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　　近日，TUV南德意志集團(tuán)(以下簡稱“TUV南德”)發(fā)布了“自適應(yīng)物理安全與信息安全”白皮書，提出了面向智能制造的動態(tài)風(fēng)險評估方法，實現(xiàn)工業(yè)4.0系統(tǒng)的運行時監(jiān)控，同時實現(xiàn)對安全措施和系統(tǒng)變化的自動驗證。

　　工業(yè)4.0是一次重大的范式轉(zhuǎn)變，企業(yè)信息技術(shù)(IT)和運營技術(shù)(OT)的日益融合使系統(tǒng)和設(shè)備能夠在全球范圍交換和共享數(shù)據(jù)。然而，隨著工業(yè)4.0生產(chǎn)設(shè)施的復(fù)雜化，企業(yè)需要新的風(fēng)險管理方法。TUV南德意志集團(tuán)通過受專利保護(hù)的自適應(yīng)物理安全和信息安全系統(tǒng)(Adaptive Safety & Security System，簡稱AS3)，實現(xiàn)對以大量交互和數(shù)據(jù)流為特征的動態(tài)工業(yè)4.0系統(tǒng)的運行時“@Run-time”監(jiān)控，同時實現(xiàn)對安全措施和系統(tǒng)變化的自動驗證。

　　I4.0可以在若干方面降低風(fēng)險，但模塊化機(jī)械的廣泛使用及其靈活性、靈活的參數(shù)配置和各種接口引入了一系列新的威脅和危險場景。隨著生產(chǎn)設(shè)施的復(fù)雜化，運營商需要管理內(nèi)部相互關(guān)系日益復(fù)雜并且在快速進(jìn)化的生產(chǎn)系統(tǒng)，并在最大限度減少停機(jī)時間的同時，保持高效率和靈活性。 然而，傳統(tǒng)的I3.0靜態(tài)風(fēng)險評估方法存在一系列缺陷，使其難以適應(yīng)I4.0的風(fēng)險管理要求。首先，使用傳統(tǒng)的靜態(tài)風(fēng)險評估方法需要大量時間對每一個變化事件重新進(jìn)行評估確認(rèn)，導(dǎo)致長時間的系統(tǒng)停機(jī)。其次，ISO 12100等現(xiàn)行機(jī)械安全標(biāo)準(zhǔn)并非圍繞機(jī)械的互聯(lián)性和互操作性進(jìn)行編制的，安全措施的設(shè)計必須覆蓋“最壞情況”，這可能限制生產(chǎn)力水平。此外，傳統(tǒng)的安全概念并沒有考慮網(wǎng)絡(luò)威脅的來源和影響，由此可能產(chǎn)生新的危險場景。下圖顯示了I3.0和I4.0在風(fēng)險評估方面的差異。

　　從I3.0到I4.0安全范式轉(zhuǎn)變　　

　　此外，“動態(tài)安全”不僅限于動態(tài)I4.0-系統(tǒng)(如AGV和機(jī)器人)，也適用于各種I3.0-系統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械。目前I3.0系統(tǒng)正在經(jīng)歷向I4.0的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，其機(jī)械系統(tǒng)達(dá)到運行極限，通過動態(tài)安全措施，可以改善機(jī)械在全生命周期中殘余風(fēng)險抑制方面的灰色地帶。

　　案例研究：車床事故

　　發(fā)生在德國的事故將上述風(fēng)險情景帶入現(xiàn)實世界。一臺車床的安全門被撞開，在設(shè)備附近工作的操作人員不幸身亡。

　　根據(jù)相關(guān)的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)(《ISO 23125-機(jī)床-安全-車床》)，安全門機(jī)械阻力有限，有時該阻力明顯低于車床的最大工件負(fù)載能力。當(dāng)前的I3.0實踐是在操作手冊中加入警告，通知操作人員：“安全門可最大限度的降低彈出風(fēng)險，但并不能完全消除風(fēng)險�！比欢�，隨著時間推移，在實踐中依靠安全手冊的有效性將會降低。操作人員起初在熟悉機(jī)器時可能會閱讀說明書，經(jīng)過多年無故障操作后，操作員就可能不再查看手冊。因此，必須考慮到人類行為在無意中降低安全性的可能性。這種情況下，能在運行時進(jìn)行自動風(fēng)險評估的評估工具會更加有效。該系統(tǒng)會自動向系統(tǒng)所有人/操作者發(fā)出危險警告，促使其選擇可能的安全措施。此類措施可能包括暫時限制進(jìn)入機(jī)械所在區(qū)域，視覺或聽覺示警，在轉(zhuǎn)彎和鄰近機(jī)械之間設(shè)置(移動)屏障等適用措施。

　　50公斤的安全門被工件撞飛，導(dǎo)致鄰近機(jī)械的操作人員死亡。

　　在經(jīng)過數(shù)十年積累的物理安全和信息安全專業(yè)知識的支持下，TUV南德意志集團(tuán)獨特的AS3解決方案提供了基于事件觸發(fā)的動態(tài)風(fēng)險評估和安全措施自動驗證。這一概念旨在協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計和操作人員在虛擬仿真和現(xiàn)實世界的應(yīng)用中都可以正確應(yīng)對復(fù)雜風(fēng)險狀況。AS3可以執(zhí)行持續(xù)和全面的風(fēng)險評估，這是在智能制造環(huán)境中確保穩(wěn)定運行、提高產(chǎn)能和減少停機(jī)時間所必需的。

　　AS3成功的關(guān)鍵在于嵌入了實際制造系統(tǒng)的數(shù)字表示 -- 數(shù)字孿生或資產(chǎn)管理殼。這些所謂的信息物理系統(tǒng)(Cyber-physical systems)可以通過多種方式使用數(shù)字孿生進(jìn)行建模，結(jié)合了現(xiàn)實世界和虛擬世界的優(yōu)勢，具有極大提高工業(yè)績效的潛能。

　　AS3為數(shù)字孿生配備了定制化的物理安全檔案和信息安全檔案。物理安全檔案的建�？蓮囊话愫吞囟ǖ膽�(yīng)用角度來說明資產(chǎn)的安全屬性。這可以認(rèn)為是工業(yè)資產(chǎn)的 “安全孿生”或其AAS的“安全子模型”，其中危險和風(fēng)險屬性以數(shù)字形式定義。然后，推理引擎會根據(jù)實際應(yīng)用的約束來處理這些檔案。這一步相當(dāng)于在虛擬世界定義了現(xiàn)實世界的應(yīng)用的環(huán)境邊界和風(fēng)險抑制能力，從而在運行時進(jìn)行自動的風(fēng)險評估。

　　AS3解決方案與整個系統(tǒng)生命周期相關(guān)，跨越設(shè)計、調(diào)試、運行和維護(hù)過程。AS3可以與現(xiàn)有仿真工具接口，并在現(xiàn)有的企業(yè)平臺上運行。作為工業(yè)資產(chǎn)數(shù)字孿生的一部分，在設(shè)計階段用于(線下)風(fēng)險評估模擬，并在運行期間對變化事件作出即時反應(yīng)。

　　通過AS3，可以實現(xiàn)：

　　- 模擬(計劃中的)系統(tǒng)變化，以便在安裝前發(fā)現(xiàn)安全漏洞。

　　- 建議的安全措施都可以得到快速評估和審批 -- 確保調(diào)試過程成功。

　　- 運行期間，AS3解決方案可以對當(dāng)前情況進(jìn)行快速和自動的風(fēng)險評估，提供運行時的決策支持，從而提高靈活性和減少停機(jī)時間。

　　概念驗證：AS3的示范應(yīng)用說明動態(tài)風(fēng)險評估的有效性　　

　　AS3已經(jīng)由TUV南德香港分公司申請專利保護(hù)。

　　“自適應(yīng)物理安全與信息安全”白皮書中文版已正式發(fā)布并可通過TUV南德意志集團(tuán)大中華區(qū)官網(wǎng)免費申請�！　�

　　白皮書作者

　　Robert Puto

　　TUV南德意志集團(tuán)大中華區(qū)商用產(chǎn)品和交通服務(wù)部高級副總裁

　　Robert Puto是TUV南德意志集團(tuán)大中華區(qū)商用產(chǎn)品和交通服務(wù)部高級副總裁，辦公地點在香港。Robert在其漫長的國際職業(yè)生涯中直接參與了工業(yè)產(chǎn)品/系統(tǒng)，光伏，儲能系統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)開發(fā)與推廣。他是AS3開發(fā)團(tuán)隊的活躍成員，始終秉持“以設(shè)計來保障安全”的理念。他畢業(yè)于意大利都靈理工大學(xué)電子工程專業(yè)，其畢業(yè)論文研究貝葉斯專家系統(tǒng)和不確定性傳播，其后畢業(yè)于中國中歐國際工商學(xué)院國際工商管理專業(yè)。在就任現(xiàn)職務(wù)之前，Robert還曾擔(dān)任TUV 南德意志集團(tuán)產(chǎn)品服務(wù)部技術(shù)簽證官和ISO 17025審核員。

　　Michael Pfeifer

　　TUV南德意志集團(tuán)機(jī)械安全專家

　　Michael是TUV南德意志集團(tuán)機(jī)械安全專家，辦公地點在慕尼黑。負(fù)責(zé)機(jī)械的全生命周期的安全評估。他還參與了生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)字化相關(guān)工作，并在TUV南德意志集團(tuán)的智能制造委員會擔(dān)任“智能安全首席架構(gòu)設(shè)計師”。Michael還是德國人工智能研究中心(DFKI)的SmartFactoryKL計劃的成員。在2009年加入TUV南德意志集團(tuán)之前，他的工作在汽車工業(yè)的制造機(jī)械領(lǐng)域。他在慕尼黑應(yīng)用科技大學(xué)深造時期加深了他在生產(chǎn)制造的機(jī)械工程領(lǐng)域的專業(yè)知識。

　　Martin Saerbeck

　　TUV南德意志集團(tuán)數(shù)字服務(wù)首席技術(shù)官

　　Martin在擔(dān)任TUV南德意志集團(tuán)數(shù)字服務(wù)首席技術(shù)官期間，領(lǐng)導(dǎo)人工智能、機(jī)器人和物

　　聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域新型數(shù)字解決方案的戰(zhàn)略研究和開發(fā)計劃。Martin擁有計算機(jī)科學(xué)學(xué)位和工業(yè)設(shè)計博士學(xué)位，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界享有超過15年的技術(shù)方案開發(fā)經(jīng)驗。他起初在飛利浦研究部門任職，隨后在A*STAR IHPC創(chuàng)建新的研究小組，在航空航天、制造業(yè)和零售業(yè)等領(lǐng)域輸出創(chuàng)新項目。Martin熱衷于應(yīng)用研究，致力于學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化工作，提高當(dāng)前智能互聯(lián)系統(tǒng)的安全性和可靠性。