工业区块链推动制造业数字化变革的作用研究

摘要：本文旨在探讨制造业数字化变革的深化路径，并重点研究工业区块链的构建。文章分析了数字经济背景下，区块链技术在智能制造中的重要性，以及制造业转型升级的迫切需要，探讨了工业区块链对提高数据安全性、促进企业信息系统集成以及全产业链协同管理的作用，提出了搭建工业区块链平台的阶段性目标和实施策略，并展望了工业区块链在未来制造业发展中的应用前景。

关键词：制造业数字化变革；工业区块链；工业数据库；智能制造

引言

随着全球经济数字化的加速，制造业面临前所未有的机遇与挑战。数字化转型已成为提升制造业竞争力的关键途径。特别是区块链技术，作为新一代信息技术的重要组成部分，为制造业带来了颠覆性的变革潜力。本文将重点分析制造业在数字化浪潮中的转型路径，特别是工业区块链在促进智能制造和数据安全中的关键作用，以及如何通过工业区块链推动制造业全产业链的协同管理和创新发展。这不仅对促进制造业的持续健康发展具有重要意义，也为数字经济时代的产业升级提供了新的思路和解决方案。

1. 发展背景

数字经济的兴起正在重塑全球经济的格局，特别是在制造业领域。数字化变革为传统制造业带来了新的发展机遇，同时也带来了前所未有的挑战。在这一背景下，区块链技术因其独特的安全性、透明性和去中心化特征，成为推动制造业数字化转型的关键技术。通过集成区块链技术，制造业可以在保持效率的同时，增强数据安全性和业务透明度，为智能制造和工业互联网的发展奠定坚实的基础。

1.1 数字经济的推进与区块链技术的重要性

随着数字经济的发展，对制造业的影响日益显著。数据驱动的经济模式要求制造业采用更高效、更灵活的生产方式，同时也对数据安全性和可靠性提出了更高要求。这种环境下，区块链技术以其分布式账本、去中心化和加密特点，为制造业提供了安全、透明且难以篡改的数据环境。这不仅有利于提升数据处理的效率和安全性，也为制造业内部及其供应链的数据交换和协同工作开辟了新的道路。此外，区块链技术在提升制造业的价值链透明度和追溯性方面也展现出巨大的潜力，这对于提高产品质量和增强消费者信任至关重要。

1.2 智能制造的创新载体与工业互联网的挑战

智能制造的目标在于利用先进的信息技术实现生产过程的自动化和智能化。工业互联网在这一过程中扮演着至关重要的角色，其核心在于实现设备、数据和人员的有效连接。但随着越来越多的设备接入网络，数据安全和系统稳定性的问题变得日益严峻[1]。區块链技术在保障智能制造和工业互联网安全性方面展现出独特的优势，其不可篡改性和去中心化特性为智能制造的数据管理和设备操作提供了更高层次的安全保障。此外，区块链技术在促进工业互联网的数据共享和透明度方面也具有不可替代的作用，这对于实现跨企业、跨行业的协同创新尤为关键。

2. 作用意义

工业区块链在制造业数字化变革中扮演着举足轻重的角色，其影响力远不止于技术层面，更深入到制造业的各个环节。通过构建一个分布式智能生产网络，工业区块链不仅解决了工业互联网和工业物联网中存在的问题，还促进了制造业的转型升级，改善了全产业链协同管理。这种变革的深远意义体现在提高数据的安全性和效率、推动智能制造企业信息系统的集成，以及解决横向价值链的协同问题上。

2.1 提高数据安全与效率：解决工业互联网、工业物联网的问题

工业区块链在提高数据安全与效率方面的作用显著。传统工业SaaS平台依赖防火墙维护数据安全，但防火墙一旦被突破，集中式的工业数据库即面临风险。区块链技术通过共识算法、加密签名和分布式存储，将生产中的跨组织数据互信全部通过区块链完成，极大地增加了数据安全性。在工业互联网中，区块链技术的应用通过点对点的数据传输和实时信息交互，显著提高了生产和操作的效率，为智能制造的实现提供了坚实的技术支持。

区块链技术的分布式特性，使数据存储不再集中于单一服务器，而是分散在网络的多个节点上。这种分布式存储机制，有效防止了数据被单点攻击和篡改的风险，增强了数据的安全性和可靠性。同时，区块链的不可篡改性确保了数据的真实性和完整性，为制造业提供了一个透明、可信的数据环境。

区块链技术在提高生产效率方面也发挥着重要作用[2]。通过实现生产数据的实时共享和智能合约的自动执行，区块链技术减少了人工干预，加快了生产决策和执行的速度。这种高效的数据处理和信息流通机制，为制造业的快速响应和灵活生产提供了可能。

2.2 促进制造业转型升级：智能制造企业综合信息系统集成

在制造业转型升级方面，区块链技术的应用起到了关键作用。区块链技术通过整合制造企业中的传感器、控制模块、通信网络等系统，为企业提供了一个统一的账本基础设施。这种整合不仅便于企业对生产制造的全过程进行监督，还实现了综合数据追溯和产品及生产线的综合管理。这种全过程的信息集成，显著提高了生产制造过程的透明度和智能化管理水平，有助于企业在高度竞争的市场中保持领先地位。

区块链技术在制造业中的应用，实现了数据流与物流的深度融合。通过区块链技术，制造企业能够实时追踪产品从原材料采购到生产、从仓储到物流直至最终消费者的整个生命周期。这种透明的数据追踪机制，不仅提高了生产效率，还增强了产品质量控制和供应链管理的能力。

2.3 全产业链协同管理：解决横向价值链协同问题

区块链技术在全产业链协同管理方面展现出独特优势。通过在区块链上记录和共享企业间的订单需求、产能情况、库存水平和突发故障等关键信息，区块链技术有助于解决横向价值链协同管理中的问题。这种技术应用不仅提高了区域制造业整体的生产能力，也促进了服务型制造的互联互通效率。

区块链技术的应用，使不同企业间的信息共享变得更加高效和透明。在区块链上，每一笔交易和信息都被记录并共享给网络中的所有参与者，这种信息的即时共享和透明化，有助于企业及时了解市场动态和供应链状况，从而做出更加精准的生产和经营决策[3]。

同时，区块链的智能合约功能为多个企业间的协作提供了强大支持。智能合约是一种自动执行合同条款的程序，当预设的条件被满足时，合约将自动执行。这种自动化的合作机制，减少了人工干预，降低了协作的成本和时间，提高了协作的效率和可靠性。

3. 平台搭建

工业区块链平台的搭建是一个分阶段进行的复杂过程，涉及多个阶段的策略实施和技术应用。从工业以太坊的建设开始，逐步过渡到智能合约的应用，再发展到通证经济系统的构建，最终实现分布式智能生产网络和经济运行的自动化。每个阶段都是对前一阶段的延伸和深化，反映了制造业数字化变革和工业区块链建设的渐进性和系统性。

3.1 第一阶段：工业以太坊建设

工业以太坊的建设是工业区块链平台发展的基石。以太坊作为一种开源的区块链底层环境，为智能合约的实现提供了必要的基础。工业以太坊要求在以太坊的基础上进行性能的优化升级，以更好地符合现实社会生产的需要。这一优化包括改进其处理速度、增强安全性能和提高系统的可扩展性。这样的优化不仅使得以太坊更适合于工业应用，而且为后续阶段的智能合约范式和通证经济系统的构建奠定了坚实的基础。

3.2 第二阶段：智能合约范式的应用

智能合约作为自动化合同执行的机制，省去了传统合同中的许多复杂环节，如签字盖章、中间担保和违约处理等。由于以太坊平台对开发者的技术要求较高，工业区块链系统通过提供不同细分产业特定的智能合约模板，使传统企业能够轻松接入并成为生产网络的一部分。这种模式降低了企业在技术开发上的门槛，同时提高了整个生产网络的灵活性和响应速度。智能合约范式的建立既可以由官方进行，也可由第三方开发者设计，使各个生产单元或服务机构能够通过自建的智能合约自动执行合同[4]。例如，银行可以通过构建智能合约范式来支持生产链条，使用通证作为内部记账单位，同时由银行提供法币清算的背书和担保。这样的系统不仅提高了合同执行的效率，还增强了整个生产过程的透明度和可追溯性。

3.3 第三阶段：通证经济系统的构建

工业区块链的发展进入关键时期，即构建通证经济系统。该系统通过“通证化”手段，实现将各种有价值的权益转化为数字资产。此阶段的中心任务是，促进共享收益权向共享使用权的转换，确保权益在区块链网络中的透明度、可信赖性以及快速流转。采用智能合约范式建立的通证经济系统，不仅提升了基础设施性能，也让生产单元与服务机构融合为一个完整的经济体系。区块链的本地通证（DIP）在智能合约的审核、开发与使用过程中起到了关键作用。参与者还可以依据区块链的底层标准，开发个人通证，并通过外部交易网络实现快速流通，从而提高资产的流动性和增加融资途径。通证经济系统高效支持了实体经济运作，加快了实体经济参与者和合约范式开发人员的资金获取速度，进而推动了生产力的提升和经济发展。

3.4 第四阶段：分布式智能生產网络的实现

在工业区块链中，分布式智能生产网络的构建是一个革命性的变化。传统的串行生产模式被分布式生产网络所取代，其中每个生产环节都能通过智能合约范式和P2P技术实现有效的数据共享和沟通[5]。生产单元不再局限于大规模生产，而是能够灵活响应多品种小批量的碎片化需求。产品与其产业链上下游通过智能合约范式相连，构建起一套完整的“数字双胞胎”系统。这个系统不仅将生产单元与消费流量端有效对接，还实现了从生产到物流的全定制化。

除此之外，生产单元还能够根据需求动态组成高效的生产系统，智能合约指令直接嵌入各生产单元的数字化工厂生产系统中，快速执行生产指令。完成的产品通过智能物流企业直接送达消费者。在这个过程中，银行、担保机构、检测机构等通过智能合约与生产单元紧密相连，提供必要的服务支持。每个生产网络参与者不仅可以使用原生通证，还可以发行自有通证，以增加流动性，高效完成生产。

这种分布式、智能化、自组织的生产方式，将彻底变革人类的社会生产方式，重新定义工业社会的价值基础。通过工业区块链技术，生产过程不再依赖于中心化的管理，而是通过智能合约和P2P技术实现自动化、去中心化的协作，从而高效、快速地响应市场需求，开创了生产方式的新纪元。

3.5 第五阶段：经济运行自动化

经济运行自动化是工业区块链发展的最终阶段，标志着整个社会生产的自动化和智能化。在这个阶段，每个产业的运行状态、宏观数据都将在区块链上透明化、自动化、智能化地展现。这种全面的透明度和自动化不仅消除了生产周期的不稳定性，还为产业发展提供了清晰的方向。社会生产不再受周期性波动的影响，实现了更加均衡和持续的发展。

政府和管理者可以依据实时的经济数据进行辅助性调控，优化社会生产结构。这种基于数据驱动的管理模式，提高了政策制定的准确性和有效性。同时，企业和个人能够根据产业地图及时调整投资策略和生产节奏，实现更加高效的资源配置和利用。这样的经济运行方式，不仅优化了制造业的发展模式，还提升了整个社会产业的运行效率，开创了一种全新的、数据驱动的经济管理模式。

结语

在不断推进制造业数字化演变的当下，工业区块链技术日益重要。数字化技术特别是区块链技术，在制造业革新与升级进程中蕴含着巨大潜力。区块链技术在工业界的应用促成了从方方面面、全过程到深层次的变革，改造了整个生命周期的价值流通网络，并且通过与云技术的结合，实现了生产数字化与价值智能化的深度整合，为智能制造的飞跃式发展打开了关键之道。正如甘中学博士在第五届全国机器人峰会上提出的观点[6]：人工智能正致力于解决生产力方面的难题，区块链技术则致力于解决生产关系方面的问题。这反映出在迈向未来工业的路途上，区块链技术扮演着不可或缺的角色。

参考文献：

[1]邵奇峰，张召，朱燕超，等.企业级区块链技术综述[J].软件学报，2019，30（9）： 2571-2592.

[2]韩璇，袁勇，王飞跃.区块链安全问题：研究现状与展望[J].自动化学报，2019， 45（1）：206-225.

[3]刘江，霍如，李诚成，等.基于命名数据网络的区块链信息传输机制[J].通信学报，2018，39（1），24-33.

[4]吕文晶，陈劲，刘进.工业互联网的智能制造模式与企业平台建设——基于海尔集团的案例研究[J].中国软科学， 2019（7）：1-13.

[5]王晨，宋亮，李少昆.工业互联网平台：发展趋势与挑战[J].中国工程科学，2020，20（2）：15-19.

[6]中国机器人峰会.甘中学博士：“机器变人”时代，三元群智社会的人机物如何融合协同？[EB/OL].（2021-06-30）[2023-12-14].http：//chinarobtop.com/newsinner.php？id=644.

作者简介：姚羽，本科，高级工程师，研究方向：实时数据库、工业大数据、工业数据要素。