本文摘要：錯誤檢測是胚胎型仿生硬件實現(xiàn)容錯的前提，本機電工程師論文在此著重研究針對細胞故障的錯誤檢測機制�；诩毎δ軉卧娜Ｈ哂嗯c多數(shù)表決器電路實現(xiàn)是硬件容錯常用的冗余容錯策略。多數(shù)表決器判斷輸出多數(shù)細胞模塊的信號，但并不能判斷出具體哪個細胞出
錯誤檢測是胚胎型仿生硬件實現(xiàn)容錯的前提，本機電工程師論文在此著重研究針對細胞故障的錯誤檢測機制。基于細胞功能單元的三模冗余與多數(shù)表決器電路實現(xiàn)是硬件容錯常用的冗余容錯策略。多數(shù)表決器判斷輸出多數(shù)細胞模塊的信號，但并不能判斷出具體哪個細胞出現(xiàn)了錯誤，也就沒法啟動對出錯細胞的重啟動或重構(gòu)來修復該細胞。為了能檢測出錯細胞的具體位置，從而修復該細胞，進一步提高三模冗余的可靠性，需要設計相應的差錯檢測器。
《鍛壓技術(shù)》主要報道鍛造和模鍛、沖壓、特種成形等領域的新理論、新工藝、新設備以及相關(guān)的技術(shù)問題，包括模具設計與制造技術(shù)，磨擦與潤滑技術(shù)，鍛壓工藝參數(shù)與設備力能參數(shù)的測試技術(shù)，鍛壓CAD/CAM技術(shù)，機械化自動化和柔性生產(chǎn)控制技術(shù)等。本刊突出技術(shù)內(nèi)容，注意技術(shù)和信息的結(jié)合，理論與生產(chǎn)實際的結(jié)合，以及普及與提高的結(jié)合，力爭滿足業(yè)內(nèi)技術(shù)人員、管理人員、工人及大專院校師生的需要。獲獎情況：全國中文核心期刊。
【摘要】本文以機電一體化系統(tǒng)為研究對象，分析了機電產(chǎn)品容錯設計與仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了自己的看法。
【關(guān)鍵詞】機電一體化仿真容錯;淺論
現(xiàn)代機電產(chǎn)品正朝著集成化、自動化、智能化的方向發(fā)展，有的機電產(chǎn)品對人的依賴性越來越小，發(fā)生故障根本不可能由人去維修，有的機電產(chǎn)品形成大系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障可能導致重大事故，并造成巨大經(jīng)濟損失。如果早期發(fā)現(xiàn)，及時采取恰當?shù)拇胧┦峭耆梢苑乐沟�，機電產(chǎn)品容錯設計與仿真技術(shù)研究以及容錯技術(shù)的應用正是順應了這種需求。容錯技術(shù)為提高系統(tǒng)的可靠性開辟了一條新的途徑。研究和應用容錯技術(shù)，對于保障機電系統(tǒng)運行的連續(xù)性和安全性，減少安全事故，提高現(xiàn)代機電產(chǎn)品的經(jīng)濟效益和社會效益，具有非常重要的意義。
一、仿生硬件容錯研究現(xiàn)狀
隨著電路系統(tǒng)功能的復雜化，傳統(tǒng)的硬件容錯技術(shù)越來越不能滿足日益龐大的電路系統(tǒng)要求。為了提高系統(tǒng)可靠性，人們提出了動態(tài)地對故障進行自檢測、自修復的要求，并努力尋找新的容錯設計方法。早在20 世紀50 年代末，計算機之父馮·諾依曼就提出了研制具有自繁殖與自修復能力通用機器的偉大構(gòu)想。研究人員從自然界得到靈感，將自然計算(如進化計算，胚胎理論等) 引入到硬件設計中從而形成仿生硬件(Bio-inspired Hardware，BHW)。仿生硬件的概念最初是由瑞士聯(lián)邦工學院于1992 年提出的，雖然歷史不長，但其發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際上的研究熱點之一。仿生硬件早期也稱為進化硬件(Evolvable Hardware，EHW)。A.Thompson 等人較早提出了EHW 應用于容錯方面的想法。仿生硬件是一種能根據(jù)外部環(huán)境的變化而自主地、動態(tài)地改變自身的結(jié)構(gòu)和行為以適應其生存環(huán)境的硬件電路，它可以像生物一樣具有硬件自適應、自組織、自修復特性。采用仿生硬件實現(xiàn)的容錯，不需要顯式冗余，而是利用進化本身固有容錯的特性，這種特性帶來的優(yōu)勢是傳統(tǒng)方法通過靜態(tài)冗余實現(xiàn)容錯所不能比擬的。
二、仿生硬件的容錯技術(shù)新思路
(1)胚胎型仿生硬件的容錯體系結(jié)構(gòu)和容錯原理。仿生硬件可以分為進化型和胚胎型，其中胚胎型仿生硬件也稱為胚胎電子系統(tǒng)，是模仿生物的多細胞容錯機制實現(xiàn)的硬件。胚胎型仿生硬件的容錯體系結(jié)構(gòu)，主要由胚胎細胞、開關(guān)陣和線軌組成。開關(guān)陣根據(jù)可編程連線的控制信號完成開關(guān)閉合，控制線軌內(nèi)各線段的使用。胚胎細胞包含存儲器、坐標發(fā)生器、I/O 換向塊、功能單元、直接連線、可編程連線、控制模塊等。存儲器用于保存配置數(shù)據(jù)位串，并根據(jù)細胞狀態(tài)和坐標發(fā)生器計算出的結(jié)果，從配置位串中提取一段經(jīng)譯碼后對胚胎電子細胞的換向塊和功能單元進行配置。坐標發(fā)生器根據(jù)每個細胞最近兩側(cè)(左側(cè)和下側(cè))鄰居細胞的坐標為其分配坐標。I/O 換向塊為細胞功能單元間的可編程連線提供控制信號。功能單元用于實現(xiàn)一個n 輸入的布爾函數(shù)，用于實現(xiàn)所需的細胞功能。直接連線負責功能單元之間的相互通信。可編程連線傳遞控制信號控制開關(guān)陣�？刂颇K完成細胞的工作狀態(tài)檢測、故障診斷、控制細胞冗余切換。(2)胚胎型仿生硬件實現(xiàn)容錯的策略。為了實現(xiàn)對故障細胞的容錯，常用的容錯策略有兩種：行(列)取消和細胞取消策略，通過記錄有錯的單元位置，重新布線，用其他備用的單元來代替。但是對于連線資源故障，這些策略并未給出相應的對策。在深入研究胚胎仿生硬件容錯體系結(jié)構(gòu)的基礎上，本文提出一種針對線軌故障的容錯策略。一是行(列)取消策略。在行(列)取消中，若一個細胞出錯，則它所在行(列)的所有細胞都將被取消，而該行(列)細胞的功能將被其上一行(右一列)的細胞所代替，即當一個細胞出錯時，細胞所在行(列)上移(右移)到一個備用行(備用列)來代替它當前的工作。二是細胞取消策略。在細胞取消中，用備用細胞代替故障細胞分兩個階段。當某一行的出錯細胞數(shù)超過備用細胞數(shù)時，整行被取消，行細胞上移，用備用行取代出錯行的功能。(3)胚胎型仿生硬件實現(xiàn)容錯的流程。胚胎型仿生硬件容錯的流程為：一是根據(jù)設計需求選擇器件，確定硬件設計方案;二是以電路結(jié)構(gòu)及有關(guān)參數(shù)等作為染色體進行編碼，按照進化算法的進化模式對系統(tǒng)進行進化操作;三是一般以電路的功能與預期結(jié)果的符合程度作為個體的適應度。根據(jù)給定的輸入條件或測試集，通過基于電路模型的仿真測試或?qū)崪y計算群體中的每個個體的適應度。(4)胚胎型仿生硬件內(nèi)部錯誤檢測機制。
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