袁莉莉 袁曉偉 韋安壘

摘? ?要：“工業(yè)4.0”聚焦于智能工廠和智能生產(chǎn)，各國(guó)都在積極探索實(shí)踐智能工廠。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠存在傳感器端數(shù)據(jù)污染、傳感器節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同困難、傳感器數(shù)據(jù)的傳輸層和應(yīng)用層安全漏洞、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息和位置信息泄露、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的多元異構(gòu)等問(wèn)題。文章提出了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈智能工廠運(yùn)行平臺(tái)，利用區(qū)塊鏈的分布式、可追溯、數(shù)據(jù)共享的特性及共識(shí)機(jī)制和智能合約，且通過(guò)在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行分析，展現(xiàn)出區(qū)塊鏈技術(shù)在智能工廠的產(chǎn)品全生命周期中實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、信息交互應(yīng)用的潛力，以及降低管理風(fēng)險(xiǎn)和成本的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);區(qū)塊鏈;智能工廠;分布式;可追溯;智能合約

Abstract： "Industry 4.0" focuses on smart factories and smart production， and nowadays more and more countries are actively exploring smart factory. The smart factory based on the IoT has many problems， such as the data pollution of sensors，? cooperations between sensor nodes， security loopholes in the transmission layer and application layer of sensor data， the leakage of information and location information of the IoT equipment， and the multi-heterogeneity of the IoT business system. This paper proposes an intelligent factory operation platform based on the IOT and blockchain， largely makes use of the distributed network， traceability， data sharing features， consensus mechanism and smart contract. Through analysis of its application in the automobile industry， it shows potentials of real-time transmission， data-driven and information interactive application of blockchain technology in the whole life cycle of smart factory products， and have advantages of reducing management risk and cost.

Key words： IoT; blockchain; smart factory; distributed network; traceability; smart contract

1 引言

智能工廠最初源起于“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。“工業(yè)4.0”聚焦于智能工廠和智能生產(chǎn)兩個(gè)主題，旨在實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略與領(lǐng)先的市場(chǎng)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)橫向集成、縱向集成與端對(duì)端的集成?！肮I(yè)4.0”的核心是智能制造，精髓是智能工廠。在“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略下，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)不斷發(fā)展，在協(xié)同、包容、競(jìng)爭(zhēng)中振蕩著傳統(tǒng)制造業(yè)的基石，而這些技術(shù)也越來(lái)越多的運(yùn)用于智能工廠的研究與實(shí)踐中。

近年來(lái)，各國(guó)都在積極的探索智能工廠，雖然目前世界上尚無(wú)完整意義上的智能工廠案例，但是關(guān)于智能工廠的實(shí)踐卻不斷增加。各國(guó)在智能工廠方面的積極實(shí)踐包括西門(mén)子的德國(guó)安貝格智能工廠和成都數(shù)字化工廠、GE波蘭智能工廠、ABB工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)ABB Ability、施耐德EcoStruxure交互性的系統(tǒng)化架構(gòu)與平臺(tái)、艾默生Plantweb數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)、霍尼韋爾工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略[13]。我國(guó)于2015年啟動(dòng)了30個(gè)以上的智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目。2015-2018年繼續(xù)邊試點(diǎn)示范，邊總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，邊推廣應(yīng)用。在2018年，總計(jì)共157個(gè)智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)驗(yàn)證、重點(diǎn)領(lǐng)域智能制造新模式應(yīng)用項(xiàng)目，包括智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等。智能工廠國(guó)內(nèi)較為典型的服務(wù)商為石化盈科、中控流程工業(yè)企業(yè)智能工廠，較為典型的應(yīng)用為九江石化、新疆天業(yè)智能工廠等[13]。

智能工廠實(shí)踐涉及到硬件及軟件層面的智能優(yōu)化，涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、包裝、出廠、廢棄材料處理的產(chǎn)品全生命周期管理，包括全生命周期的智能決策及數(shù)據(jù)可視化等。從目前的這些實(shí)踐可以看出，智能工廠現(xiàn)階段的發(fā)展趨向平臺(tái)化、系統(tǒng)化，依托于軟硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)，尤其是與硬件層關(guān)系密切的軟件部分的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。

國(guó)際上有關(guān)智能工廠的研究主要集中于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等方面[1～4，7，11，12]，這些技術(shù)在智能工廠中也取得了一定的進(jìn)展。智能工廠與物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字孿生結(jié)合，構(gòu)建虛擬工廠與物理工廠，根據(jù)實(shí)體工廠“一對(duì)一”搭建虛擬工廠，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行虛擬工廠和物理工廠實(shí)時(shí)交互，反饋和調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。但是，仍未考慮解決物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)信息傳輸?shù)娜萘看?、存?chǔ)空間大及安全性的需求。雖有研究表明，智能工廠與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的生產(chǎn)過(guò)程中，一條生產(chǎn)線上所有設(shè)備的有效性均顯著提高[1]，但是總體生產(chǎn)績(jī)效效率并未測(cè)量。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)大，不斷擴(kuò)充的接入設(shè)備和實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題，顯然上述這種有效性和安全性均會(huì)受到影響。因此本文建立基于物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈的智能工廠，進(jìn)一步解決物聯(lián)網(wǎng)智能工廠目前發(fā)展中所存在的問(wèn)題。

2 物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)和核心技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和核心技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)大致可以分為三個(gè)層次：首先是傳感網(wǎng)絡(luò)，以二維碼、射頻識(shí)別技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)RFID）、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)“物”的識(shí)別;其次是傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱(chēng)WSN）或者未來(lái)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與計(jì)算;第三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入/輸出控制終端，可基于現(xiàn)有的手機(jī)、PC等終端進(jìn)行。

物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)包括RFID、WSN、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、Internet與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件等。在這些技術(shù)中，又以底層嵌入式設(shè)備芯片開(kāi)發(fā)最為關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)產(chǎn)生的主要部分是傳感網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)可以獲悉物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的眾多信息，其中包括物體本身的ID信息以及相關(guān)的屬性、狀態(tài)、位置、能力等信息。

2.2 區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)與核心技術(shù)

區(qū)塊鏈具有公正開(kāi)放、對(duì)等、匿名性、去中心化、互聯(lián)共享、不可篡改、可追溯性的特性。區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)自上而下一般可以分為六層如圖1所示，包含應(yīng)用層、合約層、共識(shí)層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層。其中，數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層屬于協(xié)議層，是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)的基本保障，缺一不可;合約層通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)智能合約。激勵(lì)層通常發(fā)生在公有鏈中。因在聯(lián)盟鏈中，共同維護(hù)平臺(tái)正常運(yùn)行，本文采用的是聯(lián)盟鏈，因此本文不涉及激勵(lì)層的討論。

區(qū)塊鏈的核心技術(shù)包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分布式技術(shù)（P2P）、非對(duì)稱(chēng)加密技術(shù)、共識(shí)機(jī)制、智能合約。區(qū)塊鏈各層級(jí)涉及的技術(shù)，如圖1所示。

3 智能工廠的構(gòu)成要素及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 智能工廠的主要構(gòu)成要素

智能工廠包括智能數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸及存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理及驅(qū)動(dòng)四個(gè)部分。智能工廠涉及到實(shí)現(xiàn)采購(gòu)管理、生產(chǎn)過(guò)程管理、監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行、采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備和物料數(shù)、合理庫(kù)存管理等產(chǎn)品全生命周期管理。第一部分，智能工廠中的智能數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施主要是物聯(lián)網(wǎng)下的技術(shù)，包括RFID、二維碼、芯片、傳感器、工廠自動(dòng)化設(shè)備、數(shù)控機(jī)床形成的物理網(wǎng)絡(luò)。第二部分，智能工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)主要是通過(guò)工廠物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)SCADA）或全集成自動(dòng)化系統(tǒng)。第三部分，智能工廠實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，需要實(shí)時(shí)傳輸及存儲(chǔ)，這依托無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。第四部分，智能工廠數(shù)據(jù)處理及驅(qū)動(dòng)體現(xiàn)在企業(yè)資源管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)MES）根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能決策、監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

3.2 智能工廠的關(guān)鍵技術(shù)

智能工廠是由虛擬車(chē)間與實(shí)體車(chē)間構(gòu)成。MES系統(tǒng)是智能工廠不可缺少的部分，也是虛擬車(chē)間與實(shí)體車(chē)間信息融合的關(guān)鍵。MES系統(tǒng)采集實(shí)際制造中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為虛擬車(chē)間提供了建模依據(jù)。在生產(chǎn)前，虛擬車(chē)間搭建成與物理車(chē)間實(shí)體高度逼近的模型。在生產(chǎn)中，虛擬車(chē)間通過(guò)DMP數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理平臺(tái)管理物理車(chē)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和知識(shí)，對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行連續(xù)的調(diào)控與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)虛擬車(chē)間與物理車(chē)間的無(wú)縫集成、實(shí)時(shí)交互與融合。虛擬車(chē)間模擬最優(yōu)制造過(guò)程，MES以此進(jìn)行生產(chǎn)排程，安排生產(chǎn)資源進(jìn)行生產(chǎn)。MES采用OPC-UA接口對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控與調(diào)整，進(jìn)而使得制造過(guò)程體現(xiàn)出自適應(yīng)、自?xún)?yōu)化等智能性特征，MES系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

3.3 智能工廠產(chǎn)品制造過(guò)程數(shù)據(jù)流

智能工廠需要涉及到實(shí)現(xiàn)管理生產(chǎn)過(guò)程、監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行、采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備和物料數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)要求等。大量的數(shù)據(jù)將會(huì)在產(chǎn)品制造過(guò)程產(chǎn)生，如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，從工廠產(chǎn)品設(shè)計(jì)（顧客需求識(shí)別和分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)模型和測(cè)試），流程設(shè)計(jì)（物料的工程單、物料的加工流程單、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求、物料準(zhǔn)備、計(jì)劃、執(zhí)行、流程、設(shè)備、物料），產(chǎn)品測(cè)試（產(chǎn)品檢查、產(chǎn)品測(cè)試），產(chǎn)品維護(hù)（產(chǎn)品運(yùn)輸、管理和保養(yǎng)），可循環(huán)（可回收及可利用材料、廢棄材料），這樣的一系列生產(chǎn)產(chǎn)品的過(guò)程都需要數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、實(shí)傳輸及處理。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠建設(shè)的痛點(diǎn)

智能工廠在“工業(yè)4.0”、物聯(lián)網(wǎng)的熱潮下突飛猛進(jìn)，除了基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的中心化結(jié)構(gòu)遵循著從用戶(hù)到云端再到后臺(tái)的架構(gòu)，這種架構(gòu)對(duì)于智能工廠中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)處理需求來(lái)說(shuō)，不夠健壯，也不夠快，其后臺(tái)中心數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)安全性的問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)都將面臨巨大損失，而且在發(fā)展的過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。

（1）智能感知節(jié)點(diǎn)的自身安全問(wèn)題，造成數(shù)據(jù)污染。物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器/感知節(jié)點(diǎn)存在本地的安全問(wèn)題。由于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可以取代人來(lái)完成一些復(fù)雜、危險(xiǎn)和機(jī)械的工作，所以物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器/感知節(jié)點(diǎn)多數(shù)部署在無(wú)人監(jiān)控的場(chǎng)景中。那么攻擊者就可以輕易地接觸到這些設(shè)備，從而對(duì)它們?cè)斐善茐?，甚至通過(guò)本地操作更換機(jī)器的軟硬件，造成“數(shù)據(jù)污染”。

（2）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備位置信息泄露、位置信息被非法利用。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備位置信息泄露、位置信息被非法利用，同時(shí)還因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)在感知層所采集的數(shù)據(jù)格式多樣，來(lái)自各種各樣感知節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)是海量的，并且是多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，因此帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題將更加復(fù)雜。

（3）物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作面臨威脅。由于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)無(wú)人值守，并且有可能是動(dòng)態(tài)的，再加上智能傳感終端、RFID電子標(biāo)簽相對(duì)于傳統(tǒng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)而言是“裸露”在攻擊者的眼皮底下的，并且傳輸平臺(tái)是在一定范圍內(nèi)“暴露”在空中的，“竄擾”在傳感網(wǎng)絡(luò)的假冒攻擊，極大地威脅著傳感器節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同工作。

（4）物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層和應(yīng)用層的安全。物聯(lián)網(wǎng)的傳輸層和應(yīng)用層面臨著現(xiàn)有TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的所有安全問(wèn)題，缺乏輻射效應(yīng)。

（5）基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠多元業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生較多的多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)管理困難。傳統(tǒng)的智能工廠應(yīng)用層封裝物理工廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、車(chē)間生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、庫(kù)存的應(yīng)用場(chǎng)景，而智能工廠的應(yīng)用層則主要涉及虛擬車(chē)間、實(shí)體車(chē)間及兩者之間交互的三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景。所以基于物聯(lián)網(wǎng)的智能工廠產(chǎn)生的多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，管理困難。

5 基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的智能工廠運(yùn)行平臺(tái)

5.1物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈智能工廠的架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的特點(diǎn)決定了兩者的結(jié)合既可以利用物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備“硬連接”，也可以利用區(qū)塊鏈分布式防篡改的數(shù)據(jù)的“軟連接”，實(shí)現(xiàn)物理空間與信息空間的融合。如圖4所示為基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的智能工廠架構(gòu)圖，簡(jiǎn)稱(chēng)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈智能工廠架構(gòu)圖。

物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈智能工廠架構(gòu)圖分為三個(gè)部分。第一部分是智能工廠的本質(zhì)，其是在實(shí)現(xiàn)工廠正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息安全、海量信息傳輸存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)這三項(xiàng)功能。第二部分智能工廠內(nèi)部的物理空間和信息空間功能描述，物理空間借助物聯(lián)網(wǎng)的芯片和傳感器及其他先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn);信息空間功能則是在原有智能工廠的基礎(chǔ)上引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)。第三部分區(qū)塊鏈技術(shù)如何融入到智能工廠中實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈智能工廠將加以展示。

由圖4可得，本文的物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)融入智能工廠的物理空間和信息空間，以達(dá)到實(shí)時(shí)交互與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的目的。

區(qū)塊鏈技術(shù)的融入實(shí)現(xiàn)了智能工廠平臺(tái)分別對(duì)應(yīng)區(qū)塊鏈應(yīng)用層、合約層、共識(shí)層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層實(shí)現(xiàn)物理空間與信息空間的功能。

（1）應(yīng)用層。智能工廠的應(yīng)用層則主要涉及虛擬車(chē)間、實(shí)體車(chē)間及兩者之間交互的三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景，引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，則可以搭建數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，未來(lái)的智能工廠中，可以采用加密算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法旨在通過(guò)各種場(chǎng)景數(shù)據(jù)建?；蛱幚韺?shí)現(xiàn)ERP、MES、SCADA的功能。在原有的物聯(lián)網(wǎng)智能工廠中，針對(duì)同源異構(gòu)數(shù)據(jù)也可以采用加密算法，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品需求預(yù)測(cè)等。

（2）合約層。智能合約是合約層的核心，通過(guò)嵌入?yún)^(qū)塊鏈的合約代碼實(shí)現(xiàn)。在智能工廠生產(chǎn)管理中，可以以智能合約形式執(zhí)行供應(yīng)鏈等的合約，節(jié)約大量人力，提高處理效率，如表1所示。合約層也可以在傳感器節(jié)點(diǎn)中編入智能合約，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作。

（3）共識(shí)層。共識(shí)層封裝整個(gè)系統(tǒng)的共識(shí)算法，是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈去中心化特性、保證網(wǎng)絡(luò)不被惡意節(jié)點(diǎn)攻擊的關(guān)鍵。不同的共識(shí)機(jī)制有各自的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景。本文聯(lián)盟鏈由加盟的機(jī)構(gòu)或智能工廠的服務(wù)器進(jìn)行區(qū)塊打包與存儲(chǔ)，這些服務(wù)器必須經(jīng)過(guò)授權(quán)認(rèn)證才能被接納到聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)中。共識(shí)算法等將會(huì)在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層通過(guò)多智能設(shè)備上鏈的過(guò)程實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)間因?yàn)楣沧R(shí)機(jī)制的作用，可以更好的實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作。

（4）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層的功能是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的信息交流，主要包括P2P組網(wǎng)機(jī)制、數(shù)據(jù)傳播和驗(yàn)證機(jī)制。由于區(qū)塊鏈的P2P特性，數(shù)據(jù)傳輸是分散在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行的，部分節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)遭到破壞時(shí)，對(duì)其他部分影響很小，彌補(bǔ)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不足。

（5）數(shù)據(jù)層。智能工廠內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，可以將采購(gòu)信息、成本核算信息、庫(kù)存信息等錄入?yún)^(qū)塊鏈。智能工廠生產(chǎn)前將所有物理車(chē)間與虛擬車(chē)間的數(shù)據(jù)上鏈。物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器感知節(jié)點(diǎn)的本地安全，可能造成數(shù)據(jù)污染。而這種數(shù)據(jù)污染問(wèn)題的解決除了將多設(shè)備節(jié)點(diǎn)上鏈外，還可以通過(guò)區(qū)塊鏈的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯，識(shí)別異常數(shù)據(jù)信息。

（6）數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層。RFID、傳感器、數(shù)控機(jī)床、智能機(jī)器人等，并將這些智能設(shè)備的身份信息上鏈，方便進(jìn)行智能設(shè)備的管理。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器感知節(jié)點(diǎn)的本地安全問(wèn)題，采用多設(shè)備多節(jié)點(diǎn)上鏈，根據(jù)共識(shí)機(jī)制進(jìn)行區(qū)塊打包和存儲(chǔ)，保證數(shù)據(jù)安全性。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈智能工廠在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合適用于汽車(chē)、奢侈品、醫(yī)藥等結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)品價(jià)值高或產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格的制造行業(yè)。而汽車(chē)行業(yè)是一個(gè)多方參與的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、保養(yǎng)維護(hù)、保險(xiǎn)金融、銷(xiāo)售、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)。參與主體包括汽車(chē)生產(chǎn)商、汽車(chē)貿(mào)易商，而且還涉及政府、第三方物流等眾多機(jī)構(gòu)。一家汽車(chē)制造工廠就有上萬(wàn)個(gè)零部件，其中大部分零部件由外包供應(yīng)商提供，供應(yīng)商數(shù)量巨大且分布在全球各地，信息透明度低、摩擦成本高。本文將以汽車(chē)行業(yè)智能工廠為例，分析物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈智能工廠的運(yùn)行。

基于物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈的智能工廠運(yùn)行平臺(tái)將汽車(chē)制造行業(yè)的供應(yīng)商、分銷(xiāo)商、生產(chǎn)商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、金融機(jī)構(gòu)、消費(fèi)者以聯(lián)盟鏈形式接入，加入的機(jī)構(gòu)需要通過(guò)驗(yàn)證，通過(guò)共識(shí)機(jī)制打造出多中心、高效率的智能工廠運(yùn)行平臺(tái)。汽車(chē)作為制造過(guò)程的最終產(chǎn)品，每部汽車(chē)都擁有多個(gè)與區(qū)塊鏈系統(tǒng)相通的智能芯片，該種芯片包含汽車(chē)身份ID、汽車(chē)零部件來(lái)源、生產(chǎn)流程、銷(xiāo)售渠道、維修記錄等重要信息。擁有多個(gè)而不是一個(gè)智能芯片，是防止芯片被他人惡意利用所造成的安全問(wèn)題，這些芯片上鏈，結(jié)合共識(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)智能感知節(jié)點(diǎn)的信任和協(xié)同合作。汽車(chē)制造過(guò)程中產(chǎn)生的信息會(huì)自動(dòng)觸發(fā)相應(yīng)智能合約，實(shí)現(xiàn)這條供應(yīng)鏈上下游企業(yè)交易信息的自動(dòng)記錄及貨款的自動(dòng)轉(zhuǎn)移。

汽車(chē)智能工廠利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的芯片和傳感器及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特性，結(jié)合區(qū)塊鏈的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，可以構(gòu)建數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，在通過(guò)獲取物理工廠芯片及傳感器的數(shù)據(jù)后，通過(guò)無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)上鏈，既可以彌補(bǔ)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不足，也可以利用區(qū)塊鏈結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)的強(qiáng)大計(jì)算能力，虛擬工廠可視化界面監(jiān)測(cè)、調(diào)整數(shù)據(jù)，產(chǎn)生最優(yōu)生產(chǎn)模型，合理安排工廠生產(chǎn)排程計(jì)劃。汽車(chē)制造商也能夠完全掌握上下游供應(yīng)商和經(jīng)銷(xiāo)商的真實(shí)信息，嚴(yán)格把控零部件質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題產(chǎn)品或者是主要產(chǎn)品零部件信息追溯，控制庫(kù)存水平，提升供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)效率，降低管理風(fēng)險(xiǎn)和成本。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于目前物聯(lián)網(wǎng)智能工廠存在的痛點(diǎn)，本文構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的智能工廠，利用區(qū)塊鏈的分布式、可追溯、數(shù)據(jù)共享及共識(shí)機(jī)制和智能合約的特性，通過(guò)對(duì)汽車(chē)行業(yè)智能工廠的應(yīng)用進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這樣既克服了物聯(lián)網(wǎng)智能工廠存在的傳感器端數(shù)據(jù)污染、傳感器節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同困難、傳感器數(shù)據(jù)的傳輸層和應(yīng)用層安全漏洞、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息和位置信息泄露、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的多元異構(gòu)等問(wèn)題，又展現(xiàn)了智能工廠的產(chǎn)品全生命周期中的實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、信息交互應(yīng)用的潛力，以及降低管理風(fēng)險(xiǎn)和成本的優(yōu)勢(shì)。然而，區(qū)塊鏈技術(shù)在真正的實(shí)踐中仍有很大的空間，未來(lái)大規(guī)模高容量物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中區(qū)塊鏈容量?jī)?yōu)化仍將是未來(lái)的研究方向。

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