産業用制御システムとは？ わかりやすく10分で解説

産業用制御システム（ICS）とは

産業用制御システム、通称ICSは、私たちの日常生活に深く影響を与える重要なインフラを管理・制御するためのシステムの一つです。電力供給、水供給、ガス供給、交通管理など、社会の安全・安心を支える重要な施設が、このICSによって制御・運用されています。

デジタル技術の進歩により、物理的なプロセスをより高度に制御することが可能となり、その中心的な役割を担っているのがICSです。具体的なICSの例としては、監視制御システム（SCADA）、分散制御システム（DCS）、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）などが挙げられます。

その他にも、工業製品の製造ラインやビル管理における空調・照明制御など、横断的に利用されています。近年は第四次産業革命やIoTの進化とともに、ICSの役割と重要性は増しています。

サイバーフィジカルシステムの役割

ICSは物理的なプロセスをデジタル技術で制御するため、サイバーフィジカルシステムとも呼ばれます。サイバーフィジカルシステムは、リアルな世界（物理世界）とデジタル世界（サイバー世界）をつないで、物理世界を高度に制御することを可能にします。

サイバーフィジカルシステムの進化により、前後の工程や異なる設備間も連携させることができ、かつては別々で機能していたシステム同士が一体となって動作するようになりました。これにより、全体の効率化や生産性の向上が可能となります。

しかし、その一方で新たなセキュリティリスクが生じます。物理的な操作をデジタルで行うサイバーフィジカルシステムは、不正なデジタル操作により、物理的なダメージをもたらす可能性があります。そのため、ICSのセキュリティ対策は非常に重要な課題となっています。

ICSを構成する主要な要素

ICSは主に監視制御システム（SCADA）、分散制御システム（DCS）、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）の3つの要素で構成されています。それぞれ異なる役割を持ちつつも、連携することでより複雑な制御を可能にします。

SCADAは遠隔地の設備やインフラを監視・制御するためのシステムで、工場やビルの制御だけでなく、電力網や水道網といった広域のインフラ制御にも用いられます。DCSは特定のプラント内の制御を分散して行うためのシステムで、工程全体の最適化を図るのに役立ちます。

また、PLCは各設備の具体的な動作を制御するためのコントローラで、信号の読み取りから指示出力までを高速に行います。PLCは一般に堅牢で信頼性が高く、厳しい環境でも動作可能な特性を持っています。

ITの視点から見たICSの特性

一般的なITシステムとICSを比較すると、いくつか特筆すべき違いが見られます。その一つがライフサイクルの長さです。ITシステムは数年単位で入れ替えられることが多いのに対し、ICSは数十年にわたって利用されることも珍しくありません。これは、ICSが施設や設備と一体となって設計・構築され、また堅牢に作られているためです。

また、ICSは業務継続性が非常に重要とされるため、更新・改修には慎重さが求められます。そのため、既存のシステムを容易に変えられない制約があります。これにより、新たな技術の導入が難しくなる一方、古い技術が長期間使われることでセキュリティリスクが生じることもあります。

最後に、ITシステムとICSの間で情報セキュリティの考え方にも違いがあります。ITシステムでは情報の機密性が重視されますが、ICSでは施設の利用可能性が最優先となります。このため、ITとICSでセキュリティ対策が異なることに注意が必要です。

ICSの主要な技術

産業用制御システム（ICS）は、電力、水道、ガス、交通といったライフラインとなる重要インフラの管理・制御を行うために不可欠なシステムです。このセクションでは、ICSが包括する主要な技術を解説します。

監視制御システム（SCADA）

SCADAとは、「Supervisory Control and Data Acquisition」の略で、一言で言えば遠隔監視制御システムです。極めて広範な地理データを対象に、情報収集や遠隔制御を行います。SCADAは原子力発電、油田、ガスパイプライン、交通制御、水処理など、大規模なインフラにおいて非常に重要な役割を果たしています。

SCADAは、各種センサーや機器からの情報をリアルタイムで収集し、一元的に管理することで、素早く適切な運用や異常への対応を可能にします。この仕組みにより、効率的な作業体制を確立し、事故のリスクを最小限に抑えることができます。

しかし、その一方でSCADAシステムがネットワーク化され、リモートからの制御が可能になることで、サイバー攻撃のリスクが増大する問題も生じています。その対策として、サイバーセキュリティ対策が必要な要素となっています。

分散制御システム（DCS）

次に、分散制御システム（DCS）もICSの重要な構成要素です。DCSは、産業活動における自動化を実現するために開発されたシステムで、プロセス制御と管理を一元化することで、プロセス全体を効率的にすすめることができます。

DCSは、化学プラントや発電所などにおいて、様々な装置やセンサーからデータを収集し、中央コントロールルームからこれらの装置を制御します。情報は分散化され、プロセス全体が最適化されることで、生産効率の向上やエネルギーの節約が可能になります。

しかし、DCSも同様にネットワーク化の進展により、サイバー攻撃のリスクが増加しています。これに対しては、適切なセキュリティ対策が求められます。

プログラマブルロジックコントローラー（PLC）

さらに、産業用制御システムにはプログラマブルロジックコントローラー（PLC）が含まれます。PLCは、工場などの自動制御システムにおける重要な要素で、特定の制御ロジックに従って機器を制御します。

PLCは元々、電磁リレー制御を置き換えるために開発されたもので、機械的な耐久性とプログラム制御の柔軟性を兼ね備え、時間ごとの複雑なシーケンス制御を可能にします。

PLCも、ネットワーク接続により制御プログラムの変更や監視が容易になりましたが、これに伴ってサイバーセキュリティのリスクが出てきています。これを軽減するためには、セキュリティを意識したシステム設計や運用が必要です。

IoTと第四次産業革命におけるICS

最後に、インターネット・オブ・シングス（IoT）と第四次産業革命の観点から見たICSについて説明します。IoTと第四次産業革命は、産業生産のデジタル化、連携、最適化を目指すコンセプトで、これを実現するために ICSは中心的な役割を果たします。

IoTを活用することで、様々な装置やセンサーの情報を繋ぎ合わせ、大量のデータをリアルタイムで分析し、最適な制御を行います。これにより、生産効率の向上、メンテナンスの効率化、エネルギー消費の削減などのメリットが期待できます。

また、インダストリー4.0では、さらにこのデジタル化が進み、工場全体がシームレスにつながった「スマートファクトリー」を実現します。しかし、これらの進展もまた、サイバーセキュリティの問題を引き起こします。このため、セキュリティ対策はICSの重要な側面となっています。

ICSの利用分野とその重要性

産業用制御システム（ICS）は、あらゆる重要インフラの管理と制御に不可欠な技術です。ICSは、物理的なプロセスをデジタル技術で制御し、これにより私たちの生活のあらゆる側面をサポートしています。ICSの利用分野とその重要性について、次に詳しく探っていきましょう。

重要インフラにおけるICSの利用

ICSは、電力、ガス、水道といった公益事業から、製造業、交通、通信等の重要インフラまで、幅広い産業分野で使用されています。中心的な役割を果たす主要な要素に監視制御システム（SCADA）、分散制御システム（DCS）、プログラマブルロジックコントローラー（PLC）などがあり、これらが組み合わさって、複雑な運用を可能にしています。

ICSの社会経済への影響

ICSは社会経済にも大きな影響を与えています。生産性の向上、効率的な資源管理、事故の予防など、ICSの使用による効果は計り知れません。しかし、同時に、ICSがネットワーク化することで、サイバーセキュリティのリスクも高まるため、これに対する対策が急務となっています。

物理的なプロセスを制御する技術

ICSは、物理的なプロセスをデジタル技術で制御するための技術として、重要な役割を果たしています。現場での具体的な作業をデジタル信号に変換し、それを解析・制御することで、機械が人力を補完することを可能にしています。物理的な動きをデジタルに変換し、逆にデジタルな指示を物理的な動きに変換することで、私たちの生活のあらゆる側面を向上させることが可能になっています。

デジタルトランスフォーメーションとICS

デジタルトランスフォーメーションの進展とともに、ICSの重要性はますます高まっています。モノのインターネット（IoT）に代表される技術進歩により、ICSはより高度な自動化と効率性を可能にしています。そして、サイバーセキュリティの強化は、この進展を支えるために重要な要素となっています。

ICSのセキュリティリスクと対策

産業用制御システム（ICS）は重要なインフラの管理、制御に不可欠なシステムですが、サイバーセキュリティの観点から見ると、様々なリスクを含んでいます。ここでは、ICSが抱えるセキュリティリスクとその対策について説明します。

サイバー攻撃に対する脆弱性

第一に、ICSは物理的なプロセスをデジタル技術で制御するサイバーフィジカルシステムであり、サイバー攻撃に対する脆弱性があります。

もともとは閉じたシステムで動作していたICSですが、現代では接続性の利便性を求めてネットワーク化が進んでいます。

その結果、外部からの不正アクセスやマルウェアの感染リスクが急速に高まっています。

ICS特有のサイバーセキュリティの課題

ICSには特有のセキュリティ課題も存在します。

たとえば、一般的な情報システムとは異なり、ICSではシステムの停止が許されないため、定期的なパッチ適用や更新が困難なケースがあります。

また、古い技術をベースにしたシステムが多く、最新のセキュリティ対策を導入するのが難しいこともあります。

サイバーセキュリティリスクの管理

これらのリスクを管理するためには、サイバーセキュリティリスクの評価と監視が重要となります。

セキュリティリスクを評価するためのフレームワークや、異常検出システムを導入することで、ICSの脆弱性を可視化し、早期に対策を取ることが可能となります。

更に、プロアクティブなセキュリティ対策として、定期的なペネトレーションテストなどを行うことも有効です。

ネットワークの安全性向上の取り組み

最後に、ネットワークの安全性を確保するための取り組みも必要です。

一例として、ネットワークを段階的に区分けし、インターネットと直接つながる部分とICS本体を隔離するネットワークセグメンテーションが挙げられます。

また、高度な暗号化技術を用いた通信の安全性の向上も重要となります。

以上がICSのセキュリティリスクとそのIT対策です。ICSのセキュリティは、我々の生活を支える重要なインフラを守るために何よりも優先されるべき課題です。

ICSの今後の展望

産業用制御システム（ICS）は、重要インフラの管理・制御に求められる必須の技術です。さらなる効率性や、安定した運用を求めて、ICSの進化は止まることを知りません。この章では、デジタル技術の進展、ネットワーク化、最先端の安全対策など、ICSの未来の方向性について解説します。

デジタル技術の進展とICS

デジタル技術の急速な進化は、ICSの世界にも大きな変化をもたらしました。物理的なプロセスをデジタル技術で制御するサイバーフィジカルシステムとも呼ばれるICSは、これまで以上に効率的で緻密な制御を可能にしています。

金属加工から食品産業、交通システムまで、あらゆる分野において、デジタル技術の進歩に伴ってICSの使い方や管理方法が進化し続けています。

しかし、これらの進歩は新しい課題も生み出しています。特にセキュリティリスクの増大は避けられない課題であり、それに対する対策が急務となっています。

ネットワーク化の進展とサイバーセキュリティ

ICSのネットワーク化の進展は、膨大な量のデータ共有と高速な意思決定を可能にしています。しかし、その一方で、ネットワークに繋がることで生じるサイバー攻撃のリスクも無視できません。

サイバー攻撃者は、ネットワーク化したICSをターゲットに攻撃を仕掛けることが可能となり、その結果、製造ラインの停止や生産量の減少など、企業に大きなダメージを与えることもあります。

そのため、サイバーセキュリティの強化は、ICSのネットワーク化とともに進めるべき重要な課題です。トレーニングプログラムの導入やセキュリティ対策の定期的な見直し等、ICSを保護するための具体的な対策が求められています。

安全対策の改善と最先端技術

近年、多岐にわたるセキュリティ対策が開発されています。それらは、サイバー攻撃の予防だけでなく、万が一の事態に備えて迅速な対応を可能にすべく設計されています。

最先端の技術としては、AIを用いた異常検知や、ブロックチェーンによるデータの不変性保持等、革新的な手法が紹介されています。

これらの技術を利用することで、ICSの安全対策は更なる進化を遂げ、高度化を果たしてゆくでしょう。

ICSの未来の方向性

ICSの未来は、さらなるデジタル化とネットワーク化が進むことが予想されます。これらの進展には、新たなセキュリティリスクが伴うことに注意しなければなりません。

すでに産業界では、高度な保護手段を求めて、AIやブロックチェーンを用いた革新的な対策が進行しています。これらの技術を更に深化させ、安全性を高めることが求められます。

また、ICSの改良には、技術者だけでなく、ユーザー自身の意識改革も必要です。

まとめ

産業用制御システム（ICS）についてまとめます。

ICSの成果と反省

ICSは重要インフラの管理と制御に大きな成果をもたらしています。物理的なプロセスをデジタル化することで、より効率的かつ正確な運用が可能となり、結果として生産性の向上に貢献します。

しかし、一方で反省点もあります。特に、インターネットの進化とともにサイバー攻撃のリスクが高まっています。これに対する防衛策の必要性がより一層強調されています。

このようなリスクに対する反省から生まれたのが、サイバーセキュリティの進化です。ICSを保護するための具体的な対策が提案され、今日ではこの領域が重要な専門分野となっています。

まとめ

これまでに説明したとおり、ICSは多くのメリットを提供しますが、それと同時にさまざまな挑戦ももたらします。今後のステップとしては、サイバーセキュリティの意識を更に高め、より進んだ保護手段を構築することが求められます。

特に、ICSに関する知識と経験を有する専門家の育成が重要です。彼らはICSの脆弱性を評価し、新たな防衛策を開発する役割を担います。

最後に、サイバーチームは外部のエキスパートからのフィードバックを積極的に得ることも重要です。その知見をもとに、システムの安全性と効率性を向上させることができます。