區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈協(xié)同嵌入的端至端智能服務(wù)體系創(chuàng)新研究

郭春榮

摘要：缺乏智能服務(wù)體系的支撐已經(jīng)成為遏制智能制造進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問題，尤其表現(xiàn)在信息系統(tǒng)服務(wù)、供應(yīng)鏈服務(wù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章在對智能服務(wù)及區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，將下一代供應(yīng)鏈技術(shù)及區(qū)塊鏈技術(shù)引入服務(wù)系統(tǒng)框架，通過結(jié)構(gòu)及關(guān)系嵌入方式構(gòu)建端至端智能服務(wù)創(chuàng)新體系。并對其結(jié)構(gòu)及功能加以設(shè)計(jì)分析，不但解決了面向智能制造的服務(wù)不智能問題。而且為促進(jìn)制造和服務(wù)融合發(fā)展指明了方向。

關(guān)鍵詞：端至端;智能服務(wù);供應(yīng)鏈;區(qū)塊鏈

中圖分類號：F253.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

發(fā)展智能制造，推動制造業(yè)向服務(wù)型智能制造躍升已經(jīng)成為一些發(fā)達(dá)國家搶占新一輪世界科技制高點(diǎn)的國家戰(zhàn)略之一。由此可見，智能服務(wù)不但構(gòu)成了智能制造的重要元素而且為智能制造指明了發(fā)展方向。智能服務(wù)是制造服務(wù)智能化的具體應(yīng)用，是基于現(xiàn)代服務(wù)技術(shù)與制造技術(shù)的以用戶需求為導(dǎo)向的圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)提供的所有活動，服務(wù)企業(yè)、制造企業(yè)及終端用戶等均為主體，涵蓋生產(chǎn)性服務(wù)及制造服務(wù)兩個方面，前者是面向智能制造企業(yè)提供的各種服務(wù)，如供應(yīng)鏈服務(wù)、信息系統(tǒng)服務(wù)等;后者是為智能制造企業(yè)的終端用戶提供的各類服務(wù)，如售后服務(wù)、遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)等，兩者共同促進(jìn)制造與服務(wù)的融合發(fā)展。雖然智能服務(wù)的兩個方面相互交織但不難發(fā)現(xiàn)，面向智能制造企業(yè)的服務(wù)是智能服務(wù)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)不牢固，智能制造發(fā)展就舉步維艱，而在現(xiàn)實(shí)中這恰恰成為遏制智能制造進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸問題，最突出的是目前尚未建立起相應(yīng)的服務(wù)體系，圍繞智能制造企業(yè)的不同類型組織之間的邊界清晰，缺乏協(xié)作與滲透面向智能制造的服務(wù)不智能，恰恰表現(xiàn)在信息系統(tǒng)服務(wù)、供應(yīng)鏈服務(wù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)《經(jīng)濟(jì)日報(bào)》報(bào)道，中國制造業(yè)每年單因供應(yīng)鏈質(zhì)量問題所遭受的直接損失就超過1700億元人民幣。僅2018年就有28%的制造商因網(wǎng)絡(luò)安全攻擊而遭受損失。顯然，面向智能制造的服務(wù)創(chuàng)新刻不容緩。傳統(tǒng)的松散性合作已經(jīng)難以真正實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，特別是針對智能制造這種富含先進(jìn)技術(shù)的生產(chǎn)形式，因此，必須通過網(wǎng)絡(luò)嵌入的形式將基于智能制造導(dǎo)向的創(chuàng)新與服務(wù)定位的創(chuàng)新納入一個整體性框架，并形成融合發(fā)展的穩(wěn)態(tài)。

1智能服務(wù)及區(qū)塊鏈技術(shù)分析

1.1基于智能制造多維要素的智能服務(wù)分析。現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，只有功能匹配、服務(wù)才能真正激發(fā)智能制造發(fā)展。智能制造首先體現(xiàn)的是以客戶為中心的產(chǎn)品全生命周期理念，只有生產(chǎn)性服務(wù)與產(chǎn)品、制造性服務(wù)一體化融合，才能有機(jī)整合、集成分散化的制造資源。其次，由于依賴物聯(lián)網(wǎng)的感知、收集及分析功能，面向智能制造的服務(wù)所處的是一個分散和分布式的物理環(huán)境，多維服務(wù)協(xié)同將成為一種有效的方法，但要基于共識協(xié)同機(jī)制平衡供應(yīng)端、生產(chǎn)端、需求端、市場端與服務(wù)端等多主體的利益。此外，連接數(shù)量呈指數(shù)增長的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、全產(chǎn)業(yè)鏈的智能設(shè)備及其生產(chǎn)軌跡共同產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)與信息，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)服務(wù)雖然能夠發(fā)揮一定的作用，但中心化的服務(wù)儲存器已經(jīng)難以承受如此龐大的負(fù)荷，信息安全跟節(jié)點(diǎn)信任等問題也逐漸暴露出來;而且生產(chǎn)的縱向集成、價(jià)值鏈的橫向集成和端至端集成需要打通整個產(chǎn)品生命周期的數(shù)據(jù)流、信息流，實(shí)現(xiàn)透明、安全、高效的互聯(lián)互通必須借助新技術(shù)。因此，智能制造體是多維要素的集中體現(xiàn)，相應(yīng)的服務(wù)也獨(dú)具特點(diǎn)（表1）。

1.2區(qū)塊鏈技術(shù)的多維要素分析。面向智能制造的服務(wù)具有用戶導(dǎo)向性、分布式、柔性、持續(xù)性等端至端特點(diǎn)，恰恰與區(qū)塊鏈技術(shù)的特性不謀而合。區(qū)塊鏈?zhǔn)瞧鹪从诒忍貛挪⒔⒃诿艽a學(xué)、端至端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、共識機(jī)制等技術(shù)基礎(chǔ)之上的現(xiàn)代信息技術(shù)，其本質(zhì)是交易各方為信任而建立的一種去中心化、分布式數(shù)據(jù)存儲解決方案。區(qū)塊鏈技術(shù)同樣具有多維屬性（表2），基于區(qū)塊鏈的平臺可用于支持分布式參與者之間的協(xié)作，區(qū)塊鏈技術(shù)的共識機(jī)制使參與者無需建立信任關(guān)系也可完成交易，去中心化的解決方案透明度高，點(diǎn)對點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施可以快速部署共享數(shù)據(jù)，分布式數(shù)據(jù)存儲和計(jì)算能夠有效防止惡意攻擊的連鎖反應(yīng)，由程序代碼及存儲文件組成的智能合約可以由所有共識節(jié)點(diǎn)自動執(zhí)行。基于區(qū)塊鏈的系統(tǒng)可以提高分散系統(tǒng)的安全性、透明度及效率，已經(jīng)在供應(yīng)鏈管理、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)金融等領(lǐng)域得以應(yīng)用，例如，區(qū)塊鏈對供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)和流程產(chǎn)生了重大影響，提高了供應(yīng)鏈管理質(zhì)量。以沃爾瑪為例，其區(qū)塊鏈上有上百萬件商品，記錄了它們從制造商到零售商的全部歷程。全球航運(yùn)公司馬士基與IBM公司合作，利用區(qū)塊鏈云服務(wù)跟蹤集裝箱，物流效率大大提高，貨物安全性能增強(qiáng)。當(dāng)然，作為一種新興技術(shù)。區(qū)塊鏈也有一些明顯的缺點(diǎn)，所以成功的范例往往是多種技術(shù)相融合的成果。

2端至端智能服務(wù)體系結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

2.1供應(yīng)鏈層。供應(yīng)鏈構(gòu)成了智能服務(wù)體系中的基礎(chǔ)層次，它直接將終端延伸至客戶，包括從智能制造供應(yīng)端一直到最終用戶端的服務(wù)產(chǎn)品生命周期的所有對等利益主體（圖1），體現(xiàn)的是分散的、分布的、動態(tài)的物理世界中的目標(biāo)對象圍繞客戶價(jià)值所形成的端至端集成。與傳統(tǒng)供應(yīng)鏈不同，面向智能制造的供應(yīng)鏈所有節(jié)點(diǎn)是平等的生態(tài)關(guān)系，沒有哪一個端點(diǎn)是核心企業(yè);各級用戶購買的是具有創(chuàng)新性的服務(wù)，產(chǎn)品成為服務(wù)的附屬品，服務(wù)與產(chǎn)品一起被生產(chǎn)出來并貫穿于供應(yīng)鏈的始終。供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)借助其它層次的功能將透明化的智能制造端展現(xiàn)在客戶面前，用戶可以與智能工廠交互溝通，享受集成化、個性化定制服務(wù)。供應(yīng)鏈各層級所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息也為智能工廠源源不斷的注入創(chuàng)新元素。因此，具備自適應(yīng)性、動態(tài)集成特點(diǎn)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)可以滿足不同定制產(chǎn)品的制造和交付。

2.2物聯(lián)網(wǎng)感知層。物聯(lián)網(wǎng)感知層是智能服務(wù)體系中的次一級層次。由RFID（Radio Frequency Identification Devices射頻識別器）、NFC（Near Field Communication近場通信）、條形碼、二維碼等掃描設(shè)備，智能傳感器、智能驅(qū)動器及5G無線通訊網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)及信息識別、采集、檢測、存儲、處理、傳輸?shù)溶浻布O(shè)備構(gòu)成。通過廣域布局物聯(lián)網(wǎng)感知層為整個供應(yīng)鏈體系創(chuàng)造了一個無所不在的端至端傳感環(huán)境，通過它可以獲取供應(yīng)鏈的原材料、機(jī)械設(shè)備、半成品、產(chǎn)成品、人員、運(yùn)輸工具、包裝等物理項(xiàng)的多維及多域數(shù)據(jù)及信息，經(jīng)過過濾分析后向系統(tǒng)下一層級輸送。

2.3數(shù)據(jù)層。由物聯(lián)網(wǎng)感知層采集的數(shù)據(jù)及供應(yīng)鏈生成的數(shù)據(jù)匯聚到數(shù)據(jù)層，它主要包括智能產(chǎn)品數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)及人員數(shù)據(jù)等。技術(shù)人員借助先進(jìn)的軟硬件設(shè)備及大數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、集成、處理及分析，將現(xiàn)實(shí)智能制造世界中的產(chǎn)品、貨物、設(shè)備及運(yùn)輸工具等物理對象轉(zhuǎn)換為數(shù)字孿生體，并通過它們具體的時(shí)間、地點(diǎn)等屬性建立數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，從而將對物理世界的管理轉(zhuǎn)化為對數(shù)字世界的管理。釋放數(shù)據(jù)價(jià)值。大數(shù)據(jù)技術(shù)提高了整個供應(yīng)鏈的經(jīng)營行為的可洞察性，從而將有價(jià)值的供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效的管理，例如，供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)可以根據(jù)客戶行為模式實(shí)時(shí)調(diào)整供給及產(chǎn)能。各級節(jié)點(diǎn)企業(yè)在數(shù)據(jù)分析及管理過程中不斷發(fā)現(xiàn)新知識、學(xué)習(xí)新知識并形成集體性智能決策，從而獲得供應(yīng)鏈管理的新競爭優(yōu)勢。

2.4區(qū)塊鏈層。經(jīng)過數(shù)據(jù)層處理的數(shù)據(jù)加密后通過智能合約模塊接口上傳保存到區(qū)塊鏈層。經(jīng)過系統(tǒng)注冊的供應(yīng)鏈成員可以通過公共密鑰和私有密鑰對數(shù)據(jù)享有特定的權(quán)利。基于區(qū)塊鏈的分布式數(shù)據(jù)存儲和驗(yàn)證平臺為整個供應(yīng)鏈提供了一個分散和分布式的數(shù)據(jù)處理環(huán)境。其中，數(shù)字標(biāo)識的利用及其訪問權(quán)限的設(shè)置一方面實(shí)現(xiàn)了信息共享，另一方面保證了隱私數(shù)據(jù)的保密性;將完整性檢查機(jī)制與區(qū)塊鏈相結(jié)合確保了數(shù)據(jù)的完整性;開發(fā)適當(dāng)?shù)乃惴橥ㄟ^區(qū)塊鏈進(jìn)行交易提供了端至端的安全性能;利用智能合約服務(wù)處理數(shù)據(jù)并支持不同供應(yīng)鏈實(shí)體的交互實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理功能;通過智能裝備數(shù)據(jù)監(jiān)督生產(chǎn)運(yùn)行情況，消除智能制造中的單點(diǎn)故障;通過實(shí)時(shí)質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，通過物流數(shù)據(jù)自動規(guī)劃物流線路，通過交易數(shù)據(jù)自動高效執(zhí)行商業(yè)合同，通過零售商的交易數(shù)據(jù)分析最終用戶需求并向制造商及供應(yīng)商提供生產(chǎn)及供應(yīng)建議。區(qū)塊鏈技術(shù)將傳統(tǒng)供應(yīng)鏈的個人信任轉(zhuǎn)化為端至端的系統(tǒng)信任，對供應(yīng)鏈管理及治理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了重大影響，為分散自治管理提供了技術(shù)支持，并通過提高透明度、降低不確定性降低了整個系統(tǒng)的交易成本。

2.5云端層。在智能服務(wù)體系當(dāng)中，云端層連接區(qū)塊鏈層及數(shù)據(jù)層從而將智能制造導(dǎo)入云端平臺。云端系統(tǒng)由分布式數(shù)據(jù)中心作為支撐的源動力，由云軟件、人工智能等作為技術(shù)支持，并配備服務(wù)器、存儲設(shè)備、云景可視化管理系統(tǒng)，為整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)造了一個開放、可視的云端環(huán)境，為智能制造的最終用戶及供應(yīng)鏈各利益相關(guān)者提供了一個面向服務(wù)的、基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的交互環(huán)境。根據(jù)應(yīng)用及實(shí)際需求的不同，物聯(lián)網(wǎng)采集的大數(shù)據(jù)既可以存儲在區(qū)塊鏈層，也可以上傳到云端層。基于硬件虛擬化和動態(tài)計(jì)算資源提供的能力，云系統(tǒng)能夠無縫集成物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)和信息，并在云消費(fèi)者和云提供者之間進(jìn)行安全傳輸，為供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)及用戶提供多維云邊協(xié)同服務(wù)，加速智能制造價(jià)值鏈體系的量化及融合，提高資源利用效率。2.6服務(wù)層。服務(wù)層由基于云的多維服務(wù)交付系統(tǒng)構(gòu)成，包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)系統(tǒng)（Infrastructure as a Service，Iaas）、數(shù)據(jù)即服務(wù)系統(tǒng)（Data a8Service，DaaS）、平臺即服務(wù)系統(tǒng)（Platform as a Service，PaaS）、軟件即服務(wù)系統(tǒng)（Software as a Service。SaaS）及區(qū)塊鏈即服務(wù)系統(tǒng)（Blockchain as a Service，BaaS）。通過提供上述服務(wù)來處理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)并支持供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)及最終用戶的交互運(yùn)營。供應(yīng)鏈各級用戶可以按需創(chuàng)建、訪問遠(yuǎn)程虛擬服務(wù)器、存儲器并進(jìn)行業(yè)務(wù)操作;通過云數(shù)據(jù)服務(wù)接口和云授權(quán)機(jī)制訪問特定的物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施中的數(shù)據(jù)。供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)可以匯同用戶在云上開發(fā)各種應(yīng)用程序，例如，開發(fā)及應(yīng)用各種智能合約，開發(fā)云可視化工具并可視化數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈技術(shù)為各種不同技術(shù)和服務(wù)的開發(fā)、交付創(chuàng)造了一個低風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境，使得基于區(qū)塊鏈的服務(wù)和應(yīng)用更加容易部署和使用。基于共識機(jī)制的智能服務(wù)協(xié)同優(yōu)化方案使產(chǎn)品、制造系統(tǒng)及業(yè)務(wù)活動均按照自己的生命周期有序進(jìn)行，有助于形成基于服務(wù)的智能生態(tài)系統(tǒng)。

3結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了基于共識機(jī)制的區(qū)塊鏈與供應(yīng)鏈協(xié)同嵌入的端至端智能服務(wù)協(xié)同優(yōu)化方案，包括供應(yīng)鏈層、物聯(lián)網(wǎng)感知層、數(shù)據(jù)層、區(qū)塊鏈層、云端層、服務(wù)層六個層級，通過將服務(wù)嵌入到整個智能制造價(jià)值鏈體系當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了資源、信息、產(chǎn)品及參與者的高效交互，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)端、生產(chǎn)端、需求端、市場端與服務(wù)端進(jìn)行有效集成，為制造化服務(wù)化奠定了堅(jiān)實(shí)的理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。當(dāng)然，本文的研究只是從功能及結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了探索性分析。智能服務(wù)體系的組織及運(yùn)營將構(gòu)成本文的后續(xù)研究。