区块链技术驱动的产消者自组织产品制造社群构建

区块链技术驱动的产消者自组织产品制造社群构建

作者：冷杰武，江平宇，刘加军，陈庆新，刘强

选自：广东工业大学学报

译者Chocolor

  针对中心化管理平台不再适用一些产消者围绕新兴的开放式和开源式产品形成的自组织社群化制造网络的问题，提出了基于区块链技术的制造社群去中心化构建方法；分析了面向制造社群的区块链配置与运行方法，包括分布式节点共识算法、智能合约、多形态构型以及社群动态演化等；开发了一个基于Ethereum区块链技术的产消者自组织社群分布式应用原型，并验证了方法的可行性。

  新兴的开放式和开源式产品(如 RepRap开源3D打印机)的制造网络往往是由地位均等的产消者(一般为小微企业)自组织而成。 由 于知识产权、数据保密及信用机制等原因，一些中心化的管理平台不再适用这种组织模式。当前自组织模式下的服务交易往往是通过在市场自然调解作用下的线下点对点直接交互的方式进行，缺少一些辅助方法和工具。当前新的制造模式概念也依赖于中心化平台、服务器系统与统一管控模型。

  传统网络化制造模型出现以问题的根本原因在于其互联与组织一般都停留在应用层表面，而仅仅是借鉴社交媒介等信息互联方式不能改变底层设备互联和制造逻辑根本。

  针对传统点对点方案的安全与信任机制问题，区块链技术在网络节点之间创建一种相互共享的分布式数字账簿(Decentralized Shared Ledger)来记录交 互。区块链技术在分布式系统中实现了基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作，从而为中心化平台普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。

  采用区块链技术模型来构造社群化制造模式下的小微企业自组织结构，这个模型的重建不是仅在应用层面，而是从底层企业互联与组织逻辑展开；从而使得分布式的小微企业可以去中心化互联，避免因一个服务节点的失效而破坏大规模制造网络的运行。

1. 相关研究进展

  区块链是通过分布式存储的记忆和感知，支持分布式节点动态协作完成复杂的任务，具有典型的自组织性和自适应性。在区块链上建造智能合约可以实现以共识为基础的交易协议；去中心化是区块链理论的核心价值所在。

  区块链是分布式社会系统的自然建模，为社群化制造提供了一套行之有效的去中心化的数据结构、交互机制和计算范式。将区块链与自治的智能合约引入到社群自组织中，可通过线上线下互动和调谐，实现去中心化的决策协同优化。

  制造社群中开放式协同产品开发的实质是以满足个性化需求为目标的一种群体决策过程；在该过程中，产消者按照社群共识以制造服务的方式交换供需，最终形成个性化产品。

  当前产消者在Cyber层面缺乏辅助决策方法，大多社群存在于以互联网为基础的各个社交媒介中，缺少直接支撑工具来明确、维持、进化群体规范与共识，因此本文引入了区块链模型到社群化制造自组织过程中，在此环境基础上如何设计共识算法和智能合约以支持制造社群进行有效的利益协调是一个本文所关注的问题。

2. 基于区块链的自组织社群构建逻辑

  本文提出了基于区块链技术的制造服务自组织逻辑：装备被企业以服务节点的形式在一个制造服务区块链网络中注册，它们在服务需求被匹配后通过为产消者提供服务力来获得收入；产消者通过区块链支付虚拟币，虚拟币可以通过交易平台进行市场化交易。

  区块链技术解决了不同企业间的利益冲突，它提供了一个合约标准，让每个企业有平等的权益，通过建立动态的社群将传统的串行生产方式转变为并行的自组织模式，从而有效地实现了制造资源整合效率的提升。基于区块链技术的制造服务应用前提条件是形成共识的制造服务力计算与交易体系。

  基于区块链技术的服务自组织包括有两个层次：一是数据登记，区块链具有可信、可追溯的特点，因此可作为可靠的分布式数据库来记录各种制造服务全生命周期过程信息；二是制造服务自组织， 区块链技术提供灵活的脚本代码系统，支持用户在区块 链的应用层构建满足不同需求的分布式应用 (Decentralized APP，DAPP)来辅助支持小微企业自组 织过程中的信息发布，供需匹配，交易与信用评估等活动。

3. 面向社群的区块链基础模型配置

  面向小微企业自组织制造服务社群的区块链基础架构模型由数据区块层、网络共识层、合约激励层和分布应用层组成。

  3.1 数据区块层封装了数据区块以及数据加密和时间戳等技术。数据层作为区块链底层虚拟机承担数据表示与加密功能，以支持上层的数据传播和数据验证功能。

  3.2 网络共识层包括分布式组网、数据传播、数据验证以及封装网络的共识算法等。

  3.3 合约激励层包括经济激励的制造服务需求发布、匹配与交易机制及其各类智能合约脚本和算法。

  3.4 分布应用层封装了区块链的各种可编程制造服务应用场景和案例，包括需求发布、服务力评估、供需匹配、服务交易等。

4. 面向企业自组织服务社群的区块链运行方法

  关键问题是建立经济激励的统一协议，汇聚大规模的小微企业节点参与并形成对区块链历史的稳定共识。

  4.1 分布式节点共识算法

  区块链共识过程本质上是一个制造服务的任务众包过程，需设计合理的激励相容的制造服务交易共识机制，使得去中心化的自利节点能够主动参与提供制造服务，使区块链稳定运行。

  4.2 智能合约与自动化脚本

  智能合约是实现可编程、可自动生效的嵌入式程序化合约协议。所有加入的小微企业节点就制造服务合约内容和违约责任达成一致，以智能合约的形式部署在区块链上，可不依赖任何中心机构自动代表各签署方执行合约。