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工业区块链——分布式智能生产网络的技术实现

引言

早在近几年的商界和技术界,区块链可谓是无人不知,无人不谈。尤其到了2018年,区块链的话题高涨到了前所未有的地步,作为2018最热的金融科技,区块链的身影随处可见。百人会专家报告中说到的区块链又是怎样的呢!前两章中说到分布式智能生产网络的设计目标和分布式智能生产网络的应用场景,今天,小编带您学习第三章分布式智能生产网络的技术实现。

名词解释:狭义来讲,区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构, 并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义来讲,区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

第三章分布式智能生产网络的技术实现

1、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。

2、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。

3、分布式智能生产网络的解决方案

考虑到以上问题,我认为分布式智能生产网络应按以下条件构建:

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。

4、技术实现

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:新设合约范本发布时,向技术委员会支付审核少量手续费。

合约范式用户,向合约范式设计者,支付少量手续费。合约之间通transaction通信,需要向矿工支付少量手续费。支付执行智能合约所需gas,由矿工收取。链上合约向矿工支付少量字节费。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。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。

网络中的主要成员:

矿工:维护区块链节点,共同组成去中心网络。

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。

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。

消费者:合约的订购方(orderer)。通常生产者同时也可以是消费者。

网络中,所有参与者以账户的形式标识。账户分为:

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。

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。

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。

既定合约范式类型:

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,当前合约收到order后,关联的零部件生产合约被直接启动。

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(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。

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。

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。

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。

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。

5、生产实例

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。

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,这些通证在合约树中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。

温馨提示:想了解第一章和第二章,通过留言联系小编或者关注“智能制造百人会”微信公众号。

编辑排版:武琦琦

审核发布:肖继元

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