工业区块链(DIPNET):分布式智能生产网络

2018-05-31 10:33 产业观察   来源:硅谷网

导读未来的工业制造要像乐高积木一样,能够快速重新组合,以满足外部快速变化的市场,工业4.0就是做这个插槽的过程,而工业区块链要成为这个插槽最好的润滑剂。  

摘要:

随着第四次工业革命的到来,以信息技术与制造技术融合为核心的智能制造、数字制造、网络制造等新型制造模式,正在对制造业未来的发展方向产生深远影响。传统的“串行制造”模式,正在通过数字化工厂技术,变成“并行制造”模式,而工业区块链技术的应用,能够在多方协同生产、工业互联网数据安全、工业资产数字化等多个方面促进制造业的转型升级,一个面向未来的分布式智能生产网络正在成为现实。

未来的工业制造要像乐高积木一样,能够快速重新组合,以满足外部快速变化的市场,工业4.0就是做这个插槽的过程,而工业区块链要成为这个插槽最好的润滑剂。

分布式智能生产网络的设计目标

娱乐业就是制造业

如果把工业历史分成两个阶段,那么前一半叫做“生产不足”,后一半叫做“需求不足”。在前一个阶段里,我们每个人都清楚的知道自己需要什么,所以我们只要不断扩大产能,满足已知需求。

但是今天整个人类社会越来越呈现出一种需求不足的态势,人们在够得着再上一个阶段的消费之前,会有大量的储蓄堆积在两个消费层次之间,我们不知道自己还需要些什么。所以企业的核心竞争就从“满足生产”的能力,变为了“创造需求”的能力。而娱乐业、IP的本质,就是通过场景来提供这个创造需求的能力。

比如你从来意识不到自己家里需要一个扫地机器人,但是当在电影、电视中看到有人在用这个东西的时候,你就会想到自己可能也需要一个,新的需求被创造出来。

如果关注一下韩国,会发现它的娱乐业一直是由工业资本支持的,也就是说韩国的娱乐业和制造业从来就是不分家的。工业资本控制娱乐业,通过文化输出创造工业品的需求,这是韩国在1998年国家破产之后,探索出的一条新道路。

事实上,按照当下的现实状况,类似俄罗斯、中国、南非、巴西这样的新兴制造国家是无法走上欧美那种高端制造业道路的,反而韩国这种通过娱乐业创造工业需求的道路,是未来二十年这些国家最有可能也最有能力走上的道路。因为在这些国家已经开始觉醒的年轻一代心里,在娱乐中度过美好的人生,比家国天下这些宏大的元叙事更有意义,未来一切皆娱乐,哗众取宠将成为最有尊严的生活方式,因为它为人类社会创造了新的需求。

这种场景化的需求创造,并不等同于我们通常所说的影视衍生品或品牌植入。衍生品大多是手办、钥匙扣一类的简单饰物,加以IP的图案或元素创造而来,大多缺乏真实的需求支撑,而只是简单的冲动消费,这也是为什么影视衍生品行业虽然被看好,但鲜有真实经济价值的原因。而另一方面,品牌植入虽然能创造较好的经济价值,但会一定程度的破坏影视内容本身的体验。对于影视制作方来说,如何平衡经济效益和艺术价值是一个非常难的课题,这也是影视文创企业在成长到一定阶段后,很难突破规模天花板的主要原因。

我们所说的娱乐业创造需求,是指尝试将一部影视作品中所有的道具都化为可销售的商品,从刻意的植入一两件商品或销售周边衍生品,变为一切皆可销售,真正的实现“边看边买”。

“边看边买”也并非全新模式,众多视频平台、甚至网红平台都做过尝试,但收效甚微,视频网站的电商平台上销售的产品种类也很少。这主要是由于一部影视作品中设计的道具种类太多,而每种道具的购买数量却可能很少,而影视作品本身的生命周期很短,这对于供应链的要求极高。要能够供应链快速响应多品种、小批量、短生命周期的需求,这些商品必须在拍摄的源头端就已经作为道具,并且商品必须具备完备的数字化模型和生产参数供制造企业组织生产。传统的生产组织方式是无法响应这种需求的,必须要采用工业4.0框架下的数字制造与设计。

从人类社会最初的自给自足经济(市场1.0),到工业革命大英帝国建立起的区域贸易经济(市场2.0),到互联网时代的全球经济(市场3.0),再到今天多品种小批量短生命周期的碎片化经济(市场4.0),整个社会生产正在从品牌驱动的规模经济,向IP驱动的范围经济迁移,这也是未来制造业必须面对的挑战。

数字制造与设计

传统的社会生产中,通常采用串行,即“然后……然后……”的生产模式:

首先由生产商对目标市场进行调查研究,“然后”根据调研结果找出消费需求,“然后”进行产品和品牌的定位,“然后”再根据需求设计研发出新产品,“然后”将产品的设计稿进行工程化,“然后”通过工厂进行统一的批量化制造,最后再通过多层经销管道推向市场。

工业区块链(DIPNET):分布式智能生产网络

这种生产方式有三个显而易见的问题:

首先是生产周期和质量难以保证。

在整个社会生产链条中,每一个生产单元都是信息孤岛,任何一个环节出现了问题,后面所有的环节都需要返回重来,这导致一个产品从研发到销售的周期非常漫长,而且生产单元对于风险的厌恶性也非常高,极大的限制了实体产业的创新能力。同时,社会生产往往有若干生产单元(组织、个人)协作完成,任何一个环节发现质量问题,我们都很难快速找到瓶颈环节的所在。

其次是制造柔性低。

生产者大多会投入许多资源提升生产系统的自动化水平,但一条生产线的自动化水平越高,它的柔性化往往越差——一个纯人工的生产线更换产品只需要给工人重新培训,而一条自动化生产线要更换产品,就只能重建生产线了。而通过传统制造方式生产的产品,用户需求是由生产者的市场调研“臆测”,一般具有一定的刚性需求,但在创意、设计方面,却未必受到用户的欢迎,用户能接受,是因为没有更多的选择。特别是用户需要的个性化定制的产品,传统制造方式因为无法低成本的快速响应,以规模化的生产效率进行定制化生产很难现实。

最后是在设计、生产和流通环节,层层的商务谈判与线下合同签署都会消耗和浪费大量的资源。

设计作品存在大量浪费,是因为生产商难以准确把握市场的具体需求,但又因为昂贵的开模费用,只得从众多的设计作品中挑选一个来生产,很多优秀的设计作品无法通过生产来实现价值。而在生产和流通环节也有同样的浪费:生产之前,原材料要通过物流环节运送到工厂;在生产过程中,主要采取模具铸造和机械加工等方法,其造型能力受制于所使用的工具,物体形状越复杂,制造成本越高;产品生产出之后,需要将产品运送到各地,会占用能源、交通、仓储、人力等很多资源。

因为这三个问题的存在,传统制造模式无法响应影视娱乐业创造的碎片化需求,即“工业3.0”的生产模式,无法适应“市场4.0”的变化趋势。

所谓制造业的未来“工业4.0”,就是期望能够采用并行的生产模式,即通过技术将研发、设计、生产、制造、销售等环节的数据打通,将“然后……然后……”的传统生产模式,变革为“一边……一边……”的全新生产模式,只有这样全数字化的制造模式,才能够满足文创娱乐行业通过场景创造出的碎片化需求。

工业区块链(DIPNET):分布式智能生产网络

分布式生产

很多国家和组织都在探索通过“工业云”技术解决以上问题的方式,但当前的工业云依赖于中心化系统,中介通信模型,也就是我们熟知的服务器/客户端(server/clinet)模型。拥有巨大计算能力和存储空间的云服务器与被标记和验证的设备相连。设备间只能通过互联网连接,即使它们只相隔几英尺。

传统的工业互联网主要以“工业云”为载体,但这种巨型工业云方案无疑是非常昂贵的,它的基础设施和维护费用极高,需要中心化的云服务、大规模的服务器集群和网络设备来支撑。当工业互联网深度推进,生产单元中联网的人和设备以数十亿级别的速度增长时,它们之间要处理的通信量和成本消耗都是极其惊人的,而且出现一个故障点可能就会导致整个网络的崩溃。同时,不同的生产单元间存在多样化的所有权,各自支持的云服务架构多元化使它们之间的通信非常困难。没有一个云服务商可以服务于社会生产的所有单元,但不同的云服务商也不会保证它们之间的互操作性和兼容性。

区块链背景介绍

2008年11月1日,一名自称中本聪的极客在一个隐秘的密码学讨论组上贴出了一篇研究报告,阐述了他对加密电子货币的构想——比特币就此问世。而区块链则是支撑比特币的底层架构技术。

区块链本质上是一个去中心化的分布式账本数据库,其价值在于通过构建自组织网络,使用密码学相关联算法所产生的一串数据块,时间有序不可篡改,每一个数据块中包含了多次交易有效确认的信息,由此建立分布式共识机制,从而实现去中心化信任体系。

最近比特币的暴涨暴跌吸引全球目光,作为比特币的底层构架技术的区块链,利用去中心化、不可伪造、公开透明、分布式记账、不可篡改、智能合约等特点,向世人展示了一种不需要中介却可以实现价值传递的可能。

基于区块链的分布式智能生产网络

区块链技术因其分布式存储、点对点传输与不可篡改等特性使得去中心化自治协作成为可能。将区块链技术应用于工业生产中可极大的优化产业流程、提升生产效率。

DIPNET正在尝试融合工业互联网与工业区块链技术,提出一个全新的概念——“分布式智能生产网络(Distributed Intelligent Production Network,DIPNET)”,设计者、开发者、终端用户和工业生产者均以平等节点的身份接入网络,数据可在任意节点间进行点对点传输,信息实时交互,实现研发、设计、生产、制造、销售、服务等全过程的数据流动自动化。

传统的工业互联网主要以“工业云”为载体,但这种巨型工业云方案无疑是非常昂贵的,它的基础设施和维护费用极高,需要中心化的云服务、大规模的服务器集群和网络设备来支撑。当工业互联网深度推进,生产单元中联网的人和设备以数十亿级别的速度增长时,它们之间要处理的通信量和成本消耗都是极其惊人的,而且出现一个故障点可能就会导致整个网络的崩溃。同时,不同的生产单元间存在多样化的所有权,各自支持的云服务架构多元化使它们之间的通信非常困难。没有一个云服务商可以服务于社会生产的所有单元,但不同的云服务商也不会保证它们之间的互操作性和兼容性。

为了解决问题传统工业互联网巨型工业云解决方案昂贵的问题,分布式智能生产网络被设计成一个云链混合的生产网络,大部分采用中心化的工业云技术,效率更高、响应更快、能耗更低。而生产中的跨组织数据互信全部通过区块链来完成,订单信息、操作信息和历史事务等全部记录在链上,分布式存储、不可篡改,所有产品的溯源和管理将更加安全便捷。

分布式智能生产网络中整个供应链上的交易流程全部由智能合约自动执行,可以解决工业生产中的账期不可控等问题,大幅提高经济运行效率。同时,通过区块链技术与数字化工厂技术的结合,可以为每一个物理世界的工业资产生成虚拟世界的“数字化双胞胎”,并进行确权和流转,完成工业资产的数字化,帮助重资产的制造企业实现轻资产扩张。

智能合约的工业范式

考虑到传统企业数字化水平较低,技术开发能力参差不齐,仅根据底层接口难以自行接入生产网络。所以在分布式智能生产网络的设计中,根据不同生产模式在链上提供多种既定构架的智能合约工业范式。

智能合约工业范式涵盖了该种生产模式下生产制造销售全环节的各智能合约构架。链上提供的多种智能合约范式可满足绝大多数生产模式的价值流转需求,各生产环节的制造者仅需对号入座,大幅降低使用者接入并使用生产网络的难度。目前已经开发完成了买卖合同、询价合同和竞标合同三种合约范式。

这种全新的分布式制造模式,以用户创造为中心,使人人都有能力进行制造,参与到产品全生命周期当中,彻底改变传统制造业模式。分布式智能生产网络使产品设计、生产制造由原来的以生产商为主导逐渐转向以消费者为主导,消费者能够更早、更准确的参与到产品设计和制造过程中,并通过庞大的分布式网络对产品不断完善,使企业的产品更容易适应市场需求,并获得利润上的保证,企业的创新能力与研发实力均能获得大幅度提升,创新边界得以延伸。

分布式智能生产网络的应用场景:新零售+新制造

通过文化输出源源不断的为工业品创造需求,“文化越强,制造越强;制造越强,文化越强”,这是韩国成为制造强国的一个独特经验。

这种场景化的需求创造,并不等同于我们通常所说的影视衍生品或品牌植入。衍生品大多是手办、钥匙扣一类的简单饰物,加以IP的图案或元素创造而来,大多缺乏真实的需求支撑,而只是简单的冲动消费,这也是为什么影视衍生品行业虽然被看好,但鲜有真实经济价值的原因。而另一方面,品牌植入虽然能创造较好的经济价值,但会一定程度的破坏影视内容本身的体验。对于影视制作方来说,如何平衡经济效益和艺术价值是一个非常难的课题,这也是影视文创企业在成长到一定阶段后,很难突破规模天花板的主要原因。

我们所说的文化创意产业创造需求,是指通过工业云与工业区块链的混合技术,尝试将一部影视作品中所有的道具都化为可销售的商品,从刻意的植入一两件商品或销售周边衍生品,变为一切皆可销售,真正的实现“边看边买”。

从人类社会最初的自给自足经济(市场1.0),到工业革命建立起的区域贸易经济(市场2.0),到互联网时代的全球经济(市场3.0),再到今天多品种小批量短生命周期的碎片化经济(市场4.0),整个社会生产正在从品牌驱动的规模经济,向IP驱动的范围经济迁移,这也是未来制造业必须面对的挑战。

通过云链混合技术,将新零售和新制造有机结合,电商平台端和数字化工厂端采用中心化的工业云技术,而中间的订单信息传输和供应链清结算通过工业区块链和智能合约来完成,既保证了效率和成本,又兼顾了公平和安全。每一种商品由数字化工厂提供,每一个样品都有“数字化双胞胎”,并且这些数字化双胞胎全部通过智能合约与产业链上下游相连,终端用户的一个订单确认,会触发整个产业链的迅速响应,全流程可实现数据流动自动化,以文化创意产业的需求倒逼制造业的转型升级。

工业区块链(DIPNET):分布式智能生产网络

分布式智能生产网络的技术实现区块链基本原理

人类社会存在的本质是协作,工业时代的生产管理模式,已经无法适应互联网时代的生产协作方式。区块链从技术层面,解决了协作的核心问题——信任。

区块链的关键技术:P2P网络、共识技术,提供了去中心化的通信形式,共识机制提供了民主平等的社区化管理模式。所有信息都保存在公共账簿中,公开、透明且不可任意伪造删除,鼓励人们诚实合作。

现有区块链技术在工业4.0中应用面临的问题

1) 区块链技术尚在发展初期,区块链知识尚未广泛扩散,对非专业人士,尤其是影视文创、工业生产等非IT行业人士而言,应用非常困难,且成本高昂。

2) 智能合约质量参差不齐,其中可能蕴含着未知bug,甚至恶意逻辑。而生产需要广泛合作,在缺乏统一标准的情况下,在每一次合作中,双方都需要耗费精力审查对方智能合约代码,如此带来巨大的工作量,使得基于区块链及智能合约的协作变得几乎不可能。

3) 物理世界的生产关系非常复杂,不是简单的链条式关系,现有区块链技术暂无成套解决方案,解决生产关系向数字世界映射的问题。

4) 物理世界的生产最终需要实现经济价值,如果无法解决经济价值变现问题,生产活动也将失去动力。

分布式智能生产网络的解决方案

考虑到以上问题,分布式智能生产网络DIPNET应按以下条件构建:

1) 它降低对使用者的技能要求,系统将隐藏大量的实现细节,使用分布式智能生产网络就像使用SaaS一样简单。

2) 依然使用智能合约,但是智能合约将运行在高度约束的VM中。尤其是对合约间的通信,将约束在指定集合内。这样将使得合约之间的关系变得清晰、简单、可预测。

另外需对智能合约进行范式化处理,并由社区对新发布的智能合约范式进行审查,确保安全性。并通过对智能合约范式bug发现者及优秀范式贡献者进行经济激励,促进合约范式质量提升。

3) 可以通过合约之间的索引联系,映像生产合作中订购(order)和供应(supply)关系。通过这样的关系将大量的生产合约整合在一起,构成新的产品或者服务。

4) 虽然设计初衷是利用智能合约,构建文创娱乐到数字工厂的联动机制,但是不妨碍银行、担保机构等组织,在生产网络上提供自己的服务,帮助其他参与者实现经济价值。

技术实现

1) 系统中设计了basechain,以实现区块链的基础功能,在其上发行通证(Token),这些Token将用于:

① 新设合约范本发布时,向技术委员会支付审核少量手续费。

② 合约范式用户,向合约范式设计者,支付少量手续费。

③ 合约之间通过transaction通信,需要向矿工支付少量手续费。

④ 支付执行智能合约所需gas,由矿工收取。

⑤ 链上合约向矿工支付少量字节费。

⑥ 可作为合约结算单位。

手续费不仅是对贡献者的经济奖励,也是对使用者的约束,避免滥用,占用公共资源。

2) 为了提高出块速度,减少能源损耗,保持网络中立性,basechain将使用POS共识算法。

3) 网络中的主要成员:

① 矿工:维护区块链节点,共同组成去中心网络。

② 技术委员会:由初创团队及社区共同推选,席位暂定。负责网络顶层管理,维护核心代码(含合约范本审查),执行重大变更,组织社区投票等。

③生产者:合约的供应方(supplier)。智能合约范式设计者也是生产者,他生产合约范式,并从合约范式的使用者那里得到收益。

④消费者:合约的订购方(orderer)。通常生产者同时也可以是消费者。

4) 网络中,所有参与者以账户的形式标识。账户分为:

①合约账户,表示已经生效的合约,生产中的产品。在产品交付后,凭该帐户从用户付款中分润。

②普通账户(除合约账户以外都是普通账户),保持个人或法人数字资产,支付各类费用。

5) 为了避免恶意合约,新设计的合约范式需要提交委员会审核后,方可上链供生产者使用。为了提高审核效率,合约设计者需要向委员会支付Token作为审核费用。在项目初期,由技术委员会发布基本的合约范本。

6) 既定合约范式类型:

①清单生产合约:合约中已指定所有需要采购的零部件生产合约索引,当前合约受到order后,关联的零部件生产合约被直接启动。

②询价生产合约:合约中已指定供货商合约集合,在当前合约收到询价(inquery)时,实时从预选供货商合约中确定供货商合约索引。当前合约收到order时,只有被选中的生产合约被启动。在当前合约控制范围内,鼓励供货商提供质优价廉的产品。

③竞标合约:合约中不指定采购合约索引,仅说明中标条件,供货商自行向合约发起竞标(compete),符合中标条件的合约将被选中。当前合约被启动时,只有中目标合约会被启动。在确定的条件下,鼓励供货商开放竞争,获得订单。

7) 所有的产品合约,必须派生于经过审核的合约范式。所谓合约范式,是产品合同的标准模式,其底层为图灵完备的智能合约实现,但针对生产制造行业,进行了规范化处理,用户只需要填充合约范式,即可形成描述自己产品的合约,降低应用门坎。

8) 生产合约可描述当前生产的生产活动,同时以订购(order)的形式采购其他生产单元的产品,在生产合约中,这种订购关系以次级合约的索引表示。现实生产活动中的专业分工通过这种合约拆分的方式表达,与现实世界工业生产活动中的 “采购——供应” 逻辑基本一致。

9) 生产者使用合约范式,填充合约范式参数,生成产品合约,等待order启动。每单成交时,生产者以Token向合约范本设计者支付少量手续费。系统鼓励更多人参与到范式设计工作中,创造更多可靠、易用的合约范本。

生产实例

工业区块链(DIPNET):分布式智能生产网络

例如生产上图所示的小车。有人提供服务(服务也是一种产品),他选择了一个列表合约范式,填入自己的签名、产品说明,利润要求、当前环节的耗时计算公式即可,然后从链上选定一个车身合约、一个车轮合约,并在自己接到订单时,同时向这两个合约订购1个车身和2个车轮。车身及车轮更多的次级采购订单这里已经隐去。消费者向汽车合约发起询价(inquery),系统遍历各级合约所有节点,统计最终售价,通过order操作,使得所有合约被order,同时开始生产。

工业区块链(DIPNET):分布式智能生产网络

小车合约提供了组装服务,对最终消费者而言它是生产者,同时,小车合约也是车身和车轮合约的消费者,这样的关系可以一直深入到最末端的原料阶段,这里隐去。

系统内涉及法币交易过程,独立机构可以创建金融托管服务的“合约范式”,提供金融托管服务供其它合约订购,这样各类第三方机构以支付网关的形式参与整个生产过程。例如第三方机构可能在收到托管资金后向消费者发行自己的通证,消费者订购合约后,这些通证在合约树种按照各环节的利润要求进行分配,当消费者签收产品后,各环节生产者凭消费者签名的授权,向第三方机构兑换这些通证为法币。

对于需要身份认证的环节,具备身份认证能力的机构,可以创建身份验证“生产合约范式”,提供身份证明服务,需要身份证明的帐户可向该合约范式提交必要的数据,支付费用,购买该服务。

随着更多合约范式被开发出来,更多第三方机构、生产要素均可以参与到工业4.0的生产当中。

布式智能生产网络的应用扩展方向

大数据分析

链上生产,是一种分布式、开放的生产模式,各环节的交易量、利润都是公开的,资本可以直接看到利润集中的产业位置,并向这些高利润环节聚集,这将极大的提高社会生产效率,促进生产资源的合理配置。生产数据、销售数据本应为社会的公共资源,为任何人所用,整个社会第一次有了宏观量级和微观颗粒度兼备的,可直接分析生产的大数据集合,系统将提供丰富的数据接口,以供大数据技术使用。同时,由于链上交易依赖于PKI体系,具备良好的匿名性的同时,在必要时又可以通过出示签名证明数据的归属。一方面避免事务数据被审查的可能,另一方面可以提供数据证明,比如企业融资时,可以证明企业利润、交易量等数据的真实性。

物流签收终端

生产合约最终的支付条件是产品交付,在物流交付阶段,以用户的电子签名,替代现有物流系统签字签收的方式,将进一步提升物流送达率。例如将生产合约相关信息以二维码形式附在交付货物上,物流签收时以APP扫描,并以用户私钥签名后,APP以用户签名的消息通知生产合约,交易完成,完成资金划转,产品各环节按照合约树中各自声明的利润要求分润。由于物流也处于产品的合约树之中,其有动机保证用户电子签名的有效性,即交付的有效性。

IoT向BoT(Blockchains of Thins)发展

分布式智能生产网络中可组织几乎所有生产要素,使得全生产流程跟踪成为可能。以物流为线索,对各个生产环节的场景进行信息提取、处理、上链都将是非常有价值的创新方向。以分布式智能生产网络为基础,可以构建富有经济价值的BoT。

结语

分布式智能生产网络用工厂端“数字制造与设计”快速响应需求端创造的碎片化市场需求,以“市场4.0”倒逼“工业4.0”升级。在“品牌驱动的规模经济”向“IP驱动的范围经济”迁移的社会生产大趋势下,分布式智能生产网络DIPNET将帮助互联网能够更好的对接工业以太网,解决工业生产的智能合约构建、价值流转和数据互信问题,以分布式智能生产方式让区块链技术真正融合于工业制造和社会生产,将会为实体经济的转型升级创造价值。

标签:  工业区块链[5]    智能生产[19]
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