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工业物联网(IIoT)离不开嵌入式安全性

2017-02-24 17:42
Minor昔年
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1、制造领域的工业物联网

制造业需要采集并处理大量数据,通过对数据进行分析和可视化,有助于优化运营和成本。数据是工业物联网(IIoT)的基石,而制造业能够从IIoT中获得利益最大化。在制造领域,智能传感器、分布式控制及复杂安全软件提供的安全方案是这次革命的黏合剂。

为了实现IIoT的愿景,我们必须将大量数据,甚至老旧系统置于云端。这将带来巨大的安全隐患,因为适用于工业控制系统的安全措施尚未跟上步伐,甚至在某些情况下根本不存在。当参与者知道(无论是否恶意)某个工厂或车间实际上已经联网,并充分利用各种不同的攻击手段时,这一切将发生变化。

安全措施必须是软件和嵌入式硬件的结合,保护关键的控制系统免受各种攻击。关键挑战有三种:采用密钥的硬件安全认证、采用TLS的安全通信,以及安全装载。由于连通性(支持IIoT的能力)将任何安全漏洞暴露无遗,为了保护IIoT利益,安全问题就不能是亡羊补牢式的方案。

2、IIOT为工厂带来的便利

IIoT在工厂建设中的一个很好案例是通用电气(General Electric)在纽约北部设立的价值1.7亿美元的现代化工厂。该工厂在2015年开始运营,为手机通信塔等设备生产先进的钠镍电池。工厂布设了10000多个传感器,分布于180000平方英尺厂房;所有传感器都连接到内部高速以太网。传感器监测一切过程,例如:使用哪个批次的原材料、烘烤温度是多少、制造每节电池的耗能多少,甚至当地的气压等参数。在生产车间,员工利用平板电脑即可通过遍布全厂的Wi-Fi节点获得所有数据。

制造业的另一个例子是西门子的安贝格电子厂,该工厂生产可编程逻辑控制器(PLC)。生产过程的自动化程度很高,机器和计算机处理价值链的75%工作,其它则由人工完成。只有在生产过程的起始阶段需要人工处理,员工将基本件(裸电路板)放在生产线上。此后,一切均自动完成。值得一提的是,Simatic单元控制Simatic设备的生产。整个制程大约有1000个这样的控制单元。

IIoT收集传感器数据、支持机器间(M2M)通信及自动化进程。智能化机器在诸多方面优于人工操作,例如,可以精确采集数据、传输数据,并保持高度一致性,从而解决了效率低下、保持长期运转、合理规划设备维护等问题,以获得更高的生产效率。Maxim Integrated将IIoT按堆栈形式进行划分,如图1所示。IIoT堆栈最底层是工厂或生产车间的设备(系统)。这些设备可以是现场传感器、控制器、工业PC等,所有这些均为硬件系统,包括硬件的安全保护功能。这些终端设备必须提供有效的数据通信,连接至通信集线器、网关和交换机,从而将这些数据作为大数据存放在云端(或企业网)。

IIoT的目标是将数据可集成到企业的ERP和CRM软件中,不仅能够高效规划制造过程、降低成本,甚至利用客户/市场信息来改变装配线和过程参数。

堆栈的顶层影响到软件开发和集成,底层影响系统设计。IIoT的主要利益可分为三部分(图2):资产、过程和企业优化。优化一台电机要比优化钻台操作更容易,而后者又比优化大型产线容易。而对所有环节进行优化是IIoT的终极梦想。

第一级分析和交互操作发生在第一线:从传感器(例如涡轮传感器、电机编码器或振动特征信号)数据采集,然后在本地进行数据处理,帮助操作者掌握如何调节参数以实现最高效率,或提供故障隐患的早期征兆。

第二级分析在控制室或工厂完成,将来自多个终端设备甚至多个组装线的传感器数据整合在一起,从而制定决策,提高工厂或过程效率。例如,控制室做出让各种终端设备空闲或休眠的决策,降低过程的总体功耗。

图1 自动化产业的工业物联网

英文解释:

ERP/CRM intergration ERP/CRM集成

Analytics and optimization sofeware 分析和优化软件

BIG DATA 大数据

Software design 软件设计

Communication hubs,gateways,switchs通信接口、网关、交换机

Field sensors,distributed PLCs,industrial PCs 磁传感器,分布式PLC、工业电脑

System design 系统设计

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