本文來源：冷杰武, 江平宇, 劉加軍, 陳慶新, & 劉強. (2017). 區(qū)塊鏈技術驅動的產消者自組織產品制造社群構建. 廣東工業(yè)大學學報, 34(05), 1-9

針對中心化管理平臺不再適用一些產消者圍繞新興的開放式和開源式產品形成的自組織社群化制造網絡的問題，提出了基于區(qū)塊鏈技術的制造社群去中心化構建方法；分析了面向制造社群的區(qū)塊鏈配置與運行方法，包括分布式節(jié)點共識算法、智能合約、多形態(tài)構型以及社群動態(tài)演化等；開發(fā)了一個基于Ethereum區(qū)塊鏈技術的產消者自組織社群分布式應用原型，并驗證了方法的可行性。

新興的開放式和開源式產品（如 RepRap開源3D打印機）的制造網絡往往是由地位均等的產消者（一般為小微企業(yè)）自組織而成。 由 于知識產權、數據保密及信用機制等原因，一些中心化的管理平臺不再適用這種組織模式。當前自組織模式下的服務交易往往是通過在市場自然調解作用下的線下點對點直接交互的方式進行，缺少一些輔助方法和工具。當前新的制造模式概念也依賴于中心化平臺、服務器系統(tǒng)與統(tǒng)一管控模型。

傳統(tǒng)網絡化制造模型出現(xiàn)以問題的根本原因在于其互聯(lián)與組織一般都停留在應用層表面， 而僅僅是借鑒社交媒介等信息互聯(lián)方式不能改變底 層設備互聯(lián)和制造邏輯根本。

針對傳統(tǒng)點對點方案的安全與信任機制問題， 區(qū)塊鏈技術在網絡節(jié)點之間創(chuàng)建一種相互共享的分布式數字賬簿（Decentralized Shared Ledger）來記錄交 互。區(qū)塊鏈技術在分布式系統(tǒng)中實現(xiàn)了基于去中心化信用的點對點交易、協(xié)調與協(xié)作，從而為中心化平臺普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了解決方案。

采用區(qū)塊鏈技術模型來構造社群化制造模式下的小微企業(yè)自組織結構，這個模型的重建不是僅在應用層面， 而是從底層企業(yè)互聯(lián)與組織邏輯展開；從而使得分布式的小微企業(yè)可以去中心化互聯(lián)，避免因一個服務節(jié)點的失效而破壞大規(guī)模制造網絡的運行。

1. 相關研究進展

區(qū)塊鏈是通過分布式存儲的記憶和感知，支持分布式節(jié)點動態(tài)協(xié)作完成復雜的任務，具有典型的自組織性和自適應性。在區(qū)塊鏈上建造智能合約可以實現(xiàn)以共識為基礎的交易協(xié)議；去中心化是區(qū)塊鏈理論的核心價值所在。

區(qū)塊鏈是分布式社會系統(tǒng)的自然建模，為社群化制造提供了一套行之有效的去中心化的數 據結構、交互機制和計算范式。將區(qū)塊鏈與自治的智能合約引入到社群自組織中，可通過線上線下互動和調諧，實現(xiàn)去中心化的決策協(xié)同優(yōu)化。

制造社群中開放式協(xié)同產品開發(fā)的實質是以滿足個性化需求為目標的一種群體決策過程；在該過 程中，產消者按照社群共識以制造服務的方式交換供需，最終形成個性化產品。

當前產消者在Cyber層面缺乏輔助決策方法，大多社 群存在于以互聯(lián)網為基礎的各個社交媒介中，缺少直接支撐工具來明確、維持、進化群體規(guī)范與共識，因此本文引入了區(qū)塊鏈模型到社群化制造自組織過程中，在此環(huán)境基礎上如何設計共識算法和智能合約以支持制造社群進行有效的利益協(xié)調是一個本文 所關注的問題。

2. 基于區(qū)塊鏈的自組織社群構建邏輯

本文提出了基于區(qū)塊鏈技術的制造服務自組織邏輯：裝備被企業(yè)以服務節(jié)點的形式在一個制造服務區(qū)塊鏈網絡中注冊，它們在服務需求 被匹配后通過為產消者提供服務力來獲得收入；產消者通過區(qū)塊鏈支付虛擬幣，虛擬幣可以通過交易平臺進行市場化交易。

區(qū)塊鏈技術解決了不同企業(yè)間的利益沖突，它提供了一個合約標準，讓每個企業(yè)有平等的權益，通過建立動態(tài)的社群將傳統(tǒng)的串行生產方式轉變?yōu)椴⑿械淖越M織模式，從而有效地實現(xiàn)了制造資源整合效率的提升?；趨^(qū)塊鏈技術的制造服務應用前提條件是形成共識的制造服務力計算與交易體系。

基于區(qū)塊鏈技術的服務自組織包括有兩個層 次：一是數據登記，區(qū)塊鏈具有可信、可追溯的特點， 因此可作為可靠的分布式數據庫來記錄各種制造服 務全生命周期過程信息；二是制造服務自組織， 區(qū)塊鏈技術提供靈活的腳本代碼系統(tǒng)，支持用戶在區(qū)塊 鏈的應用層構建滿足不同需求的分布式應用 （Decentralized APP，DAPP）來輔助支持小微企業(yè)自組 織過程中的信息發(fā)布，供需匹配，交易與信用評估等活動。

3. 面向社群的區(qū)塊鏈基礎模型配置

面向小微企業(yè)自組織制造服務社群的區(qū)塊鏈基礎架構模型由數據區(qū)塊層、網絡共識層、 合約激勵層和分布應用層組成。

3.1 數據區(qū)塊層封裝了數據區(qū)塊以及數據加密和時間戳等技術。數據層作為區(qū)塊鏈底層虛擬機承擔數據表示與加密功能，以支持上層的數據傳播和數據驗證功能。

3.2 網絡共識層包括分布式組網、數據傳播、數據驗證以及封裝網絡的共識算法等。

3.3 合約激勵層包括經濟激勵的制造服務需求發(fā) 布、匹配與交易機制及其各類智能合約腳本和算法。

3.4 分布應用層封裝了區(qū)塊鏈的各種可編程制造服 務應用場景和案例，包括需求發(fā)布、服務力評估、供需匹配、服務交易等。

4. 面向企業(yè)自組織服務社群的區(qū)塊鏈運行方法

關鍵問題是建立經濟激勵的統(tǒng)一協(xié)議，匯聚大規(guī)模的小微企業(yè)節(jié)點參與并形成對區(qū)塊鏈歷史的穩(wěn)定共識。

4.1 分布式節(jié)點共識算法

區(qū)塊鏈共識過程本質上是一個制造服務的任務眾包過程，需設計合理的激勵相容的制造服務交易共識機制，使得去中心化的自利節(jié)點能夠主動參與提供制造服務，使區(qū)塊鏈穩(wěn)定運行。

4.2 智能合約與自動化腳本

智能合約是實現(xiàn)可編程、可自動生效的嵌入式程序化合約協(xié)議。所有加入的小微企業(yè)節(jié)點就制造 服務合約內容和違約責任達成一致，以智能合約的形式部署在區(qū)塊鏈上，可不依賴任何中心機構自動代表各簽署方執(zhí)行合約。

5. 基于區(qū)塊鏈技術的多形態(tài)制造服務社群構型與動態(tài)演化

5.1 基于區(qū)塊鏈技術的多形態(tài)制造服務社群構型

根據實際應用場景和需求，基于區(qū)塊鏈技術的企業(yè)自組織制造服務社群可分為3種應用構型模式， 即公共服務區(qū)塊鏈（Public Service Blockchain）、共同體服務區(qū)塊鏈（Consortium Service Blockchain）和私有服務區(qū)塊鏈（Private Service Blockchain）。

5.1.1 公共服務區(qū)塊鏈

公共服務區(qū)塊鏈是完全去中心化的區(qū)塊鏈，由加密數字經濟維護安全，由基于PoW貢獻的經濟激勵驅動運行，分布式系統(tǒng)的任何節(jié)點均可參與鏈上制造服務交易共識過程。

5.1.2 共同體服務區(qū)塊鏈

共同體服務區(qū)塊鏈是部分去中心化或多中心化的區(qū)塊鏈，適用于多個實體如園區(qū)或集團構成的組 織或聯(lián)盟，其共識過程受到預定義的一組節(jié)點控制， 生成區(qū)塊需要獲得預選的共識小微企業(yè)節(jié)點中的一 定數量以上的節(jié)點確認。

5.1.3 私有服務區(qū)塊鏈

私有服務區(qū)塊鏈則是完全中心化的區(qū)塊鏈，適用于企業(yè)的內部數據管理等，其寫入權限由中心機構控制，而讀取權限可視需求有選擇性地對外開放。因為規(guī)則柔性大、效率高、權限保護容易實現(xiàn)，私有區(qū)塊鏈更適合單個企業(yè)內部所用。

其中，由于去中心化程度不同，共同體 、服務區(qū)塊鏈和私有服務區(qū)塊鏈可能不完全符合區(qū)塊鏈運行模型，因此不需要設計經濟激勵。

5.2 制造服務社群動態(tài)演化

制造服務社群的創(chuàng)成是一個動態(tài)演化的過程。社群化制造通過產品大規(guī)模個性化需求驅動的社群組織整合產消者的制造能力與服務以建立個性化的產品。產品的開發(fā)需要經過一群產消者的協(xié)作， 并涉及到一系列的制造服務的協(xié)調。

5.2.1 制造服務社群的創(chuàng)成與動態(tài)演變過程。它包括5個階段，即資源社群、價值社群、共 信社群、合作社群和利益社群。

5.2.2 制造服務社群的特點

1.產品制造驅動的專長互補的產消者聚合和制造資源優(yōu)化配置；2.以產品制造過程自組織，隨著產品的生命周期產生和消亡；3.制造服務社群的總體演化趨勢是經濟利益驅動的成員群體公共信任的增強。社群在自適應發(fā)展的過程中最終達到一個產業(yè)鏈共識，在區(qū)塊鏈技術的支撐下，最終形成一個自組織生產協(xié)作的生態(tài)系統(tǒng)。

6. 基于Ethereum區(qū)塊鏈技術的企業(yè)自組織制造服務社群構建

示例性地構建一個面向社群化制造企業(yè)自組織服務社群的分布式應用（Decentr- alized APPlication，DAPP）。在基礎Ethereum環(huán)境層，采用基于Python語言實現(xiàn)所有Ethereum節(jié)點 Internet網絡交互。智能合約的編寫語言選用流行且穩(wěn)定的Solidity語言，可用于支持小微企業(yè)群進行制造服務社群自組織。

智能合約的自動化和可編程特性使其可封裝分布式區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各制 造服務節(jié)點的交互與交易行為，成為基于區(qū)塊鏈 的企業(yè)自組織制造服務社群中的軟件代理，支撐各類分布式人工智能系統(tǒng)應用，使得基于區(qū)塊鏈技術構建各類去中心化應用DAPP和去中心化自組織成為可能。智能合約執(zhí)行過程的第一步是服務供需匹配的協(xié)議定義， 第二步是服務交易的確認規(guī)則定義，在前兩步的智能合約層次的制造服務交易共識達成的基礎上，下一步就是基于智能合約的去中心化的應用程序DAPP的開發(fā)。

7. 結論

本文采用的區(qū)塊鏈技術是實現(xiàn)社群化制造自組織模式的基礎架構之一，它能夠將分布式和去中心化資源與需求帶給制造服務社群中的每個參與的小微企業(yè)。去中心化的區(qū)塊鏈可幫助小微企業(yè)群開展制造服務，將剩余的制造服務能力進行計量并發(fā)布到Ethereum區(qū)塊鏈。這個過程使制造服務能力在社群范圍內共享，提高了整體利用率的同時也給產消者創(chuàng)造了價值。當前，區(qū)塊鏈應用與制造服務社群自組織亟需解決的問題是：當前現(xiàn)存的各類智能合約及其應用的本質邏輯仍是根據預定義制造服務場景的條件響應規(guī)則，能夠滿足目前制造服務自動化交易和制造服務數據處理的需求。未來的智能合約應具備根據制造服務交互和交易上下文的認知和自主決策功能，從而實現(xiàn)由自動化合約向真正的智能合約轉變。