祝梓惟,王少華,梁 簫
(西南交通大學機械工程學院,四川 成都 610031)
目前汽車行業(yè)的主要供應鏈條的組成為:零部件制造供應商、物流服務商、各級服務商、4S店及各類銷售商,以及最終的消費者。鏈條內(nèi)各個角色成員間具有大量的協(xié)作和交流。但是整個汽車供應鏈運行過程中,各類信息的產(chǎn)生和交互都散落在各個環(huán)節(jié)自己的系統(tǒng)內(nèi)。導致信息交互出現(xiàn)不透明。并且在汽車的銷售過程中,零部件的采購、汽車的組裝生產(chǎn)、物流運輸、銷售等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息完全割裂。沒有統(tǒng)一的規(guī)范和平臺對如此龐大復雜的信息流進行整合分析。這樣使得整個行業(yè)需要消費大量的財力人力來處理這些信息,不利于信息的儲存。
區(qū)塊鏈技術具備透明化、去中心化、溯源性強等特點,將區(qū)塊鏈引入汽車供應鏈的管理系統(tǒng)內(nèi),建立統(tǒng)一的信息管理平臺。在汽車制造行業(yè)內(nèi)形成統(tǒng)一的聯(lián)盟,將物流信息、信息流、資金流信息等儲入?yún)^(qū)塊鏈系統(tǒng)。從而實時跟蹤信息變化,以實現(xiàn)協(xié)同化工作。這樣不但能夠減少數(shù)據(jù)的人工核實,也會節(jié)約很多不必要的投入。盡管區(qū)塊鏈技術出現(xiàn)的時間不長,但已經(jīng)被較為廣泛的設想應用在各個行業(yè)各個領域中。如果在知網(wǎng)中按年份檢索關鍵詞“區(qū)塊鏈”與“供應鏈”,得出的數(shù)據(jù),如圖1所示??梢?,區(qū)塊鏈與汽車制造供應鏈的結(jié)合,更是一個全新的命題。
圖1 區(qū)塊鏈相關文獻調(diào)查Fig.1 Literature Review on Block Chain
汽車供應鏈是以制造汽車的企業(yè)為核心,具體的構(gòu)成主要包括:上下游供應商、物流服務商、汽車制造企業(yè)、服務商以及諸多售后汽修服務等組成的一個整體網(wǎng)絡。它包含了從源頭到結(jié)尾—從原材料的采購、裝配再到銷售、消費者使用以及中間物流運轉(zhuǎn)的一切相關的過程[1]。比如說原材料的購入采集、中途的倉貨管理、以及相關訂單的核實處理、銷售環(huán)節(jié),運輸過程及其入庫等等。汽車供應鏈條的當前情況是:汽車制造裝配的主要零部件和各種原材料主要是由固定的各級供應商來提供,在轉(zhuǎn)運的過程中其物流管理服務則是由不同的物流服務商負責。經(jīng)銷商則負責汽車的銷售、備用零件、汽車保險、維護、金融貸款的服務。汽修廠提供相應的維修服務以及相應的維護。OEM廠商則專注于汽車的制造層面。汽車供應鏈的典型結(jié)構(gòu),如圖2所示。
圖2 汽車供應鏈的典型結(jié)構(gòu)Fig.2 Typical Structure of the Automobile Supply Chain
無線射頻識別,一般縮寫為RFID。也就是一般所謂的電子標簽。作為自動識別技術的一個重要環(huán)節(jié),RFID 是基于射頻原理基礎上,實現(xiàn)的一種非接觸式技術,它采用射頻信號對需要甄別的目標進行自動識別和篩選,采集相應的技術數(shù)據(jù)。其不同于其他識別技術之處在于,該技術對于環(huán)境的適應性要求很低。與此同時由具有一定的高靈敏度。對于電子標簽的識別感知較為敏銳和準確。該技術具有自動識別高速移動和靜止兩種不同狀態(tài)目標的能力,自動、敏銳、且高效。與此同時還具有可以實現(xiàn)批量識別電子標簽的能力[2]。因此RFID技術可以有效地解決發(fā)生頻繁識別讀取的問題。其對目標信息的采集便捷精確又迅速。
雖然相對于其他工業(yè)體系,汽車供應鏈相對從理論上較為更容易的組織,然而其信息的準確度和能見度方面仍不盡完美。雖然近年來,各類汽車制造商在汽車制造的供應鏈上以及投入了很多的預算,以使得整個鏈條更加的靈活透明。而RFID技術的特性使得它在物料和產(chǎn)品跟蹤領域發(fā)揮著積極地用途。據(jù)不同市場研究報告,RFID技術的發(fā)展將很大程度上取決于汽車行業(yè)的應用于推動,是幾個主要推動其發(fā)展的動力行業(yè)之一。RFID技術在汽車制造業(yè)和相關供應鏈上應用上主要包括車體識別、跟蹤管理和相關零部件采購配備,特定資產(chǎn)的跟蹤和管理、整車物流管理與跟蹤等[3]。
2.2.1 整車生產(chǎn)中的車體跟蹤識別
車體識別系統(tǒng)(AVI),主要是指汽車在汽車工廠各條流水線上生產(chǎn)時,采集數(shù)據(jù)進行實時的數(shù)據(jù)信息。傳送給相應的監(jiān)督、管控、生產(chǎn)部門。諸如供應鏈上的物料管理、質(zhì)量監(jiān)督、生產(chǎn)調(diào)控、及相應的各個部門等。以此來更好地實現(xiàn)整條鏈條上的材料供應、生產(chǎn)調(diào)控、質(zhì)量監(jiān)督、售后服務、以及產(chǎn)品的維護記錄等等。在該技術采用前,一般采取的措施是在車體上粘貼儲存相關信息的條形碼。這種方法的優(yōu)點有很多:配置靈活、系統(tǒng)成本低、車身信息儲存在PLC或PMC的相關數(shù)據(jù)庫中。但實際應用中是要求對于網(wǎng)絡的速度和可靠性高。因此需要相關高性能的PLC和大容量的高性能PMC。
一般采用該技術以后,電子標簽一般是安裝于車體滑撬上。并且始終伴隨著工件的轉(zhuǎn)移而運行,這樣就可以看成一個隨著車體的加工的移動而移動的獨特數(shù)據(jù)塊。在生產(chǎn)過程中存在這樣一個智能車體。這樣企業(yè)就可以根據(jù)生產(chǎn)、工藝的不同需要,在不同的部分諸如:涂裝車間的出入口處、重要的工藝生產(chǎn)過程中、工件物流的具體分叉處、設置讀/寫器。讀/寫站的功能實現(xiàn),具體是由過程中的位置檢測開關、電子標簽讀/寫裝置、通信接口模塊和人機交互界面組成。整個基本實現(xiàn)過程為:在檢測開關察覺到車體就位以后,相關的讀寫裝置開始自動識別并讀取安裝在滑撬上的電子標簽所蘊含的數(shù)據(jù)信息。并將數(shù)據(jù)信息傳達到PLC,與此同時,把相關數(shù)據(jù)顯示在人機交互界面上,在通過具體的PLC將這些數(shù)據(jù)上傳,上傳至負責監(jiān)控的PMC上。進行下一步具體的運算過程。這樣就實現(xiàn)了對整個車間生產(chǎn)鏈條上的物流跟蹤與生產(chǎn)控制過程。
并且在車企工廠,具體的流水線上,企業(yè)也采用該技術。不需要鏈接所有的讀寫裝置在主數(shù)據(jù)庫上。這樣主數(shù)據(jù)庫一旦出現(xiàn)故障,也不會導致嚴重的事故。譬如大規(guī)模的停產(chǎn)。當經(jīng)過具體工位以后,還可以對標簽進行寫入,更新、修正數(shù)據(jù)。這樣就使得整個生產(chǎn)過程更加完善、所以RFID的技術的應用今后會在車輛車體識別系統(tǒng)中越來越多,越加廣泛。
2.2.2 汽車生產(chǎn)中的零部件的跟蹤管理
一輛汽車由數(shù)量眾多的零部件組成。因此做好汽車零部件的跟蹤管理成為了汽車生產(chǎn)中的重中之重。為了提高質(zhì)量管理水平對于這一系統(tǒng)的完善也是不可或缺的,當前對于這一問題的方法主要是兩種:(1)零部件的標簽貼在零部件上面,將其稱之為硬鏈接。例如,把RFID技術應用在汽車輪胎的跟蹤上。這種方式一般應用于高價值、高安全的零部件上。這類零件還具有容易混淆的特點。所以采用該技術可以有效規(guī)避這種風險。(2)將跟蹤標簽貼在具體的載體上,譬如說包裝與貨架等載體上。如此可以減少費用。但應該在相應載體、集裝箱中與數(shù)據(jù)庫保持連接。這種方式稱之為鏈接[4]。
具體對于零部件的管理追蹤的思想與具體方式方法。同樣可以應用于管理固定資產(chǎn)上。比如物流中的集裝箱和運輸載具,以及大量的原材料部件上。這樣可以減少丟失和混淆等狀況的發(fā)生。
2.2.3 整車物流管理
在RFID電子標簽上寫有相關車輛的智能標簽??梢詭椭鷮崿F(xiàn)車企的整車生產(chǎn)、倉儲管理和銷售方面的諸多問題。進而實現(xiàn)整車物流的信息化。其中(VIN)也就是車輛識別代號。相當于汽車在流通中一個固定的身份編碼。這個代號在寫入車體的電子標簽后??梢詭椭鷮崿F(xiàn)汽車電子數(shù)字牌照的相關管理。過程中相關方可以識別標簽內(nèi)的相關信息。來獲取所需要的數(shù)據(jù)。提高了管理的準確性和工作效率。這樣就可以很方便的解決汽車售后、產(chǎn)品追蹤的相關一系列問題。
2.2.4 在汽車供應鏈全過程中的應用
RFID技術正在逐步突破他們在生產(chǎn)工廠內(nèi)的諸多限制。比如:豐田汽車正在計劃建立一個完整的汽車供應鏈跟蹤系統(tǒng)。它第一步打算通過可回收利用的電子標簽,再生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)實時監(jiān)控。第二步則使用可拋棄式的標簽在中途轉(zhuǎn)運中來跟蹤監(jiān)控產(chǎn)品的相關數(shù)據(jù)和信息。第三步則是在具體銷售領域,豐田汽車已經(jīng)計劃將RFID標簽永久植入汽車內(nèi),從而記錄汽車是用生命中的相關數(shù)據(jù)。包括汽車參數(shù)和顧客信息等。另外RFID技術還可以在各種防偽標識上起到相應的作用。諸如汽車輪胎、發(fā)動機、懸架、安全氣囊等要害零件上。這樣可以記錄它們的有效信息。用于防偽、保密方面,可以在需要的時候找到負責方。從而保證消費者的合法權(quán)益。另外還可以進一步將該技術應用在相關車輛的氣瓶上。將該電子標簽置于氣瓶上收集并儲存此類信息:出廠日期、具體使用時間、使用壽命、具體充氣次數(shù),以及相關的氣壓安全數(shù)據(jù)等。通過全方位的數(shù)據(jù)顯示來監(jiān)控。從而減少安全事故的發(fā)生。
由于汽車的零部件數(shù)量大、汽車產(chǎn)業(yè)的供應鏈上的供應商數(shù)量也是多如牛毛,并且各個企業(yè)間的關系錯綜復雜,想要把如此多的企業(yè)之間的聯(lián)系協(xié)調(diào)好,這對于供應鏈發(fā)展起步晚、體系尚有欠缺的我國汽車工業(yè)來說還很艱難。首先想要提升供應鏈的效率。就要進行相關協(xié)作預測和預期計劃、和補貨(CFPR)方式。這樣供應鏈條上的每一個關鍵節(jié)點的信息都是十分重要的。這也就要求運用通信網(wǎng)絡來進行綜合管理。用現(xiàn)代信息技術進行對供應鏈中的龐大復雜的物流、倉儲、信息與資金的監(jiān)控與捕獲。并且同時提供給供應鏈條上的每一個有需求的成員。進而實現(xiàn)產(chǎn)、供、銷各方的協(xié)調(diào)[5]。但僅靠現(xiàn)有的供應鏈技術難以實現(xiàn)此種功能,不能滿足汽車企業(yè)發(fā)展的需求。因此,為了使RFID技術能夠得到更好的應用,并解決現(xiàn)有汽車制造供應鏈存在的諸多問題,將區(qū)塊鏈技術應用在汽車供應鏈條上。
區(qū)塊鏈最早被人們所熟知,作為一個單獨的概念受到大眾關注,是作為比特幣的一種相關技術。大眾所熟知的比特幣已經(jīng)成為了當今最成功的區(qū)塊鏈應用。雖則當今學術界尚未形成成熟且受公認的定義。但是區(qū)塊鏈技術的發(fā)展正在不斷地影響著如今的現(xiàn)實生活。狹義上的說,區(qū)塊鏈技術是一種密碼學上的概念,是一種具有不可篡改和偽造的共享總賬數(shù)據(jù)。他的數(shù)據(jù)區(qū)塊是通過時間順序所進行組合的鏈式結(jié)構(gòu)。從廣義上分析,區(qū)塊鏈則是利用加密的鏈式結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的驗證和存儲,利用分布式節(jié)點與共識算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的生成更新。同時自動化的智能代碼編寫并操作相關數(shù)據(jù)的一種去中心化的架構(gòu)及分布式計算方式[6]。
簡單的說,區(qū)塊鏈就是移除了通用中心化和去信任的方式,需要全部的參與者一起進行維護,同時它具有及高可靠性的數(shù)據(jù)庫。它具有可以避免局部被破解從而流失數(shù)據(jù)、產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)的優(yōu)勢[7]。當然不同的系統(tǒng)具有不同的結(jié)構(gòu)。一般的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)設計,如圖3所示。
圖3 區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.3 Data Structure of the Block Chain
區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有一個顯著特點:它是一種獨特的鏈式結(jié)構(gòu)。這種鏈式結(jié)構(gòu)使得每一獨立的區(qū)塊內(nèi)存儲有之前一個相關區(qū)塊的信息數(shù)據(jù)。并且本區(qū)塊內(nèi)也存儲有下一區(qū)塊的相關信息數(shù)據(jù)。非對稱的密鑰系統(tǒng)以及智能合約則是安全性的保證。使得他無法通過惡意攻擊來篡改數(shù)據(jù)。這樣就實現(xiàn)了整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獨立性和真實性。因此可以說,區(qū)塊鏈并不僅僅是一種分布式的共享總賬,他是可編程的基礎架構(gòu)與計算范式。正是它具有這種特點。使得它可以在分散資源、供需自適應分配、去中心化、自動交易執(zhí)行作為主要特征的經(jīng)濟系統(tǒng)中具有很好的可適性[8]。這些特性將為解決現(xiàn)有的汽車制造供應鏈中存在的重點問題提供基礎。
區(qū)塊鏈去中心化。是指的整個系統(tǒng)中不存在一個傳統(tǒng)的控制中心。所以在這個系統(tǒng)中。它所有的網(wǎng)絡節(jié)點的地位是相同。這也意味著它們所具備的權(quán)利和義務是相同的。在數(shù)據(jù)儲存過程中。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中的參與數(shù)據(jù)存儲的節(jié)點都會互相備份。這就是代表著即便是參與數(shù)據(jù)存儲的某一個獨立的節(jié)點出現(xiàn)問題,他儲存的數(shù)據(jù)發(fā)生損毀或者丟失,但是因為每個節(jié)點獨立,即便數(shù)據(jù)發(fā)生損毀或者丟失,整個系統(tǒng)仍然會正常運轉(zhuǎn)。同時沒有中心控制單元,數(shù)據(jù)也不會受到強制性控制。能夠保證汽車制造供應鏈中數(shù)據(jù)信息的獨立與可靠性,在信息的存儲上具有相當大的優(yōu)勢。
區(qū)塊鏈具有透明化。這是因為整個區(qū)塊鏈技術的規(guī)則透明性。在系統(tǒng)中多個節(jié)點記錄數(shù)據(jù),這也就是說數(shù)據(jù)具有多個備份。同時數(shù)據(jù)的更新也必須由多個節(jié)點共同認證。其原因主要是因為區(qū)塊鏈中所有的節(jié)點都是互相聯(lián)系信任的。這樣可以避免汽車制造供應鏈發(fā)生數(shù)據(jù)欺騙的現(xiàn)象。并且由于所有節(jié)點的存儲都相同,汽車制造供應鏈中數(shù)據(jù)的交互也就不會出現(xiàn)錯誤。
區(qū)塊鏈具有可追溯性。系統(tǒng)中所儲存的信息被永遠保存。并且相關的交易信息與交易者信息都會被一一記錄。交易的傳遞路線和傳遞方向都被記錄下來。并且這些信息記錄都無法被惡意篡改、損毀。這樣不僅能保證了汽車制造供應鏈數(shù)據(jù)信息的準確,同時也方便對每筆交易的數(shù)據(jù)進行追蹤回溯。
區(qū)塊鏈技術有能夠自動執(zhí)行合約的優(yōu)勢。是指系統(tǒng)中存在帶軟件代碼的智能合約,對相關每一方所要履行的義務,以及合約中指定的具體規(guī)則有明確的判斷方式和相關規(guī)定[9]。這樣就可以在具體判斷中清晰的選擇所要執(zhí)行的合約。如果滿足相關的條件那么則自動判定可以執(zhí)行。這時相關的條款才會被執(zhí)行。這個特點能夠有效地提高汽車制造供應鏈的運轉(zhuǎn)效率,同時能夠使供應鏈中各方在沒有第三方監(jiān)督下,穩(wěn)定執(zhí)行合約。
為了解決汽車制造核心企業(yè)中存在著的對于供應鏈控制能力差、供應鏈溯源能力、信息孤島、信任機制匱乏等問題,提出了一種全新的區(qū)塊鏈理論模型,用以針對汽車制造供應鏈的諸多問題,并相對應的提出了該模型共識機制的算法。
提出構(gòu)建的汽車區(qū)塊鏈供應鏈可追溯系統(tǒng),主要依靠的是RFID技術。在汽車區(qū)塊供應鏈的生產(chǎn)、維護、倉儲、運輸以及銷售環(huán)節(jié)上。初步實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控。并與上下游企業(yè)共享流通。除此之外,使用了區(qū)塊鏈技術的特性,來保證整個系統(tǒng)中信息的真實性、可靠性。這種區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可追溯性不僅覆蓋了汽車區(qū)塊鏈中的上下游企業(yè)。并且還包括了一些中立的、官方的質(zhì)量檢測機構(gòu)。諸如政府的相應部門以及獨立的第三方機構(gòu)。這樣政府部門就可以隨時抽檢車輛,檢測他們的安全狀態(tài),以及資質(zhì)參數(shù)。也有效的應對了安全事故的發(fā)生,在防止事故方面有著顯著的優(yōu)勢。
這里所提出的汽車區(qū)塊供應鏈,從基本的理論體系架構(gòu)上可以大致分為三個不同的層次,分別是:智能終端層,區(qū)塊鏈層,應用層,如圖4所示。
圖4 區(qū)塊供應鏈的理論體系架構(gòu)Fig.4 Theoretical Framework on Block-Supply Chain
汽車區(qū)塊供應鏈的智能終端層主要負責的任務,使讀取產(chǎn)品的電子標簽。諸如二維碼、RFID 碼,從而獲得該產(chǎn)品的相關信息。通過RS-232接口或者藍牙將所獲的信息上傳至區(qū)塊鏈服務器上。區(qū)塊鏈層則是由安裝了以太坊平臺的區(qū)塊鏈服務器構(gòu)成。當服務器接收到了相關的信息數(shù)據(jù)后。調(diào)動部署在汽車區(qū)塊鏈服務器中的智能合約將這些數(shù)據(jù)信息打包。之后廣播到整個區(qū)塊鏈中。多個交易的信息可以被存儲于同一塊區(qū)內(nèi)。應用層則主要是通過終端應用來實現(xiàn),管理平臺與區(qū)塊鏈層完成雙向的交互。管理平臺可以通過交易哈希地址來精確的查詢到任何一件產(chǎn)品的信息。通過Node.js環(huán)境執(zhí)行事件觸發(fā)的JavaScript 腳本以及自動執(zhí)行的智能合約函數(shù)。從而完成區(qū)塊鏈內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)主動提交到管理平臺。實現(xiàn)相關的產(chǎn)品分類、數(shù)量統(tǒng)計等具體的管理操作。完成汽車行業(yè)區(qū)塊鏈的技術方案,如圖5所示。
圖5 汽車行業(yè)區(qū)塊供應鏈的技術理論方案Fig.5 Technological Strategy for Block-Supply Chain in Automobile Industry
由于區(qū)塊鏈缺乏中心化的記賬機構(gòu),因而從汽車區(qū)塊鏈建立到每一次更新儲存數(shù)據(jù),都需要利用共識算法完成一次運算,稱之為完成所有節(jié)點的“{一致性過程”。因此區(qū)塊鏈的核心技術是它的共識算法。它是區(qū)塊鏈技術的核心結(jié)構(gòu),同時也是其公信力的有效保證。因為公有區(qū)塊鏈具有:參與節(jié)點眾多、信息量大等特點。因此一般采用工作量證明(PoW)、權(quán)益證明(PoS)和授權(quán)股份證明(DPoS)等共識算法[10]。
考慮到PoW機制算量巨大,根據(jù)PoS共識算法,提出了一種全新的考慮權(quán)重方式,方便快速并且相對簡潔,同時也比較適用于汽車產(chǎn)業(yè)的應用。算法流程圖,如圖6所示。
圖6 POS共識機制流程圖Fig.6 Mechanism Diagram on POS Algorithm
具體實現(xiàn)算法的偽代碼如算法1所示:
算法1
代碼的運行結(jié)果,如圖7~圖10所示。結(jié)果顯示,這里提出的基于POS算法的共識算法能夠完整地完成記賬過程,能夠應用到汽車區(qū)塊供應鏈中,但也當然仍存在許多值得擴展和改進的部分。
圖7 生成三個合法的區(qū)塊Fig.7 Generation of Three Legal Block
圖8 區(qū)塊1完成記賬Fig.8 Account Accomplishment of Block-1
圖9 區(qū)塊2完成記賬Fig.9 Account Accomplishment of Block-2
圖10 區(qū)塊3完成記賬Fig.10 Account Accomplishment of Block-3
這里所提出的將區(qū)塊鏈技術引入汽車制造供應鏈管理系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的管理擁有很多優(yōu)勢。諸如:汽車區(qū)塊鏈管理體系高度透明化,因為區(qū)塊鏈具有去中心化的特點,使得整個系統(tǒng)更加安全。在生產(chǎn)過程中能夠相對獨立。并且整個系統(tǒng)在沒有中央機構(gòu)的協(xié)調(diào)下可以完成協(xié)作,是他更加可信的原因。從而使汽車制造供應鏈中的企業(yè)更加互信。以技術代替人工協(xié)調(diào),減少了企業(yè)的該項支出。統(tǒng)一的交易儲存平臺與圖靈完備的智能合約,能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品在具體各個流程中實現(xiàn)信息的標準化,規(guī)范化。這樣可以方便整個汽車制造供應鏈的管理追蹤。因為區(qū)塊鏈技術具有不可篡改性和較強的可追溯性,這樣就加強了汽車制造相關企業(yè)之間的協(xié)調(diào)與信任,同時也增加了企業(yè)與消費者之間的理解與信任。在出現(xiàn)問題時有據(jù)可循,實現(xiàn)了溯源追蹤的功能。并且,依托區(qū)塊鏈技術建立的體系,既可以實現(xiàn)汽車制造業(yè)上下游企業(yè)之間的各種服務與區(qū)域信息共享。又可以保證消費者權(quán)益、產(chǎn)品信息、隱私安全的保證。從而有效的產(chǎn)生一種以新技術為主導的方式方法,并且為打破傳統(tǒng)行業(yè)中一些不便的技術壁壘提供了相當有效的啟發(fā)與借鑒。