开题报告1125.docx

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开题报告1125

学号：

201202036材料之二

武汉工程大学

研究生学位毕业论文选题报告审批表

姓名：

xxx

专业：

化工过程机械

学位级别：

全日制工程硕士

导师：

xxxxxxxxxxxxxx

论文工作的

起止时间：

2013.9～2015.6

2013年11月22日填写

此表存系（院、所），研究生答辩后进入其学籍档案。

论文题目

或选题方向

一、文献综述

中国是个幅员辽阔、水系发达、内河通航总里程12万多公里、18000多公里大陆海岸线和14000多公里岛屿岸线资源的国家，拥有生产性泊位32000多个（未含港澳台），其中沿海及内河万吨级以上泊位已接近1000个。

2002年全国港口完成吞吐量超过26亿吨，其中国际集装箱吞吐量达到3000万吨，并将以较高的发展速度迅速增长，跻身世界集装箱大港前10强。

随着我国适应经济全球化的发展趋势，满足现代化建设需要，逐步成为世界制造业中心，充分体现港口在全球资源配置中的竞争优势，未来港口建设将向结构合理、布局层次分明、功能完善、信息畅通、安全高效可靠的目标迈进，港口货物装卸能力将高于经济发展速度得以提高，尤其是集装箱吞吐量具备迅速增长的外部条件和内在需求。

统计显示，2012年，全球10大集装箱港中，“中国军团”分量进一步加重，由2011年的6个港口增至7个，上海港、香港港、深圳港、宁波-舟山港、广州港、青岛港、天津港分别收获全球第一、第三、第四、第六、第七、第八、第十的席位。

余下的第二、第五、第九分别由新加坡港、韩国釜山港、阿联酋迪拜港获得。

随着我国国民经济的持续稳定增长和全球一体化格局的形成，港口不仅是陆运和海运的交接点，也是影响和带动经济发展的国际运输链；也随着我国逐步成为世界制造加工业中心，未来国内港口码头建设的快速发展和港口装卸能力的不断增强是必然的趋势，对港口机械制造业也提出更高的要求，必须运用现代科技，采用新技术、新工艺，实现港口装卸机械的现代化满足港口行业适应物流发展的新要求[1]。

我国起重运输（物料搬运）机械行业从上世纪五、六十年代开始建立并逐步发展壮大，已形成了各种门类的产品范围和庞大的企业群体，服务于国民经济各行各业。

“十一五”期间，我国起重运输机械产品的工业总产值、销售收入和利润总额的年平均增长率将超过15％。

到2010年，该行业的工业总产值将达到2670亿元，销售收入将达到2560亿元，利润总额将达到148亿元；出口额达65亿元，平均年增长11％；另一方面我国市场对高质量高水平的起重运输机械需求旺盛。

2011年1月21日，国务院公布了《国务院关于加快长江等内河水运发展的意见》，该意见中明确了要利用10年左右的时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系；2020年，全国内河水运货运量达到30亿吨以上，建成1.9万公里国家高等级航道；实现长江等内河主要港口和部分地区重要港口建成规模化、专业化、现代化港区，加快上海国际航运中心建设，推进武汉长江中游航运中心和重庆长江上游航运中心建设。

这一政策的出台，将我国水运市场带进了加速发展时期，起重运输设备制造行业必将被催热，尤其是大型起重机械。

而我国行业的技术竞争能力有待提高[2]。

起重机械是特种设备之一，主要应用于冶金、矿山、铁路、交通运输、水利电力、造船等行业，在国家的经济建设中占有极为重要的地位，且具有应用广泛、流动性大、易发事故的特点[3]。

近年来，随着经济的飞速发展，起重机械在港口码头、铁路装卸场、建筑工地、造船厂的使用越来越广泛，作用也越来越大。

最近的几十年，大量新产品、新材料、新工艺不断引入使得起重机械获得极其迅猛的发展。

由于机械制造技术的提高，起重机的品种和质量得到极大的提高和发展。

金属材料和加工技术的改进，起重机零部件的使用寿命有了很大提高；自动焊接新技术的出现，箱型结构的桥式起重机越来越受到人们的欢迎；由于自控技术和数显技术的广泛普及，使起重机的控制和安全保护装置大为改善，保证了操作的安全性和可靠性。

同时，伴随着计算机技术的飞速发展和广泛应用，计算机辅助设计（CAD）和辅助制造（CAM）技术广泛应用于起重机械行业，使起重机的整机布置更趋优化，基本零部件更加紧凑耐用。

然而，由于起重量大、作业连续性强、流动性大、现场环境恶劣等因素，起重机械在实际使用过程中容易出现各种事故，造成人员伤亡和财产损失。

为了保障起重机械的工作安全，国家颁布了各类标准，对起重机械的设计、制造、检验、报废、使用与管理等各个环节的安全要求做了基本的规定。

但是，起重机械事故引起的人员伤亡和财产损失仍然很多，缺乏有效的监督与管理是造成事故频发的主要原因之一。

如何监督与管理好起重机械，确保作业的安全可靠性，提高企业的经济效益，是现代企业管理的目标之一[4]。

故障模式及影响分析（FMEA）是一种前瞻性的可靠性分析和安全性评估方法，在预防事故的保护机制系统中被广泛使用。

该方法通过分析系统中每一个潜在的故障模式，确定其对系统所产生的影响，从而识别系统中的薄弱环节和关键项目，为制定改进控制措施提供依据，它是“事前预防”，而非“事后纠正”。

FMEA国内外研究现状

FMEA的起源及正式应用可以追溯到20世纪50年代初，美国格鲁曼公司第一次将构思应用于战斗机操作系统的设计分析，并取得良好的效果。

随后，汽车行业也认识到FMEA在安全性评估方面的应用价值，以福特公司为首的三大汽车制造商纷纷将其运用到质量工艺改善上来。

美国航空及太空总署（NASA）实施阿波罗登月计划时，在合同中明确要求实施FMEA。

ISO9000标准以及美国军用标准MIL-STD-1543和MIL-STD-785A等标准中均将FMEA列为在产品开发、设计、制造等阶段应该加以运用的质量方法。

我国也制订了《系统可靠性分析技术失效模式与影响程序》的国家标准。

目前，该项技术发展十分迅速，已被广泛应用于航空航天、核工业以及汽车、机械、电子、舰船等域[5]。

船舶与海洋工程：

在船舶与海洋工程领域，对人为错误造成的风险进行评估的可靠性研究中，FMEA不仅在定性分析方面应用较多，而且在定性定量混合分析方面可作为错误识别的主要工具之一。

上海海事大学商船学院的周俊峰等采用FMEA方法对船舶系统进行可靠性及安全性分析，并有针对性地对其薄弱环节提出预防改进，措施以提高船舶系统的可靠性。

他们以燃油系统为研究对象，首先对推进系统进行分析，约定FMEA分析的最高系统层次为船舶操作系统，二级系统层次为主推进系统，分层系统层次为润滑系统、冷却系统、燃油系统、操作系统、安全系统、主机、推进轴系等，并对这些分系统进行编码，建立主推进系统可靠性方框图。

然后确定各种故障模式及其原因，并评价每一个故障模式对系统的影响和故障发生的频度。

通过分析可以得出燃油系统的FMEA报告表，找出相对应的各种故障，提出补偿或减轻故障后果的措施，以避免实际运行时可能发生的船舶安全事故[6-11]。

医疗卫生：

对医疗风险事件做好防范工作能够有效提高医疗安全、减少医疗资源浪费。

近年来，美国研究应用FMEA有效降低医疗风险，取得了显著成效。

JoHnGReiling等人提出在建造医院时运用设计FMEA法可以明显减少医疗事故，提高病人安全感、满意度。

首先，制作设计FMEA框图，层次清晰地体现出各部分之间的相互关系。

然后，多方面、多层次、多角度挖掘各个子系统或各部分的功能，并确定各种故障模式和原因。

在病人转移的FMEA分析中，重症室、急症室的布局和专门的护理人员都可能导致重症病人在转移途中出现危险。

如果布局不合理，或者专门护理人员的暂时离岗都可能增加医疗事故的发生频度。

同理，通过分析其他功能，找出故障模式和原因，提出相应的补偿或减轻故障后果的措施，来提高病人的安全性和满意感。

航空航天工业：

早在20世纪50年代初，美国Grumman公司已将FMEA技术应用于战

斗机操控系统的设计分析。

本世纪初，我国军工行业对FMEA分析验证技术进行了探索性研究，例如航天领域的“仿真软件在FMEA中的应用”、航空领域的“航空电源系统FMEA自动化技术研究”、国防科技大学的“用于自动故障模式影响分析的系统功能角色模型”等。

中国航天标准化研究所从2002年开始，对FMEA分析验证技术开展了深入研究，并于“十一五”期间开展了“基于仿真的量化FMEA技术在型号中的推广应用”，在已有研究成果的基础上，总结提出利用计算机仿真软件实施FMEA分析验证的基本方法和技术规程，并选择典型工程型号开展技术应用，形成了相应的分析方法理论体系和数据库。

近年来，中国航天标准化与产品保证研究院在FMEA分析验证领域已取得重大突破，在载人航天工程等重点型号中，已取得FMEA分析验证技术的工程化应用成果，有力地支持了重点型号的可靠性工作[12-15]。

软件系统及信息系统开发：

信息系统的开发是一个十分复杂的过程，其中软件的可靠性显得尤为重要，它不仅直接影响软件的质，还关系到项目的成败。

FMEA方法可以对系统开发过程的故障进行定位、分析，对各种可能的风险进行评价，采取防范措施，避免故障的发生，从而保证和提高软件产品的可靠性。

将FMEA技术应用于软件开发，首先是由Reifer于1979年提出的。

Reifer提出在开展FMEA活动之前，组建FMEA团队，其成员包括本次项目开发的项目经理、需求分析工程师、开发人员、测试人员和用户服务工程人员以及其他相关项目的专家。

然后召开FMEA团队会议，采用头脑风暴的会议模式，分析故障模式、故障原因和发生频度，并讨论如何降低风险和建议采取的措施[16-20]。

核工业：

核工业是高风险的行业，任何一个小小的故障都可能造成巨大的灾难，因此，它的特殊性决定了它必须具有很高的可靠性和安全性。

近年来，人们逐渐将FMEA技术引人到核工业可靠性和安全性保证中来。

AntonioC.F.等人以重水反应堆为研究对象，阐述FMEA方法在核工业的应用。

通过分析发现重水反应堆的故障主要产生于潜水电泵和涡轮泵的操作过程中，故障模式主要有系统故障、核电厂关闭等。

主要的故障原因是机械故障、电力故障、供气问题以及振动问题。

根据RPN的大小，来确定各种故障模式的风险度，并采取相应的预防措施[21-27]。

起重运输机械：

王怀建等在《门座起重机臂架裂纹的分析及修复》一文中,以M10-30门座起重机为例,分析了门座起重机在使用中未发生过明显的超载情况和意外碰撞时,出现的裂纹是逐渐扩展的,得出臂架的疲劳强度不足是产生裂纹的根本原因。

经分析计算提出了加厚上下盖板厚度、加强上下盖板的长度裂纹、改进焊接工艺等修复方案。

大连海事大学张国梁在《M10-30型港口门座起重机的故障分析及预防》一文中针对港口门座起重机典型的故障进行分析，并提出改进措施。

但针对港口门座起重机整机系统的分析还不到位[28-30]。

二、选题背景及其意义

国外门座式起重机发展现状

国外门座式起重机专业生产厂家数量较多，其代表性的生产厂家主要有欧美的利勃海尔、特雷克斯一德马格、马尼托瓦克和日本的神钢等。

他们生产的产品型号比较完善，技术先进，具有很高的市场占有率。

欧美厂家生产的门座式起重机整体上代表了国际先进水平。

它不仅满足了大吨位的需要，而且结构设计新颖、安全性能可靠、设备稳定性高是其它国家无法媲美的。

更重要的是它们在大吨位产品上安装了全球定位系统，进行实时监控，具有广泛的代表性。

日本厂家的门座式起重机产品与欧美国家的产品相比，在技术上还存在着较大的差距，但日本产品的制作精细化程度很高，仍然值得我们学习和效仿。

国内门座式起重机发展状况

随着我国重工业的的快速发展，起重机设备取得了显著的成绩，截至2012年底，全国质检系统共设置特种设备安全监察机构3189个，其中国家级1个、省级32个、市级477个、县级2679个，全国特种设备安全监察人员共11936人。

经国家质检总局颁发起重机制造许可证的单位为1616家，具有较强的起重机械制造能力。

在小吨位的起重机设计领域我国已经处于世界领先水平，但对大型起重机的研发我们和国外还存在一定的差距。

从技术上来说，我国研发大型门座式起重机的时间较短，在设计的水平上急需改进；从经验上讲，国内门座式起重机在可靠性和稳定性都不如国外的品牌。

通过上述两个方面的研究和积累，我国可以在未来十年内不断缩小与国外门座式起重机的技术差距。

起重机械是现在工业生产不可缺少的设备，广泛地用于工厂、港口、建设工地、矿山、铁路等，完成各种物料的起重运输、装卸、安装等作业，大大地减轻了体力劳动强度，提高了工作效率和质量但由于起重机械作业的特点是将物料在一定的空间范围内进行提升和搬运，作业中点多面广，流动性大：

各种起重机械、操作司机及起重工、吊索具、起重物、环境因素意识交织一起。

若这些环节中稍有疏忽，可能导致事故，造成人员伤亡，损坏设备，影响社会和谐。

因此，严格控制起重机械危险，确保作业安全，列为起重行业管理重点。

据国家质量监督检验检疫总局统计的质量监督检验检疫情况通报相关文件“关于2008年全国特种设备安全状况的情况通报”——“关于2012年全国特种设备安全状况的情况通报”五个文件的相关统计，起重机械的年事故分别为2008年54起占总事故的17.65%；2009年69起占总事故的18.2%；2010年79起占总事故的26.7%；2011年74起占总事故的26.9%；2012年76起占总事故的33.3%，在特种设备事故中占着最大的比重。

当前起重机械安全管理现状是：

部分起重机械设备本身存在质量安全隐患；起重机械安装、拆卸不规范；不按规定进行检测和验收；起重机械使用保养不规范等不足。

因此，对于起重机械行业来说，迫切的需要一种综合、全面、有效的方法来降低事故发生率，提高起重机械的工作效率。

门座起重机作为港口起重运输机械的典型设备，它的运行状况对港口的生产效率和安全其中重要的作用。

图12008-2012起重机数量及事故统计图

表一2008-2012年特种设备数量及事故状况统计

锅炉

压力容器

电梯

时间

数量/万台

事故/起

数量/万台

事故/起

数量/万台

事故/起

2008年

57.82

33

195.6

22

115.31

38

2009年

59.52

34

214.32

21

136.99

45

2010年

60.73

233.59

162.85

44

2011年

62.03

41

251.54

21

201.06

64

2012年

63.53

29

271.82

26

245.33

42

起重机械

客运索道

游乐设施

时间

数量/万台

事故/起

数量/十条

事故/起

数量/万台

事故/起

2008年

118.28

54

79．3

0

1.47

3

2009年

135.27

69

85

0

1.56

7

2010年

150

79

86

1.58

2011年

171.74

74

86．3

1

1.64

7

2012年

190.94

76

84．5

2

1.67

2

场（厂）内机动车辆

气瓶

压力管道

时间

数量/万台

事故/起

数量/亿只

事故/起

数量/万公里

事故/起

2008年

32.56

15

1.32

15

63.3

5

2009年

34.81

42

1.32

26

66.02

9

2010年

38.79

34

1.40

73.2

2011年

41.03

34

1.35

17

83.68

6

2012年

49.29

17

1.33

26

85.13

8

总计

时间

数量/万台

事故/起

受伤/人

死亡/人

经济损失/万元

2008年

521.11

307

461

317

9789.48

2009年

582.56

380

402

315

6181

2010年

647.65

296

247

310

6681

2011年

729.15

275

332

300

5880

2012年

821.67

228

354

292

图22008-2012年特种设备数量及事故状况分布图

三、研究内容及方法

1、本文研究内容包括：

1）通过大量的文献检索和调研，充分考虑系统的工作特性、针对门座起重机主要对其金属结构、机构的安全性、电气控制及监控系统的可靠性，建立完善全面的故障分析系统，为门座起重机故障模式及影响分析研究奠定基础

2）约定FMEA分析的层次结构以准确、全面的确定故障模式的信息

3）建立门座起重机系统可靠性方框图，将系统的要素根据功能来逐层表示，从系统、子系统、构成件、组件、零件各层来表示系统功能

4）结合门座起重机可能存在故障模式的统计分析以及门座起重机设计、制造、运输、安装、使用管理、日常维护、定期检验等方面的规范标准，讨论引起事故发生可能原由，尽可能的统计出每个部件发生故障的数据，从而确定故障概率

5）对门座起重机可能发生的故障模式、故障影响、检测方法、补救措施等进行研究，制定故障的风险等级评估准则及方法

根据门座起重机可能出现的故障模式、故障原因、故障影响和故障检测方法确定合理的预防措施

2、本文研究方法具体如下：

1、对门座起重机结构和功能作一全面的理解与思考，确定分析范围

2、通过对门座起重机功能、性能、用途、使用条件等方面相类似的系统之特征，确定门座起重机的功能可靠性框图

3、根据门座起重机每一规定的性能参数和允许界限值确定门座起重机的故障判据

4、利用相似设备类比法、脑力激荡法等列举所有潜在的故障模式

5、分析导致所列举故障发生的所有可能原因并统计故障发生的概率

6、分别确定故障影响的范围、种类，确定门座起重机故障可能导致的各方面后果

7、分析门座起重机各故障模式的“破坏力”，并根据风险优先数（RPN）大小确定各个故障模式的重要度顺序

8、根据故障模式、故障产生的原因和故障所导致的结果确定故障检测方法和故障被检测的难易程度

9、按照致命度等级来采取相应的对策消除故障现象及故障原因

四、工作特色及其难点，拟采取的解决措施

工作特色：

1、以典型港口门座起重机为例，阐述FMEA分析重要性及具体实施方法。

并结合实际进行分析和论证。

2、弥补了大型起重机械安全管理及故障预防方面的不足，能够为提前预防门座起重机故障的发生提供帮助，且对已经发生的故障提供方便快速的检查方式和解决方案，且能估测故障发生所带来的危害。

工作难点及解决措施：

1、FMEA分析过程中，故障模式的搜集、分类

以门座起重机的结构、功能划分为基础，在结构和功能划分的基础上分别对每一层次的零部件/组件进行故障识别，并逐层筛选、整理。

2、现场数据的搜集及处理

选取某一典型港口，对其同类型的门座起重机资料进行调研并记录，参考现有的故障记录和故障解救措施进行整理汇总。

五、论文工作量及预期进度

时间

安排

2013.10—2013.12

查阅资料，搜集故障模式及影响分析（FMEA）相关的理论基础和实施方法，同时搜集门座起重机相关的资料，为门座起重机FMEA分析提供必要的准备

2013.12—2013.3

搜集门座起重机相关的故障模式，并进行现场调研确定，确定门座起重机所有可能的故障模式并统计故障模式发生的概率

2014.4—2014.7

分析统计得到的故障模式，根据已有的故障概率进行分析，最终确定故障概率等级

2014.8—2014.10

分析故障模式发生的原因、结果以及现有的故障检测手段，建立故障影响和故障检测度的模糊评价准则，确定相应的故障影响、故障检测度等级

2014.10-2014.12

结合企业的状况制定故障补偿的准则和措施，在改进措施的基础上再次进行评估，确保补偿措施的有效性

2015.1-2015.5

撰写毕业论文，修改和论文答辩

六、预期成果及其可能的创新点

1、完成门座起重故障模式的的收集工作，明确门座起重机重要故障模式、潜在的故障或老化故障

2、制定FMEA工作表，确定门座起重机的薄弱环节，制定相应的管理级维护措施

3、确定门座起重机品质管理、维护性设计等方面存在的问题

4、为防止保养操作不当、人为疏忽等方面造成的故障提供参考资料

5、制作故障标准化后的点检表

6、发表相关论文1-2篇

七、参考文献

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