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1 工業(yè)大數(shù)據(jù)簡介
通常情況下，企業(yè)價(jià)值比較高的核心業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)，都使用專門的信息系統(tǒng)來定制存儲(chǔ)。在上世紀(jì)六十年代之后，信息技術(shù)不斷用于工業(yè)領(lǐng)域，逐步形成了客戶關(guān)系管理(CRM)、產(chǎn)品生命周期管理(<a href="http://googro.cn"">PLM)、供應(yīng)鏈管理(SCM)和企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)等企業(yè)級的信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中積累的各種數(shù)據(jù)是工業(yè)方面?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，存在于企業(yè)的內(nèi)部，主要包括：客戶服務(wù)數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)、生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品研發(fā)數(shù)據(jù)。工業(yè)大數(shù)據(jù)的特征可基本描述如下：
1)強(qiáng)關(guān)聯(lián)。一方面是指可能會(huì)涉及到不同學(xué)科和專業(yè)的數(shù)據(jù)，在其產(chǎn)品生命周期的統(tǒng)一階段。另一方面指的是產(chǎn)品生命周期當(dāng)中的各個(gè)階段生成的數(shù)據(jù)需要建立銜接聯(lián)系，也就是將保障階段的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)制造階段進(jìn)行傳達(dá)，同時(shí)，將設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)單向發(fā)送給保障階段。
2)高通量。是指工業(yè)傳感器需要短時(shí)間寫入超大規(guī)模的數(shù)據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的研究標(biāo)志是鑲?cè)胧絺鞲衅鞯闹悄芑ヂ?lián)產(chǎn)品，同時(shí)也是將來工業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向，所以說，工業(yè)大數(shù)據(jù)的主體重點(diǎn)集中在機(jī)器數(shù)據(jù)上。例如風(fēng)機(jī)裝備，數(shù)據(jù)采樣頻率為50Hz時(shí)，每臺機(jī)器平均125個(gè)測點(diǎn)，風(fēng)機(jī)則處于故障的狀態(tài)，某公司總共擁有超過一萬臺的風(fēng)機(jī)，瞬時(shí)數(shù)據(jù)的峰值超過一億數(shù)據(jù)點(diǎn)。
2 MES系統(tǒng)信息安全需求分析
通過建立健全自動(dòng)化的生產(chǎn)基礎(chǔ)，企業(yè)就能夠完善生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，在此過程當(dāng)中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，主要是MES系統(tǒng)對企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)管理鏈接。但是，一旦成功連接企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)以及外部的互聯(lián)網(wǎng)，就會(huì)面臨來自外部網(wǎng)絡(luò)的病毒入侵或者是黑客攻擊等方面的威脅。如果這些威脅侵入到工業(yè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，一方面會(huì)竊取系統(tǒng)當(dāng)中的安全信息，另一方面還可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)崩潰。
所以說，企業(yè)信息化發(fā)展中需充分注意的問題是保持MES系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需引入一定的風(fēng)險(xiǎn)評估并采取積極防范方法。研究可知，作為連接企業(yè)BPS和PCS之間的紐帶，MES系統(tǒng)信息的安全問題逐漸凸顯。MES系統(tǒng)的安全性是步驟繁瑣的技術(shù)工程，并致力于解決各種安全隱患和不安全因素，從而獲得計(jì)算機(jī)各方面的性能高效與穩(wěn)定。
MES系統(tǒng)的信息安全包括如下設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1)防止信息的危險(xiǎn)泄露，即確保信息在傳輸過程當(dāng)中免于竊取。
2)要確保系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)作過程當(dāng)中的安全性，并使其問題縮減到最小。
3)保證信息在有需求的時(shí)間、地點(diǎn)和方式下可以正常使用，并且要保證信息的完整、一致及正確性。
具體而言，MES系統(tǒng)的信息安全可細(xì)分為如下功能安全需求：
1)可追溯性要求。是指能夠隨時(shí)對系統(tǒng)的狀態(tài)以及用戶的各種行為進(jìn)行查詢，并且能夠深入到執(zhí)行步驟的細(xì)節(jié)內(nèi)容，不論合法用戶的各項(xiàng)操作或者是非法用戶的入侵行為，各種活動(dòng)都要保留路徑記錄，并且要滿足其查詢和追溯性。若要確保MES系統(tǒng)的總體安全，就需要采用多方位的防護(hù)，整體上包含從基本技術(shù)到管理、從硬件到網(wǎng)絡(luò)等各個(gè)方面，但其應(yīng)用層是安全保護(hù)的弱點(diǎn)，本文再次設(shè)計(jì)MES系統(tǒng)的安全架構(gòu)，從而改進(jìn)系統(tǒng)的安全性能。
2)完整性需求?？梢源_保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、功能性，以及其正確運(yùn)行和資料的完整性，從而維護(hù)程序、資料免遭非法的破壞和改變。
3)保密性需求。系統(tǒng)要求可以有效避免內(nèi)部信息的泄露，避免在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生泄露問題。
4)故障恢復(fù)需求。在系統(tǒng)發(fā)生硬件或者軟件問題時(shí)，能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常并且繼續(xù)投入服務(wù)。
5)有效性需求。需要系統(tǒng)持續(xù)有效地提供系統(tǒng)資源，包括系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和功能，從而使合法用戶隨時(shí)可以利用系統(tǒng)以及資源來推進(jìn)展開業(yè)務(wù)。除此之外，系統(tǒng)還需要有效判斷并且合理抵制非法用戶的侵入以及破壞行為。
3 MES系統(tǒng)下工業(yè)大數(shù)據(jù)安全機(jī)制的設(shè)計(jì)
3．1 身份驗(yàn)證與控制
為保證信息安全以及數(shù)據(jù)的完整，應(yīng)當(dāng)采取合法取證以及非法訪問原則，也就是說假設(shè)所有非法用戶訪問的請求是從客戶端進(jìn)行接收，這就要求首先驗(yàn)證訪問用戶的身份。除此之外，對于用戶請求的相關(guān)活動(dòng)，即數(shù)據(jù)的各種操作，全部展開合法的取證，僅僅保留驗(yàn)證通過的相關(guān)請求，對這些請求調(diào)用智能變換處理，只有這樣才能夠保證數(shù)據(jù)安全。本架構(gòu)防護(hù)以及驗(yàn)證的過程當(dāng)中統(tǒng)共包括4個(gè)不同的層次，分別是：登錄驗(yàn)證層次、操作驗(yàn)證層次、訪問驗(yàn)證層次以及數(shù)據(jù)驗(yàn)證層次。
3．2 訪問控制策略
首先是基于角色的控制。MES系統(tǒng)在整理業(yè)務(wù)流程以及業(yè)務(wù)功能的前提下，依據(jù)多方利益的分析，可以抽象系統(tǒng)當(dāng)中的不同角色，每個(gè)角色借助于相應(yīng)的系統(tǒng)功能處理富含針對性的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，需要承擔(dān)系統(tǒng)功能，構(gòu)建訪問控制的列表，總地來說，包括允許訪問的功能以及菜單。為了保證系統(tǒng)訪問正常，需要禁止某些類型的操作。因此，其設(shè)定目的是禁用控制表，例如禁用菜單以及操作列表等。其次是菜單矩陣還有功能矩陣。
工業(yè)企業(yè)當(dāng)中，MES系統(tǒng)需要為業(yè)務(wù)流程提供配套的操作能力。為了滿足系統(tǒng)伸縮性這一領(lǐng)域的要求，就要求生成多級、動(dòng)態(tài)的菜單包含的業(yè)務(wù)功能或子程序的控制輸出系統(tǒng)，最終即可研發(fā)得到操作界面。操作界面的組合需要針對各種業(yè)務(wù)，從而規(guī)范、并優(yōu)化建立了菜單矩陣以及功能矩陣。再次，是管理用戶權(quán)限。這就要求實(shí)現(xiàn)訪問控制，將角色賦予用戶。用戶則擁有不同級別的訪問權(quán)限。
在企業(yè)MES的流程應(yīng)用過程當(dāng)中，企業(yè)用戶都配有一個(gè)帳戶進(jìn)行訪問，這也是用戶的標(biāo)識。為了保證帳戶可靠與有效，用戶帳戶均要由系統(tǒng)管理器協(xié)約管理，并設(shè)計(jì)具體的分配。除此之外，系統(tǒng)的不同用戶都需要?jiǎng)澏üぷ髀氊?zé)。對MES系統(tǒng)而言，用戶可能擁有一個(gè)或者是多個(gè)不同的系統(tǒng)角色，權(quán)限控制借助于角色訪問來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)本著權(quán)限最小的原則，合理安排角色授權(quán)，設(shè)置禁止訪問列表來約束訪問權(quán)限，科學(xué)建立一個(gè)邊界安全訪問的系統(tǒng)。
3．3 系統(tǒng)安全審計(jì)
MES系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中需要完善捕獲系統(tǒng)以及記錄系統(tǒng)，從而留存記錄各項(xiàng)關(guān)鍵動(dòng)作，以及用戶操作連同發(fā)生的位置，同時(shí)，還記錄了不合法用戶的入侵的痕跡，留下可靠證據(jù)。需要注意的是，用戶以及管理人員的各項(xiàng)操作是MES系統(tǒng)的重點(diǎn)監(jiān)視內(nèi)容。企業(yè)的審計(jì)人員能夠隨時(shí)隨地獲取指定部分記錄，并且執(zhí)行審計(jì)方案，一旦發(fā)現(xiàn)違反安全規(guī)定的相關(guān)活動(dòng)，就需要調(diào)研推理實(shí)施后果，進(jìn)而采取有針對性的安保措施。
3．4 安全運(yùn)行管理
大部分的MES系統(tǒng)是由管理員來進(jìn)行管理。雖然管理比較簡單，不過安全風(fēng)險(xiǎn)也比較明顯。如果管理員帳戶遭到破壞，其它的安全措施將隨即失效。因此應(yīng)當(dāng)劃分系統(tǒng)的權(quán)限從而實(shí)現(xiàn)相互限制，避免權(quán)限過度集中。研究中，設(shè)計(jì)劃分的方法如下。
首先需要設(shè)置用戶管理員，這一管理員負(fù)責(zé)安排用戶帳號并且撤銷用戶，同時(shí)分配用戶角色，也能夠重置用戶的密碼。其次是安全管理員，這一管理員主要維護(hù)系統(tǒng)的功能以及菜單，掌握角色控制列表。用戶管理員以及安全管理員之間彼此獨(dú)立，而且互相監(jiān)督。當(dāng)用戶權(quán)限協(xié)調(diào)的情況下才可以進(jìn)行分配，并且實(shí)現(xiàn)分級管理，根據(jù)工廠、車間等組織結(jié)構(gòu)、或是根據(jù)不同的業(yè)務(wù)范圍，來劃分成具體的層次。管理員只可以在權(quán)限范圍當(dāng)中確立操作模式。如此一來就形成了差異化管理和集中管理的技術(shù)模型。工業(yè)企業(yè)就能根據(jù)自身管理機(jī)制以及規(guī)模來引領(lǐng)并提升整體應(yīng)用設(shè)計(jì)。
3．5 Web安全策略
應(yīng)當(dāng)根據(jù)MES系統(tǒng)常見的網(wǎng)絡(luò)入侵威脅，例如SQL注入、cookie破壞以及緩沖區(qū)溢出等，來設(shè)置延拓于事前以至事后的防御機(jī)制。事前需要盡可能在短時(shí)間內(nèi)判斷風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)采取相應(yīng)的修復(fù)措施；事中需要主動(dòng)防御進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，早期發(fā)現(xiàn)，早期設(shè)防，使風(fēng)險(xiǎn)和損失降到最低。此框架為Web層面的安全策略，能夠定期檢測Web當(dāng)中存在的漏洞，監(jiān)控拒絕服務(wù)攻擊等，幫助企業(yè)打造安全監(jiān)控機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，工業(yè)企業(yè)需要掌握MES系統(tǒng)的安全狀況，從而最大限度規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。
3．6 會(huì)話安全策略
HTTP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議屬于無狀態(tài)協(xié)議，這一協(xié)議無法維護(hù)兩個(gè)不同事務(wù)的連接，MES系統(tǒng)當(dāng)中的程序涉及到用戶的交互操作，同時(shí)會(huì)對交互操作伴隨全面詳情記錄，所以需要維持會(huì)話狀態(tài)。系統(tǒng)的會(huì)話狀態(tài)要求記錄用戶信息在客戶端中，或記錄在服務(wù)器端，但還需要用戶請求以及服務(wù)器程序的對話傳輸ID。這些信息都容易成為黑客攻擊的對象，一旦被盜將會(huì)發(fā)生會(huì)話冒用問題，進(jìn)一步發(fā)展成為會(huì)話劫持，從而超出權(quán)限進(jìn)行訪問并且刪除數(shù)據(jù)。
為了有效避免這類攻擊，一方面需要使用加密措施來強(qiáng)化用戶以及ID等環(huán)節(jié)；另一方面，開發(fā)監(jiān)控會(huì)話狀態(tài)以及異常警報(bào)的策略。相應(yīng)地，會(huì)話鎖定是指提供會(huì)話鎖定以及解鎖的功能，同時(shí)可以支持建立交互會(huì)話。在會(huì)話不再活動(dòng)的時(shí)候，鎖定會(huì)話，甚至是結(jié)束會(huì)話。如果用戶靜止的時(shí)間比較長，鎖定會(huì)話可研究給出如下方法：
1)刪除或涂抹在顯示設(shè)備上的，使之設(shè)置為不能閱讀的內(nèi)容。
2)對全部用戶數(shù)據(jù)操作的活動(dòng)實(shí)施解鎖。
3)識別解鎖前，需要核實(shí)用戶的身份。
而異常報(bào)警是指在會(huì)話的過程當(dāng)中監(jiān)視用戶操作相關(guān)行為，保護(hù)異常行為，并生成報(bào)警，例如刪除以及修改數(shù)據(jù)的操作，或者是同一用戶在不同位置請求會(huì)話等。
4 結(jié)束語
工業(yè)大數(shù)據(jù)可以說是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)智能化的可靠途徑，是改進(jìn)競爭力以及生產(chǎn)率的核心因素。中國不僅是一個(gè)制造商，更是一個(gè)使用者，工業(yè)大數(shù)據(jù)的主體即是在裝備應(yīng)用過程當(dāng)中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為智能制造的發(fā)展提供重要的戰(zhàn)略資源。在此過程當(dāng)中，工業(yè)數(shù)據(jù)攸關(guān)國家安全以及主權(quán)，對于國民經(jīng)濟(jì)和人民生活具有密切相關(guān)的基礎(chǔ)推動(dòng)作用。
總而言之，工業(yè)大數(shù)據(jù)是一個(gè)持續(xù)發(fā)展中的學(xué)科，在模型理論、內(nèi)涵擴(kuò)展、事實(shí)途徑以及具體的實(shí)施策略方面均存在廣闊的研發(fā)創(chuàng)新空間。這就要求研究付諸實(shí)踐的同時(shí)要緊密結(jié)合中國的國情，加大投資并且探索發(fā)展工業(yè)大數(shù)據(jù)的合理路徑，同時(shí)提升工業(yè)大數(shù)據(jù)的安全防護(hù)力度，從而順利實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。
