的贡献率提取主要的成分因子,便于检验检疫机构人员简洁直观的观察结果,并对之进行有效监控。
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关键字:电子产品;有毒有害物质;主成分分析法;VC#;
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意义 3
1.1.3国内外研究现状分析 4
1.2研究内容、目标、技术路线 7
1.2.1研究内容 7
1,2.2研究目标 7
1.2.3研究技术路线 8
1.2.4研究特色 9
第二章 电子产品有毒有害物质评价指标体系 10
2.1电子产品有毒有害物质影响因素 10
2.2评价指标体系的建立原则 13
2.2.1评价指标体系的建立 13
2.2.2评价方法 14
2.3本章小结 15
第三章 主成分分析流程及数学模型 16
3.1 主成分分析法 16
3.1.1基本原理 16
3.1.2 主成分分析法的计算步骤 17
3.2 基于主成分分析的评价 19
3.3基于主成分分析的电子产品有毒有害物质评价 20
3.3.1电子产品有毒有害物质主成分分析 20
3.3.2电子产品有毒有害物质的综合评价 22
3.4 本章小结 23
第四章 电子产品有毒有害物质分析评价系统设计与实现 24
4.1 系统分析 24
4.1.1 功能分析 25
4.1.2功能模块划分 25
4.2 系统设计 28
4.2.1系统体系结构 28
4.2.2 系统功能设计 29
4.3 系统实现 29
4.3.1 系统开发环境与工具 29
4.3.2功能模块实现 30
4.4 本章小结 35
第五章 总结与展望 36
附录 38
附录一 致谢 38
附录二 参考文献 38
附录三 英文文献翻译 40
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1研究背景
在科技高速高速发展的今天,我们已经进入一个信息时代,在这个时代里,电子产品是十分重要的生活用品,人类生活与之息息相关。因此,一个国家电子产品的发展水平是衡量国家经济、科技文明程度以及综合国力的一个重要依据。
据信息产业部公布的数据显示,2006年我国电子产品累计出口额为3639.8亿美元,同比增长35.7%,占全国外贸出口额的37.6%,对全国外贸出口增长的贡献率达46.22%,拉动全国出口增长27.2个百分点中的12.6个百分点。2007年我国电子产品累计出口额为4595.2亿美元,同比增长26.3%,增速比去年同期低9.5个百分点,高于全国外贸出口增速O.6个百分点,占全国外贸出口额的7.7%,对全国外贸出口增长的贡献率达38.4%,拉动全国出口增长25.7个百分点中的9.9个百分点。2008年以来,我国电子产品进出口贸易保持了平稳和较快的增长趋势。1-10月,电子产品出口4401.4亿美元,同比增长20.5%,增幅比去年同期回落6个百分点,低于全国外贸出口增幅1.4个百分点,占全国外贸出口额的36.6%,对全国外贸出口增长贡献率达34.7%,拉动全国出口增长21.9个百分点中的7.6个百分点。[1]
由此可见,随着科技技术的进步和电子产业规模的逐步扩大,电子产品的出口额迅速增长,占我国外贸出口的比重不断提高,电子产业已经成为我国国民经济增长的主要动力,带动了我国经济和产业的快速发展,而且对GDP的影响日益显著。
随着信息产业的飞速发展和电子设备的广泛应用,电子废弃物成为世界上增长最快的垃圾,相应的问题也随之而来,而且这些问题对人类生活的影响日益加深——电子废弃物的处理,如何正确合理地处理和利用电子废弃物成为电子制造商面临的一个重大考验。
目前,世界公认的六类对人体健康威胁最大的有害元素,分别是铅Pb,镉Cd,汞Hg,六价铬Cr6+,多溴联苯PBB,多溴二苯醚PBDE。主流的电子产品几乎都会用到这几类有毒物质,传统的CRT显示器的显现管玻璃中使用额铅;液晶显示器的背光源大多使用的白炽灯管中,含有铅、汞等有害物质;所有的电路印制板中,也会用到铅;而在塑料外壳中,都会加入作为耐燃剂的多溴二苯醚PBDE,多溴联苯PBB。由此可见,他们正在神不知鬼不觉地危害着我们的身体,电子废弃物若处理不当,危害将相当严重。有关资料显示,每一台电视机或计算机显示器中平均含有0.1l~O.23kg铅,而铅一旦进入土壤会造成严重的水资源污染,从而危害人类、动植物。制造一台计算机需要700多种化学原料,其中有300多种对人体有害。[2]对于电子废弃物,如随意丢弃或掩埋,大量有害物质渗入地下,造成地下水污染,最终对人类的身体健康和生命安全造成严重危害:若焚烧,则会释放大量有毒气体,严重污染空气。电子产品的污染问题成为人们关注的另一焦点,因此很多国家通过立法对电子产品有毒有害物质进行限定。
2003年,欧盟首次发布RoHS和WEEE环保指令,目的是为了引起全球对电子电器产品绿色问题的有效关注,这对全球电子电器产业带来巨大影响。R o H S指令(2002/95/EC)要求,从2006年7月1日起,在新投放市场的八大类电子电器设备中,限制使用铅、汞、镉、六价铬、多溴联 苯 ( P B B) 和多溴联苯醚( P B D E )6种有害物质。经过几年的努力,电子电器行业已基本能应对R o H S 指令。
2008年,欧盟于再次提出对RoHS指令的修改草案,该草案经过各成员国及利益方近三年的协商、讨论和修改,终于在2011年6月被欧洲议会、欧盟理事会、欧盟委员会共同批准。2011年7月1日,新版RoHS指令( 2011/65/EU)即RoHS2.0在欧盟官方杂志上正式发布,它要求欧盟各成员国必须在18个月内将RoHS指令转化成本国法律并实施。也就是说,在欧盟各成员国内,新版RoHS指令将在2013年1月2日正式生效。
新版RoHS指令对旧版指令中的一些模糊内容,如适用范围、符合性评估方法、各相关方责任、豁免申请等加以明确,特别明确了制造商、授权代表、进口商、经销商的责任,便于企业执行,操作性更强。新版RoHS指令除新增一些内容外,还将旧版指令后续发布的若干增补件(如2005/618/EC 2006/690/EC 2009/443/EC 2010/122/EU等) 融合在一起,使其成为一个完善版本。新版RoHS指令最大的不同是它变成一个C E标志的指令,电子电器产品只有在符合LVD (安全)、EMC(电磁兼容)、EuP(能效)和RoHS(有害物质限制) 四项指令时,才能粘贴CE标志。新版RoHS指令规定,电子电器产品符合RoHS指令需粘贴 C E 标志,这对国内出口企业应对RoHS指令的既定模式提出新挑战。中国作为世界上主要的电子产品制造出口商,面临着同样的挑战。
据国家质检总局抽样调查结果显示,2011年中国有35.2%的出口企业遭受到国外技术性贸易措施的影响,2011年机电仪器类出口企业为适应欧盟相关技术要求,新政成本47.4亿元,其中机电仪器类出口企业出口欧盟时最主要障碍是欧盟的REACH法规、RoHS指令和WEEE指令。尤其是2003年发布的《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(RoHS指令)的不断更新,致使企业出口成本增加,产品竞争力下降,为我国机电仪器类产品出口欧盟面对的主要技术性贸易壁垒。随着新版RoHS指令在2 0 1 3 年 1月 2 日的正式生效, 新版RoHS指令增加了诸多内容,将对我省出口欧盟的机电产品产生重大影响,因此检验检疫机构必须进一步研究新版RoHS指令,加快对机电产品有害有害物质识别检测标准方法和检验方面的研究,力争跨越技术壁垒,以利于我国机电产品出口欧美等发达国家和地区,应对欧盟出台的新版RoHS指令指令对出口机电产品的影响。
1.1.2研究意义
为减少RoHS指令更新给我国机电产品出口带来的风险,检验检疫机构需要深入研究新标准RoHS2.0指令相应的检验、检测标准方法,加快对机电产品有害有害物质识别检测等方面的研究、跨越技术壁垒,以利于我国机电产品出口欧美等发达国家和地区。
加强我国电子产品有毒有害物质控制,是保障我国消费者健康与经济利益。发展循环经济,建立资源节约型和环境友好型社会的需要,研究绿色安全保障体系,对增强电子产品的社会公信力,规范电子产品市场,提高电子企业的国际竞争力具有重要意义。在我国通过对电子产品实施有毒有害物质限制认证,首先能够使我国产品符合欧盟相关指令的要求,避免国际贸易中不必要的障碍,保证国民经济正常发展;其次可以推动我国企业观念的转变,激发自主创新的动力,促进新技术、新工艺的推广;从长远来看,电子产品中限制使用有毒有害物质认证,是在净化企业生产环境、保护人类生存环境、更是科学发展观的具体体现和实现经济可持续发展的必要途径。更重要的是,加强我国电子产品有毒有害物质的控制对我国国民的身体素质是一个重大保障,人民健康的体质是建设有中国特色社会主义的和谐美好社会的根本保障。
1.1.3国内外研究现状分析
通过查阅中国期刊网、万方数据库和Elsevier、EBSCO、SilverPlatter、WSN(WrorldScientific Publishing)等电子期刊数据库,我对国内外的研究现状有了一定的了解。
(1)国内研究现状:
近年来,我国电子产品出口企业经过长期的努力,已基本完成电子电器产品中6种有害物质(铅、汞、镉、六价铬、PBB和PBDE)的替代工作 ,满足RoHS指令对物质限制的要求。但是,随着RoHS指令的不断改进,RoHS指令增加了很多规定,因此我国企业必须采取相应的措施才能符合新版指令要求。
周传宏、叶林、陈郭宝[2]指出企业在考虑产品符合RoHs时不仅仅是法律法规问题,而且还需要顾及到产品的价格、信誉、需求和性能等多目标因素。它提出一种RoHs符合性多目标规划优化模型,从相关机会多目标规划的分支整数多目标规划总结出0—1整数多目标规划,结合企业产品的RoHs符合性方案建立起基于多目标规划的优化模型,相对单目标优化进一步贴近了企业实际解决方案,而且借助Lingo工具求解多目标规划妥协模型很容易解决产品组成的零/部件最优配置问题,使企业在原材料采购,产品的设计、制造和销售等各个环节因为应对各国RoHS法律法规引起问题时可享受便利。黄伟华3]等人针对电子产品的六种有害物质提出相应的检测方法,如X射线荧光分析法,气相色谱-质谱法,红外光谱分析法;分光光度法;电位溶出法;原子光谱法,并对之分别进行了详细阐述。江维、叶剑[4]等人对新版RoHS指令进行了解析并提出企业的应对方案,他们指出,第一、企业应在设计和制造中确保电子电器产品不含6种有害物质,采取供应链管理以及正确的检测方法,对产品提出承诺等;第二,企业需要在现有符合性声明中把新版RoHS指令包含进去,声明内容要包含LVD、EMC、ErP以及RoHS指令的要求。因此,企业必须修订它们销往欧盟所有型号电子电器产品的符合性声明;第三,企业需检查现有出口产品上的标志信息,查看新版RoHS 指令要求的标志内容(制造商的名称或商标、联系地址、产品型号、批号、系列号)是否已被覆盖,如果标志被覆盖,则需要补充相关信息;第四,技术文档的准备,对企业而言是一项全新的工作内容,也是应对新版 R o l S 指令所面临的最大挑战。除此之外,他还指出在本次修改过程中,HBCDD(六溴环十二烷)、DEHP[二(2一乙基己基)磷酸酯]、BBP(邻苯二甲酸丁苄酯)和DBP(邻苯二甲酸二丁酯)4种物质被识别出来,其危害性将被优先评估。虽然目前这些物质未被禁止,但已被重点关注,企业应检测自己的产品是否含有这些物质,提早开展控制工作,有利于应对未来新标准的要求,提前准备,跨越技术贸易壁垒。
有毒有害物质含量是学术上电子产品绿色评价的一个核心指标,它在一定程度上反映了产品的绿色度。刘英平[5]等在分析绿色产品评价指标体系的基础上,对数据包络分析模型进行改进,计算产品的绿色度评价指数;苏庆华[6]、陈德清[7]、罗齐汉[8]运用模糊层次分析法计算产品绿色度;孙海梁[14]运用层次分析法和线性加权法计算机电产品的绿色度;张雪平[16]等运用层次灰色关联分析技术综合评价了电除尘器的绿色度。

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