TÜV南德發布“自適應物理安全與信息安全”白皮書

中國/香港近日，TÜV南德意志集團（以下簡稱“TÜV南德”）發布了“自適應物理安全與信息安全”白皮書，提出了面向智能制造的動態風險評估方法，實現工業4.0系統的運行時監控，同時實現對安全措施和系統變化的自動驗證。

工業4.0是一次重大的范式轉變，企業信息技術（IT）和運營技術（OT）的日益融合使系統和設備能夠在全球范圍交換和共享數據。然而，隨著工業4.0生產設施的復雜化，企業需要新的風險管理方法。TÜV南德意志集團通過受專利保護的自適應物理安全和信息安全系統（Adaptive Safety & Security System，簡稱AS3），實現對以大量交互和數據流為特征的動態工業4.0系統的運行時“@Run-time”監控，同時實現對安全措施和系統變化的自動驗證。

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

從I3.0到I4.0安全范式轉變

自適應物理安全與信息安全解釋

此外，“動態安全”不僅限于動態I4.0-系統（如AGV和機器人），也適用于各種I3.0-系統的生產機械。目前I3.0系統正在經歷向I4.0的數字化轉型，其機械系統達到運行極限，通過動態安全措施，可以改善機械在全生命周期中殘余風險抑制方面的灰色地帶。

案例研究：車床事故

發生在德國的事故將上述風險情景帶入現實世界。一臺車床的安全門被撞開，在設備附近工作的操作人員不幸身亡。

根據相關的機械標準（《ISO 23125-機床-安全-車床》），安全門機械阻力有限，有時該阻力明顯低于車床的最大工件負載能力。當前的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險，但并不能完全消除風險。”然而，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器時可能會閱讀說明書，經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，能在運行時進行自動風險評估的評估工具會更加有效。該系統會自動向系統所有人/操作者發出危險警告，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入機械所在區域，視覺或聽覺示警，在轉彎和鄰近機械之間設置（移動）屏障等適用措施。

物理安全事故案例圖
50公斤的安全門被工件撞飛，導致鄰近機械的操作人員死亡

在經過數十年積累的物理安全和信息安全專業知識的支持下，TÜV南德意志集團獨特的AS3解決方案提供了基于事件觸發的動態風險評估和安全措施自動驗證。這一概念旨在協助系統設計和操作人員在虛擬仿真和現實世界的應用中都可以正確應對復雜風險狀況。AS3可以執行持續和全面的風險評估，這是在智能制造環境中確保穩定運行、提高產能和減少停機時間所必需的。

AS3成功的關鍵在于嵌入了實際制造系統的數字表示——數字孿生或資產管理殼。這些所謂的信息物理系統（Cyber-physical systems）可以通過多種方式使用數字孿生進行建模，結合了現實世界和虛擬世界的優勢，具有極大提高工業績效的潛能。

AS3為數字孿生配備了定制化的物理安全檔案和信息安全檔案。物理安全檔案的建模可從一般和特定的應用角度來說明資產的安全屬性。這可以認為是工業資產的 “安全孿生”或其AAS的“安全子模型”，其中危險和風險屬性以數字形式定義。然后，推理引擎會根據實際應用的約束來處理這些檔案。這一步相當于在虛擬世界定義了現實世界的應用的環境邊界和風險抑制能力，從而在運行時進行自動的風險評估。

AS3解決方案與整個系統生命周期相關，跨越設計、調試、運行和維護過程。AS3可以與現有仿真工具接口，并在現有的企業平臺上運行。作為工業資產數字孿生的一部分，在設計階段用于（線下）風險評估模擬，并在運行期間對變化事件作出即時反應。

通過AS3，可以實現：