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透過工業互聯網平台大會,看區塊鏈工業應用前景 | 人人都是產品經理

透過工業互聯網平台大會,看區塊鏈工業應用前景 | 人人都是產品經理

編輯導語:兩化融合暨工業互聯網平台大會,於2020年10月21日在蘇州舉辦。本文作者作為演講嘉賓,參與其中並且進行了分享和研討。通過本篇文章,作者為我們總結了大會的分享內容,並且分享了他參會時所獲得的一些認知和理解,希望各位讀者讀後能在區塊鏈工業方面有所收穫。

一、引言

2020年10月21日,兩化融合暨工業互聯網平台大會在成功在蘇州舉辦,本次大會以「融合新業態 產業新生態 發展新格局」為主題,由工業和信息化部、國務院國有資產監督管理委員會、中華全國工商業聯合會和江蘇省人民政府聯合主辦。

會議重點圍繞:保持融合發展戰略執行;完善融合發展政策標準體系;推動工業互聯網加快發展,打造先進的工業互聯網平台體系;關鍵技術創新突破;繁榮融合創新發展生態等方面展開交流和探討。

筆者作為本次大會「鏈向未來 創新融合」——區塊鏈賦能工業創新發展分論壇演講嘉賓也參與其中的分享和研討。

論壇中,就區塊鏈技術為工業領域高效協同和創新管理提供新的解決思路,在促進我國製造業高質量發展具有的重要意義方面,嘉賓們展開激烈討論。

參會各企業也就深化區塊鏈技術與製造業融合發展,積極培育新業態、新模式,促進區塊鏈技術在工業互聯網中應用發展的案例和應用場景進行了深入介紹。

筆者通過本次大會在區塊鏈賦能工業創新發展方面也收穫了不少全新的認知和理解,特此通過本文與廣大讀者分享。

二、工業互聯網真的需要區塊鏈技術嗎?

2019年,Gartner發布工業互聯網(物聯網)平台的魔力象限的評估,40多家國際工業互聯網(物聯網)平台供應商上榜,國內企業只有一家上榜,而上榜的大部分企業也都擁擠在利基玩家區域。

該評估說明,目前全球範圍內的工業互聯網平台仍很不成熟。

在Gartner評分指標中的獨立採購(不能捆綁銷售其他軟硬體,以說明平台的應用全面性)、合作夥伴商業模式、客戶數、IoT終端連接數、本地化部署、互聯互通等方面,還有很大提升空間。

來源:Gartner 2019年工業互聯網平台魔力象限[1]

雖說該評估指標只是Gartner 單方評價標準,不過可以對工業互聯角度下的工業互聯網平台發展趨勢窺見一斑,值得我們思考。

據統計,我國目前各類型平台數量總計已有數百家之多,具有一定區域、行業影響力的平台數量超過了50多家,而這50多家平台主要由傳統工業技術解決方案企業轉型和大型製造企業內部孵化而來。

它們都有共同的優劣勢,即:依託原有工業製造兩化領域方面的系統沉澱,可快速導入已有客戶資源和應用;但也由於這些平台缺乏互聯網基因,在產業鏈生態搭建,形成垂直產業鏈和跨行業企業協作方面乏善可陳。

目前工業互聯網平台推廣最大阻力其實簡單說是三方面,即:「互而不連」、「連而不互」、「互聯不網」。

「互而不連」方面是指由於我國工業企業,信息化建設水平參差不齊,目前還主要是依靠加快工業企業信息化基礎設施建設的政策扶持,這是工業互聯網的基礎。

而「連而不互」和「互聯不網」則是形容在工業產業鏈中,缺少垂直和橫向產業的信息共享和交互,工業互聯網平台的建設很容易成為各個平台企業獨自為戰的「信息孤島」。[2][3]

而造成類似「信息孤島」的根本性原因,並不是工業互聯網平台在集約化和平台化的程度還不夠,而是數據平台的集中控制和工業生產產業鏈分散的天然矛盾。

工業互聯網或產業互聯網與消費互聯網最大的不同是,產業結構複雜,以實體企業為主,資產規模巨大,產業鏈上下游牽涉範圍廣,任何單一企業都不能完成對某個行業全產業鏈的完全、絕對的控制。

但這些產業的價值所在,又必須要求這些企業建立商業聯盟關係,保證價值的流動性。

所以工業行業乃至工業互聯網建設急需一種跨平台的分散式協作機制—關於分散式協作可以參看我上篇文章:《我們真的了解什麼是區塊鏈嗎?重新理解區塊鏈商業價值》

區塊鏈技術的優勢在於沒有第三方證明和擔保的前提下,實現工業信息的協作。

這和工業互聯網目前急需解決的「連而不互」、「互聯不網」的問題形成優勢互補效應,利用區塊鏈技術實現工業互聯網平台內部企業之間、平台與平台之間的信息互聯和商業協作是一種比較低成本的技術路徑。

三、區塊鏈同工業互聯網的融合探討

這些年,區塊鏈在實體行業的應用,常常是直接做加法(產品+區塊鏈)。

特別是1024后,很多地方政府相繼推出具有地方特色的區塊鏈項目,儼然區塊鏈已經進入品牌運營階段,而實際上區塊鏈技術在應用方向、商業模式、應用價值方面需要待討論和驗證的問題還很多,遠沒到品牌價值推廣階段。

對於區塊鏈如何同工業互聯網平台這樣集中化、平台化的工業基礎設施集成和融合將是本文討論的重點。

1. 應用重點將是創新、融合和可信

區塊鏈產業應用不應該是簡單加法,不是技術的直接嵌入,而是要做乘法,要做商業模式升級;區塊鏈的產業應用重點應該是產業創新、融合和營造可信商業協作環境。

產業創新層面:區塊鏈技術的應用賽道不應該是在和工業集約化、中心化和平台化系統PK效率和速度上,而是應該著眼於通過區塊鏈分散式可信協作機制,實現市場供給側和消費側、垂直和橫向產業鏈間的新商業模式、新產品(新服務)、新業態的創新上。

例如:製造業模塊化和服務化;製造業定製化等。

產業融合層面:在進入互聯網時代后,特別是最近10年的移動互聯網的蓬勃發展,呈現產業或同一產業不同行業相互滲透、相互交叉、相互融合的趨勢。

形成以第五產業知識產業為主導,第一產業農業為基礎,第二產業工業為中介,第三產業服務業為核心,第四產業信息業為配套的產業融合新局面。

例如:摩拜和ofo等共享單車服務,直接滲透到自行車設計和製造;消費品質量溯源可追溯到原材料的製造或種植等。利用區塊鏈技術天然的融合性優勢可在異構、標準不統一、核心分散的多產業間形成商業融合環境。

可信商業協作環境層面:目前在工業領域依然是以訂單驅動為主的被動製造模式(可信依據是合同和訂單),而要實現需求驅動的主動製造模式(可信依據是渠道、客戶和需求),要求工業企業具備面向客戶的前置需求感知能力,而建立可信的商業協作至關重要。

利用區塊鏈技術分散式交易真實性驗證機制,可在分散的商業協作網路中,保障交易數據的前後一致性和防篡改,營造可信真實商業協作基礎,從而保障實現需求驅動的製造業新模式。

「製造企業獨立建設電商平台的失敗案例遠遠大於成功案例,說明:分散式商業協作優於中心化控制」。

2. 區塊鏈與工業互聯網平台技術融合

區塊鏈技術從誕生起,就是分散式、去中心化的應用代表。

而工業互聯網平台則是雲計算、大數據、AI、IoT等互聯網技術,與工業信息化技術的一種中心化集成體系。

區塊鏈和其他互聯網技術最大的不同是,自身並不是一種單一技術,區塊鏈本質上已經是一種由多技術集成的分散式應用平台。所以兩者的技術融合,更像兩種不同集成平台的兼容和調和。

通過下圖我們可以了解工業互聯網平台的四層架構情況,區塊鏈與工業互聯網平台的集成也不是簡單的區塊鏈嵌入工業互聯網的某個分層,而是需要充分理解區塊鏈分散式集成框架的技術組成屬性,將區塊鏈的分層技術與工業互聯網平台的四層架構充分融合。

來源:工業互聯網平台白皮書2019[4]

工業互聯網平台邊緣層融合:通過基於工業互聯網邊緣層設備的接入,可以高效、便捷地解決區塊鏈入鏈設備數據的協議適配難和數據實時性問題。

在工業智能物聯設備、感測器、DCS、PLC等設備中,通過集成區塊鏈的SDK、API,實現物聯設備的輕節點,應該支持設備直接接入和邊緣伺服器輕節點接入兩種邊緣層融合模式。

工業互聯網平台IaaS層融合:利用工業互聯網雲平台主機虛擬化、彈性伸縮、高可用、負載均衡、資源利用率高、易維護的優勢,將區塊鏈底層網路、存儲和計算需求部署到IaaS層,穩定、高效地實現區塊鏈的底層技術需求。

例如:區塊鏈的虛擬機、資料庫、P2P網路傳輸、多鏈交互和跨鏈都可以基於IaaS層的基礎設施進行融合性集成。

工業互聯網平台層融合:利用工業互聯網平台層服務化優勢,將加密演算法、共識演算法、區塊管理、節點管理、數據安全處理、智能合約、數字身份、交易、存證、分散式賬本應用和分散式CA、運維和監控等區塊鏈基礎應用能力封裝為平台PaaS服務,低成本地實現BaaS化的區塊鏈應用,提供給產業鏈上下游企業快速集成。

工業互聯網應用層融合:利用工業互聯網平台應用層能力開放優勢,提供標識防偽、產品溯源、生產品控、質檢管理、採購、質量信用、物流、售後、保險、金融和行業監管等分散式的區塊鏈行業應用。

除了提供一套完整的原生消費端、生產流通端、平台管理端和行業監管端工業APP以外,還通過集成開放環境,SDK和API將區塊鏈業務能力服務開放,讓更多的開發者和企業實現更加廣泛的應用場景。

以上技術融合方式,並不限於完整的工業互聯網四層架構融合,而是根據行業和應用場景實際情況選擇。

3. 區塊鏈與工業互聯網應用集成將是兼容、調和,而非替代

由於區塊鏈並不是單一技術,而是基於加密學、分散式共識、點對點通信、鏈式數據結構、博弈論等基礎技術或科學之上的融合創新應用,本質是一種應用層融合技術。

因此,區塊鏈的應用可在跨網路、平台、操作系統間靈活部署。

在工業互聯網領域,同工業互聯網平台一定是低耦合、兼容性和系統調和性的融合,可以在平台內企業間、工業互聯網平台與平台間、邊緣計算節點間嘗試區塊鏈技術的融合性嵌入。

工業互聯網平台內企業間的互聯:工業互聯網平台內的相關企業可以在平台內申請加入核心工業數據安全可信共享網路,平台為每家企業分配虛擬節點,虛擬節點可採用平台的IaaS層管理方式實現擴容和橫向擴展。

企業之間的點對點的數據交易和共享,由平台內的區塊鏈網路實現。

這種方式改造難度低,節點由雲平台統一管理,維護成本低,平台主動性強,但數據互聯只在平台內有效,見下圖:

平台內、企業間集成互聯

工業互聯網平台之間的互聯:工業互聯網平台之間可採用各自部署區塊鏈節點,組建跨平台的工業數據互聯聯盟,利用區塊鏈技術充分打通平台壁壘,形成跨界商業合作新模式。

各平台自行管理區塊鏈共識節點,准入和退出由聯盟平台投票決策。

該模式適合解決平台與平台的「數據孤島」的場景,但組網的難度較大,各平台有各自的業務訴求,短時間內很難達成共識,需要有新商業模式的誕生,激發企業和平台的主動性,見下圖:

工業互聯網平台間集成互聯

邊緣計算節點之間的互聯: 大型工業企業集團、產業鏈聯盟企業可以通過在邊緣計算節點部署本地的區塊鏈節點,靈活搭建基於生產設備操作層面的生產協作的可信區塊鏈網路,形成跨企業、廠區、生產線自動化協作融合能力。

該方式適合擁有多子公司、多廠區和生產線的大型工業集團內部開展生產設備數據的直接共享和流程協作,但該模式要重視數據和設備的安全控制。見下圖:

邊緣計算節點間集成互聯

區塊鏈技術在分散式環境下具有的數據安全協作,可信協作環境搭建和應用層靈活部署的優勢,對工業互聯網的推廣和發展都有積極促進和優勢互補的作用。

特別是為工業企業的跨企業、跨平台和跨產業鏈的合作提供了信任集成框架,為工業企業創造和發現新商業模式提供了契機。

四、區塊鏈在工業領域的應用場景

區塊鏈如何解決具體的工業領域的問題,產生具有實際商業價值的應用案例,是目前眾多從業者共同研究的方向,這裡我僅提供一些本人的研究領域供大家參考。

1. 區塊鏈+機理模型共享

工業互聯網平台層的機理模型、數據模型、業務模型,如:資產管理模型、產品研發設計模型、過程管控模型、運維模型、工藝模型、資源配置模型等的建立需要大範圍採集多家企業、多個生產線和大量生產設備基礎數據才能積累和沉澱。

一方面,出於企業核心生產數據上傳平台的安全性、機密敏感性的考慮,目前在通用工業互聯網平台(單一企業私有工業互聯網平台除外)中,大多數企業並不希望將核心數據上傳到平台層。

而另一方面,大家也看到機理模型、數據模型、業務模型的沉澱和運用,對優化工業製造、物流、工藝改進、資源配置、品控等方面有極大優勢和必要性。

這就要求工業互聯網架構中需要一種可以實現分散式模型計算和機器學習的網路結構,再以模型數據共享計費和激勵體系,鼓勵多方參與者共同構建工業機理模型。

2. 區塊鏈+安全認證

在美國《2016-2045年新興科技趨勢報告》中指出,到2045年,最保守的預測認為,將會有超過1000億的設備連接在互聯網上,這些設備包括了移動設備、可穿戴設備、家用電器、醫療設備、工業探測器、監控攝像頭、汽車,以及服裝等。

目前隨著國內工業互聯網進一步發展和演進,大量工業智能化設備,如:感測器、DCS/PLC、網關、I/O模塊、邊緣伺服器、微數據中心都需要接入工業互聯網平台。

但同時也帶來生產設備雙向安全保障的問題,特別是基於DCS/PLC的生產線控制器一旦出現網路安全問題,將給企業帶來不可估量的損失。

採用基於區塊鏈技術的分散式數字身份認證體系,將邊緣計算中心作為企業、人和設備接入的認證和安全校驗節點,可實現人與設備、設備與設備、伺服器與伺服器之間的雙向身份驗證,大大降低邊緣層介面數據泄露和設備控制的安全隱患。

同時還可以實現基於工業互聯網PaaS層工業數據加密存儲需求,實現數據私有化訪問。

3. 區塊鏈+工業產品流通數據融通

利用區塊鏈技術的交易透明性、數據防篡改、信息分散式一致的特性和智能合約在網內自證自恰的應用優勢。

依託於工業互聯網平台構建平台內製造企業、物流企業、稅務部門、交通部門、銀行、渠道商和客戶等產業鏈參與方分散式的產、銷、用的數據融通應用。

實現產品品控證明、資金支付證明、票據真實性證明、供應鏈流轉證明、渠道銷售證明、客戶使用證明等安全可信的價值鏈傳遞網路,是目前核心製造企業應用區塊鏈技術的主要應用方向之一。

4. 區塊鏈+生產線品控

目前區塊鏈技術在農產品溯源,供應鏈溯源等方面的運用已經比較成熟,利用區塊鏈數據防篡改的特性,建立商品的生產、流通和消費的真實性驗證網路,有效提高商品的品牌價值。

而區塊鏈技術運用在製造業的質檢協作效率優化、產品質量控制和降低故障率等方面也都有很強的內在需求,特別是在工廠分散式的生產和質檢環境中有效建立質量可信評估網路是一件非常困難的事情。

通過工廠邊緣計算中心嵌入區塊鏈分散式計算節點,可不用對生產數據全量上傳的前提下,實現各項運維、品控指標的分散式競選,為多生產線、多廠區和多企業的最優質量優化提供實時、動態的數據支撐。

通過區塊鏈技術數據防篡改特性,提供產品質量故障、事故等數據無隱瞞、透明化的生產告警,建立責任界定和定損索賠的自動化機制。

一條生產線的品控問題可通過區塊鏈節點自動化、防篡改地向產業鏈上下游企業和監管節點實時同步,同時可按照需求向其他生產線廣播告警。

基於區塊鏈的品控告警機制,可實現低延遲、自動化、低成本和防篡改的高質量生產和安全運維。

當然工業領域的零配件和產品質量溯源要比供應鏈的商品溯源複雜很多,目前區塊鏈技術在工業產品質量溯源方面還處於初步探索階段,有部分大型製造企業正在局部工廠和生產線試點類似方案。

5. 區塊鏈+製造業服務化

美國Pearson Electronics是高精度寬頻電流互感器的鼻祖和領先製造商,長期以來一直被認為是高精度寬頻電流互感器設計和製造的市場領導者。

目前正在嘗試一種新的技術,利用物聯網和區塊鏈的技術訪問機器內部的數據,記錄機器輸出並計算交易和付款。工廠企業可以任意使用各種立箱機、封口機和碼垛機等,而不需要花大筆資金購買這些設備,只需要為產品的製造服務付費即可。

在國內,工廠生產線升級大部分是從設備商那裡購買設備,然後進行組裝、調試和應用,工廠企業必須承擔設備投資的所有風險。

但對於急需生產線機器又沒有獲得資金的公司來說,直接購買設備無疑有很大的困難,而且即使成功購買設備完成了對生產線的升級,也不能保證機器時刻有生產任務,一旦機器處於閑置,必然造成了廠家的生產力浪費。

所以,如何在需要使用設備時能方便快速地獲取生產力,在設備空閑時又能將設備提供給其他工廠使用,成了提高工廠企業生產效率的一個重要問題。

而使用基於區塊鏈的生產線租賃是一種理想的解決方式,區塊鏈是一種安全且防篡改的分散式記賬技術,在租賃設備記賬方面可以產生重要的意義,機器廠商將可以依此實現生產線的智能租賃。

它消除了機器的前期費用,製造商可以將資金投入其它可以改善運營的地方,例如新產品開發等,使得其業務更加靈活,在行業中創造更大的競爭優勢。

五、總結

目前區塊鏈作為一項新興技術,在國家產業規劃層面得到高度重視,我也有幸參與其中,特別是我參與的《2020 年工業互聯網創新發展工程——基於區塊鏈的工業產品防偽溯源平台》項目也得到工信部專項扶持。

可以說,區塊鏈技術在工業領域的應用方興未艾,還需要更多的人員投入、領域研究和應用。

希望區塊鏈徹底擺脫「高級黑、低級紅」的困局,任何過度誇大區塊鏈價值,且不解決行業具體問題的現象,無疑都是區塊鏈健康發展的最大阻礙,談區塊鏈不談行業問題,則是「空中樓閣」。

希望本文能為區塊鏈的行業應用提供一點思路。

參考文獻:

[1] Gartner 2019年工業互聯網平台魔力象限

[2] 李燕.工業互聯網平台發展的制約因素與推進策略 REFORM 1003-7543(2019)10-0035-10.

[3] 熊鴻儒.我國數字經濟發展中的平台壟斷及其治理策略 REFORM 1003-7543(2019)07-0052-10.

[4] 工業互聯網產業聯盟 工業互聯網平台白皮書(2019)

#專欄作家#

黃銳,人人都是產品經理專欄作家。高級系統架構設計師、資深產品經理、多家大型互聯網公司顧問,金融機構、高校客座研究員。主要關注新零售、工業互聯網、金融科技和區塊鏈行業應用版塊,擅長產品或系統整體性設計和規劃。

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題圖來自 Unsplash,基於 CC0 協議

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