Sistema de Fabricación Flexible Basado en FPGA Tolerante a Fallos de Doble Nivel
Autores: Alkady, Gehad I.; Daoud, Ramez M.; Amer, Hassanein H.; Sallez, Yves; Ragai, Hani F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Sistema de Fabricación Flexible Basado en FPGA Tolerante a Fallos de Doble Nivel
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Sistema de fabricación flexible y tolerante a fallos
FPGA
Mecanismo de tolerancia a fallos
Redes de Petri
Software Riverbed
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone un sistema de fabricación flexible tolerante a fallos (FMS) que cuenta con un mecanismo de tolerancia a fallos de doble nivel tanto en el nivel de la célula de trabajo como en el nivel del sistema para mejorar la fiabilidad. El controlador de la célula de trabajo se implementó en una Matriz de Puertas Programable en Campo (FPGA). Se utilizó duplicación reconfigurable como el primer nivel de tolerancia a fallos en el nivel de la célula de trabajo. Se mostró cómo detectar y recuperarse de fallos en la FPGA, como Alteraciones de Evento Único (SEUs), fallos duros e Interrupciones Funcionales de Evento Único (SEFIs). El prototipo del controlador de la célula de trabajo se implementó con éxito utilizando dos placas Zybo Z7-20 de AMD y un Arduino DUE. Se utilizaron Redes de Petri para demostrar que la fiabilidad del controlador aumentó en un 346% después de 1440 horas de operación. El segundo nivel de tolerancia a fallos fue a nivel de FMS; el Supervisor (SUP) asumió las responsabilidades de cualquier controlador de célula de trabajo que fallara. Se utilizó software de Riverbed para demostrar que el sistema cumplió con éxito los requisitos de retraso de extremo a extremo. Finalmente, Matlab mostró que hay un aumento adicional en la capacidad de rendimiento.
Descripción
Este documento propone un sistema de fabricación flexible tolerante a fallos (FMS) que cuenta con un mecanismo de tolerancia a fallos de doble nivel tanto en el nivel de la célula de trabajo como en el nivel del sistema para mejorar la fiabilidad. El controlador de la célula de trabajo se implementó en una Matriz de Puertas Programable en Campo (FPGA). Se utilizó duplicación reconfigurable como el primer nivel de tolerancia a fallos en el nivel de la célula de trabajo. Se mostró cómo detectar y recuperarse de fallos en la FPGA, como Alteraciones de Evento Único (SEUs), fallos duros e Interrupciones Funcionales de Evento Único (SEFIs). El prototipo del controlador de la célula de trabajo se implementó con éxito utilizando dos placas Zybo Z7-20 de AMD y un Arduino DUE. Se utilizaron Redes de Petri para demostrar que la fiabilidad del controlador aumentó en un 346% después de 1440 horas de operación. El segundo nivel de tolerancia a fallos fue a nivel de FMS; el Supervisor (SUP) asumió las responsabilidades de cualquier controlador de célula de trabajo que fallara. Se utilizó software de Riverbed para demostrar que el sistema cumplió con éxito los requisitos de retraso de extremo a extremo. Finalmente, Matlab mostró que hay un aumento adicional en la capacidad de rendimiento.