工业工程应用人工智能的工控安全系统设计

工业工程应用人工智能的工控安全系统设计

史向翌

机械工业第六设计研究院有限公司

摘要：科学技术的发展，促进了我国人工智能技术的发展，并在工业工程中得到了广泛的应用。随着网络安全形势的加剧以及国与国之间的网络对抗，制造业企业的工业控制系统网络安全状态受到较大的影响，企业迫切需要一套切实有效的工控网络安全建设解决方案，本文就工业工程应用人工智能的工控安全系统设计工作进行研究，从而实现工业控制系统网络安全从检测、防护、处置的全流程闭环网络安全。

关键词：工控安全系统；人工智能；工业工程

引言

。传统的安全防护手段往往无法应对复杂和不断变化的网络攻击，而工控系统的安全性对于保障工业生产的连续性和稳定性至关重要。近年来，人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术在许多领域取得了显著进步，包括图像识别、自然语言处理、预测分析等。这些进步为AI在工控系统安全防护中的应用提供了可能性。通过利用AI的强大分析和处理能力，可以对工控系统中的数据和流量进行深入分析，及时发现并阻止潜在的威胁。

1人工智能发展现状

近年来，人工智能产业在政策与技术的双重驱动下呈现高速增长态势。根据IDC（International Data Corporation）的最新数据，2022年全球人工智能收入预计同比增长19.6%，达到4328亿美元，包括软件、硬件和服务。从工业机器人来看，根据IFR（International Federationof Robotics）的最新数据，2022年全球安装的新工业机器人数量为55.3万台，同比增长6.9％，创历史新高，全球工业机器人的库存量创下了约400万台的新纪录。图1展示了近10年来全球工业机器人安装情况，安装量呈现明显的上升趋势。其中，中国已连续10年成为全球最大的工业机器人消费市场。全球人工智能的快速发展，离不开资本的推动。从2015-2021年全球人工智能融资情况来看，融资数量除了在2020年略有下降，其余年份均保持快速增长趋势。2021全球AI领域共完成2841笔交易，同比增长16.1%。

2面向工业工程应用的工控安全系统设计

2.1工业网闸系统部署

工业网闸系统被部署于生产专用网络和数据中心业务网之间，借助其独特的私有协议数据摆渡能力来确保两者之间的物理隔离。这一系统作为信息安全设备，连接两个独立的主机系统，通过使用带有多种控制功能的开关读写介质在内外网之间进行通信。工业网闸的传输方式一般具有两种形式。其一是单向传输模式，该模式下，数据仅允许在一个方向上流动，反方向的流动会被截断。此模式通过隔离单元拆解数据包，阻止基于传输控制协议（Transmission ControlProtocol，TCP）TCP、网际协议（Internet Protocol，IP）等网络协议的攻击。其二是双向传输模式，该模式允许数据在两个方向上流动，但通过私有通信并在隔离单元中拆解和重组数据包确保安全性。这种方式在保持物理隔离的同时，允许数据高速交换，且使基于TCP、IP等网络协议的攻击失效。

2.2资源管理与能源优化

人工智能可以帮助优化工业的资源配置和能源消耗，实现可持续发展和保护环境的目标。在资源管理和能源优化方面，人工智能可以利用优化算法进行决策支持，通过考虑生产过程中的多个变量和约束条件，人工智能可以帮助企业制订出最佳的资源配置方案。例如，在原料采购和库存管理方面，人工智能可以根据市场需求和供应情况，自动调整采购计划和库存水平，避免资源的浪费和过量投入。此外，人工智能还可以结合智能化设备和系统，实现能源的自动化控制和优化。例如，通过与智能传感器和执行器相配合，人工智能可以实现对设备能耗的实时监测和调整。智能控制系统可以根据实时数据和能耗模型，自动调整设备的运行参数，使其在最佳能效下工作。这种自动化的能源控制可以提高能源利用效率，减少能源浪费和环境污染。人工智能在工业的资源管理和能源优化方面具有广阔的应用前景，通过不断研究和创新，人工智能可以帮助工业实现资源的有效利用和能源的可持续发展，推动工业向智能化、高效化和环保化的方向发展，这将为工业带来更强的竞争力和更好的发展机遇。

2.3工业审计系统部署

在生产专用网中，报文审计方法以及入侵检测方法均能通过工业审计系统的多种功能来实现。工业审计系统的信息安全策略则是来自“白名单”机制，这样的信息解决方式可称为“白环境”。“白环境”是对工控的相关信息进行监控，这样能获取工控的网络数据与主机状态等，对获取的信息进行分析，进而设置工控安全状态的基线。借助“白环境”，工控网络的安全得以加固。工控网络中，只有被赋予信任标识的设备能进行连接；在网络传输中，数据信息同样需要被经过赋予信任后才能传输；相关软件的运行与执行，也需要被赋予信任标识后才能运行。当检测到来自办公网络或能源环网的工控安全威胁，或者发现工业通信协议的异常时，系统将自动触发报警并进行审计。这种方法确保了工控网络的稳定性和安全性。

2.4建立健全人工智能推进新型工业化健康发展的标准体系

人工智能对于推动新型工业化的健康发展具有重要作用，其基础建立在科技、市场和科学研究之上。在此基础上，提出了一个适用于人工智能推动新型工业化发展的标准系统。为实现这一目标，首先，需要建立一个完善的、以人工智能为核心的新型产业化发展标准体系，重点解决由于人工智能技术分类不清晰而导致的标准化难题。需要清晰地界定一般人工智能与核心技术之间的相互关系，并对其进行优化，使其能够充分体现创新活力迸发、成果转化和机制创新，努力打破产业发展的障碍，促进不同产业之间以及同一产业内部企业之间的深入沟通，实现产业要素的平等交流，使其自由、规范、有序流通。其次，需要有针对性地构建以人工智能赋能应用为核心的新型工业化和以技术创新发展为核心的技术创新发展体系。这不仅需要建立一个以人工智能为核心的通用技术体系，同时也需要提供一个适用于快速构建新型工业化的创新应用体系，并为以人工智能为代表的新型工业化发展提供实践指南。这样可以为人工智能赋能新型工业化的发展奠定坚实的标准基础。再次，要不断完善人工智能技术发展推进新型工业化的产品应用标准，可在技术研发、试验、生产、物流、管理、营销等各个环节，通过产品研发、中试应用和产品培育等方式，对推进人工智能赋能新型工业化发展的企业给予适当财政支持，以帮助企业更加充分地进行应用研发，从而建立完善的产品应用矩阵。

结语

在当今工业生产环境中，工控系统的安全性至关重要。任何潜在的威胁或攻击都可能对生产造成严重中断和损失。此次研究设计了工业工程应用人工智能的工控安全系统，着重介绍了基于机器学习的网络攻击检测、基于随机森林的恶意加密流量检测，以及基于长短期记忆神经网络的域名检测。通过结合不同的人工智能技术，可以有效提高工控系统的安全性，实时检测和应对各种网络威胁。这不仅有助于保障工业生产的稳定性和连续性，还为更加智能和自适应的工控安全系统设计提供了参考和启示。

参考文献

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[3]张博,刘绚,于宗超,等.基于人工智能的电力系统网络攻击检测研究综述[J].高电压技术,2022,48(11):4413-4426.