楊文明 楊元?jiǎng)P 黃瑩 張守輝 申超群

摘 要：針對(duì)綜采煤機(jī)“多機(jī)”存在的多設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)難以同步、難以實(shí)時(shí)溝通而產(chǎn)生的設(shè)計(jì)效率低、易出錯(cuò)等問題，通過離散設(shè)計(jì)參數(shù)知識(shí)元素，對(duì)產(chǎn)品的參數(shù)關(guān)系解構(gòu)、融合區(qū)塊鏈技術(shù)理念，進(jìn)而區(qū)塊化知識(shí)元素和鏈化知識(shí)關(guān)系。在對(duì)煤炭綜采最重要的裝備“四機(jī)”（即割煤機(jī)、輸送機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、支護(hù)設(shè)備）的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，通過對(duì)設(shè)計(jì)邊界條件、場景特征和需求要素等的動(dòng)態(tài)融合，創(chuàng)建原始數(shù)據(jù)共識(shí)。針對(duì)不同節(jié)點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)既有特別要求又需要彼此統(tǒng)一的要求，通過建立數(shù)據(jù)共識(shí)和同步設(shè)計(jì)共識(shí)的原則與方法，解決設(shè)計(jì)元素?cái)?shù)據(jù)塊的對(duì)應(yīng)和匹配問題，建立聯(lián)盟鏈形式的同步協(xié)同設(shè)計(jì)模式，避免局部性、“孤島”式設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的參數(shù)及時(shí)共享和結(jié)果一致性、產(chǎn)品正確性，確保設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，提高設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：綜采煤機(jī);網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu);同步共識(shí);設(shè)計(jì)聯(lián)盟鏈

中圖分類號(hào)：TP319 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）36-0111-04

Research on “Multi-Machine”Collaborative Design Method of Fully Mechanized Coal Winning Machine Based on Union Chain

YANG Wenming1 ? ?YANG Yuankai1 ? ?HUANG Ying1 ? ?ZHANG Shouhui2 ? ?SHEN Chaoqun2

（ 1.Zhengzhou Coal Mine Machinery Group Co. ， Ltd.，Zhengzhou Henan 450016;2 Henan Vector Intelligent Technology Research Institute Co. ，Ltd.，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract：Aiming at the problems of multi-design nodes of fully-mechanized coal winning machine，such as difficult synchronization and real-time communication，low design efficiency and error-prone，the relation of product parameters was deconstructed by discrete design parameters knowledge elements，through the analysis of the key data of the most important equipment “Four machines”（namely coal cutter，conveyor，scraper conveyor and support equipment） in fully mechanized coal mining，through the dynamic fusion of design boundary conditions，scene features and requirement elements，the original data consensus is created.For different nodes，the design data both have special requirements and need to be unified with each other，by establishing the principle and method of data consensus and synchronous design consensus，the problem of correspondence and matching of design element data blocks is solved，and the synchronous collaborative design pattern in the form of alliance chain is established，so as to avoid the local and “Isolated island”design，ensure that the design parameters are shared in time，the results are consistent，the product is correct，ensure the design accuracy，improve design efficiency.

Keywords：fully-mechanized coal winning machine;network node structure;synchronous consensus;design alliance chain

美國通用電器公司的研究表明，設(shè)計(jì)決定著產(chǎn)品成敗的90%。裝備制造業(yè)環(huán)節(jié)眾多，參與主體復(fù)雜，數(shù)據(jù)信息量巨大。上游環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)類別繁多，產(chǎn)品狀態(tài)參差不齊，供給時(shí)間周期不可控，信息不透明;中間環(huán)節(jié)工序復(fù)雜，契合調(diào)試技術(shù)要求高，存在誤差，效率低，生產(chǎn)及管理人為因素影響大;下游環(huán)節(jié)客觀環(huán)境因素復(fù)雜，主觀因素多變。整體上主要體現(xiàn)在生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、管理、質(zhì)量、物流、供應(yīng)鏈、客戶關(guān)系等特征各異、數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣、信息雜亂無序。在煤炭綜采裝備中，最典型的是采煤機(jī)、皮帶機(jī)、液壓支護(hù)裝備、刮板輸送機(jī)“四機(jī)”協(xié)調(diào)。而目前國內(nèi)、國際上一般是由多家設(shè)備商分別供貨，“四機(jī)”參數(shù)均是設(shè)備定型后根據(jù)產(chǎn)能、報(bào)價(jià)、壽命等事后進(jìn)行匹配，技術(shù)指標(biāo)、需求參數(shù)和購買預(yù)算難以實(shí)現(xiàn)最佳組合。在“四機(jī)”設(shè)計(jì)過程中牽涉的設(shè)計(jì)參數(shù)特征各異，涉及設(shè)計(jì)學(xué)、材料學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、熱力學(xué)等多學(xué)科，在分布式多級(jí)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)分散（離散）、信息孤島嚴(yán)重、難以協(xié)同、分布式存儲(chǔ)難以容錯(cuò)，海量的設(shè)計(jì)參數(shù)要全部實(shí)現(xiàn)協(xié)同共享是十分困難的，也是沒有必要的。其設(shè)計(jì)技術(shù)路線是由一個(gè)中心確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和思路，然后對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解，由多個(gè)主體分別承擔(dān)部分設(shè)計(jì)任務(wù)，各自完成后把設(shè)計(jì)結(jié)果匯總、匹配，對(duì)出現(xiàn)問題的反饋到原設(shè)計(jì)單位，完成后再匯總、匹配，如仍有問題，再反饋、匯總……，如此反復(fù)、彼此確認(rèn)，直至完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。煤炭綜采裝備設(shè)計(jì)具有“散、孤、眾”的數(shù)據(jù)信息特征，使得在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)成本高、效率低、效果難以達(dá)到最優(yōu)化。當(dāng)前的協(xié)同設(shè)計(jì)只是用信息化手段代替了人工信息傳遞，其業(yè)務(wù)流程并未改變，仍是在一個(gè)中心前提下實(shí)施的，無法做到實(shí)時(shí)共享、動(dòng)態(tài)協(xié)同，其本質(zhì)上依然采用的是“總—分—總—分……總”的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式[1-3]。

1 概述

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式寫入、對(duì)象透明的計(jì)算模式，具有信任、安全、可擴(kuò)展、數(shù)據(jù)真實(shí)性、可追溯、共識(shí)機(jī)制、分布式存儲(chǔ)、安全多方計(jì)算、跨鏈協(xié)同、智能合約等特點(diǎn)。

相較于數(shù)據(jù)特征明顯、信息單一的領(lǐng)域，區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用易于實(shí)現(xiàn)，并在不斷地深入發(fā)展。由于裝備制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)特征復(fù)雜多變，產(chǎn)業(yè)鏈+區(qū)塊鏈融合變得困難，是阻礙兩鏈融合發(fā)展的關(guān)鍵性因素。因此，在不破壞和降低主體決策效率的前提下，使復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)信息化繁為簡，是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的研究方向?；诋a(chǎn)業(yè)鏈中不同主體間的契合度，探索多主體聯(lián)動(dòng)，共識(shí)數(shù)據(jù)發(fā)掘的方法成為兩鏈融合的突破口[4-6]。

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場景有完全去中心化的公有鏈、部分去中心化的私有鏈和有限去中心化的聯(lián)盟鏈，如圖1所示。

1.1 公有鏈

公有鏈即任何人都可以隨時(shí)參與到共識(shí)機(jī)制中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、發(fā)送可確認(rèn)交易、交易記賬的區(qū)塊鏈組織架構(gòu)。公有鏈適合數(shù)據(jù)特征明顯、信息傳輸單一的領(lǐng)域，如比特幣、以太坊等。

1.2 私有鏈

私有鏈?zhǔn)侵父鶕?jù)作業(yè)需求，形成局部組織的區(qū)塊鏈。通常被認(rèn)為是“部分去中心化”的，其讀取、驗(yàn)證、共識(shí)機(jī)制等行為被特定限制，一般不對(duì)外公開。一般應(yīng)用在企業(yè)內(nèi)部和政府行業(yè)如審計(jì)、數(shù)據(jù)庫管理、行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、政府預(yù)算等。私有鏈更適合各個(gè)企業(yè)自己單獨(dú)建立，但容易出現(xiàn)“信息孤島”。

1.3 聯(lián)盟鏈

聯(lián)盟鏈介于公有鏈和私有鏈之間，是指由多個(gè)主體和組織機(jī)構(gòu)參與，根據(jù)授權(quán)形成共識(shí)過程和智能合約，并受預(yù)選節(jié)點(diǎn)控制的區(qū)塊鏈。其通常被認(rèn)為是“有限去中心化”的，可以是由多個(gè)私鏈組成集群，多個(gè)主體或組織機(jī)構(gòu)共同參與，每個(gè)主體或組織機(jī)構(gòu)分別管理一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，只允許系統(tǒng)內(nèi)的組織或機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫和發(fā)送。聯(lián)盟鏈具有部分去中心化、可融性強(qiáng)、數(shù)據(jù)默認(rèn)公開、交易速度快、成本低、效率高的特點(diǎn)，更適用于不同實(shí)體間的協(xié)同、結(jié)算等B2B交易。相較于數(shù)據(jù)特征明顯、信息單一的領(lǐng)域，聯(lián)盟鏈技術(shù)應(yīng)用易于實(shí)現(xiàn)，并具有區(qū)塊鏈技術(shù)的開放優(yōu)勢[7-8]。

本文通過對(duì)煤炭綜采最重要的裝備——“四機(jī)”（即割煤機(jī)、輸送機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、支護(hù)設(shè)備）的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析，研究各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成數(shù)據(jù)共識(shí)統(tǒng)一，建立聯(lián)盟鏈形式的同步協(xié)同設(shè)計(jì)模式，避免局部性、“孤島”式設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的參數(shù)及時(shí)共享和結(jié)果一致性、產(chǎn)品正確性，以確保各個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)（設(shè)計(jì)者）的設(shè)計(jì)結(jié)果無須往返驗(yàn)證。

2 “四機(jī)”群組協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)倉庫和區(qū)塊的建立

2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書分級(jí)分解設(shè)計(jì)任務(wù)

在接到客戶需求任務(wù)后，根據(jù)各主機(jī)以及各產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，結(jié)合客戶對(duì)技術(shù)及商務(wù)的要求，對(duì)分布式的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)部門（或單元）提出設(shè)計(jì)要求，分配割煤機(jī)、輸送機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、支護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)任務(wù)，形成分布式設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟。

2.2 基于“四機(jī)”設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)分析

將“四機(jī)”的設(shè)計(jì)參數(shù)分類為核心參數(shù)、關(guān)鍵參數(shù)、相關(guān)參數(shù)、邊緣參數(shù)。

設(shè)核心參數(shù)（如產(chǎn)能、壽命等核心設(shè)計(jì)指標(biāo)）為Ⅰ類參數(shù)C，其數(shù)簇為（C1，C2，C3，…，Cn）;直接影響C1的設(shè)計(jì)數(shù)簇為（C11，C12，C13，…，C1n），直接影響C2的數(shù)簇為（C21，C22，C23，…，C2n），……;下一階為（C111，C112，C113，…，C11n）（C121，C122，C123，…，C12n）……分析數(shù)據(jù)簇直到采購（原材料、標(biāo)準(zhǔn)件）級(jí)。設(shè)關(guān)鍵參數(shù)（如影響制造工藝的參數(shù)）為參數(shù)k，相關(guān)參數(shù)為參數(shù)為r，邊緣參數(shù)為參數(shù)e，分別分解進(jìn)入賬本（見圖2）。

3 構(gòu)建智能綜采裝備一體化同步協(xié)同設(shè)計(jì)智能合約

3.1 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共識(shí)的方法與實(shí)現(xiàn)

“四機(jī)”設(shè)計(jì)的各分布式設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)（設(shè)計(jì)者）利用區(qū)塊鏈構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的去中心化設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)賬本，需要解決的問題是如何實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)上的參數(shù)賬本數(shù)據(jù)的一致性并確保其正確性。這就需要建立分布式設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)（區(qū)塊）中實(shí)現(xiàn)狀態(tài)共識(shí)的算法，確定設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共識(shí)，保障參數(shù)數(shù)據(jù)賬本在系統(tǒng)中形成正確、一致的共識(shí)。

3.2 數(shù)據(jù)共識(shí)的實(shí)現(xiàn)

設(shè)定參與設(shè)計(jì)“四機(jī)”的各個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)為G1，G2，…，Gn，P1，P2，…，Pn，Z1，Z2，…，Zn，…，形成網(wǎng)狀設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)布局?；诰W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)布局，在設(shè)計(jì)進(jìn)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在接受其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)賬本后，挖掘數(shù)據(jù)與自身設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，應(yīng)用系統(tǒng)插件自動(dòng)迭代，保留較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)，放棄無關(guān)聯(lián)及模糊關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，形成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)區(qū)塊（見圖3）。

4 聯(lián)盟鏈智能合約的形成

①每個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)在接收到其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)賬本后，即進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別，一方面根據(jù)自身數(shù)據(jù)要求選擇性應(yīng)答其他節(jié)點(diǎn)呼應(yīng)信息;另一方面添加新的提案數(shù)據(jù)，形成新的數(shù)據(jù)集合。

②各節(jié)點(diǎn)之間的回應(yīng)時(shí)間及應(yīng)答間隔時(shí)間約定。由系統(tǒng)插件程序中設(shè)置，根據(jù)設(shè)計(jì)需求和條件，所有設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)按約定規(guī)則的模式建立相應(yīng)的回應(yīng)模式，接受的數(shù)據(jù)集為所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)按照互動(dòng)比值關(guān)聯(lián)度計(jì)算進(jìn)入的整合后數(shù)據(jù)。

③各節(jié)點(diǎn)的呼應(yīng)對(duì)象根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)互動(dòng)比值率及呼應(yīng)模式，進(jìn)行一對(duì)多、多對(duì)一和多對(duì)多的同步呼應(yīng)。

形成“四機(jī)”設(shè)計(jì)聯(lián)盟鏈后的設(shè)計(jì)體系（見圖4），參與每個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)（設(shè)計(jì)者）均在設(shè)計(jì)時(shí)互動(dòng)有效設(shè)計(jì)信息，在設(shè)計(jì)過程中就能有效解決設(shè)計(jì)參數(shù)的一致性問題，確保各個(gè)設(shè)備的參數(shù)完全匹配，并保證最合理的設(shè)計(jì)效率。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)煤炭綜采最重要的裝備“四機(jī)”（即割煤機(jī)、輸送機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、支護(hù)設(shè)備）的關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析，對(duì)網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)體系需要的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的解構(gòu)、重塑、泛化和強(qiáng)化，創(chuàng)建原始數(shù)據(jù)共識(shí)。針對(duì)不同節(jié)點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)既有特別要求又需要彼此統(tǒng)一的要求，通過建立數(shù)據(jù)共識(shí)和同步設(shè)計(jì)共識(shí)的原則與方法，解決設(shè)計(jì)元素?cái)?shù)據(jù)塊的對(duì)應(yīng)和匹配問題，建立聯(lián)盟鏈形式的同步協(xié)同設(shè)計(jì)模式，避免局部性、“孤島”式設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的參數(shù)及時(shí)共享和結(jié)果一致性、產(chǎn)品正確性，為網(wǎng)絡(luò)化節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)模式、保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確應(yīng)用提供了系統(tǒng)的解決方法。

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