区块链助推智能制造

文/海川

区块链助推智能制造

文/海川

利用区块链技术，可以有效采集和分析原本在孤立的系统中存在的传感器和其他部件所产生的信息，帮助企业快速有效地建立更为安全的运营机制、更为高效的工作流程和更为优秀的服务

加快推进智能制造，是实施《中国制造2025》的主攻方向，是落实工业化和信息化深度融合、打造制造强国的战略举措，更是我国制造业紧跟世界发展趋势、实现转型升级的关键所在。

当前，我国正在加快实施智能制造工程，着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，积极推动制造企业利用工业互联网、云计算、大数据等新一代信息技术全面提升企业研发、生产、管理和服务的数字化、网络化、智能化水平，以重塑制造业竞争新优势。

2017年2月13日，贵阳国家高新区启动“区块链+智能制造”专项行动，计划融合智能制造、大数据、物联网和人工智能等新技术，打造“区块链+智能制造”示范基地，力争将高新区打造成区块链与智能制造深度融合的试点示范区。

此次专项行动是为落实贵州省委、省政府关于推进大数据产业深度融合和智能制造的要求，促进国家大数据综合试验区建设，推动高新区内企业加快产品创新、生产技术创新、商业模式创新，提升企业质量和效益而启动的。

智能制造的软肋

智能制造是一系列热点技术的总称，它是基于物联网、大数据、云计算等新一代信息技术，贯穿于研发设计、生产制造、经营管理、售后服务等制造活动的各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。

智能制造具有以智能工厂为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以全面深度互联为支撑四大特征，其目标是缩短研发周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能耗。

实施智能制造，重点任务是要实现制造企业内部信息系统的纵向集成，以及不同制造企业间基于价值链和信息流的横向集成，从而实现制造的数字化和网络化。

北京大学工学院工业工程与管理系主任侍乐媛表示，制造业拥有的大数据远超其他行业，但到现在为止距开采出来还差得很远，很多数据天天“流淌”都没有办法收集起来。究其原因，制造业大数据具有复杂性，是动态复杂的拆分合并数据。从全球应用现状看，制造业基本上是纵向数据的采集和利用，缺乏横向数据的链接和利用。实际上，制造业需要经纬纵横的数据采集能力。

就目前中国智能制造的现状而言，我国与发达国家相比差距还是很大的，如果放在一个个场景里观察中国智能制造，我们会发现有很多制约因素影响着它的发展。

信息融合的制约。1.数据未被系统有效采集存储。目前，在推进智能工厂的过程中，我们会发现由于原有的设备来自不同厂商、不同代次，这造成工厂设备间无法互联。在控制器上，动态的数据如印刷套色的偏差及影响值、纱线CV值等传统生产的数据都无法被有效采集。

很多时候，这种情况的出现并非是技术封锁造成的。供应商当然不愿意开放核心技术，但很多时候，这些参数在传统的生产模式下根本未被考虑，因而导致数据被大量浪费，没有实现有效采集。而无法互联互通则仅仅是制约因素之一，反倒是相对容易突破的。

2.信息模型。在很多企业的生产线数据互联升级中缺乏信息模型，使得对于采集什么样的数据，如何使用这些数据，都没有有效的标准化以及应用软件的支撑。

3.信息化与自动化的融合。在信息化与自动化的融合中，最为普遍的现象就是，在很多工厂里，管理系统使用最有名的SAP/ORACLE的ERP系统，代表着全球最顶级的管理水平，采用的是自动化程度最高的生产线。

然而，这些信息化系统和自动化系统仿佛两个世界的人，他们相互并不认识，说的也是不同的语言，两化融合的效果并不尽如人意。原因在于，很多企业并没有很清晰的产业升级初衷，只是因为老板说了“我们的同行都在做智能制造，我们也要上智能制造系统”，只是为了升级而升级，这种升级投入，效果打折扣是在意料之中的。

4.智能算法的推进。经过数据采集、传输，数据到达所谓的云平台、大数据平台，之后这些数据如何被分析优化呢？传统的专家系统采用类似于深蓝这种工程，经过了数十年的数据累积与处理经验。因此，如果没有数十年的积累，智能制造仍然无法实现“智能优化与决策”。

《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》也表示，在现实中，由于制造设备和信息系统涉及多个厂家，原本中心化的系统主要采用人工或中央电脑控制的方式，实时获得制造环节中所有信息的难度大。同时，所有的订单需求、产能情况、库存水平变化以及突发故障等信息，都存储在各自独立的系统中，而这些系统的技术架构、通讯协议、数据存储格式等各不相同，严重影响了互联互通的效率，也制约了智能制造在实际生产制造过程中的应用。

管理升级的制约。1.精益生产。精益是数字化的基础，然而精益生产的基础在日本已经数十年，应用到中国智造中，却显得有些急功近利。

事实上，国内一些企业甚至是大企业，在生产制造的质量控制、仓储物料管理、能源管理、资产维护等环节，仍然存在大量的“浪费”——如果用精益生产的标准去看这些问题，我们就会发现，制造业内部的提升空间仍然是巨大的，仅在现有的生产环节上去挖掘，依然可以带来巨大的收益，可以让企业产品质量得到提升，生产成本得以降低。

2.组织架构设计。原有企业的垂直事业部门之组织架构也对智能制造的顺利开展形成制约。因为需要信息采集与共享，这里共享的不仅仅是数据，也包括了业务流程的重组与优化。传统的企业组织架构实际上已经无法满足智能制造对于信息流的需要，以及由此产生的新的职责界定、内部决策机制的变化需求。

基于这种现实，打破部门界限，使管理架构向扁平化发展，更为“网络化”的组织内部信息流才能适应智能制造的网络互联特性，否则，就会导致整体系统无法正常运行。

3.合作战略。在智能制造时代，企业不再是个体的竞争，而是企业联盟的竞争，仍然依靠自己的力量形成垄断的组织将会在未来的协同中被逐渐边缘化，而新的商业生态系统正在构建。如何将内部的信息更加有效地分享、新的合作模式如何更加明确地被定义与实践，都是需要探索的方向。

安全风险的制约。在万物互联时代，信息安全至关重要，网络系统随时有可能被黑客攻击和病毒入侵，需要从技术层面有效解决。智能制造中的安全问题曾经在欧洲引起极为广泛的关注。基本上大部分设备厂商都在开发功能安全系统并已经投入应用，而我国对功能安全的投入相对还很少，这很大程度上缘于我国企业对安全问题的认识不足。

对于智能制造时代的互联而言，其中一个单元的安全都会影响其他生产单元，某个机器的停机会造成巨大的关联浪费，因此集成系统的安全就成为迫切需要关注的问题。当然，很多安全问题本身也是因为基础缺乏，还没有发展到更高的自动化程度，或者没有升级到信息化与工业化深度融合的状态。

基于区块链的解决思路

M2M(Machine to Machine)，顾名思义，就是机器与机器(传感器与传感器)相连的网络，这里面有两层意思：第一，M2M的核心和基础是互联网，它是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，其用户端从人与人之间的信息传输，延展到了机器与机器之间进行的信息交换，M2M是依靠传感器在互联网之上铺设起来的第二层次网络。

传统的物联网模式是由一个中心化的数据库收集所有已连接设备的信息，而中心化云服务器、大型网络设备的建设和维护成本是非常高的。当工业4.0来临时，信息物理系统上连接的设备将以数百亿计，它们会产生海量数据，并且要求实时通讯，这会极大地增加传输成本。

美国公布的一份长达35页的《2016—2045年新兴科技趋势报告》指出，到2045年，最保守的预测也认为将会有超过1000亿的设备连接在互联网上。这些设备包括移动设备、可穿戴设备、家用电器、医疗设备、工业探测器、监控摄像头、汽车以及服装等。它们所创造并分享的数据将会给我们的工作和生活带来一场新的信息革命。

人们将可以利用来自物联网的信息来加深对世界以及自己生活的了解，并且做出更加合适的决定。与此同时，联网设备也将把目前许多工作，比如监视、管理，以及维修等需要人力的工作自动化。物联网、数据分析以及人工智能这三大技术之间的合作将会在世界上创造出一个巨大的智能机器网络，在不需人力介入的情况下实现巨量的商业交易。但是，虽然物联网会提高经济效率、公共安全以及个人生活，它也会加重对于网络安全和个人隐私的担忧。恐怖分子、犯罪集团以及敌对势力将会利用物联网作为新的攻击手段。

区块链恰好可以在这个领域发挥作用，它采用去中心化的点对点通信模式，高效处理设备间的大量交易信息，这将会显著地降低安装维护大型数据中心的成本，同时还可以将计算和存储需求分散到组成物联网网络的各个设备中。这能有效地阻止网络中的任何单一节点或传输通道被黑客攻破，避免导致整个网络崩溃的情况发生，保护整个信息物理系统的安全。

在区块链定义的规则下，设备被授权搜索它们自己的软件升级，确认对方的可信度，并且为资源和服务进行支付。机器可以通过区块链技术自动执行数字合约，而不再需要人为的甄别真伪，这使得它们可以自我维持、自我服务，成为真正的智能设备。

智能设备间自动交易的能力会催生全新的商业模式，未来物联网中的每一个设备都可以充当独立的商业主体，以很低的交易成本，与其它设备分享自己的能力和资源，例如计算周期、带宽等。这会促使物理世界像数字世界一样个性化和高效地流动起来，给未来商业带来无限的想象空间。

《中国区块链技术和应用发展白皮书（2016）》认为，利用区块链技术，可以有效采集和分析在原本孤立的系统中存在的所有传感器和其他部件所产生的信息，并借助大数据分析，评估其实际价值，还能对后期制造进行预期分析，帮助企业快速有效地建立更为安全的运营机制、更为高效的工作流程和更为优秀的服务。

数据透明化使研发设计、生产制造和流通更为有效，同时也为制造企业降低运营和制造成本、提高产品质量和生产效率，使企业具有更高的竞争优势。智能制造的优势之一就是重塑价值链，而区块链有助于提高价值链的透明度、灵活性，并能够更敏捷地应对生产、物流、仓储、营销、销售、售后等环节存在的问题。

区块链应用于制造业

区块链在M2M领域的应用目前还处于早期探索阶段，比较典型的案例有IBM的ADEPT。其全称是“Autonomous Decentralized Peer-to-Peer Telemetry（去中心化的P2P自动遥测系统）”，由IBM、三星和微软跨界合作，希望利用区块链技术形成分散的骨干网络的物联网设备。该系统致力于一个能自动检测问题、自动联系、自动更新、不需要任何人为操作的设备。这意味着物联网设备不再需要去建立一个统一的中心来调控和沟通。

Tilepay物付宝。为现有的物联网行业提供一种人到机器或者机器到机器的支付解决方案。该公司开发了一个去中心化的微支付平台，它基于比特币的区块链，且能被下载并安装到一台个人电脑、笔记本、平板或者手机上。所有物联网内的设备都会拥有一个独一无二的令牌，并用来通过区块链技术接收支付。Tilepay还将建立一个物联网数据交易市场，使大家可以直接购买物联网中各种设备和传感器上的数据。

Power Ledger家庭发电与供电。澳大利亚的创业公司Power Ledger利用区块链技术制作了一个小型的分布式发电系统。跟目前由供电机构集中供电不同，Power Ledger利用区块链技术，让居民能够自行发电并在网络上售卖，在这个体系内，所有交易均有唯一的网络签名，顾客购买了你的电量后无法单方面不承认，因为区块链会清楚地记录交易信息。这就使得电力的购买无需再通过国家电网的信用背书，可以由用户之间点对点自行安全地完成。随着屋顶太阳能以及高容量电池技术的到来，个人就有可能成为分布式电力供应者。

达闼科技机器人用户身份识别。由郭台铭和孙正义联合天使投资3000万美元的科技公司达闼科技，致力于在互联网的上层建立一个更安全和实时的数据传输网络，用于未来机器人之间的数据传输。据称该公司已经开始应用区块链技术进行用户的身份识别和认证，未来还可能基于区块链技术进行机器人的产权登记。

闪电网络。在传统区块链体系中，由于每一次交易都需要向一定数量的节点广播并受到回应才可以进行，支付速度是比较慢的，平均一笔交易需要10～60分钟。比特币网络还曾经因为交易量激增而出现大堵塞，十几个小时也不能完成一笔交易，这极大限制了比特币的实际应用。创业公司闪电网络科技建立了一个同名为“闪电网络”的独立侧链作为“微支付渠道”，可以在通道中瞬间完成小额支付交易，将比特币的日交易量扩充到数十亿笔，并且极大地降低了区块链耗费的资源。

汽车行业。国际著名市场研讨与数据分析公司市场研究（Research and Markets）宣布新增了一份名为《区块链技术改革自动化行业》的纽约Frost＆Sullivan公司报告。该报告侧重于探索区块式技术在价值数万亿美元的国际工业——汽车行业领域的应用，并且概述了需要重新评估的关键因素。

从供应链的管理到租赁甚至物联网，Frost＆Sullivan公司开始对各种汽车行业进行了全面的概述和深入的调查，其中区块链被认定为潜在的颠覆者。本报告发布之际，正值金融服务和相关行业对区块链技术有着前所未有的兴趣。Frost＆Sullivan的报告表示，汽车和制造业已经开始与音乐和媒体相提并论，区块链技术已经逐渐走出实验室或研发环境，渗透进入各行各业。

Frost＆Sullivan希望回答的一个关键问题是关于区块链在汽车行业内的不同的潜在用途。Frost＆Sullivan并没有单独进行这项研究。该报告由互联网作者 Matthew Jones 撰写，而且IBM最近发布的一篇博文分享了如何在汽车行业引入区块链并且受益的观点。

Jones说：“汽车行业是一个多方参与的复杂生态系统，包括了设计、生产、分销、市场营销、销售、金融和车辆服务。”IBM在区块链空间非常活跃，还与马士基（Maersk）建立了新成立的合作伙伴关系，一直在分析利用这项技术的前景，能否降低国际供应链管理和金融方面的成本。这是一种高度协调的合作，参与方不仅包括了这两家公司，还有贸易机构、政府和物流组织。

“马士基供应链解决方案公司——Damco在利用区块链解决方案的同时，还支持着出货管理。来自肯尼亚的鲜花、加州的蜜橘和哥伦比亚的菠萝等进入鹿特丹港国际运输货物，也被用于验证该解决方案。”

这些工作都反映了科技解决方案咨询公司Cognizant的研究，Cognizant在今年年初发布了白皮书，详细介绍了区块链技术减少制造业“信托税”的能力。这笔费用根据Cognizant的描述是公司和组织与值得信赖的制造商和供应商建立合作伙伴的支付。这种审查和选择过程对于许多企业和政府企业来说成本效益都十分低下，剥夺了他们获得开展业务所需的解决方案。

白皮书认为，“区块链启用的智能合约、分布式账本和不可篡改的加密记录有望降低生产成本，提高运营效率，为全球制造商创造新的商机。”

可穿戴设备。自2012年谷歌眼镜打开了智能穿戴市场的大门，到2015年的整体市场爆发，再到2016年的遇冷，智能穿戴市场在几年内经历了巨大的滑铁卢，甚至在2017年国际消费类电子产品展览会（International Consumer Electronics Show，简称CES）上取消了智能可穿戴设备的专属展区。

相比智能穿戴设备刚推出时的高调，现在的智能穿戴市场可谓是一片低迷。不能脱离手机使用，使用场景非专业化、不聚焦等问题，让用户满意度直线下降。

爱立信消费行为实验室2016年的一项调查显示，三分之一使用者在购买智能穿戴设备几周内便将设备晾在一边。智能穿戴设备的存在犹如“鸡肋”。

如果智能穿戴设备想要获得新的突破，有两点必须要做到：独立性和创新性。著名投资人John Joseph Foley表示，近两年兴起的区块链技术，就是智能穿戴设备获得突破的一个很好的契机。如果将智能穿戴设备与区块链技术结合在一起，很可能改变智能穿戴市场目前不温不火的局面。

首先，借助区块链技术，智能穿戴设备能够抛开手机及其他设备的束缚，完全独立起来，能够将人体在不同运动场景中的数据记录下来（比如跑步、游泳、登山等）。然后我们就能够对这些运动数据进行评估，适时地对自己的运动方式进行调整。

其次，借助区块链技术，我们还能够实现对人体健康数据进行跟踪与提醒。目前的智能穿戴设备已经能够通过心率传感器收集人体的心跳频率，在融入区块链技术后，我们还可以将每年的健康数据共享到区块链。再通过智能合约，实现对人体健康的示警，当运动量超过身体负荷，或是心跳不在正常频率范围内，智能穿戴设备都能够及时发现并提示。

此外，与区块链技术相结合，智能穿戴设备还能够突破以前通过高算力电脑获得数字货币的形式，从而变成人体运动量认证的形式。通俗点说，就是与区块链结合的新的智能穿戴设备，在运动量达到一定要求后所获得的数字货币的奖励，不用再通过电脑复杂的算法，只需要运动量获得区块链的认可，奖励就能够自动获得。

如果没有意外的话，带领智能穿戴设备走出“低谷”、颠覆人体大数据生态，区块链技术将是完美的解决方案之一。