（管理科学与工程专业论文）电子产品有毒有害物质分析评价研究.pdf

摘要 摘要 随着经济发展和技术的进步，电子产品已经成为人类生活的必需品，电子产品产 业也成为国民经济增长的主要动力，但是随之而来的电子废弃物污染也日益严重。正 是这样的情况下，需要对电子产品有毒有害物质进行严格控制。本文针对这一问题对 电子产品有毒有害物质展开研究。电子产品有毒有害物质评价研究，对于电子产品相 关产业国际竞争力的提升具有重要的现实意义。 主要工作如下： ( 1 ) 在对电子产品有毒有害物质评价方法研究的基础上，通过分析电子产品有 毒有害物质影响状况，提出了电子产品有毒有害物质的影响因素，构建了电子产品有 毒有害物质评价指标体系。 ( 2 ) 根据所构建的电子产品有毒有害物质评价指标体系，运用主成分分析和模 糊聚类分析方法对电子产品有毒有害物质进行综合分析评价。 关键词：电子产品；主成分分析；模糊聚类分析 a b s t r a c t a b s t r a c t w i mt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dt e c h n o l o g i c a lp r o g r e s s ，e l e c t r o n i cp r o d u c t sh a v e b e c o m ean e c e s s i t yf o rh u m a nl i f e , t h ee l e c t r o n i c si n d u s t r yh a sa l s ob e c o m eam a j o r d r i v i n gf o r c ef o re c o n o m i cg r o w t h , b u tt h er e s u l t i n ge - w a s t ep o l l u t i o ni sa l s ob e c o m i n g i n c r e a s i n g l ys e r i o u s s o ，w es h o u l ds t r i c t l yc o n t r o lt h et o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e si n e l e c t r o n i c s a n df o rt h i sr e a s o nt h ep a p e rs t u d yt h et o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e si n e l e c t r o n i cp r o d u c t s e v a l u a t i o na n da n a l y s i so ft h et o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e si n e l e c t r o n i c s a r ev e r yi m p o r t a n tf o rt h ee l e c t r o n i c si n d u s t r yt oe n h a n c et l l ei n t e r n a t i o n a l c o m p e t i t i v e n e s s t h em a i nw o r k sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a n a l y s i st h ea f f e c ts i t u a t i o no ft h et o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e si ne l e c t r o n i c s ，f i n d m a i ne f f e c t s ，a n dc h o o s em e t h o d so fe v a l u a t i o na n da n a l y s i so ft o x i ca n dh a r m f u l s u b s t a n c e si n e l e c t r i c a lp r o d u c s c o n s t r u c tt o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e si ne l e c t r o n i c p r o d u c t se v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mi nt h ee n d ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h ec o n s t r u c t i o no fe l e c t r o n i cp r o d u c t sh a r m f u lt o x i cs u b s t a n c e s e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m ，t h eu s eo fp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i sa n df u z z yc l u s t e r i n g a n a l y s i so nt h ee l e c t r o n i c so ft o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e st oac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s a n de v a l u a t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r i c a lp r o d u c t s ，p r i n c i p a lc o m p o n e n t sa n a l y s i s ，f u z z yc l u s t e r i n g a n a l y s i s i l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学位论文的 规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子 版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本 学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向中国科学技 术信息研究所等国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用 于学术活动。 学位论文作者繇骗 撕7 年1 月i 帽 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授 权书。( 注：论文属公开论文的，作者及导师本处不签字) 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 1 1 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文题目为电子产品有毒有害物质分析 评价研究学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成 果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果 不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 作者繇撕作者签字：椭 洳7 年f 月f 华日 i i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1 研究背景 ( 1 ) 电子产品是人类生活的必需品，其发展水平是衡量国家经济、科技文明程 度的一个重要依据。 信息产业部公布的数据显示，2 0 0 6 年我国电子产品累计出口额为3 6 3 9 8 亿美元， 同比增长3 5 7 ，占全国外贸出口额的3 7 6 ，对全国外贸出口增长的贡献率达4 6 2 ， 拉动全国出口增长2 7 2 个百分点中的1 2 6 个百分点。 2 0 0 7 年我国电子产品累计出口额为4 5 9 5 2 亿美元，同比增长2 6 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 3 7 7 ，对全国外贸出口增长的贡献率达3 8 4 ，拉动全国出口增长2 5 7 个百分点中 的9 9 个百分点。 2 0 0 8 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念势。卜1 0 月， 电子产品出口4 4 0 1 4 亿美元，同比增长2 0 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3 6 6 ，对全国外贸出口 增长贡献率达3 4 7 ，拉动全国出口增长2 1 9 个百分点中的7 6 个百分点。 由此可见，随着技术的进步和产业规模的逐步扩大，我国电子产业已经成为国民 经济增长的主要拉动力，电子产业对g d p 的贡献逐步增强，电子产品出口额迅速增 长，占我国外贸出口的比重不断提高，带动了我国经济和产业的快速发展。 ( 2 ) 随着电子产品产量的不断增长，电子产品的污染问题日益成为关系国计民 生的重大问题。 据美国环境保护署估计，美国每年的电子废弃物为2 1 亿吨，占城市垃圾的1 。 欧盟每年的废弃电子设备也高达6 0 0 - - 8 0 0 万吨，占城市垃圾的4 ，且每年以1 6 2 8 的速度增长，是城市垃圾增长速度的3 - - 一5 倍，未来5 到l o 年增量更被业内人士估计 为2 5 左右。据萨米尔( s a m i u ) 公司预测数据表明，目前我国每年约有2 5 0 万吨的 电子废弃物需要再循环处理，而且电子废弃物总量还在快速地增加，到2 0 1 0 年将会 突破4 0 0 万吨。 电子废弃物增长快、数量巨大，若处理不当，危害将相当严重! 据有关资料显示， 每一台电视机或计算机显示器中平均含有0 1 l o 2 3 k g 铅，而铅一旦进入土壤会严 重污染水源，进而危害人类、动植物。制造一台计算机需要7 0 0 多种化学原料，其中 有3 0 0 多种对人体有害。电子废弃物中主要含有以下有害物质：铅、锡、汞、铬、多 溴联苯( p b b ) 、多溴二苯醚( p b d e ) 等，如随意丢弃或掩埋，大量有害物质渗入地下， 第1 苹绪论 造成地下水污染，并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。因此，如何妥善处理电子废弃物，在世界范围内 日益受到关注。 中国家用电器协会的数据显示，国内电视机、洗衣机、电冰箱、空调器、电脑5 种电器的年报废量已超过1 5 亿台。全球电子废弃物中有9 0 在中国境内，中国成为 世界最大的电子垃圾集散地。由信息产业部等七部委联合制定的电子信息产品污染 控制管理办法( 中国版r o h s ) 已于2 0 0 7 年3 月1 日正式施行。中国版r o l l s 对铅、 汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等6 种有毒有害物质的控制将促使企业从产 品的研发设计等环节做好源头把控工作，比如替代或开发环保型产品等。专家普遍认 为，环保是大势所趋，因此环境友好型产品更是未来企业产品发展的新趋势，同时针 对企业产品的环保检验要求也提升到新的高度。基于能量色散x 射线荧光分析装置 ( e d x ) 的分析方法能快速筛选出欧盟r o l l s 指令和报废汽车指令( e l v ) 中限 制的有毒有害物质，从而保证企业产品符合环保要求。目前，海尔、海信、创维、t c l 、 美的、格力等国内企业利用e d x - 7 2 0 杜绝原材料中r o l l s 指令限制的有毒有害物质， 从而保证了企业产品环保的升级。 ( 3 ) 国内外电子废弃物污染问题引起了广泛关注，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。 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。发达国家经济水平高，电子产业起步早，更早地面对了电子废弃物所带来 的环境资源问题，电子废弃物回收利用的法规、政策也更早面世。借鉴吸取其他国家 立法与管理的经验与教训是完善我国立法，防治电子废弃物污染，实现循环经济与可 持续发展，打破非关税贸易壁垒的有效途径。从2 0 世纪9 0 年代初中期欧洲各国开始 对电子废弃物立法，9 0 年代术期亚洲的日本、我国台湾颁布实施了专项法规，而亚 洲的大部分国家和美洲国家在专项立法方面落后于欧洲。 欧盟在电子废弃物立法方面起步早，走在前列。早在1 9 9 0 年，奥地利就制定了 灯具及白色家电回收利用法。随后意大利、比利时、挪威、瑞士、荷兰、瑞典等 国相继推出了关于电子废弃物的法令。欧盟委员会在2 0 0 3 年2 月1 3 日颁布了两个环 保指令：关于废弃电子电气设备( w e e e ) 指令和关于在电子电气设备中限制 使用某些有害物质( r o h s ) 指令。w e e e 要求生产者必须承担在欧盟上市的十大类产 品在生命周期结束后的全部回收费用。r o l l s 指令要求2 0 0 6 年7 月1 日起，在欧盟 上市的八大类产品中不得含有铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚6 种环境 有害物质。这两个指令推动了世界其他国家和地区相关环保法律的出台和实施，其影 响已经扩展到欧盟以外的地区。 日本既是中国机电产品的主要出口国，也是在华投资企业中重要的投资方。日资 2 第1 章绪论 企业对环境管理和化学物质管理的要求也非常严格，它们对供应商的要求一般都基于 日本总公司的化学物质管理方针。在日本国内有非常多的法规颁布时间较早，其中比 较重要的有臭氧层保护法( 京都议定书) 、化学品审核法、毒物有害物质取缔法 等。美国作为世界上最大的电子废弃物产生国，却没有专项法规支持电子废弃物的回 收，并且在立法与回收再利用技术方面落后于欧盟和日本。美国几乎没有整个联邦政 府层面的电子电气产品环保要求，但美国各个州立政府纷纷在制定电子废弃物回收要 求和禁用化学物质要求，如加州颁布的电子废弃物循环再用法案被称为加州的 r o l l s 法令。美国国会也在听取各方意见，以决定是否有必要制定全国性的法律。加 拿大斯高沙省( n o v as c o l i a ) 制定的废弃物管理条例修正案，也提出取消使用6 种有害物质的要求。 ( 4 ) 电子产品有毒有害物质分析是我国电子产品污染防治的基础。 实施环境保护，减少产品在生产、使用、废弃过程中对环境的污染和人身健康的 危害，是走可持续发展道路，贯彻科学发展观的体现，是构建和谐社会的重要组成部 分。电子产品在我国量大面广，与人们工作、生活息息相关，减少和限制电子产品中 有毒有害物质的使用，具有长远而深刻的意义。 基于国内外法规标准的差异性，依据中国质量认证中心积累的大量行业检测数 据，利用知识发现( k d d ) 方法挖掘现有检测数据中隐含的有毒有害物质种类、含量、 危害程度，构建电子产品有毒有害物质分析模型。不仅可以为我国电子产品有毒有害 物质污染防治及立法提供理论支持，还可以为电子产品生产制造企业突破贸易壁垒提 供参考，有效提高产品质量，降低电子产品及其废弃物污染，保障消费者健康与经济 利益，保护生态环境。 1 1 2 研究意义 本研究成果的开发、推广和应用，将在社会领域和经济领域产生重大的影响，对 于电子产品相关产业国际竞争力的提升具有重要的现实意义： ( 1 ) 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，也是应对贸易技术壁垒的 有效途径； ( 2 ) 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。 ( 3 ) 电子产品行业是我国比较成熟、市场化程度较高的行业，其产品又直接进 入千家万户，与老百姓的生活密切相关。实施电子产品有毒有害物质的限制使用的环 保措施，对生产者、经销商、消费者的观念转变，使他们对产品的质量重新认识与评 价，不仅关心产品的使用性能和寿命，而且关心产品在生产、使用和废弃后对环境的 影响和人体的危害，对提高全民的环保意识有着积极的作用。 3 第l 苹绪论 ( 4 ) 限制电子产品有害物质的使用对电子产品产业链将会产生空i i 的影响。直 接看来，会影响和改变企业及其配套的上游企业的生产工艺和生产成本；但更重要的 是会改变这些企业从业者、消费者和各个利益相关方的观念。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。 1 2 国内外研究现状分析 通过查阅中国期刊网、万方数据库和e l s e v i e r 、e b s c o 、s i l v e r p l a t t e r 、w s n ( w r o r l d s c i e n t i f i cp u b l i s h i n g ) 等电子期刊数据库，发现与本研究相关的国内外研究主要有以 下两个方面： 1 2 1 关于有毒有害物质污染分析评价的研究 有毒有害物质污染分析评价方面，分析方法是污染评价的重要手段，主要方法有 因子分析法、聚类分析法、综合评价法、人工神经网络和模糊数学等，应用于水、土 壤、大气、食品、及其他环境污染评价。陈翠华n 1 、胡习英硷1 、邓光毅口3 运用因子分 析法分别对土壤重金属污染和水质污染进行评价；祖旭宇h 1 、付大友嘲、王新兰m 、 潘大志口1 运用模糊聚类分析法评价河流、土壤及食品的污染程度；兰文辉阳1 、何德文 嘲、邢爱国n0 。、伊元荣1 应用灰色聚类分析对大气环境质量进行了评价；谢贤平n 2 1 等将改进灰色聚类法应用于土壤重金属污染的评价，并将此法与模糊综合评价法及一 般灰色聚类法所得的结果想比较，获得了更为合理的评价结果；贾陈忠n 引、郜慧n 们、 殷淑华n 司、付红娜n 引、岳子明n 7 1 通过建立模糊综合评价模型水质和土壤重金属污染进 行评价；罗定爿脚等提出了模糊综合评价与模糊聚类分析相结合进行地下水质评价与 区分的复合模型，并以m a t l a b 为平台开发了模型计算的常用函数；杨操静n 明等利 用信息论中的“熵”概念，根据各评价指标值的差异性程度来修正初始权重，建立了基 于熵权的模糊综合评判模型对水质进行评价；孙居文啪1 、王有乐啦门运用二级模糊综合 评价法分别对区域环境质量状况和噪声环境质量现状进行评价；邓光毅口1 等采用宽域 灰色决策方法，建立灰色综合评价模型，得到有效的水质评价报告；胡大伟口明等借助 神经网络模型( a n n ) 并结合3 s 技术对问题进行研究，从而对土壤重金属的空间动态 分布进行描述，并对各个空间位点重金属的污染状况进行评价；朱青口3 1 、石晓翠心钔采 用单因素决定和加权平均两种常见模糊数学模型对土壤重金属综合污染状况进行评 价；敬加强汹等提出了模糊物元评价法，把模糊数学理论与物元分析相结合，对环境 污染进行综合评价。 4 第l 章绪论 1 2 2 关于电子产品污染与绿色安全评价的研究 电子产品污染与绿色安全评价方面，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，也是一般意义上绿色度的反映。目前国内外相关研究集中在电子 产品和供应链绿色评价方面，主要方法有成本效益法、价值工程评价法、加权评分法、 层次分析法、模糊评判法、数据包络分析方法、生命周期评价方法等。苏庆华啪1 、陈 德清等、罗齐汉啪1 运用模糊层次分析法评价产品绿色度；孙海梁啪3 运用层次分析法 和线性加权法测算了机电产品的绿色度；刘英平等啪1 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，计算每个产品的绿色度评价指数；张雪平口妇 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。 此外，部分学者将生命周期评价法应用于产品绿色度评价中：向东哑1 提出了绿色 产品评价的生命周期模型；陶建宏1 应用生命周期清单分析法，结合模糊评价理论和 产品的绿色属性特征，构建了评价产品绿色度的步骤和模糊评价矩阵；鲁奇m 3 以全 生命周期评价方法建立建筑产品绿色度评价体系。 文献评述： 综上所述，前人已经在水、土壤、空气、食品和电子产品有毒有害物质分析等相 关领域做了大量的工作，积累了大量方法与实践经验，这些研究都对本研究颇有启发： ( 1 ) 在环境污染综合评价方面，国内外学者对于水、土壤、空气和食品的污染 评价体系和研究方法日趋成熟，而在电子产品污染评价方面相对发展缓慢，因此，对 于电子污染的研究可以积极借鉴其他环境污染评价已经成熟的方法和模型，加以改 进，一定会取得显著成果。 ( 2 ) 电子产品污染管理的核心内容是有毒有害物质的控制，国内外相关法规、 标准、指令的限制也集中在有毒有害物质的控制，国内外学者在电子产品的绿色评价 方面主要以指标权重法为基础，且未达到一致观点，电子产品有毒有害物质污染评估 方面未见相关报道。 因此，本研究在前人研究的基础上，以建立电子产品有毒有害物质分析模型为目 标，为政府提供决策支持，为企业提升国际竞争力提供参考。 1 3 研究目标、内容、技术路线与特色 1 3 1 研究目标 本研究以电子产品为研究对象，综合知识挖掘算法和模型，为政府和企业提供决 策支持。具体目标如下： ( 1 ) 应用主成分分析法构建知识挖掘模型，对电子产品有毒有害物质进行分析 评估，有效识别电子产品中主要影响因素； ( 2 ) 应用模糊聚类分析法构建知识挖掘模型，对电子产品有毒有害物质进行分 5 第l 苹绪论 析评估，将电子产品有毒有害物质按污染严重程度分级； ( 3 ) 基于有毒有害物质知识挖掘模型建立电子产品有毒有害物质分析评价系统。 1 3 2 研究内容 电子产品有毒有害物质分析模型，基于国内外法规标准的差异性，依据中国质量 认证中心积累的大量行业检测数据，利用知识发现( k d d ) 方法挖掘现有检测数据中 隐含的有毒有害物质种类、含量、危害程度，构建电子产品有毒有害物质分析模型。 ( 1 ) 针对电子产品有毒有害物质的种类、影响因素进行分析，构建有毒有害物 质评价指标体系； ( 2 ) 应用主成分分析法和模糊聚类分析法，结合电子产品有毒有害物质实际情 况建立分析模型，区分主要影响因素以及对电子产品进行分级； ( 3 ) 在前两项的基础上构建电子产品有毒有害物质分析评价系统。 1 3 3 拟采取的技术路线 1 3 3 1 研究方案 本研究拟借鉴知识管理、计算机应用等学科理论和方法，采用规范研究和实证分 析相结合、宏观与微观研究相结合、定量研究和定性分析相结合的方法，围绕电子产 品有毒有害物质进行系统化、规范化和程序化的研究，技术路线如图1 1 ： 图1 1 技术路线图 污染潜势评估的知识挖掘方法： ( 1 ) 主成分分析法，是利用降维的思想，在损失很少信息的前提下把多个指标 6 第l 章绪论 转化为几个综合指标的多元统计方法。主成分分析是研究如何将多指标问题转化为较 少的综合指标的一种重要统计方法，它能将高维空间的问题转化到低维空间去处理， 使问题变得比较简单、直观，而且这些较少的综合指标之间互不相关，又能提供原有 指标的绝大部分信息。主成分分析除了降低多变量数据系统的维度以外，同时还简化 了变量系统的统计数字特征。主成分分析在对多变量数据系统进行简化的同时，还可 以提供许多重要的系统信息。 ( 2 ) 模糊聚类分析法，在模糊分类关系基础上进行聚类。聚类分析的基本思想 是用相似性尺度来衡量事物之间的亲疏程度，并以此实现分类。而模糊聚类分析的实 质就是根据研究对象本身的属性而构造模糊矩阵，在此基础上根据一定的隶属度来确 定其分类关系。 主成分分析和模糊聚类分析的方法相结合，克服了以往研究方法的不足和缺陷， 增强了评价结果的准确性和客观性，提高论文研究的实践意义。 1 3 3 2 可行性分析 ( 1 ) 研究对象的可行性，环境保护是我国的一项基本国策，我国电子产业结构 复杂，绿色安全管理的矛盾突出，对电子产品污染进行综合评价和建立潜势规律模型 的需求十分迫切，既可以为政府电子污染治理及立法提供理论支持，同时还可以为国 内电子产品行业突破贸易壁垒提供有效参考。 ( 2 ) 研究方法的可行性，本研究拟借鉴国内外知识管理、计算机应用等多学科 理论，遵循规范研究和实证分析结合、宏观与微观研究结合、定量研究和定性分析结 合的原则，采用的知识挖掘、结构方程建模等方法在其他领域已有大量应用，且研究 者已经积累了大量经验，取得众多研究成果，研究方法可行。 1 3 4 特色与创新之处 本研究采用规范研究和实证分析相结合、宏观与微观研究相结合、定量研究和定 性分析相结合的研究方法，研究范畴和研究视角独特，研究方法和研究工具先进：依 据国内外法规标准和检测数据，用知识挖掘方法客观评估我国电子产品有毒有害物质 的潜势规律，保证了评估过程的独立性与评估结果的客观性。 ( 1 ) 根据国内外法规标准和检测数据所规定的6 种有毒有害物质，构建电子产 品有毒有害物质污染评价指标体系； ( 2 ) 运用主成分分析和模糊聚类分析模型对电子产品有毒有害物质污染进行分 析评价； ( 3 ) 通过分析评价电子产品有毒有害物质，发现电子产品有毒有害物质污染问 题，为提出电子产品有毒有害物质污染的有效改善建议提供技术支持。 7 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 进行电子产品有毒有害物质评价的前提是建立评价指标体系，本章根据论文研究 目标和研究内容，对电子产品有毒有害物质评价的需求主体和影响因素进行详细分 析，进而建立评价指标体系，确定评价方法。 2 1 电子产品有毒有害物质评价的需求主体 对电子产品有毒有害物质评价是为了满足一定的需要，需求主体首先应该同电子 产品有毒有害物质的含量有直接的联系，限制含量是否超标将直接影响到需求主体的 整体利益、行动和愿望。根据利益相关理论，容易得出如下电子产品有毒有害物质评 价需求主体，如图2 1 ： 图2 1 电子产品有毒有害物质评价需求主体 1 ) 政府：政府可以通过评价结果对生产企业进行及时监控，起到预防作用； 2 ) 消费者：及时了解到将会受到的危害、影响，提高自我保护意识； 3 ) 生产企业：可以及时进行调整，使产品符合国际国内市场要求，保护企业的 正常利益。 2 2 电子产品有毒有害物质影响因素 本文通过综合目前在电子产品中广泛存在、危害较大并且引起国际上关注并普遍 予以限制使用的有毒有害物质，提出电子产品有毒有害物质的影响因素有铅、汞、镉、 六价铬、多溴联苯( p b b ) 、多溴二苯醚( p b d e ) ，即限制使用的6 种有毒有害物质。 电子产品中使用的材料不仅包括铜、铁、铝、锌等金属以及聚合物( 塑料、树脂) 、 橡胶、玻璃、陶瓷等非金属，同时由于某些产品的功能要求，在产品和产品的生产工 艺中还大量使用了铅、汞、金、银、镉和铬等重金属。这些材料中可能含有各种有毒 有害物质，这些物质有的是从原材料中带来的，有的是人为的为了达到产品的某种特 8 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 殊应用而加进去的。但不管因为什么目的，通过什么途径，这些有害物质不仅在生产 过程中通过向空气、水、土壤等环境排放而危害生产人员的人身健康和导致环境污染， 而且在使用完成或达到使用寿命被废弃后通过向空气、水、土壤渗透而污染环境，从 而危害人体健康和生态平衡。目前在电子产品中广泛存在、危害较大并且引起国际上 关注并普遍予以限制使用的有毒有害物质，有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯( p b b ) 、 多溴二苯醚( p b d e ) 等。 ( 1 ) 铅 铅是一种有害的重金属元素，对人类身体没有任何好处，也是人体唯一不需要的 微量元素。铅及其盐类在工业上应用非常广泛，全世界每年生产超过三百五十万吨的 铅，使铅成为现存环境中最大量的有毒重金属。铅主要通过食物、水和空气进入人体 内。铅对全身各系统和器官均有毒性作用。其基本病理过程涉及神经系统、造血系统、 泌尿系统、心血管系统、生殖系统、骨骼系统、内分泌系统、免疫系统、酶系统等多 个方面。几童、妊娠妇女和老年人是最易感的基本人群。 ( 2 ) 汞 汞是一种剧毒元素，在工业中应用很广，主要用于化工、冶金、电子、轻工、医 药、医疗器械等多种行业。氯碱工业、电气设备工业和油漆工业都是汞的最大消耗者， 大约占总消耗量的5 5 。汞的用途在三千种以上，这是环境中汞的间接和直接人为来 源，每年由于人类活动排放的汞至少在五千吨以上。除金属汞和无机汞化合物外，最 引人注目的是有机汞，尤其是烷基汞。环境中的微生物特别是污泥中的某些微生物群 可以使毒性低的无机汞转变成毒性高的甲基汞，最近亦发现环境中的无机汞可以通过 化学作用形成甲基汞。 ( 3 ) 镉 在所有的金属元素中，镉是对人体健康威胁最大的有害元素之一。镉在正常环境 条件下很难分解，因此会停留很长的时间，并最终经动、植物吸收而转移至生物体内。 依据国际癌症研究机构的研究报告，已于2 0 0 0 年将镉列为人类致癌物质。至目前为 止，镉中毒没有解毒剂，因此要严禁镉事件发生。所以大部份发达国家已设定镉的职 业曝露标准，在大气中2 m g m 3 到5 0 m g m 3 之间，可以保护人体具有4 0 到4 5 年的正 常工作寿命。镉化合物可以用作颜料由于色泽鲜艳，着色力强，稳定性和耐久性好， 所以被广泛用于玻璃、陶瓷和塑料等制品的染色。镉还用于钢件镀层防腐，但因其毒 性大，这项用途有减缩趋势。 ( 4 ) 六价铬 饮用被含铬工业废水污染的水，可致腹部不适及腹泻等中毒症状；铬为皮肤变态 反应原，引起过敏性皮炎或湿疹，湿疹的特征多呈小块，钱币状，以亚急表现为主， 呈红斑、浸润、渗出、脱屑、病程长，久而不愈；由呼吸系统进入时，对呼吸道有刺 9 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 激和腐蚀作用，引起鼻炎、咽炎、支气管炎，严重时使鼻中隔糜烂，甚至穿孔。此外， 铬还是致癌因素的一种。目前，铬在电镀工业用量最多( 占铬用量4 3 2 ) 。另外还 应用于颜料和染料、鞣制皮革、铝材及其他金属表面处理等方面。 ( 5 ) p b b 和p b d e 当电子废弃物中的塑料在未受控制的热制程中( 指温度低于1 2 0 0 0 ) ，其中的 p b b 和p b d e 燃烧可能形成二噫哄或呋喃( p b d d f ) 。此二者均属于致癌性及致畸胎 性物质，可能造成严重且影响范围广泛的空气污染。p b b 和p b d e 主要作为阻燃剂 应用。特别是p b d e ，其阻燃效果特别好，应用广泛。常用在各种聚合物( 如橡胶、 塑料) 、印刷电路板、以及连接器之类的电子组件、塑料封套中，以防止起火燃烧。 由于p b b 目前基本不再使用，所以只有在回收的塑料和橡胶中才有可能有。冰箱中 用于耐温部位的橡胶和塑料中基本上都在不同程度上含有一定量的p b d e 。 2 3 评价指标体系的建立原则 为使所选取的指标能够全面、客观、真实的反映电子产品有毒有害物质评价的情 况，在建立评价指标体系时应遵循以下设置原则： ( 1 ) 目的明确性原则 所选用的指标目的很明确。从评价的内容来看，该指标确实能反映有关的内容， 不能将与评价对象、评价内容无关的指标选择出来。 ( 2 ) 完整客观性原则 由于电子产品有毒有害物质涉及的因素很多，因此要尽可能地建立完备的评价体 系，特别是对于电子产品有毒有害物质的一些主要因素既不要遗漏也不要重复，保证 对电子产品有毒有害物质进行全面综合地评价，使得评价结果具有较好的合理性和客 观性。 ( 3 ) 简明科学性原则 评价指标体系的大小也必须适宜，即指标体系设置应有一定的科学性。如果指标 体系过大，层次过多、指标过细、势必将评价者的注意吸引到细小的问题上；而指标 体系过小、指标层次过少、指标过粗，又不能充分反映电子产品有毒有害物质的水平。 ( 4 ) 灵活可操作性原则 评价指标体系应具有足够的灵活性，以使能根据电子产品有毒有害物质的不同之 处以及实际情况，对指标灵活运用。 ( 5 ) 方向性原则 评价指标对评价对象应具有指引、导向的作用，即评价的指标体系，特别是其中 多项指标权重的确定，具有较强的导向作用。 ( 6 ) 定性指标和定量指标结合性原则 评价电子产品有毒有害物质时有许多因素无法直接用定量指标描述，因此选用定 1 0 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 性和定量相结合的方法来建立电子产品有毒有害物质的评价体系是非常必要的。 ( 7 ) 静态与动态相结合的原则 既要立足于被评价对象的现有状态( 已达到的水平或具备的条件) ，又要充分考 虑到它的过去和未来的发展。 2 4 评价指标体系的功能 在分析指标体系的功能之前，首先需要区分评价指标的功能、评价结果的功能和 评价效果。评价结果是根据评价指标体系，利用一定的方法和模型，计算出的最终结 果。评价指标的功能最终体现在评价结果的功能上，在分析问题的时候，往往是根据 评价结果去解释评价指标。评价效果是评价结果解释评价指标的程度，还涉及到反馈 等问题。因此，评价指标的功能和评价结果的功能有着内在的统一性，在说法上有时 可以替代。 电子产品有毒有害物质评价指标体系的功能主要包括： ( 1 ) 描述功能。对有毒有害物质进行描述，客观反映实际污染情况，是该指标 体系最基础的功能。这项功能可以使人们对有毒有害物质达到认识上的具体化。 ( 2 ) 评价功能。指标体系的评价功能是描述功能基础上的进一步深化。采用一 定方法对指标加上处理，从而反映出有毒有害物质含量水平。评价指标体系是由各个 要素指标构成，通过计算各个要素的综合得分，可以对电子产品有毒有害物质的整体 水平做出综合性评价同时，也可以通过分析各个要素指标各自得分，可以评价各个要 素对电子产品的影响状况。 ( 3 ) 比较功能。当指标被用来衡量两个或两个以上的状态或条件时，它就具有 了比较功能。比较功能也可分为两类一是横向比较，即在同一时间序列上对不同电子 产品的有毒有害物质含量进行比较分级；二是纵向比较，即对同一电子产品的不同有 毒有害物质含量的比较。 2 5 评价指标体系的建立 根据欧盟委员会在2 0 0 3 年2 月1 3 日颁布了两个环保指令：关于废弃电子电气 设备( w e e e ) 指令和关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质( r o l l s ) 指 令，以及由我国信息产业部等七部委联合制定于2 0 0 7 年3 月1 同正式施行的电 子信息产品污染控制管理办法( 中国版r o h s ) ，将规定中限定的六种有毒有害物质 作为评价指标。 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 图2 2 评价指标体系 2 6 评价方法的选定 选定评价方法要综合考虑指标的特点、数据的特点以及实际评价的特点等多方面 因素。选择评价方法应能够合理地表现指标之间的关系，能够合理地推定各要素对系 统贡献。 ( 1 ) 主成分分析法也是一种多目标评价方法，它利用多元统计方法，完全依赖 于评价指标的实际数据，较为客观，而且将多维数据进行降维处理，可以指出影响评 价结果的主要因素。但主成分分析法是通过特征向量法来确定各指标的权重，且对所 有的评价对象采用相同的权重分配，其权重较难确定且常带有主观性，且权重的均一 性会导致评价的非公正性。 ( 2 ) 模糊聚类分析法是在模糊分类关系基础上进行聚类。聚类分析的基本思想 是用相似性尺度来衡量事物之间的亲疏程度，并以此实现分类。而模糊聚类分析的实 质就是根据研究对象本身的属性而构造模糊矩阵，在此基础上根据一定的隶属度来确 定其分类关系。这是符合电子产品有毒有害物质评价指标特点的，还解决了定性指标 难以度量、比较、最终做出评价的困难。但是模糊聚类分析法一方面难以考虑指标间 的相互关系，另方面也不易指出影响评价结果的主要指标。 ( 3 ) 通过对两种方法的研究可知二者的结合可以扬其长、避其短，既可以考虑 到指标间的相互关系又可以避免权重的均一性而导致的评价非公正性。模糊聚类分析 法通过对电子产品有毒有害物质的含量的分析，对电子产品进行分级，确定电子产品 的优良、好坏，将电子产品划分为若干等级，以供政府、企业和消费者进行参考；主 成分分析法则是通过对电子产品有毒有害物质的含量的分析，对影响电子产品的相关 因素进行评价，确定主要的影响因素，企业和政府提供预测和决策支持。从上述两种 方法的各自特点出发，将主成分分析的客观分析与模糊聚类分析法的主观分析相结 合，所以采用模糊聚类分析和主成分分析来对电子产品有毒有害物质进行评价不失为 一种新的思路。另外，本文所应用的两种方法虽然看上去较为复杂，但大部分运算可 以运用软件如m a t l a b 等进行计算，大大提高了电子产品有毒有害物质评价的计算 1 2 第2 章电子产品有毒有害物质评价指标体系 效率和结果的准确性。 任何评价方法都不可能尽善尽美，因此，本文所应用的方法也存在一定不足之处， 主要有以下两点： 1 ) 评价指标个数对评价结果的影响。对于主成分分析法，由大数定律可知，随 着选取评价指标的增多，指标数据的平均水平和离散程度趋于稳定，因而协方差矩阵 也趋于稳定，这样所得的评价结果准确性就越高。因此，如果所选取的评价指标不多， 对最终的评价结果会产生一定的影响。另一方面，在所需选取指标过多的情况下，利 用模糊聚类分析法对评价指标进行赋权就不太适合，由于聚类分析法本身的特性，将 使参与评判的专家对众多指标进行两两比较，而过多的两两比较很有可能使得评价者 产生混乱，导致判断失误，继而影响了评价的结果，同时这种复杂性也违背了评价的 原则。 2 ) 模糊聚类分析和主成分分析是相对评价。综合评价方法可分为“绝对评价 和“相对评价”两种，模糊聚类分析和主成分分析法是相对评价，即可以选取时间序 列指标和可以选取动态指标，但是评价出的结果只是一个相对的排序，不能像绝对评 价一样指出具体的差异，但是可以通过综合评价值判断出前后的相对差距。 2 7 本章小结 本章首先对电子产品有毒有害物质评价的需求主体和影响因素展开讨论，然后提 出指标体系设计的建立原则，并总结了电子产品有毒有害物质评价指标体系的功能。 最后，在对电子产品有毒有害物质评价过程系统分析的基础上，提出了电子产品有毒 有害物质评价指标体系的基本框架，同时对评价方法进行了选定。 1 3 第3 章基于主成分分析的建模研究 第3 章基于主成分分析的建模研究 本章基于第二章提出的电子产品有毒有害物质评价指标体系，应用主成分分析法 对电子产品有毒有害物质进行了评价，并根据此结果确定电子产品有毒有害的主要影 响因素。在此之前，首先简单介绍一下主成分分析的基本思想，这也就是选择主成分 分析方法评价电子产品有毒有害物质的原因。 3 1 主成分分析方法汹1 口阳 3 1 1 基本原理 主成分分析( p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s ，p c a ) ，首先是由英国的皮尔生( k a r l p e a r s o n ) 对非随机变量引入的，而后美国的数理统计学家赫特林( h a r o l dh o t e l l i n g ) 在1 9 3 3 年将此方法推广到随机向量的情形。主成分分析的降维思想从一开始就很好 地为综合评价提供了有力的理论和技术支持。 主成分分析是研究如何将多指标问题转化为较少的综合指标的一种重要统计方 法，它能将高维空间的问题转化到低维空间去处理，使问题变得比较简单、直观，而 且这些较少的综合指标之间互不相关，又能提供原有指标的绝大部分信息。 主成分分析除了降低多变量数据系统的维以外，同时还简化了变量系统的统计数 字特征。主成分分析在对多变量数据系统进行最佳简化的同时，还可以提供许多重要 的系统信息，例如数据点的重心位置或称为平均水平，数据变异的最大方向，群点的 散布范围等。主成分分析作为最重要的多元统计方法之一，在社会经济、企业管理及 地质、生化等各领域都有其用武之地，如在综合评价、过程控制与诊断、数据压缩、 信号处理、模式识别等方向获得广泛的应用。 主成分分析的基本思路可概述如下借助一个正交变换，将分量相关的原随机变量 转换成分量不相关的新变量，从代数角度，即将原变量的协方差阵转换成对角阵，从 几何角度，将原变量系统变换成新的正交系统，使之指向样本点散布最丌的正交方向， 进而对多维变量系统进行降维处理。按照特征提取的观点，主成分分析相当于一种基 于最小均方误差的提取方法。 3 1 2 基本定义和性质 定义1 设x = ( x 。，x ：，l ，x 。) 为p 维随机向量，它的第i 主成分分量可表示成 y = u l x ，i - 1 ，2 ，l ，p 。其中u i 是正交阵u 的第i 列向量，并满足如下条件： y 是x 。，x ：，l ，x 。的线性组合中方差最大者； 1 4 第3 章基丁主成分分析的建模研究 y k 是与y ，y 2 ，l ，y k 一。不相关的x 。，x ：，l ，x ，的线性组合中方差最大者， k = 2 ，3 ，l ，p 。 性质1 设是随机向量x = ( x ，x ：，l ，x ，) 的协方差矩阵，其特征值一特征向量 对( 九。，e 1 ) ，( 九2 ，e 2 ) ，l ，( 九p ，e p ) ，其中九l 九2 l 九p 0 。则第i 个主成分为 y = e l x = e i l x l + e i 2 x 2 + l + e i p x p ，i = 1 ，2 ，l ，p v a r ( v o = 4e i = t v i ，i = l ，2 ，l ，p e , o v v , ，x ) = e ：e j = o ，i j 。 性质2 设随机向量x = ( x 。，x ：，l ，x p ) 有协方差矩阵，其特征值一特征向量对 ( 九。，e 。) ，( 九2 ，e 2 ) ，l ，( 九，e p ) ，其中九l 九2 l 九p o ，y k 是主成分，则 。+ 。：+ l + g 坤：圭v a r ( x ；) ：h + l 2 + l + 丸，：圭v a r 代) 性质2 说明主成分向量的协方差阵为对角矩阵人。方差代表变异性，反映的是 信息量，从以上分析易知，总体总方差= o i i + 0 2 2 + l + g 仰= 九l + 九2 + l + 九p ，即总体 信息量可以用特征值来衡量，相应的特征值反映的是