鄭桂龍，孟玉麗，徐建萍，吳燕紅 ZHENG Guilong， MENG Yuli， XU Jianping， WU Yanhong

（1. 貴州大學，貴州 貴陽550025；2. 重慶理工大學 化學化工學院，重慶400054）

0 引 言

制造業(yè)作為我國第二大產業(yè)，在國民經濟體系中占有及其重要的比重，制造業(yè)的發(fā)展與轉型對國民經濟的增長具有十分重要的意義。在2013 年漢諾威工業(yè)博覽會上，德國為了提高本國工業(yè)的競爭力提出了“工業(yè)4.0”，通過建立物聯(lián)信息系統(tǒng)（CPS） 把生產過程涉及到的采購、制造及銷售等相關信息集成化、智能化，從而使制造出的產品達到高效率個性化的目的[1]。在2015 年3 月15 日，李克強總理提出“中國制造2025”計劃，旨在將信息技術應用到制造設備，使得制造行業(yè)進入智能制造模式，力求在2025 年重點領域的制造業(yè)可以全面進入智能化生產，將公司運營成本、產品生產周期、產品不合格率降至原來的50%。當今，國際貿易壁壘日益嚴重，我國制造業(yè)企業(yè)必須充分利用現(xiàn)代化信息技術加速完成智能制造的轉型，向提高產品質量、降低成品不合格率、減少企業(yè)運營成本、縮短交貨期、增加客戶滿意度方向前進，提高我國制造企業(yè)在國際上的競爭力[2]。

1 我國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能制造發(fā)展緩慢，普及程度很低

目前，我國制造業(yè)企業(yè)數(shù)量已達上萬家，在中國制造業(yè)前500 強企業(yè)中，高端制造業(yè)中已經開始注重智能制造生產，并且取得很好的成果，如上海汽車集團股份有限公司、中國航空工業(yè)集團有限公司、聯(lián)想集團有限公司等大型制造業(yè)企業(yè)，但是很多小型制造業(yè)企業(yè)由于技術與領導人觀念問題依舊停留在傳統(tǒng)的制造模式上，這無疑提高了中小企業(yè)的生產成本，降低了企業(yè)的競爭力。

1.2 智能制造信息技術薄弱，利用率較低

信息技術作為現(xiàn)代化技術中的核心技術，尤其是隨著大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，信息技術取得了飛速的突破，但是在制造業(yè)中并沒有對信息技術起到足夠的重視。一方面，由于制造中生產者的文化素養(yǎng)不高；另一方面，很多制造業(yè)企業(yè)只是簡單的將數(shù)據(jù)進行收集，并沒有深度分析數(shù)據(jù)背后帶來的信息[2]。

1.3 消息傳輸鏈過長，信息存在滯后性

由于我國制造業(yè)信息技術發(fā)展時間較短，很多企業(yè)內部各部門之間信息不能實現(xiàn)實時共享，各部門管理人員需要經過交流來確保消息的流通性，極大地增加了信息的傳遞時間。企業(yè)與企業(yè)間在信息上也難以及時進行交流，相互探討，使得各企業(yè)間不能相互分享智能制造的實施經驗，由于各方面信息喪失了實時透明性，嚴重阻礙了企業(yè)整體智能制造的推進。

1.4 企業(yè)管理模式老舊，增加企業(yè)運營成本

在大數(shù)據(jù)信息技術的應用下，智能制造發(fā)展的極為迅速，但是在企業(yè)的管理上，依舊是按照原本的模式施行管理，并沒有充分意識到數(shù)據(jù)能夠帶來的監(jiān)管作用，比如在很多企業(yè)會設置監(jiān)管職務部門，生產稽查部門來充分監(jiān)視企業(yè)的運轉狀況。在智能制造的推進過程中，這無疑會增加企業(yè)運營成本，增加了產品的額外成本[3-6]。

2 大數(shù)據(jù)環(huán)境下智能制造區(qū)塊鏈

2.1 區(qū)塊鏈概述

區(qū)塊鏈作為當今依托計算機處理的現(xiàn)代化信息技術，在本質上可以將它看成去中心化分布式數(shù)據(jù)庫，主要是通過數(shù)據(jù)塊構成，每個數(shù)據(jù)塊都包含著一個特定時間的信息數(shù)據(jù)，同時利用密碼學的知識對這些數(shù)據(jù)塊進行加密。如今很多金融企業(yè)為了實現(xiàn)信息實時共享，建立彼此之間的信任度，去中心化保護信息的安全性，都已經開始逐步采用了區(qū)塊鏈技術，尤其是國際銀行，其業(yè)務區(qū)塊鏈流程主要如圖1 所示。在2008 年，一個化名叫中本聰?shù)膶W者曾經提出一種去中心數(shù)字貨幣——比特幣，隨后相關學者發(fā)現(xiàn)了基于比特幣的區(qū)塊鏈技術還能夠傳送信息，并且在此過程中不需要任何中介，也不需要用戶間彼此信任。此后又有很多學者將區(qū)塊鏈技術延伸至制造業(yè)中，以便更好地推進制造業(yè)的智能化進程，如Zhi Li、Ali Vatankhah Barenji、劭奇峰等國內外學者[7]。

圖1 國際金融行業(yè)區(qū)塊鏈流程圖

2.2 區(qū)塊鏈的應用

在國外，已經開始了進行區(qū)塊鏈技術相關的研究與應用，尤其在金融行業(yè)、企業(yè)供應鏈中使用區(qū)塊鏈技術取得了極大的成就，為企業(yè)帶來了良好的便利性與豐富的利潤。如美國花旗銀行、巴克萊銀行、瑞士銀行通過采用區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)去中心化和智能合約，實現(xiàn)了全局性多方共享單一賬本，消除了各銀行之間涉及的多余工作。在我國，區(qū)塊鏈作為信息技術方面的新興領域，對其的研究與應用得到了政府的支持與各個企業(yè)的擁抱[7]。如百度公司正在打造超級節(jié)點架構、鏈內DNG 并行技術、可回歸側鏈技術和平行鏈管理等相關區(qū)塊鏈業(yè)務技術；東軟公司在開展“區(qū)塊鏈+邊緣計算”融合架構設計技術；截止到2019 年6月，政府出臺關于區(qū)塊鏈方面的政策已達到12 項，根據(jù)區(qū)塊鏈研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國已有超過700 家企業(yè)投入?yún)^(qū)塊鏈方向，由此可見區(qū)塊鏈技術在未來正在成為新興技術發(fā)展的焦點，也將是智能制造向前跨越的重要平臺。

2.3 智能制造應用區(qū)塊鏈技術的意義

智能制造是通過人類專家與智能機器共同組合的智能系統(tǒng)——人機一體化系統(tǒng)，利用該智能系統(tǒng)在制造生產過程中可以進行快速準備的分析、判斷、決策等智能操作。在“中國制造2025”中表明，我國制造業(yè)推進智能制造工程可以有效地將企業(yè)運營成本、產品生產周期、產品不合格率降至原來的50%。針對智能制造的發(fā)展，將區(qū)塊鏈理論知識和技術融入到平臺架構中，可以打破各部門、各領導、各工作人員之間的交流限制，整合企業(yè)中各方面的信息數(shù)據(jù)，使企業(yè)信息逐步走向透明化實時共享，促進采購商、企業(yè)、銷售商、用戶之間的緊密聯(lián)系，能夠高效率地控制與管理公司的實時生產計劃，減少企業(yè)在生產過程中的額外費用，切實提升企業(yè)的應變能力、創(chuàng)新能力與核心競爭力，使企業(yè)智能制造的應用發(fā)展得到進一步的升華[8-10]。

3 大數(shù)據(jù)下智能制造區(qū)塊鏈平臺架構

3.1 大數(shù)據(jù)下智能制造區(qū)塊鏈平臺結構模型

隨著科學技術的發(fā)展和經濟全球化的加深，全球各行業(yè)之間的市場競爭愈演愈烈，各企業(yè)也迫切希望通過新的技術來實現(xiàn)自己的產業(yè)升級，從而保證自己在市場上具有一席之地。大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展推動企業(yè)向智能制造方向轉型，而區(qū)塊鏈技術的發(fā)現(xiàn)，進一步加速了企業(yè)走向智能制造的進程，優(yōu)化了企業(yè)的信息處理功能，讓企業(yè)能夠獲得更快的發(fā)展和獲得更多的利潤。在此基礎上，本文基于現(xiàn)有的傳統(tǒng)制造業(yè)正在向智能制造轉移，提出了一種大數(shù)據(jù)環(huán)境下智能制造區(qū)塊鏈平臺架構，推進了制造業(yè)向智能制造的進一步轉移，如圖2 所示。

（1） 傳感層

傳感層是通過不同類型的傳感器來獲取信息與搜集各方面的信息，將所有的信息以數(shù)據(jù)的形式存儲到數(shù)據(jù)庫中。

（2） 管理中心層

圖2 智能制造區(qū)塊鏈平臺總體框架

管理中心層對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行預處理，然后分析數(shù)據(jù)并且對數(shù)據(jù)進行加密，將數(shù)據(jù)以塊的形式打包儲存在數(shù)據(jù)庫中。通過這些數(shù)據(jù)并根據(jù)生產調度的計劃來操縱各臺生產設備，準時生產客戶所需產品，滿足客戶的需求。

（3） 信息存儲層

信息存儲層是實現(xiàn)智能制造最基礎的一個層，該層主要是保護數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈記錄，防止數(shù)據(jù)篡改與丟失，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時透明化。

（4） 應用層

應用層主要是為企業(yè)各種人員提供其所需對應的服務，如對領導人提供實時監(jiān)控服務、對工作員工提供故障預測服務，對銷售人員提供賣家需求服務等。

（5） 固件層

固件層主要是對采集的信息進行有效分析利用，它與每個層都息息相關，是其他層能夠實現(xiàn)功能作用的基礎保障。

圖3 區(qū)塊鏈環(huán)境下智能制造的業(yè)務運行模型

3.2 智能制造區(qū)塊鏈平臺業(yè)務運營模型

基于區(qū)塊鏈環(huán)境下的智能制造反應更加迅速，消息共享更加及時。供應商、董事會、管理者、生產者可以通過區(qū)塊鏈得到自己想要的信息，客戶也可以將自己的使用狀況及需求反映在區(qū)塊鏈中，以便各部門人員實時進行自己的決策。

區(qū)塊鏈環(huán)境下智能制造的業(yè)務運行如圖3 所示，在供應鏈中通過利用區(qū)塊鏈技術向供應商反饋本企業(yè)實時財務狀況，利用智能合約不需要經由第三方公司驗證及擔保，能夠為制造中在供應鏈環(huán)節(jié)中節(jié)省大量的中間費用，同時也可以使得公司選取高品質的供應商，滿足公司正常的生產運營。區(qū)塊鏈的信息實時透明性可以讓企業(yè)的董事會、經理、生產者之間實時掌握企業(yè)的動態(tài)信息，并且管理者可以實時監(jiān)測企業(yè)的生產運營狀況，節(jié)省了額外的監(jiān)督費用?？蛻敉ㄟ^區(qū)塊鏈進行反饋產品信息及需求信息又可以使企業(yè)領導人、生產者、供應商對信息進行實時了解，從而快速地做出相應的策略來滿足消費者。

4 總 結

區(qū)塊鏈技術是一種集信息共享、去中心化、防篡改等功能于一體的信息化技術，為加快制造業(yè)面向智能制造的轉型提供了新的方向與思路。本文主要是通過將區(qū)塊鏈技術融入到智能制造中，提出了大數(shù)據(jù)環(huán)境下智能制造區(qū)塊鏈平臺架構。在先進的信息技術引領下，通過區(qū)塊鏈平臺進行智能制造生產，有助于企業(yè)信息傳遞及時性、信息實時透明性，節(jié)省公司的運營成本，提升公司的信息化水平，使得企業(yè)能夠更好的持續(xù)發(fā)展。