張雨東，劉孝保，劉鑫，張嘉祥

（650500 云南省 昆明市 昆明理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院）

0 引言

協(xié)同制造是制造業(yè)中不可或缺且不斷發(fā)展的一種制造方式[1-2]，其健康有序的發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的穩(wěn)定有著重要的意義。多工序制造過程一般包含眾多工序，是一個(gè)包含物理、化學(xué)等多學(xué)科耦合的復(fù)雜工藝過程。流程制造產(chǎn)品加工質(zhì)量受多個(gè)工序質(zhì)量指標(biāo)影響，每一道工序的質(zhì)量指標(biāo)結(jié)果都能決定最終的產(chǎn)品質(zhì)量。各工序之間高效協(xié)作、資源信息共享是保證流程制造產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能制造的基礎(chǔ)。由于各工序有著大量的資源信息，因此各工序之間的信息整合、共享、互通以及協(xié)作更加困難。所以，在流程制造技術(shù)中，工序間的溝通交流、信息共享、協(xié)作生產(chǎn)成為制造業(yè)中的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

目前，針對面向智能制造特別是流程制造過程的多工序制造問題，相關(guān)學(xué)者已開展了研究與實(shí)踐工作。段建國等[3]根據(jù)任務(wù)性質(zhì)異同和分級(jí)規(guī)劃原理，建立了面向多工序加工系統(tǒng)的分層可重構(gòu)工藝規(guī)劃體系架構(gòu)，提高了工藝規(guī)劃的柔性、可擴(kuò)展性、可重用性及動(dòng)態(tài)適應(yīng)性；王寧等[4]運(yùn)用彈性網(wǎng)（Elastic Net）方法構(gòu)建多工序制造過程質(zhì)量關(guān)系模型，解決了復(fù)雜多工序制造過程中的關(guān)鍵質(zhì)量特性識(shí)別問題；孔德洋等[5]引入動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，建立了基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的多工序制造過程質(zhì)量監(jiān)控的決策模型，減少質(zhì)量指標(biāo)之間的誤差傳播對制造工序質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控點(diǎn)配置決策的影響；劉國良等[6]針對半導(dǎo)體制造過程的多工序質(zhì)量控制，提出一種協(xié)同控制模型，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高設(shè)備效能和生產(chǎn)效率；王寧等[7]采用偏最小二乘回歸改進(jìn)Ada-LASSO 方法并融合狀態(tài)空間思想和 Bootstrap 方法實(shí)現(xiàn)多工序過程關(guān)鍵質(zhì)量特性識(shí)別；劉道玉等[8]綜合運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)過程控制、設(shè)備狀態(tài)診斷、狀態(tài)空間建模和數(shù)模比對等理論和技術(shù),建立了面向多工序制造過程的e-質(zhì)量控制模式，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的高精度、數(shù)字化加工。

上述研究雖然研究了產(chǎn)品的多工序制造加工過程，但是其數(shù)據(jù)信息都是中心化存儲(chǔ)，過程不透明；另外，多個(gè)工序之間的協(xié)同作業(yè)，特別是工序間的協(xié)同效率、信息共享、信息交互等方面的研究還存在不足，以至于最終的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求或者不是最優(yōu)結(jié)果。區(qū)塊鏈技術(shù)具有不可篡改、分布式、去中心化、可追溯等特點(diǎn)[9-13]，其智能合約能按照事先制定的協(xié)議規(guī)則自動(dòng)執(zhí)行[14-15]，其共識(shí)機(jī)制能讓多方達(dá)成共識(shí)，保證網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)信息的一致性[16]，這些都為多工序間存在的協(xié)同效率低、工序間的信息共享不充分、過程不透明等問題提供了很好的解決方案。因此，借助區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的流程制造多工序協(xié)同制造模型，提高流程制造過程中各工序協(xié)同效率，協(xié)調(diào)各工序在流程制造過程中的參數(shù)配置，為解決流程制造過程中多工序之間的交互提供一種新的方法和技術(shù)手段。

1 多工序協(xié)同制造

1.1 多工序協(xié)同制造過程

在產(chǎn)品的連續(xù)加工，多工序制造過程中，各個(gè)工序之間或因?yàn)楣ば蛸|(zhì)量，或因?yàn)楣に囋O(shè)備，或因?yàn)楣に囐Y源而產(chǎn)生一定的聯(lián)系。一直以來，企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品多工序加工過程中都是在分析產(chǎn)品生產(chǎn)的眾多關(guān)聯(lián)因素的基礎(chǔ)上，挖掘影響多工序間協(xié)同作業(yè)的關(guān)鍵因素。根據(jù)產(chǎn)品多工序的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)模式，建立多工序協(xié)同加工的模型，實(shí)現(xiàn)多工序協(xié)同制造。其產(chǎn)品多工序協(xié)同加工模型如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品多工序協(xié)同加工模型Fig.1 Product multi-process cooperative machining model

產(chǎn)品多工序加工制造會(huì)頻繁交叉作業(yè)，生產(chǎn)路線錯(cuò)綜復(fù)雜，其過程業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜、業(yè)務(wù)種類繁多、數(shù)據(jù)量大。利用協(xié)同制造平臺(tái)去管理控制多工序加工制造過程，首先會(huì)用相關(guān)的協(xié)同規(guī)則或者算法對多工序協(xié)同制造進(jìn)行建模，再利用仿真軟件對模型進(jìn)行仿真運(yùn)行，評(píng)估協(xié)同制造模型的可行性，最后各工序基于協(xié)同制造平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品的協(xié)同制造加工。通過模型的建立，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多工序加工各層次對任務(wù)、資源、時(shí)間等要素的協(xié)作運(yùn)行，保證車間的正常生產(chǎn)運(yùn)作。產(chǎn)品的多工序制造過程各工序間的信息共享、資源共享、協(xié)同作業(yè)對產(chǎn)品加工制造的效率很重要，實(shí)現(xiàn)多工序加工過程的高效協(xié)同，從而達(dá)到快速響應(yīng)市場需求、實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤最大化的目的。

1.2 多工序協(xié)同制造問題分析

傳統(tǒng)多工序制造過程工序間的交互、信息共享方面往往是靠紙質(zhì)或者人員操作進(jìn)行，這樣就導(dǎo)致了產(chǎn)品制造過程中各工序之間的協(xié)同效率低效，不僅會(huì)影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量，而且還會(huì)直接或者間接地浪費(fèi)時(shí)間、人員及相應(yīng)的資源。流程制造過程中，傳統(tǒng)的多工序額協(xié)同方式往往存在以下問題：

（1）中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在流程制造多工序加工過程中，使用中心數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存共享數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量及共享速度受到約束，中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式不僅安全性能不足，而且在使用大型的中心服務(wù)器時(shí)其成本對于企業(yè)來說也是一大困難；

（2）流程工序協(xié)同困難。流程制造業(yè)工藝流程復(fù)雜，需由系列相關(guān)卻又各自獨(dú)立的生產(chǎn)工序所組成，傳統(tǒng)工序間的協(xié)同大多靠工藝人員或者紙質(zhì)文件操作，造成在產(chǎn)品的制造加工過程中，各工序之間的協(xié)同運(yùn)作、信息交互存在很大的困難，效率低，甚至由于不能實(shí)時(shí)交互，導(dǎo)致各工序協(xié)同加工存在信息孤島的現(xiàn)象，從而影響產(chǎn)品的制造加工進(jìn)度，更有可能直接影響到產(chǎn)品的制造成功率；

（3）信息交互不充分。在傳統(tǒng)的多工序協(xié)同加工過程中，信息交互，協(xié)作生產(chǎn)看似協(xié)作實(shí)則大多數(shù)是獨(dú)立完成，或者在協(xié)作過程中完全處于封閉的狀態(tài)，導(dǎo)致在協(xié)同制造過程中各工序之間的工序信息、資源利用等信息不能充分共享，不能充分交互，以至于會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度緩慢、資源浪費(fèi)等問題，間接影響著產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

鑒于上述傳統(tǒng)流程制造多工序產(chǎn)品加工過程中，多工序間的協(xié)同制造存在的信息共享不充分、過程不透明、協(xié)同效率低下問題，借助區(qū)塊鏈技術(shù)提高多工序協(xié)同加工效率，保證產(chǎn)品制造生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)的智能制造發(fā)展。

2 基于區(qū)塊鏈的多工序協(xié)同制造模型構(gòu)建

為了促進(jìn)產(chǎn)品多工序制造的智能發(fā)展，使產(chǎn)品多工序制造實(shí)現(xiàn)信息共享、節(jié)點(diǎn)平等決策、節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)互聯(lián)、節(jié)點(diǎn)協(xié)作制造、智能化制造等特點(diǎn)，以及使產(chǎn)品多工序制造過程對所有工序節(jié)點(diǎn)更公開透明，本文提出一種基于區(qū)塊鏈的產(chǎn)品多工序之制造模型，如圖2 所示。

圖2 基于區(qū)塊鏈的多工序協(xié)同制造模型Fig.2 Multi-process collaborative manufacturing model based on blockchain

該模型具有去中心化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)賬本、保證數(shù)據(jù)的一致性，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性，同時(shí)所有工序節(jié)點(diǎn)協(xié)同完成產(chǎn)品制造任務(wù)，使產(chǎn)品多工序制造過程的數(shù)據(jù)信息、設(shè)備資源等實(shí)現(xiàn)公開化、透明化、易獲取、容錯(cuò)性強(qiáng)，提高產(chǎn)品制造的成產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

基于區(qū)塊鏈的多工序制造模型由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、排序?qū)?、背書層、?yīng)用層構(gòu)成，其中包括：（1）數(shù)據(jù)層：底層數(shù)據(jù)層作為多工序協(xié)同制造的基礎(chǔ)層，存儲(chǔ)產(chǎn)品多工序制造過程中各工序的關(guān)鍵信息及多工序協(xié)同作業(yè)業(yè)務(wù)的信息；（2）網(wǎng)絡(luò)層：各工序節(jié)點(diǎn)共同組成協(xié)同制造區(qū)塊鏈基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，各工序節(jié)點(diǎn)共同存儲(chǔ)數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)信息并共同維護(hù)；（3）排序?qū)樱号判蚬?jié)點(diǎn)對提交的關(guān)鍵多工序制造過程信息及多工序協(xié)同制造業(yè)務(wù)信息進(jìn)行解析、打包，當(dāng)業(yè)務(wù)信息觸發(fā)智能合約后產(chǎn)生的區(qū)塊在通過排序節(jié)點(diǎn)廣播給區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)同步區(qū)塊；（4）背書層：背書節(jié)點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)身份及多工序協(xié)同制造業(yè)務(wù)進(jìn)行核驗(yàn)，保證工序節(jié)點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中的正確性和多工序協(xié)同制造業(yè)務(wù)的完整性；（5）應(yīng)用層：主要是多工序協(xié)同制造業(yè)務(wù)。

2.1 區(qū)塊鏈模型構(gòu)建

多工序加工過程中的相關(guān)關(guān)鍵信息或者是協(xié)同制造業(yè)務(wù)信息會(huì)打包成一個(gè)個(gè)的區(qū)塊存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，其區(qū)塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 區(qū)塊結(jié)構(gòu)Fig.3 Block structure

區(qū)塊結(jié)構(gòu)由區(qū)塊頭、區(qū)塊體、區(qū)塊尾部組成，區(qū)塊頭包括區(qū)塊高度（Number）、時(shí)間戳（Timestamp）、數(shù)據(jù)哈希（Datahash）、父區(qū)塊哈希（Previoushash）；區(qū)塊體存儲(chǔ)多工序制造過程中各工序的關(guān)鍵信息以及協(xié)同制造業(yè)務(wù)信息；區(qū)塊尾部主要包括業(yè)務(wù)提交者的身份信息、證書信息以及協(xié)同制造業(yè)務(wù)簽名信息。按照區(qū)塊產(chǎn)生的順序即區(qū)塊高度沿著創(chuàng)世區(qū)塊依次排序連接，從而形成多工序協(xié)同制造區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。

圖4 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.4 Blockchain data structure

2.2 智能合約構(gòu)建

為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多工序制造過程中相關(guān)信息的智能安全存儲(chǔ)、信息共享以及多工序協(xié)同制造的智能化，將協(xié)同制造過程相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯構(gòu)建為鏈碼（智能合約），達(dá)到觸發(fā)條件后自動(dòng)執(zhí)行，智能執(zhí)行協(xié)同作業(yè)，構(gòu)建多工序制造過程的協(xié)同制造智能合約，如圖5 所示。

圖5 多工序協(xié)同制造智能合約Fig.5 Multi-process collaborative manufacturing smart contract

多工序制造過程中，各工序關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息上鏈時(shí)會(huì)觸發(fā)存儲(chǔ)的智能合約，驗(yàn)證通過后相關(guān)信息將會(huì)打包成區(qū)塊存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)多工序協(xié)同制造業(yè)務(wù)從客戶端提交后會(huì)觸發(fā)協(xié)同制造業(yè)務(wù)的智能合約，各工序根據(jù)智能合約自動(dòng)執(zhí)行協(xié)同制造任務(wù)，協(xié)同制造業(yè)務(wù)信息將打包成區(qū)塊存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中。本文中主要設(shè)計(jì)了關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)查詢合約以及協(xié)同業(yè)務(wù)作業(yè)合約。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)查詢合約：該合約包含合約的基本函數(shù)init 函數(shù)（合約初始化），instantiate函數(shù)（合約實(shí)例化），還包括initLedger 函數(shù)和Quary 函數(shù)。其中，initLedger 函數(shù)是將各工序的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息寫入?yún)^(qū)塊兩網(wǎng)絡(luò)中并保存下來，quary函數(shù)是客戶端想要查詢某一工序信息時(shí)，通過該函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

協(xié)同業(yè)務(wù)作業(yè)合約：該合約包含合約的基本函數(shù)init 函數(shù)（合約初始化），instantiate 函數(shù)（合約實(shí)例化），還包括Collaborative 函數(shù)。本文設(shè)計(jì)Collaborative 函數(shù)功能是各工序協(xié)同作業(yè)的數(shù)學(xué)模型、協(xié)同算法、協(xié)同規(guī)則，從而使各工序通力合作完成協(xié)同制造相關(guān)業(yè)務(wù)。例如，在產(chǎn)品加工制造過程中，各工序任務(wù)調(diào)度，同時(shí)作業(yè)，協(xié)同完成制造加工業(yè)務(wù)；又如，各工序在工藝資源的調(diào)配即設(shè)備選擇時(shí)，達(dá)成共識(shí)，協(xié)同合作選擇設(shè)備資源，達(dá)到設(shè)備資源的最充分利用化。

2.3 共識(shí)機(jī)制構(gòu)建

在多工序制造過程中，由于參與制造作業(yè)任務(wù)的工序多而繁雜，分散分布的各工序節(jié)點(diǎn)要完成工序關(guān)鍵信息的存儲(chǔ)，最主要的是要完成制造業(yè)務(wù)的協(xié)同作業(yè)，就需要各工序達(dá)成共識(shí)，因此構(gòu)建協(xié)同作業(yè)各工序的共識(shí)機(jī)制非常重要。其共識(shí)機(jī)制如圖6 所示。

圖6 多工序協(xié)同制造共識(shí)機(jī)制Fig.6 Multi-process collaborative manufacturing consensus mechanism

各工序節(jié)點(diǎn)在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中通過共識(shí)機(jī)制對存儲(chǔ)信息業(yè)務(wù)或者是制造作業(yè)協(xié)同業(yè)務(wù)達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)，主要包括3 個(gè)基本的階段：第1 階段——提案，其主要過程是客戶端將包含了需要調(diào)用的智能合約函數(shù)、參數(shù)、時(shí)間戳及客戶端簽名創(chuàng)建為業(yè)務(wù)提案，根據(jù)背書策略提交至背書節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“背書服務(wù)”，背書節(jié)點(diǎn)對業(yè)務(wù)提案進(jìn)行“背書服務(wù)”，即依據(jù)提案使用智能合約模擬執(zhí)行業(yè)務(wù)過程，生成“背書服務(wù)”的結(jié)果并附加背書節(jié)點(diǎn)的簽名結(jié)果，這些結(jié)果會(huì)返回到客戶端；第2 階段——排序和打包成區(qū)塊，過程是客戶端將已經(jīng)背書過的業(yè)務(wù)信息提交到排序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“排序服務(wù)”，即排序節(jié)點(diǎn)對業(yè)務(wù)消息進(jìn)行解析、檢查，確定業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的數(shù)量和順序，并把數(shù)據(jù)信息打包成區(qū)塊；第3 階段——廣播、驗(yàn)證、同步，排序節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點(diǎn)（工序節(jié)點(diǎn)）廣播區(qū)塊、主節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證區(qū)塊信息的完整性、合法性，通過驗(yàn)證后就將區(qū)塊寫入各自賬本里，并全網(wǎng)同步區(qū)塊，同步信息。

當(dāng)各個(gè)主節(jié)點(diǎn)（工序節(jié)點(diǎn)）完成以上3 個(gè)階段后，就可以認(rèn)為是區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)對客戶段發(fā)起的業(yè)務(wù)請求達(dá)成了共識(shí)。在整個(gè)過程中，網(wǎng)絡(luò)中的背書節(jié)點(diǎn)對業(yè)務(wù)請求進(jìn)行“背書服務(wù)”，確保業(yè)務(wù)請求按照業(yè)務(wù)邏輯，智能合約正確執(zhí)行；排序節(jié)點(diǎn)對業(yè)務(wù)請求進(jìn)行這個(gè)過程最重要的排序共識(shí)，確保業(yè)務(wù)提案，請求正確排序；主節(jié)點(diǎn)對區(qū)塊信息驗(yàn)證，從而對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息達(dá)成共識(shí)。由此可見，通過以上的共識(shí)機(jī)制可以有效實(shí)現(xiàn)多工序制造過程中各工序?qū)ば蜿P(guān)鍵信息的存儲(chǔ)，各工序做制造任務(wù)的協(xié)同作業(yè)達(dá)成共識(shí)，從而高效完成制造任務(wù)和安全的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

本文以某企業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿關(guān)鍵零部件制造過程為對象，選取其中的粗銑和精銑各兩道工序共4道工序作為實(shí)驗(yàn)對象，這4 道工序依次定義為工序1、工序2、工序3、工序4，其加工內(nèi)容依次為：工序1：加工內(nèi)容為翻面，銑削直徑為40 的凸端面，留加工余量；工序2：加工內(nèi)容為粗銑直徑20 凸臺(tái)端面，留加工余量；工序3：加工內(nèi)容為精銑直徑20 的凸臺(tái)端面；工序4：加工類容為精銑直徑為40 的凸臺(tái)端面。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下模擬4 道工序關(guān)鍵信息存儲(chǔ)、交互合作、協(xié)同作業(yè)完成加工制造任務(wù)。工序協(xié)同加工過程各工序共同組成一個(gè)聯(lián)盟，其相關(guān)數(shù)據(jù)信息也是在各個(gè)工序之間進(jìn)行共享與交互，因此采用聯(lián)盟鏈作為本實(shí)驗(yàn)對象的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本文將通過基于Hyperledger Fabric 搭建基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬測試多工序協(xié)同制造過程。實(shí)驗(yàn)將在主機(jī)下安裝虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)中搭建網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行環(huán)境。

連桿關(guān)鍵零部件制造過程中，選取的粗銑對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的組織1，peer0 和peer1 節(jié)點(diǎn)分別對應(yīng)粗銑的兩道工序。相似的，精銑對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的組織2，peer0 和peer1 節(jié)點(diǎn)分別對應(yīng)粗銑的兩道工序。所以網(wǎng)絡(luò)中的4 個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)4 道工序，網(wǎng)絡(luò)中的orderer 節(jié)點(diǎn)為排序節(jié)點(diǎn)。

關(guān)鍵信息的存儲(chǔ)與查詢：將協(xié)同制造過程各工序的關(guān)鍵信息，比如各工序的工序名稱、材料名稱、設(shè)備信息、質(zhì)量指標(biāo)信息、制造時(shí)間及成本、制造特征、加工方法等上傳至區(qū)塊鏈進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)要進(jìn)行信息查詢時(shí)會(huì)觸發(fā)智能合約中查詢函數(shù)，從而完成整個(gè)查詢結(jié)果。通過區(qū)塊鏈查詢工序關(guān)鍵信息，在后臺(tái)將結(jié)果打印出來，如圖7 所示。

圖7 工序關(guān)鍵信息查詢結(jié)果Fig.7 Query result of key process information

協(xié)同業(yè)務(wù)：如在連桿關(guān)鍵零部件制造過程中，模擬一種簡單的各工序協(xié)同作業(yè)過程，大體為各工序協(xié)同作業(yè)之前的加工順序?yàn)楣ば? →工序2 →工序3 →工序4，加工總時(shí)間為5 h。各工序以總加工時(shí)間最短為目標(biāo)，從而建立協(xié)同作業(yè)的數(shù)學(xué)模型及協(xié)同算法，在滿足相關(guān)生產(chǎn)資源約束的情況下，各工序達(dá)成共識(shí)，依據(jù)協(xié)同規(guī)則進(jìn)行連桿關(guān)鍵零部件制造的協(xié)同作業(yè)，調(diào)整加工順序，保證生產(chǎn)計(jì)劃順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)加工時(shí)間最短。其協(xié)同作業(yè)之后的加工順序?yàn)楣ば? →工序2 →工序4 →工序3，加工總時(shí)間為4.5 h。在網(wǎng)絡(luò)中模擬的協(xié)同作業(yè)結(jié)果如圖8 所示。

圖8 協(xié)同作業(yè)結(jié)果Fig.8 Cooperative results

再如4 道工序在加工制造過程中需要一些其他設(shè)備資源，這4 道工序需要在10 臺(tái)設(shè)備里選出各自使用的設(shè)備，10 臺(tái)設(shè)備里有些設(shè)備可以完成多項(xiàng)工作，所以需要這4 道工序之間信息共享，交互合作，協(xié)同完成設(shè)備選擇。4 道工序通過協(xié)同作業(yè)完成對10 臺(tái)設(shè)備充分利用，充分考慮設(shè)備的性能、生產(chǎn)時(shí)間及設(shè)備可利用性，既不浪費(fèi)設(shè)備資源，也不盲目選擇設(shè)備。4 道工序充分合作，根據(jù)各自工序的特點(diǎn)及要求尋找設(shè)備，其選擇設(shè)備時(shí)協(xié)同作業(yè)的結(jié)果如圖9 所示。

圖9 設(shè)備選擇協(xié)同作業(yè)Fig.9 Equipment selection for cooperative operation

通過協(xié)同作業(yè)，各工序之間共享信息，選擇設(shè)備的過程及結(jié)果都各自公開透明，避免了盲目選擇和使用設(shè)備，達(dá)到設(shè)備資源的不浪費(fèi)，并且充分使用設(shè)備資源。

通過實(shí)驗(yàn)可見，在多工序制造過程中，信息的去中心化存儲(chǔ)，各工序相應(yīng)的協(xié)同作業(yè)都能實(shí)現(xiàn)，從而極大地驗(yàn)證了基于區(qū)塊鏈的多工序協(xié)同制造模型的有效性，使得在產(chǎn)品多工序制造加工過程中相關(guān)工序能夠?qū)崿F(xiàn)自我學(xué)習(xí)、自我服務(wù)、自我決策等去中心化的智能化功能。所以，區(qū)塊鏈技術(shù)能助推產(chǎn)品的制造加工，為智能制造產(chǎn)業(yè)提供安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，使多工序制造過程或者智能制造過程具有多信息感知、知識(shí)表達(dá)、聯(lián)想記憶、自適應(yīng)、自優(yōu)化、智能的分解與集成、容錯(cuò)、智能控制等功能。

4 結(jié)語

本文針對多工序制造過程中數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)及協(xié)同制造存在的中心化數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)、工序制造任務(wù)協(xié)同困難、效率低下的問題，提出了基于區(qū)塊鏈的多工序協(xié)同制造模型，構(gòu)建了該模型的區(qū)塊鏈模型、智能合約以及運(yùn)行機(jī)制，最后基于 Hyperledger Fabric 平臺(tái)搭建協(xié)同制造的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，驗(yàn)證了基于區(qū)塊鏈的多工序協(xié)同制造的有效性。對此，基于區(qū)塊鏈的多工序協(xié)同制造模型還需要更加深入的研究與創(chuàng)新，才能完全達(dá)到多工序協(xié)同制造要求，實(shí)現(xiàn)多工序協(xié)同制造過程工序間的信息共享、智能協(xié)同作業(yè)等功能，從而更好地實(shí)現(xiàn)智能制造，更好地服務(wù)于工業(yè)領(lǐng)域。