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Rust：構建可靠、高效和安全的工業自動化系統

行業科普 2025年07月01日 15:25:42來源：控制工程網 20777

摘要工業自動化領域是一個獨特的世界，它有自己的復雜性和維持供應鏈流動的關鍵系統。安全、精確和快速被視為工業自動化的基本要素。

　　【儀表網行業科普】以速度、安全性和性能而聞名的編程語言Rust正在受到更多關注。一些企業已經在利用Rust來解決工業自動化中的關鍵和復雜問題。

　　工業自動化領域是一個獨特的世界，它有自己的復雜性和維持供應鏈流動的關鍵系統。安全、精確和快速被視為工業自動化的基本要素。在這種獨特的環境中，一種現代編程語言正悄然嶄露頭角。以速度、安全性和性能而聞名的編程語言Rust，正在工業領域慢慢站穩腳跟，并有望重新定義自動化系統的構建和維護方式。

　　什么是Rust？

　　Rust是一種編程語言，其設計具有將高性能與卓越安全性相結合的獨特能力。Rust由Mozilla研究院于2010年推出，旨在解決低級編程中面臨的挑戰，如內存管理和并發性，而不會影響速度，這與C和C++等傳統編程語言不同。

　　在過去十年里，隨著最新先進技術的出現，工業自動化取得了重大進展。它不再僅僅通過自動化使制造業運行，而是要更快、更智能、更安全地完成它。雖然C和C++等傳統編程語言到目前為止一直可靠，但它們也有自己的一系列挑戰，例如內存泄漏、數據競爭和安全漏洞。Rust旨在通過其獨特的設計從根本上解決這些問題。

　　預計Rust將很快成為開發新的工業和自動化應用程序的一個主要語言。根據一項名為 “內存安全挑戰是否已經解決？對所有Rust CVE的深入研究”顯示，在嵌入式系統和電子設備中，60-70%的安全漏洞是由內存問題引起的。Rust直接解決了這些問題，為安全軟件開發提供了重大改進。

　　安全而不犧牲速度

　　Rust最突出的特點是它非常注重內存安全，沒有垃圾回收器。對于工業系統來說，一次碰撞可能會使整個生產線停止運行，這是一個改變游戲規則的因素。Rust的編譯檢查可以在代碼運行之前防止常見錯誤，確保軟件不僅快速，而且可靠。這種安全級別，再加上與C++相當的高性能，使Rust成為不能出現故障的自動化系統的理想選擇。

　　在工業自動化系統中，通常需要同時運行多個過程。例如，PLC控制器處理來自多個傳感器的數據，這些傳感器在任何給定的時間內監測工況，并使機器人在毫秒內執行動作，做出相應的反應。Rust的并發方法不允許數據競爭，意味著這些進程可以平穩地并行運行，而不必擔心在其它語言中觀察到的不可預測的行為。在毫秒必爭的復雜實時自動化環境，Rust成為完美選擇。

　　安全是首要關注點

　　安全性是當今世界最關心的問題之一，在工業自動化應用中也至關重要。隨著物聯網和智能工廠的出現，設備比以往任何時候都更加互聯，不幸的是，這也使它們更容易受到潛在的網絡攻擊。Rust的內存安全特性不僅有助于防止崩潰，還可以減輕緩沖區溢出等常見安全漏洞，而緩沖區溢出是許多網絡攻擊的根本原因。通過實施嚴格的內存安全，Rust降低了人為錯誤引入安全漏洞的風險。Rust還消除了許多低級錯誤，從而減少了自動化系統中的攻擊面，使攻擊者更難利用薄弱點。

　　分布式系統的可擴展性

　　我們看到分布式系統上的應用越來越多。應用程序分布在整個工業領域，以蜂巢式的思維進行對話和合作。有效擴展這些分布式系統的能力，比以往任何時候都更重要。Rust完全符合這一點，能提供所需的性能。使用async/await語法的Rust異步編程可以更輕松地同時處理大量任務，而不會減慢速度或崩潰。

　　Rust在工業自動化中的實際應用

　　盡管Rust還不是工業自動化領域默認的編程語言，但它正慢慢受到很多關注。一些公司已經在利用Rust來解決工業自動化中的關鍵和復雜問題。

　　嵌入式系統：自動化的支柱

　　Rust被證明有效的領域之一是嵌入式系統。這些是嵌入在傳感器、控制器和機器人手臂等設備中的微型計算機，一般運行在底層資源上。

　　幾十年來，這些系統都是用C或C++編寫的，因為它們的速度和對硬件的低級訪問，但Rust在這場競賽中越來越受歡迎。有了Rust，就不需要在速度和可靠性之間做出選擇，設備可以兩者兼得。

　　物聯網：連接智能工廠

　　Rust可以發揮作用的另一個領域是物聯網，隨著智能工廠的發展，物聯網應用迅速增長。智能工廠使用互聯設備在工業環境中執行每個任務。大型工廠可能有數百甚至數千個互聯的設備，都在通信和共享數據。

　　為了在這個層面執行操作，行業需要可擴展和安全的系統。得益于其先進的并發模型，Rust能夠同時處理多個任務，使其非常適合這些環境。

　　羅克韋爾自動化是工業自動化和數字化轉型的全球領先企業，一直在探索將Rust用于各種物聯網相關項目。通過采用Rust，不僅顯著提高了性能，還減輕了許多安全風險，如內存安全漏洞和緩沖區溢出。，此外，它還能顯著降低被針對物聯網設備的網絡攻擊利用的風險。

　　機器人：精準與安全

　　機器人領域，則是Rust開始嶄露頭角另一個領域。在工業環境中，機器人可以處理大多數潛在的危險任務。確保其行動是可靠和可預測的至關重要。

　　傳統上，機器人軟件在性能上嚴重依賴C++，但C++在并發進程方面有缺點。在機器人中使用Rust，可確保在工業環境中機器人系統所需的安全性和精度。它可以降低導致昂貴甚至危險故障的錯誤風險。

　　Robonomics是一個用于物聯網應用和復雜機器人的開源去中心化平臺，為機器人操作系統(ROS 2)開發了基于Rust的中間件，提高了機器人操作的安全性和效率。

　　隨著技術進步，工業自動化領域也在不斷發展。采用尖端技術以實現創新和安全的壓力，比以往任何時候都更大。Rust不僅僅是一種編程語言，它也改變了我們構建可靠、高效和安全的工業系統的方式。在復雜的工業自動化世界中，Rust提供了性能、安全性和先進功能的理想平衡。對于任何致力于保持工業自動化前沿地位的企業來說，Rust不僅僅是一個值得考慮的選擇，更是前進的方向。

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