湖北省高等学校大学生创新创业训练计划申请书.doc

大学生创新创业训练计划申请书推荐分院信息工程学院项目名称项目类型创新训练项目所属一级学科名称0835 软件工程所属二级学科名称083503 软件工程技术项目负责人富雨晨申报日期2023年5月8日大学生创新创业中心制二二三年五月项目名称项目类型创新训练项目项目实施时间起始时间： 2023年 5 月 完成时间： 2024 年 5 月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系/专业联系电话E-mail主持人成 员富雨晨2021级荆州学院软件工程18232223697陈星2021级荆州学院软件工程13781449532何铖2021级荆州学院软件工程17771485900吕俊良2021级荆州学院软件工程13419980871指导教师姓名刘旨阳研究方向年龄行政职务/专业技术职务主要成果图 1 系统整体框架一、项目实施的目的、意义随着科技的发展，往复式泵在石油、化工等行业中已经牢固的扎下了根。往复泵的故障不仅会给企业的生产带来重大的经济损失，而且会严重影响到人们的生命财产安全。据不完全统计，我国由于往复泵故障造成的损失每年达 2 至 4 亿元。正是由于往复泵在油田工业中所占据的重要地位，国内外很多学者都积极的投入到往复泵故障诊断研究工作中。泥浆泵是一种典型的往复式泵，从 20 世纪初开始采用旋转钻井法以来，泥浆泵一直被广泛应用于油田工业中。随着钻井技术的发展，泥浆泵的工作能力及故障诊断体系也应该日渐完善。从泥浆泵开始投入使用到今天，振动信号分析法、直接观察法和参数检测法等往复机械故障诊断方法相继应用于泥浆泵的故障诊断中，但这些方法都不能从系统的层面上对泥浆泵进行故障诊断及分析，所以基于泥浆泵的故障诊断方法的研究应不断的深入和完善。近些年来，机械工业在国民经济中所占比例的增加，对机械设备安全运行的要求也越来越高。泥浆泵作为石油钻井循环中的重要设备，在钻井过程中因工况恶劣，需要对泥浆泵进行保护，避免频繁更换泥浆泵，从而节省维修和更换设备的费用。保护泥浆泵能够确保设备正常运行，避免因设备故障而导致的停工和生产延误，提高生产效率。同时，泥浆泵在作业过程中需要承受高压、高温等复杂的工作环境，如果设备出现故障，不仅会影响生产效率，还会对工作人员的安全造成威胁。及时对泥浆泵进行保护维护，能够保证设备的安全可靠性，保障工作人员的安全。目前中石油对泥浆泵工作状态的评估主要靠工程师经验判断，一般是通过耳听、目测的方式对泥浆泵的故障进行判断，这样的方式不能及时准确判定泵故障，且不安全作业的风险大常常导致泵工作效率低，出现较严重故障，严重影响了钻井进程。通过使用泥浆泵，可以将钻井液（泥浆）从钻井井口输送到井底，从而保持井底的压力和稳定井壁，防止井壁坍塌。此外，泥浆泵还可以将井口的废弃物和渣滓排出，保持井口清洁。因此，泥浆泵项目的实施对于钻井作业的顺利实施和井口环境的保护都具有重要意义。二、 项目研究内容和拟解决的关键问题1、项目研究内容（1）材料研究和泵的运行稳定性研究：对泵的各个部件的材料进行研究，包括叶轮、轴承、密封等部件的材料选用；对泵在不同工况下的运行稳定性进行研究，包括泵的振动、噪声、温度等方面的研究。（2）节能环保与智能化：对泵的节能性能进行研究，包括泵的水力性能优化、电机的选用等方面的研究；对泵的智能化控制系统进行研究，包括泵的远程监控、自动控制等方面的研究。2、拟解决的关键问题（1）可以通过网络连接，实现远程监控和控制，方便用户随时随地了解泵的运行状态，并进行远程控制和调整。（2）实现自动化控制和安全保护，避免人为操作错误或者设备故障对人员和设备造成伤害，提高泵的安全性。三、 项目研究与实施的基础条件钻井作业的需求：钻井作业需要使用泥浆泵进行钻井液的循环输送和井口的废弃物排出，因此，泥浆泵项目的实施必须满足钻井作业的需求。技术支持：泥浆泵是一个复杂的机械设备，其选型、安装、调试和维护都需要专业的技术支持，因此，泥浆泵项目的实施需要有技术支持团队的支持。泥浆泵安装环境：泥浆泵的安装环境必须符合安全、稳定的要求，包括场地平整、排水良好、通风透气等因素，因此，泥浆泵项目的实施需要进行安装环境的评估和改造。3. 所获奖项：富雨晨：20212022学年第二学期二等奖学金。于20212022学年第二学期在大学生读书日-海报设计比赛中荣获三等奖何 铖：20212022学年第二学期全校大学生组织管理能力大赛获得“校级赛三等奖”。四、 项目实施方案泥浆泵系统完全按照软件工程开发的步骤进行，从需求分析到最终的软件交付使用，项目实施方案主要分为以下三个阶段，项目方案实施功能图如图2所示。1、需求分析阶段(1)随着工业化进程的不断推进，泥浆泵作为工业生产中必不可少的设备，其故障检测和维护变得越来越重要。基于振动冲击响应信号特征的泥浆泵故障检测系统可以实时监测泥浆泵的运行状态，及时发现故障，提高生产效率，降低维护成本。因此，该系统在市场上具有广阔的应用前景。(2)市场驱动因素：随着全球石油需求的不断增长，石油钻探市场的需求也在不断增加，这推动了泥浆泵市场的发展。此外，环保和安全意识的提高，也促进了泥浆泵市场向着更加高效、智能化、安全化的方向发展。(3)根据市场调研的预测，该市场的年复合增长率将超过10%。同时，该系统的使用也将为企业带来部分经济效益的提升，如提高生产效率、降低维护成本、延长设备寿命等。图 2 系统功能模块图2、设计实现阶段2.1功能点设计第一、自动化控制功能： 实现泥浆泵的自动化控制，包括泥浆浓度、流量、压力等参数的自动调节。通过自动化控制，可以减少人工干预和误操作，提高生产效率和质量。第二、远程监测功能： 实现泥浆泵的远程监测和数据传输，包括数据采集、传输、存储和分析。能够实时监测泥浆泵的状态和生产情况，远程掌握生产情况，及时发现问题并进行处理。第三、数据分析功能： 对采集到的数据进行分析和处理，生成生产数据报表和分析结果，为生产管理和决策提供依据。通过数据分析，可以深入了解生产情况，优化生产流程，提高生产效率和质量。第四、智能预警功能： 实现泥浆泵的智能预警，包括预测故障、预警告警等功能。通过智能预警，能够提前发现问题并进行处理，避免生产事故和生产损失。第五、系统集成功能： 将自动化控制、远程监测、数据分析和智能预警等功能集成到一体，形成完整的智慧泥浆泵系统。通过系统集成功能，能够方便用户使用和管理，提高生产效率和质量。第六、用户管理功能： 实现用户管理和权限控制，包括用户注册、登录、权限管理等功能。通过用户管理功能，能够保障系统安全，防止数据泄露和系统被攻击。2.2排优先级第一、数据采集：需要采集泥浆泵的运行状态和工作参数，例如流量、压力、温度、振动等数据，可通过传感器实现。第二、数据处理和分析：需要对采集的泵的数据进行处理和分析，例如实时监测泵的状态，预测泵的故障，诊断泵的问题等。第三、控制指令：需要向泥浆泵发送控制指令，例如启停、调节流量、调节压力等指令。第四、人机界面：需要设计人机界面，以便用户可以方便地对泥浆泵进行监测和控制，例如设计可视化的数据展示和操作界面。第五、安全保护：需要设计安全保护机制，例如当泵的运行状态异常时，自动停止泵的运行，避免对人员和设备造成伤害。2.3架构设计、数据库设计（1）架构设计智慧泥浆泵系统采用分布式架构，包括前端控制模块、数据传输模块、数据分析模块和用户管理模块等多个子模块。其中前端控制模块采用嵌入式控制器，实现泥浆泵的自动化控制和远程监测；数据传输模块采用物联网技术，实现泥浆泵数据的采集、传输和存储；数据分析模块采用云计算技术，实现数据的分析和处理；用户管理模块采用Web应用程序，实现用户的注册、登录和权限控制。（2）数据库设计图 3 数据库设计图主要的数据表如下：用户表（user）、设备表（device）、参数表（param）、数据表（data）、告警表（alarm）、日志表（log）2.4进度安排2023年4月查阅关于泥浆泵的资料，调查市场上的泥浆泵辅助功能系统。2023年5月至8月进行项目文档的编写。2023年8月至10月搭建系统框架，完成基本功能。2023年11月至2024年1月完善系统功能，使泥浆泵与系统连接。2024年2月至4月进行泥浆泵系统功能测试，完善系统。3. 系统测试阶段首先要去现场安装，将系统设备安装在泥浆泵上，确保设备的连接和安装正确无误，进行参数的设置；根据实际情况，设置系统的参数，例如数据采集频率、数据传输方式、数据处理算法等。其次要对系统进行测试，进行功能测试、性能测试、集成测试、稳定性测试、安全测试、用户体验测试等；也要注意数据采集与传输的测试；例如测试传感器的准确度、测试数据传输的稳定性等，确保系统可以正常采集和传输数据；测试系统的控制指令功能，例如测试启停、调节流量、调节压力等指令，验证系统的控制功能是否正常。还必须实际应用测试：将泥浆泵实际应用在现场工作中，测试系统的实际应用效果，例如测试系统是否能够提高泵的效率、降低维护成本等。泥浆泵故障处理测试：测试系统对泥浆泵的故障处理能力，例如测试系统对泵的故障检测和预警功能、测试系统的故障处理流程等。图 4 系统测试流程图最后要对系统的各个功能模块进行测试，例如数据采集、数据传输、数据处理和分析、控制指令、人机界面等模块。测试每个模块的功能是否正常；在测试过程中，需要制定详细的测试方案和测试用例，并进行测试记录和问题跟踪，及时发现和解决问题，确保系统的质量和稳定性。五、 学院可以提供的条件本课题组已自行配备了计算机等设备。项目依托长江大学工程技术学院信息工程学院的专业实验室，现有专业实验室3个，目前共有10余台Mac,多台Lenovo台式电脑，还有独立的服务器，高速无线网络，能提供良好的实验场所。信息工程学院提供相应的创新实验基金，图书馆有丰富的图书资源、齐全的中外文科技期刊以及电子书刊与网络资源，可以及时、便捷、全面地查阅到最新的国内外相关研究动态，可为本课题提供研究支撑条件。学校还有相关政策支持和经费资助。六、 预期成果1、在公开学术刊物上发表论文。2、获得一项软件著作权。3、总结分析项目结果，撰写智慧泥浆泵项目研究报告。七、 经费预算序号支出项目金额（万元）1阿里云服务器租赁0.162采购硬件设备费0.193资料书籍购买、资料复印0.084论文版面费0.07总计0.50八、导师推荐意见 签名： 年 月 日九、分院推荐意见分院负责人签名： 分院盖章 年 月 日十、学院评审意见： 盖章 年 月 日