未来工厂中的区块链

区块链的这五个用例说明了未来工厂中区块链的许多可用机会。其中三个用例帮助启用其他未来工厂应用程序，而另外两个用例使新的业务模型成为可能。

与世界其它地区一样，这家工厂的相互联系正迅速增强。在未来的工厂中，数据共享发生在一个由机器、零部件、产品和价值链参与者组成的复杂网络中，其中包括机器供应商和物流公司。因此，今天的制造商比以往任何时候都面临着安全共享工厂内外数据的挑战。
传统的数据库并不总是很适合这项任务。但在寻找特定应用的解决方案时，制造商可以探索一种新兴技术:区块链。
区块链是一种数字账本，它提供了一个单一的、防篡改的真实版本。在需要安全捕获、存储和共享关键数据(例如，与知识产权有关的数据)的各方之间缺乏信任的情况下，该技术提供了独特的优势。制造商还可以应用区块链来开发创新的商业模式，并扩展传统工厂之外的生产边界。
然而，对于许多工厂应用程序来说，区块链并不是最佳选择。最近开发的提供了一些区块链特性的中央分类账数据库更容易实现，并且可以处理更多的交易。而且，当各方需要实时存储和处理大量数据时，其他类型的数据库也很合适。
要确定区块链是支持运营的正确技术，制造商必须进行结构化评估，首先要确定公司当前的业务问题和未来的需求。接下来，它可以探索如何使用该技术来缓解工厂的痛点和满足其需求。有了对其面临的机遇和挑战的深刻理解，制造商就可以从现有的技术解决方案中选择最佳方案。
工厂中的区块链准备好了吗?
为了确保价值链参与者之间的信任，制造商传统上依赖于强大的供应商关系、独立的质量审计和广泛的文件。不幸的是，这些做法通常会带来很高的成本，也就是所谓的信托税。通过确保更有效的信任——以及赋予其他利益——区块链减少了对这些昂贵方法的需求。
这里，简单地说，就是区块链的工作方式:当网络中的参与者向区块链分类帐提交更新时，数据库使用一个自动过程来请求其他参与者批准更新。已批准的更新具有时间戳、加密签名并添加到块中。新块成为区块链的一部分，区块链是参与者感兴趣的所有交易和协议的不可变记录。
区块链的创始人开发它是为了提供数字货币的技术基础。由于网络可伸缩性、互操作性和处理速度方面的限制，早期的区块链没有有效地支持工业应用程序。但是，目前正在开发的版本使用了新的协商共识协议，通过增加每秒交易数和降低计算成本来提高验证过程的效率。
正在开发的这些改进将增强区块链技术和物联网(IoT)之间的相互作用——这是使区块链能够连接未来工厂的联网设备的先决条件。这种交互需要一种通用的通信和数据传输技术标准。这样的标准将提高互操作性、透明性和安全性的级别，并且这些级别优于现有系统和平台。但是由于还没有通用的标准，许多区块链应用程序还没有超出概念验证阶段。
正在努力释放区块链在制造业的潜力。例如，由领先的技术公司和众多初创公司组成的可信物联网联盟(Trusted IoT Alliance)正在开发一个集成区块链和物联网的开源标准。该标准侧重于智能合约接口，该接口允许数据在支持区块链的系统内部和之间无缝移动。
尽管可信物联网联盟最早的概念验证应用关注于供应链，但开发人员设想创建其他应用，以支持不可变文档和可信硬件标识。一旦建立了标准，就可以将其集成到新的工厂硬件和软件中，以扩展区块链应用程序。
最近推出的区块链即服务 (BaaS)也有助于为在工厂中实现区块链铺平道路。传统的区块链是自我管理的，这意味着公司必须定制数据库的功能(例如，如何管理加密密钥)，并组织本地或云中的节点托管。BaaS提供了与自管理区块链相同的特性(例如关键数据的安全性)，并添加了一些工具，以促进大规模的管理和部署。对于许多制造商，特别是那些资源有限的技术团队，使用BaaS将比实现自我管理的区块链更容易。
尽管在工厂中部署区块链变得越来越简单，但它并不是解决工业运营挑战的灵丹妙药。实时数据就是一个很好的例子。对于需要几乎立即进行数据交换的应用程序，例如生产设备的在线控制，使用区块链所带来的延迟时间是非常大的。同样，区块链技术也不适合运行高级分析程序——这种能力在工厂操作中越来越重要。
在评估使用区块链的适当机会时，制造商应该考虑是否其他数据库是更好的选择。最近开发的中央分类账数据库提供了一些区块链的优点(包括信任和不可变性)，但是它们适用于较少的用例。从积极的方面来说，它们更容易设置，可以处理更多的交易。由于受信任的中央机构管理这些分类帐数据库，因此执行交易不需要多方协商一致。每种类型的数据库在性能和功能上都有自己的权衡;没有放之四海而皆准的解决方案。
区块链如何创造价值
我们为未来工厂中的区块链选择了五个用例，以说明许多可用的机会。其中三个用例帮助启用其他未来工厂应用程序，而另外两个用例使新的业务模型成为可能。
增强跟踪。在复杂的供应链中，企业可以使用区块链轻松、准确、安全地交换数据。区块链可以提供材料、部件和产品的不可变的、永久的数字记录，从而提高端到端的可视性，并为所有参与者提供单一的真实来源。如果供应链包括多个具有独立IT系统的参与者，或者参与者之间缺乏信任，或者经常需要引入新的参与者，那么这些好处就很有价值。
保护关键知识产权并将其货币化。制造业企业面临保护知识产权的迫切需要。与成本一样，在决定是自己生产零部件还是从供应商那里购买零部件时，知识产权保护也是一个至关重要的考虑因素。
一种可能性是，如果出现专利纠纷，公司可以使用区块链技术来帮助证明自己拥有知识产权。例如，Bernstein Technologies开发了一种网页服务，允许用户在区块链中注册IP。该服务创建一个证书来证明IP的存在、完整性和所有权。
在数字化资产货币化的过程中，区块链也是帮助公司保护和维持对知识产权的控制的几种解决方案之一。例如，连接到区块链的机器可以使用数据库中包含的数字设计文件来生产零件。拥有该知识产权的公司使用许可模型，通过区块链将专有信息提供给生产该部分的公司。
简化和保障质量检查。通过使用区块链来支持质量控制，公司可以为客户提升价值，这是未来工厂的另一个主要目标。今天，在没有区块链的情况下，向客户提供关于流程和产品质量的完全透明和完整的文档，需要运营IT平台的中心方提供昂贵的支持。
除了帮助客户沿着供应链跟踪入站部件外，区块链还创建了质量检查和生产过程数据的不可变文档。该数据库对每个产品进行惟一的标记，并自动记录区块链上的每个交易、修改或质量检查。要启用此应用程序，生产设置必须包括自动质量检查，该检查可直接生成并将度量值写入到区块链。
此用例支持对数据的多方访问，并且可以消除对入站质量控制的需要，以验证供应商执行的检查。它还可能减少原始设备制造商或中央主管部门审核质量控制的需要。各方将能够利用该技术的证书管理能力，获得所有相关文件的完全透明度，从而确保真实性。
来自飞机制造业的两个例子再次说明了面临的机遇。
飞机制造商正在测试使用区块链应用程序来跟踪飞机零部件的来源，现有技术很难做到这一点，因为飞机生产需要不同供应商生产的大量零部件。制造商可以使用区块链来证明零件的来源，并验证零件符合适当的规格。
配置管理是另一个例子。公司可以使用区块链来创建所有飞机部件和嵌入式软件的不可变分类账——无论是原始的、替代的还是附加的——并管理各自的功能或性能证书。这种方法确保了飞机配置的透明性，并允许自动识别证书和组件之间的任何不匹配。开发这样一个应用程序的几个项目正在单独进行。例如，霍尼韦尔(Honeywell)推出了一个航空零部件在线市场，使用区块链来确保每个零部件的准确质量文档。多数大型飞机制造商已宣布，计划测试类似的支持区块链的交易平台。
制造商在生产后如何使用区块链控制其产品的一个例子涉及到成本和性能管理。区块链可以提供一个灵活、全面的系统(不是由单个制造商、供应商或操作人员拥有)，用于记录和跟踪关于部件的所有相关信息。这包括有关原材料、使用(如果通过嵌入式物联网功能记录)、维护周期和性能测试的数据。
参与者可以访问特定部分的完整的、可审计的日志。用户可以收集关于组件配置和产品性能的整个生命周期的历史信息，并将其输入到研发过程中，以优化组件的复杂性、成本和性能。例如，在飞机行业，波音公司目前正处于开发用于成本和性能优化的商业智能平台的早期阶段。
使用区块链进行质量检查的主要挑战是通过将一个物理对象与其数字副本(称为数字双胞胎)相连接来确保信任。这种联系必须防止或揭示任何改变信息的人为干扰。为了帮助建立这样的连接，并保持一个精确的数字双胞胎，越来越多的设备将包含可以通信的传感器。
将机器作为服务推进。区块链扩展了对机器使用创新的按使用付费模型的可能性，这种模型称为机器即服务(machines as a service, MaaS)。在这种模式下，机械供应商不是销售生产设备，而是根据设备的产出对设备的使用收费。例如，机械供应商不是销售压缩机，而是按体积销售压缩空气。通过依赖MaaS而不是自己的机器，制造商可以避免大笔的前期投资，并且可以很容易地升级设备以获得最新的技术。有效地应用MaaS模型，制造商可以增加他们的生产灵活性。
今天，MaaS仅限于易于度量的应用程序。但是，区块链可以通过促进IP保护、文档管理和性能跟踪来支持更复杂的MaaS应用程序。通过向智能合约提供由区块链的身份验证特性启用的准确使用记录，机器可以自动为服务付款。例如，通过在区块链中输入其操作参数(如设备的总体有效性和消耗品的使用情况)，机器可以自动触发使用该设备的制造商的付款。区块链还允许用户根据需要激活内置功能。公司目前正在测试区块链在自动MaaS支付系统中的使用。
使机器控制维护。区块链可以支持新的维护方法(如自动服务协议)和更短的维护时间。这些创新对于管理先进生产机械的更大复杂性和技术复杂性是必要的。
为了方便外包维护，用户将与每个设备相关的服务协议和安装文档附加到区块链记录中，从而创建设备的数字副本。然后，区块链技术可以自动执行和支付计划维护。需要维护的机器可以触发服务请求，并为工作或替换部件生成智能契约。订单完成后，付款过程将自动进行。
类似地，维护历史的不可变文档被附加到区块链记录。这类应用程序仍处于早期开发阶段，可以提高设备的可靠性，便于监测设备的健康状况和磨损情况，并对机器进行可审计的健康评估。此外，在由内部团队进行维护的情况下，区块链记录可以作为向设备供应商提供的证据，证明团队已经按照质保和保证协议中规定的要求进行了维护。
不可变的维护历史记录也有利于旧设备的销售。在未来，更短的产品生命周期和快速的设计变化将激励制造商更频繁地升级他们的机器。在出售二手设备时，制造商可以直接向潜在买家提供区块链记录，以证明其妥善维护了设备。
区块链和Additive制造
在Additive制造(AM)的共享工厂中设想这些用例说明了区块链的潜力。直到最近，公司主要使用AM进行原型设计或制造小批量零件。然而，今天，他们在工业生产过程中更广泛地采用了AM。
随着制造商越来越多地使用印刷部件，外包到一个共享的AM工厂提供了一个有吸引力的方式来优化成本、速度和生产的可行性。例如，制造商可以更快地打印和获得备件，并可以更经济地生产独特的或低批量的部件。但在使用外包AM之前，制造商必须克服几个障碍。这些措施包括保护知识产权，与AM工厂建立直接的数字连接，并确保符合质量和工艺标准。今天，制造商通常依靠一个中介(被称为3D打印平台)来克服这些障碍，并确定出最好的打印店或服务机构的一部分。一个自动化的区块链招标平台，使用智能合同，消除了从3D打印平台的支持的需要。
在共享的AM工厂中，五个区块链用例目前处于概念验证阶段。他们提供以下优势:
全面可靠地跟踪所有生产步骤。在单个IT平台上，客户可以监视进度以及任何与计划的偏离。这个可互操作的、基于区块链的平台独立于选定的印刷厂或服务局，从而降低了成本和对多个数据库的需求。
通过使用加密的、不可变的文件来保护IP。这对于涉及关键IP或在IP安全特别危险的地区使用的设计尤其重要。为了促进AM流程的外包，一个名为Genesis of Things的财团项目正在开发一个平台，该平台将允许各方以安全加密的区块链格式共享数字设计文件，这种格式仅可用于指定数量的打印输出。参与该项目的公司包括Cognizant、德国商业银行(Commerzbank)和Innogy。
提供质量透明度。支持区块链的3D打印机控制和记录使用的原材料和工艺参数，以及打印过程的输出。这些功能为客户和最终用户验证质量。
执行机器控制维护。AM机器上的传感器可以触发维护请求，以及有关区块链控制执行和支付工作的智能合同。
授权的MaaS 。区块链允许AM机器供应商可靠地证明机器或产品符合合同目标。它还支持财务交易的执行和审计，促进各方之间的信任。
为了在AM工厂中获得这些好处，制造商必须将用例提前到概念验证阶段之后，并改进技术，以便工厂能够经济地进行添加剂生产。此外，大量的终端用户必须认识到外包AM的必要性，要么是因为他们缺乏必要的内部资源和能力，要么是因为他们需要AM工厂提供的专门服务。
评估区块链的适用性
在选择使用哪个区块链用例之前，制造商应该进行一个多步骤的评估。评估适用性应涉及以下六个因素:
愿望。制造商应该首先考虑用例是否能够解决一个或多个现有的痛点和业务需求，从而产生效益。制造商还应该考虑获取期望收益的障碍。例如，多方必须愿意采用区块链作为交换信息和支付的新技术，并且他们必须从使用传统数据库作为真理的来源转变。为了充分考虑潜在的好处，一旦关键的利益相关者采用了一个区块链用例，制造商还应该考虑网络效应(例如沿着供应链的好处的加速)。
可行性。对于每个理想的用例，制造商应该评估实现所需的工作。这包括审查操作可行性(例如将用例与其他系统集成的能力)，以及实现所需的时间框架。
生存能力。制造商必须对投资于可行用例的业务用例进行评估。评估经济可行性包括考虑金融影响和所带来的风险。
监管方面的考虑。为了评估是否继续使用涉及智能契约的用例，制造商必须了解其供应链合作伙伴所在的每个国家的监管情况。一些国家和司法管辖区尚未承认智能合同具有法律约束力。此外，管理敏感数据存储的法规可能会对使用区块链造成障碍。
战略联合。每个支持区块链的方法或业务模型必须与公司的整体战略相一致。如果一种方法或业务模型破坏或与其他计划或策略冲突，制造商将必须减轻不匹配的负面影响，以追求区块链选项。
技术验证。与使用中央分类数据库或其他类型的数据库相比，制造商应该验证区块链确实是实现用例目标所采用的正确技术。这涉及到进行技术尽职调查，以评估诸如技术是否足够成熟和内部能力是否可用等问题——如果不是，尽职调查工作必须考虑如何增强制造商的技术和能力。
区块链和工厂正在朝着更好的方向发展。最新的区块链协议寻求提高处理速度，改善数据隐私和治理。而且，随着技术的迅速成熟，工厂运营越来越需要复杂的公司网络和机器之间的数据共享和协作。通过在这些复杂的网络中建立信任和联系，区块链可以帮助制造商清除一些阻碍全面部署其他下一代技术和创新商业模式的障碍。即便如此，区块链也不是万灵药，对于特定的应用程序，其他数据库仍然是更好的选择。有了对痛点的详细评估和一组优先级的用例，制造商将能够很好地将正确的技术解决方案匹配到最重要的业务需求。 
实现区块链的好处
与传统数据库相比，区块链的技术特性提供了四个关键优势：
信任 因为网络验证了每一笔交易，区块链包含了所有参与者都可以信任的真相的单一版本。
安全 加密签名、自动核查和去中心化存储使外部当事方几乎不可能修改分类账或删除数据，从而无限期地保护其安全。虽然用户可以将数据附加到区块链中，但他们不能以其他方式更改分类账。
自动化 区块链分类账允许网络参与者建立广泛的自我执行协议、合同和托管（称为智能合约），从而自动化重复流程，如计费和发货。区块链可以执行任何由可测量条件触发的合同，例如，设备性能或货物的准时交付。
弹性。由于数据库分布在网络的多个位置，因此即使部分网络失败，区块链仍然可以继续运行。如果一方离开网络，它在区块链上发布的任何数据都不会丢失。