工業區塊鏈推動制造業數字化變革的作用研究

摘要：本文旨在探討制造業數字化變革的深化路徑，并重點研究工業區塊鏈的構建。文章分析了數字經濟背景下，區塊鏈技術在智能制造中的重要性，以及制造業轉型升級的迫切需要，探討了工業區塊鏈對提高數據安全性、促進企業信息系統集成以及全產業鏈協同管理的作用，提出了搭建工業區塊鏈平臺的階段性目標和實施策略，并展望了工業區塊鏈在未來制造業發展中的應用前景。

關鍵詞：制造業數字化變革；工業區塊鏈；工業數據庫；智能制造

引言

隨著全球經濟數字化的加速，制造業面臨前所未有的機遇與挑戰。數字化轉型已成為提升制造業競爭力的關鍵途徑。特別是區塊鏈技術，作為新一代信息技術的重要組成部分，為制造業帶來了顛覆性的變革潛力。本文將重點分析制造業在數字化浪潮中的轉型路徑，特別是工業區塊鏈在促進智能制造和數據安全中的關鍵作用，以及如何通過工業區塊鏈推動制造業全產業鏈的協同管理和創新發展。這不僅對促進制造業的持續健康發展具有重要意義，也為數字經濟時代的產業升級提供了新的思路和解決方案。

1. 發展背景

數字經濟的興起正在重塑全球經濟的格局，特別是在制造業領域。數字化變革為傳統制造業帶來了新的發展機遇，同時也帶來了前所未有的挑戰。在這一背景下，區塊鏈技術因其獨特的安全性、透明性和去中心化特征，成為推動制造業數字化轉型的關鍵技術。通過集成區塊鏈技術，制造業可以在保持效率的同時，增強數據安全性和業務透明度，為智能制造和工業互聯網的發展奠定堅實的基礎。

1.1 數字經濟的推進與區塊鏈技術的重要性

隨著數字經濟的發展，對制造業的影響日益顯著。數據驅動的經濟模式要求制造業采用更高效、更靈活的生產方式，同時也對數據安全性和可靠性提出了更高要求。這種環境下，區塊鏈技術以其分布式賬本、去中心化和加密特點，為制造業提供了安全、透明且難以篡改的數據環境。這不僅有利于提升數據處理的效率和安全性，也為制造業內部及其供應鏈的數據交換和協同工作開辟了新的道路。此外，區塊鏈技術在提升制造業的價值鏈透明度和追溯性方面也展現出巨大的潛力，這對于提高產品質量和增強消費者信任至關重要。

1.2 智能制造的創新載體與工業互聯網的挑戰

智能制造的目標在于利用先進的信息技術實現生產過程的自動化和智能化。工業互聯網在這一過程中扮演著至關重要的角色，其核心在于實現設備、數據和人員的有效連接。但隨著越來越多的設備接入網絡，數據安全和系統穩定性的問題變得日益嚴峻[1]。區塊鏈技術在保障智能制造和工業互聯網安全性方面展現出獨特的優勢，其不可篡改性和去中心化特性為智能制造的數據管理和設備操作提供了更高層次的安全保障。此外，區塊鏈技術在促進工業互聯網的數據共享和透明度方面也具有不可替代的作用，這對于實現跨企業、跨行業的協同創新尤為關鍵。

2. 作用意義

工業區塊鏈在制造業數字化變革中扮演著舉足輕重的角色，其影響力遠不止于技術層面，更深入到制造業的各個環節。通過構建一個分布式智能生產網絡，工業區塊鏈不僅解決了工業互聯網和工業物聯網中存在的問題，還促進了制造業的轉型升級，改善了全產業鏈協同管理。這種變革的深遠意義體現在提高數據的安全性和效率、推動智能制造企業信息系統的集成，以及解決橫向價值鏈的協同問題上。

2.1 提高數據安全與效率：解決工業互聯網、工業物聯網的問題

工業區塊鏈在提高數據安全與效率方面的作用顯著。傳統工業SaaS平臺依賴防火墻維護數據安全，但防火墻一旦被突破，集中式的工業數據庫即面臨風險。區塊鏈技術通過共識算法、加密簽名和分布式存儲，將生產中的跨組織數據互信全部通過區塊鏈完成，極大地增加了數據安全性。在工業互聯網中，區塊鏈技術的應用通過點對點的數據傳輸和實時信息交互，顯著提高了生產和操作的效率，為智能制造的實現提供了堅實的技術支持。

區塊鏈技術的分布式特性，使數據存儲不再集中于單一服務器，而是分散在網絡的多個節點上。這種分布式存儲機制，有效防止了數據被單點攻擊和篡改的風險，增強了數據的安全性和可靠性。同時，區塊鏈的不可篡改性確保了數據的真實性和完整性，為制造業提供了一個透明、可信的數據環境。

區塊鏈技術在提高生產效率方面也發揮著重要作用[2]。通過實現生產數據的實時共享和智能合約的自動執行，區塊鏈技術減少了人工干預，加快了生產決策和執行的速度。這種高效的數據處理和信息流通機制，為制造業的快速響應和靈活生產提供了可能。

2.2 促進制造業轉型升級：智能制造企業綜合信息系統集成

在制造業轉型升級方面，區塊鏈技術的應用起到了關鍵作用。區塊鏈技術通過整合制造企業中的傳感器、控制模塊、通信網絡等系統，為企業提供了一個統一的賬本基礎設施。這種整合不僅便于企業對生產制造的全過程進行監督，還實現了綜合數據追溯和產品及生產線的綜合管理。這種全過程的信息集成，顯著提高了生產制造過程的透明度和智能化管理水平，有助于企業在高度競爭的市場中保持領先地位。

區塊鏈技術在制造業中的應用，實現了數據流與物流的深度融合。通過區塊鏈技術，制造企業能夠實時追蹤產品從原材料采購到生產、從倉儲到物流直至最終消費者的整個生命周期。這種透明的數據追蹤機制，不僅提高了生產效率，還增強了產品質量控制和供應鏈管理的能力。

2.3 全產業鏈協同管理：解決橫向價值鏈協同問題

區塊鏈技術在全產業鏈協同管理方面展現出獨特優勢。通過在區塊鏈上記錄和共享企業間的訂單需求、產能情況、庫存水平和突發故障等關鍵信息，區塊鏈技術有助于解決橫向價值鏈協同管理中的問題。這種技術應用不僅提高了區域制造業整體的生產能力，也促進了服務型制造的互聯互通效率。

區塊鏈技術的應用，使不同企業間的信息共享變得更加高效和透明。在區塊鏈上，每一筆交易和信息都被記錄并共享給網絡中的所有參與者，這種信息的即時共享和透明化，有助于企業及時了解市場動態和供應鏈狀況，從而做出更加精準的生產和經營決策[3]。

同時，區塊鏈的智能合約功能為多個企業間的協作提供了強大支持。智能合約是一種自動執行合同條款的程序，當預設的條件被滿足時，合約將自動執行。這種自動化的合作機制，減少了人工干預，降低了協作的成本和時間，提高了協作的效率和可靠性。

3. 平臺搭建

工業區塊鏈平臺的搭建是一個分階段進行的復雜過程，涉及多個階段的策略實施和技術應用。從工業以太坊的建設開始，逐步過渡到智能合約的應用，再發展到通證經濟系統的構建，最終實現分布式智能生產網絡和經濟運行的自動化。每個階段都是對前一階段的延伸和深化，反映了制造業數字化變革和工業區塊鏈建設的漸進性和系統性。

3.1 第一階段：工業以太坊建設

工業以太坊的建設是工業區塊鏈平臺發展的基石。以太坊作為一種開源的區塊鏈底層環境，為智能合約的實現提供了必要的基礎。工業以太坊要求在以太坊的基礎上進行性能的優化升級，以更好地符合現實社會生產的需要。這一優化包括改進其處理速度、增強安全性能和提高系統的可擴展性。這樣的優化不僅使得以太坊更適合于工業應用，而且為后續階段的智能合約范式和通證經濟系統的構建奠定了堅實的基礎。

3.2 第二階段：智能合約范式的應用

智能合約作為自動化合同執行的機制，省去了傳統合同中的許多復雜環節，如簽字蓋章、中間擔保和違約處理等。由于以太坊平臺對開發者的技術要求較高，工業區塊鏈系統通過提供不同細分產業特定的智能合約模板，使傳統企業能夠輕松接入并成為生產網絡的一部分。這種模式降低了企業在技術開發上的門檻，同時提高了整個生產網絡的靈活性和響應速度。智能合約范式的建立既可以由官方進行，也可由第三方開發者設計，使各個生產單元或服務機構能夠通過自建的智能合約自動執行合同[4]。例如，銀行可以通過構建智能合約范式來支持生產鏈條，使用通證作為內部記賬單位，同時由銀行提供法幣清算的背書和擔保。這樣的系統不僅提高了合同執行的效率，還增強了整個生產過程的透明度和可追溯性。

3.3 第三階段：通證經濟系統的構建

工業區塊鏈的發展進入關鍵時期，即構建通證經濟系統。該系統通過“通證化”手段，實現將各種有價值的權益轉化為數字資產。此階段的中心任務是，促進共享收益權向共享使用權的轉換，確保權益在區塊鏈網絡中的透明度、可信賴性以及快速流轉。采用智能合約范式建立的通證經濟系統，不僅提升了基礎設施性能，也讓生產單元與服務機構融合為一個完整的經濟體系。區塊鏈的本地通證（DIP）在智能合約的審核、開發與使用過程中起到了關鍵作用。參與者還可以依據區塊鏈的底層標準，開發個人通證，并通過外部交易網絡實現快速流通，從而提高資產的流動性和增加融資途徑。通證經濟系統高效支持了實體經濟運作，加快了實體經濟參與者和合約范式開發人員的資金獲取速度，進而推動了生產力的提升和經濟發展。

3.4 第四階段：分布式智能生產網絡的實現

在工業區塊鏈中，分布式智能生產網絡的構建是一個革命性的變化。傳統的串行生產模式被分布式生產網絡所取代，其中每個生產環節都能通過智能合約范式和P2P技術實現有效的數據共享和溝通[5]。生產單元不再局限于大規模生產，而是能夠靈活響應多品種小批量的碎片化需求。產品與其產業鏈上下游通過智能合約范式相連，構建起一套完整的“數字雙胞胎”系統。這個系統不僅將生產單元與消費流量端有效對接，還實現了從生產到物流的全定制化。

除此之外，生產單元還能夠根據需求動態組成高效的生產系統，智能合約指令直接嵌入各生產單元的數字化工廠生產系統中，快速執行生產指令。完成的產品通過智能物流企業直接送達消費者。在這個過程中，銀行、擔保機構、檢測機構等通過智能合約與生產單元緊密相連，提供必要的服務支持。每個生產網絡參與者不僅可以使用原生通證，還可以發行自有通證，以增加流動性，高效完成生產。

這種分布式、智能化、自組織的生產方式，將徹底變革人類的社會生產方式，重新定義工業社會的價值基礎。通過工業區塊鏈技術，生產過程不再依賴于中心化的管理，而是通過智能合約和P2P技術實現自動化、去中心化的協作，從而高效、快速地響應市場需求，開創了生產方式的新紀元。

3.5 第五階段：經濟運行自動化

經濟運行自動化是工業區塊鏈發展的最終階段，標志著整個社會生產的自動化和智能化。在這個階段，每個產業的運行狀態、宏觀數據都將在區塊鏈上透明化、自動化、智能化地展現。這種全面的透明度和自動化不僅消除了生產周期的不穩定性，還為產業發展提供了清晰的方向。社會生產不再受周期性波動的影響，實現了更加均衡和持續的發展。

政府和管理者可以依據實時的經濟數據進行輔助性調控，優化社會生產結構。這種基于數據驅動的管理模式，提高了政策制定的準確性和有效性。同時，企業和個人能夠根據產業地圖及時調整投資策略和生產節奏，實現更加高效的資源配置和利用。這樣的經濟運行方式，不僅優化了制造業的發展模式，還提升了整個社會產業的運行效率，開創了一種全新的、數據驅動的經濟管理模式。

結語

在不斷推進制造業數字化演變的當下，工業區塊鏈技術日益重要。數字化技術特別是區塊鏈技術，在制造業革新與升級進程中蘊含著巨大潛力。區塊鏈技術在工業界的應用促成了從方方面面、全過程到深層次的變革，改造了整個生命周期的價值流通網絡，并且通過與云技術的結合，實現了生產數字化與價值智能化的深度整合，為智能制造的飛躍式發展打開了關鍵之道。正如甘中學博士在第五屆全國機器人峰會上提出的觀點[6]：人工智能正致力于解決生產力方面的難題，區塊鏈技術則致力于解決生產關系方面的問題。這反映出在邁向未來工業的路途上，區塊鏈技術扮演著不可或缺的角色。

參考文獻：

[1]邵奇峰，張召，朱燕超，等.企業級區塊鏈技術綜述[J].軟件學報，2019，30（9）： 2571-2592.

[2]韓璇，袁勇，王飛躍.區塊鏈安全問題：研究現狀與展望[J].自動化學報，2019， 45（1）：206-225.

[3]劉江，霍如，李誠成，等.基于命名數據網絡的區塊鏈信息傳輸機制[J].通信學報，2018，39（1），24-33.

[4]呂文晶，陳勁，劉進.工業互聯網的智能制造模式與企業平臺建設——基于海爾集團的案例研究[J].中國軟科學， 2019（7）：1-13.

[5]王晨，宋亮，李少昆.工業互聯網平臺：發展趨勢與挑戰[J].中國工程科學，2020，20（2）：15-19.

[6]中國機器人峰會.甘中學博士：“機器變人”時代，三元群智社會的人機物如何融合協同？[EB/OL].（2021-06-30）[2023-12-14].http：//chinarobtop.com/newsinner.php？id=644.

作者簡介：姚羽，本科，高級工程師，研究方向：實時數據庫、工業大數據、工業數據要素。