CN116862707A - 一种基于区块链和多属性拍卖的3d打印社群制造管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，包括用户层，包括系统主要的参与方，包括制造需求方、制造服务方、设备维护方和社群维护方；应用层，用于抽象业务逻辑，制订基于多属性逆拍卖和链上链下合作机制；区块链网络层，用于提供分布式公开账本、共识协议和智能合约，并主要包括多方身份数据、拍卖证明数据和制造凭证数据的三种数据用以追溯和透明化拍卖和制造过程；物理层，作为工作所在的物理空间，包括所有物理上的分布式制造设备、生产模型管理仓库和第三方物流，所述物理层用于承担制造、管理、运输功能满足系统的制造需求，并产生实时数据。

Description

一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统。

背景技术

工业4.0时代，3D打印制造开始出现由传统集中式制造向分散式社群制造的基本模式转变的趋势。由于用户大规模出现个性化需求和定制化产品全生命周期的不确定性、多样性、复杂性等问题，传统中心化制造已不能满足大规模定制化制造的需求，社群制造可以看作复杂、动态的自治系统，能使中小微的社会化资源更易于被发现与共享，相对于传统制造，社群制造具有更强的生产柔性和动态响应能力，同时围绕着个性化产品的生产，社群之间和社群成员之间依托生产性服务和产品服务等建立交互关系，并在产品全生命周期内进行动态协同，具有分散化、动态性、实时性等特点，将有效解决制造业中大规模个性化的用户需求以及多参与主体之间的复杂共享、协同与交互等问题，促进形成人人参与生产的制造业局面。

现在提出的社区制造模式中的数据是中心化保存，存在用户数据使用过程中存在数据采集使用不受限制、交易不透明和用户数据可信度不高等问题，如何确保社群制造中分散的用户群体之间的信息流透明，解决社群人员之间的安全信任问题，实现产品生产全周期的实时监督，打造公平的竞争环境，是推进社群化制造的关键点。

在3D打印制造社群中，由于打印提供方制造资源的多样性和分布，以及打印需求方对个性化和差异化的要求，如何在满足双方利益需求的条件下构建任务分配方式成为3D打印社群制造的重要问题。

本发明人在实施本发明时发现，现有的3D打印制造社群系统存在如下的技术问题：

传统的任务分配模式主要是依据单一属性或少量属性来定义分配衡量指标，不适用于定制化需求多样化、成员复杂的社群制造环境中，缺乏准确性和鲁棒性。同时，在传统的分配模式中，成员只作为生产者或消费者，身份定位单一，而在成员分散化、多样化的社群制造中，社群成员即作为生产者也作为消费者，传统分配模式不再适用产消者围绕新兴的开放式和开源式产品形成的自组织社群化制造网络。

在传统的3D打印制造社群中，制造方多是拥有多台设备来集中生产的工厂群体，最小的制造节点非单一独立设备，限制了社群制造中拥有独立设备的小微群体的参与，不能充分利用社群的制造资源。

可见，现有的3D打印制造社群系统存在的技术缺点包括如下:

1、传统定制化服务人力资源、物流资源浪费大，制造方式往往趋于单一，面对大量特殊定制化需求的订单难以应付。造成大量社会制造资源浪费。

2、传统制造管理模式在制造社群中存在信息不透明，制造不可追溯，交易双方信任缺失等问题。中央数据也存在被黑客攻击篡改的风险。

3、按照单一标准进行的任务分配，如最短距离、最优价格等方法，在制造社群中无法满足社群参与方产消者的特殊需求，以及多样的定制化需求。导致分配结果不能使双方满意。

4、以工作室作为最小工作节点的制造网络，存在设备管理缺失的风险。

因此，有必要构建一种全新的3D打印制造社群管理系统方案，以实现对社群制造资源的充分利用，并确保在分布式社群制造环境下的可靠进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。

一方面，本申请实施例公开了一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，其包括用户层、应用层、区块链网络层和物理层；

所述用户层包括系统主要的参与方，所述系统主要的参与方包括制造需求方、制造服务方、设备维护方和社群维护方；所述应用层抽象业务逻辑，制订基于多属性逆拍卖和链上链下合作机制；所述区块链网络层提供了分布式公开账本、共识协议和智能合约，并主要包括多方身份数据、拍卖证明数据和制造凭证数据的三种数据用以追溯和透明化拍卖和制造过程；所述物理层是工作所在的物理空间，包括所有物理上的分布式制造设备、生产模型管理仓库和第三方物流，所述物理层用于承担制造、管理、运输功能满足系统的制造需求，并产生实时数据；

其中，在所述3D打印社群制造管理系统中：

所有参与方都有自己的身份识别证明和对应密钥，分别保存在打印区块链的制造方集合和需求方集合中，每个节点的制造信息都会公布在链上，打印区块链的制造节点集合和需求方集合中的每个节点通过身份验证后才能发起和接收请求；

通过身份验证的制造需求方发布3D打印制造需求，所述3D打印制造需求包括制造模型、在社区中的相对位置和制造需求权重；

根据所述3D打印制造需求对通过身份验证的所有制造服务方进行多属性评价得到评价分数，评价分数大于预设的标准分数的制造服务方能够参与逆拍卖以报价，结合所述评价分数和报价得到拍卖获胜方并结束拍卖；

区块链上的智能合约依据拍卖结果生成打印任务，同时基于交易双方生成制造任务凭证上传至区块链的分布式公开账本中，所述制造任务凭证包括3D打印制造需求和制造模型链下网络下载地址；

拍卖获胜方通过链上接收所述制造任务凭证，并从链下网络下载地址下载对应的制造模型后执行3D打印制造，同时上传一个加密后的制造证明，所述制造证明包括制造服务方基础信息和制造方给出的链下网络监控口url，所述制造需求方通过所述链下网络监控口url对3D打印制造过程进行实时监控；

拍卖获胜方完成所述3D打印制造后，将制造记录发送到链下制造记录库中保存，并上传制造完成凭证到区块链账本中，所述制造完成凭证包括制造时间、交易对象和制造结果；其中，所述制造完成凭证的生成全过程由链上公开的智能合约执行；

拍卖获胜方将3D打印制造完成后的成品寄到制造需求方后，由制造需求方根据制造的完成情况进行反馈，并基于所述反馈更新制造需求方的信用等级和制造服务方的能力指标。

较佳地，基于打印区块链中的制造方集合P<P₁,P₂...P_i>和需求方集合C<C₁,C₂..C_j>，定期对打印区块链中的制造方集合P<P₁,P₂...P_i>进行身份验证，将制造方集合中没有通过身份验证的异常节点从制造社群中驱逐；对制造需求方C_j进行身份验证，验证通过后制造需求方C_j进入制造社群并可发布所述3D打印制造需求R_j。

较佳地，所述制造需求方C_j发布所述3D打印制造需求前，通过链下网络模型数据库选择所需的制造模型，当所述链下网络模型数据库不存在满足需求的制造模型时，所述制造需求方C_j通过上传所需的制造模型到所述链下网络模型数据库中，并选择是否公开所述制造模型。

较佳地，由区块链上的智能合约根据所述3D打印制造需求对制造服务方进行多属性评估得到制造服务方对3D打印制造需求R_j的最新制造能力评价集合Es；

当由i个制造服务方组成的制造社群接收一个制造需求方j的3D打印制造需求R_j时，通过对制造需求方j的模型和制造服务方的制造能力进行量化分析，确定制造服务方对3D打印制造需求R_j的评价集P_j={p_1j，p_2j···p_ij}；其中，所有多属性评价由量化指标D={d₁,d₂...}和模糊指标L={l1,l2...}组成，即p={d1,d2...l1,l2...}，其中量化指标为可直接比较的数据、模糊指标为相对抽象难以数据化表示的比较内容；针对3D打印制造需求R_j，制造服务方i的制造能力为：

量化指标D以双方一定区域的距离作为指标；

模糊指标L以打印设备的制造精度为指标，打印设备的制造精度范围为±0.1mm、±0.2mm、±0.5mm、±1.0mm，分别评价为A、B、C、D四个等级，方差值越大，各评价等级之间分数差越大；

平台维护方在各个时期会对制造服务方属性有基础的制造能力指标es={es₁,es₂...es_n}，同时将距离指标与模糊评价指标归一，得到社群评价集SP_i ^j={sp_i ^j _1,sp_i ^j _2...sp_i ^j _n}；针对3D打印制造需求R_j，第n项评价指标，社群评价sp_i ^j为：

。

其中，为制造服务方i针对第n项评价指标的制造能力。

较佳地，制造需求方C_j的制造需求权重W^j={w^j ₁,w^j ₂...}，且，表示不同制造需求方的制造需求在一定范围内浮动；

针对3D打印制造需求R _j ，所述制造社群中的制造服务方i的第n项最终能力评价为：

针对3D打印制造需求R _j ，制造服务方i的综合评价分数为：

所有评价分数达到标准值S的制造服务方可以参与逆拍卖，进行逆向竞价；且在竞价过程中，综合评价分数作为一个成分进行参与。

较佳地，完成对3D打印制造需求R _j 的所有制造服务方评价后，智能合约会遍历制造服务方综合评价分数集合Es，若都小于标准S，则结束拍卖，并通知制造需求方C _i 没有能满足3D打印制造需求R _j 的打印设备，C _i 重新制定3D打印制需求；若集合Es有大于标准S的制造服务方，则筛选出所有评价结果达到标准S的制造服务方，所有评价结果达标的制造服务方可以参与逆拍卖，形成由多个拍卖方组成的拍卖队列P _m ，由智能合约根据打印模型大小和制造需求方给出一个拍卖定价P _r初 ，该值与制造服务方报价成负相关关系，与其评价分成正相关；拍卖方基于自己的最终评价分数/>和拍卖定价开始逆向拍卖，即向下报价。

较佳地，所有最终评价分数达到标准S的制造服务方都可以作为拍卖方参与逆拍卖以报价，所有报价构成新的报价队列Pr _n ⁱ ，所述报价队列Pr _n ⁱ 是指在第n次报价中拍卖方给出的报价集合；

根据所述拍卖定价P _r初 ，制造需求方公布后，各拍卖方得知自己的最终评价分数，并基于该分数参与拍卖，给出的价格越高、得分越低；最终获胜者/>将获得制造机会，并完成交易，生成制造凭证，最终获胜者/>的最终评分/>为：

。

较佳地，所有拍卖方在参拍时不会知道需求方的具体需求，只会知道自己的评价分数；所有拍卖方都有一个基于其信誉值的报价区间和信任指标，如果拍卖方给出的报价Pr_i超出区间Pb_i或报价过于频繁达到指标Pt_i，则将对应拍卖方视为恶意竞拍者，并取消拍卖资格;

制造需求方如果不同意报价，通过申请修改制造需求后重拍；拍卖通过后，将在链上广播拍卖结果；交易成功后，拍卖过程将在链上公开，并保存在公开账本中作为拍卖证明。

较佳地，在拍卖结束后，区块链上的智能合约将依据拍卖结果生成打印任务，同时基于交易双方，拍卖获胜方和制造需求方j的动态密钥对数据进行加密，生成制造任务凭证Pf_i ^j，并上传至区块链公开账本中，所述制造任务凭证中包括3D打印制造需求和制造模型链下网络下载地址，拍卖获胜方也会上传一个加密后的制造证明Pfc_i ^j，该制造证明包括制造服务方基础信息和制造服务方给出的链下网络监控口url；其中，整个加密过程发生在链下网络加密中间件中；

其中，拍卖获胜方可以通过制造任务凭证Pf_i ^j中的信息获得制造需求方的需求，打印对应的3D模型；制造需求方通过制造证明Pfc_i ^j中的信息中获取拍卖获胜方的制造情况，并通过链下监控url，对制造过程进行监督。

较佳地，当生成制造任务凭证上链后，制造需求方向拍卖获胜方发送制造请求，拍卖获胜方检查链上账本确认制造任务凭证Pf_i ^j，并从链下网络模型池下载对应的模型进行制造。

制造需求方从链上Pfc_i ^j中得到作为拍卖获胜方的制造节点信息，以便与制造服务方沟通，可通过其中的监控用url连接对应节点设备的监测中间件，实现对3D打印制造过程进行实时监控；

当制造服务方完成3D打印制造任务后，将制造记录包括用料、制作时间、后续运输操作信息记录发送到链下制造记录库中保存，并上传公开制造完成凭证Hs_i ^j到区块链账本中，该制造完成凭证包括制造时间、交易对象和制造结果。

与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，具有如下技术效果：

1、本发明通过构建制造社群，充分调动空闲的制造资源，多样的制造提供方可以满足各种定制化需求，并给出合理的价格，实现资源的充分利用。

2、本发明利用一种基于多属性评价结合逆拍卖机制，通过考虑用户制造需求和制造模型分析结合，对各制造节点进行评价，并基于评价结果进行逆向拍卖，得到最优价格。在充分考虑交易双方利益实现任务分配。

3、以区块链技术作为数据管理方案，将交易记录、拍卖流程和制造凭证上链，并结合社群制造分布式的特点，实现该社群的数据安全、交易可信。

4、通过以3D打印设备为最小区块链节点进行管理，实现用户对制造的全程可追溯、可控。

5、通过链下数据网络结合区块链，实现链上链下合作，解决区块链吞吐量有限的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统的架构图。

图2为利用本发明优选实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统执行打印任务过程的流程图。

图3为本发明优选实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统针对打印请求进行多属性逆拍卖任务分配阶段的流程图。

图4为本发明优选实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统基于区块链的逆拍卖机制的结构示意图。

图5为本发明优选实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统执行链上链下协同制造阶段的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1，本发明实施例提供了一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，该系统旨在实现制造社群内部公平的任务分配，在有效调配多方利益的前提下，实现对区块链中生产设备的可靠控制。其中拍卖前、拍卖中、拍卖后由智能合约控制和监督，实现了拍卖的透明性。同时结合链下协作系统，实现对目标设备的准确控制。

其中，区块链技术采用点对点的新型网络结构和使用共享且不可篡改的分布式账本，将端到端的加密记录永久保存在区块链网络上，通过审计追溯机制，使获得许可的成员可以实时访问该账本。智能合约是区块链上一种透明性的协议程序，向所有链上节点公开，链上活动一旦满足预先指定的条件，智能合约就会自动触发交易或下一步流程，大大减少人为干预，提高交易效率。因此，区块链具有去中心化、数据不可篡改、交易透明和即时可追溯性等优点，可以很好解决传统社群制造中信息流不透明、用户不信任、安全度低等问题，促进社群价值创造。因此，通过区块链的分布式账本机制，可以实现以制造设备作为最小的设备节点，实现制造上下端流通，为小微群体生产赋能，充分调动社群制造资源，推动社群经济利益最大化。

多属性逆向拍卖是一种通过竞价者之间多次谈判价格和其他属性来获得投标人选择的拍卖方式，能够很好地解决这个问题。相比传统任务分配模式，多属性逆向拍卖综合考虑多种属性，如产品质量、生产效率等，而不仅仅是价格，具有明确清晰的评分函数。通过考虑各打印节点（即制造服务方i）的工作能力和打印请求的需求，构建多属性逆拍卖任务分配模型，满足用户的个性化需求，并使交易双方获得最大利益，同时利用多属性拍卖与区块链的结合，可以避免拍卖中存在的单点故障和可信实体问题，实现拍卖过程透明化和拍卖结果不可篡改，有效保护拍卖中各参与方的身份真实性和交易可靠性。

如图1所示，本实施例提供的基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统的框架包括用户层、应用层、区块链网络层和物理层。其中：

用户层为本系统主要的参与方，它们共同维护和运行这个系统。

应用层抽象业务逻辑，制订基于多属性逆拍卖和链上链下协作方式的社群制造管理系统。

区块链网络层提供了分布式公开账本、共识协议和智能合约，主要包括三种数据：“多方身份数据”、“拍卖证明数据”、“制造凭证数据”，用以追溯和透明化拍卖和制造过程。

物理层是工作所在的物理空间，包括所有物理上的分布式制造设备、生产模型管理仓库、第三方物流。这层承担制造、管理、运输等功能满足系统的制造需求，并产生实时数据。

下面，结合图1和图2，对本实施例提供的基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统执行打印任务过程进行描述以进一步说明系统所实现的功能。

步骤1：参与方身份验证阶段

在该区块链系统中，所有参与方（可以理解的，这里的参与方可以包括制造需求方、制造服务方、设备维护方和社群维护方等等，其中所有参与方的身份并不局限于一种身份，其可以同时作为多种身份存在）都有自己的身份识别证明和对应密钥，分别保存在3D打印制造方集合P和需求方集合C中，每个节点的制造信息都会公布在链上，只有通过证明的节点才能发起和接收请求。首先将打印区块链中打印节点集合P<P₁,P₂...P_i>和需求方集合C<C₁,C₂..C_j>进行身份验证，出现不良记录、身份无法验证的节点将被驱逐，无法进入该制造社群网络。

可以理解的，在本实施例中，制造服务方同时又描述为制造节点和打印节点，而制造需求方又同时描述为打印需求方、需求方、需求节点。

作为优选方案，在本实施例中，以制造设备（打印设备）作为最小的设备节点，即单一台制造设备（打印设备）也可以成为一个制造服务方，在本实施例中，一个制造服务方也称为一个打印节点。

步骤2：需求方发布打印需求阶段

制造需求方C_j提供的打印请求应包括如下内容制造模型model、在社区中的相对位置、制造需求权重W^j={w^j ₁,w^j ₂...}。在一定相对范围内的打印节点会参与该制造任务的分配，最终生成需求凭证（即：3D打印制造需求R_j，可以理解的，R_j在本实施例中也称为打印任务）公布在链上，该凭证中包括：需求者相对位置Position、制造模型需求权重W^j和特殊制造需求、该请求的打印参与方队列P<P₁,P₂...P_i>。

制造需求方可先在该系统的链下网络模型数据库中查看有没有需要的模型和对应的材料需求，如果没有合适的，可上传model到模型库中，并选择是否公开（可在制造完成后销毁该模型数据，不在数据库中保留）。

步骤3：针对打印请求进行多属性逆拍卖任务分配阶段

在该阶段中，结合图3，具体包括如下步骤：

Step1：对参与的制造节点进行能力评价。

通过身份验证的打印需求方C_i发出3D打印制造需求R_j和上传制造模型到链下数据库，并转换为结构化数据，需求方发起的请求由智能合约对制造方进行多属性评估得到制造方对3D打印制造需求R_j的最新能力评价集合Es。

这里以由i个制造节点（即制造服务方，也称为打印节点）组成的制造社群接收一个需求方j的3D打印制造需求R_j为例。通过对需求方j的模型和制造节点制造能力进行量化分析，确定制造节点对请求的评价集P_j={p_1j，p_2j···p_ij}，所有多属性评价由量化指标D={d₁,d₂...}和模糊指标L={l1,l2...}组成，即p={d1,d2...l1,l2...}，其中量化指标为可直接比较的数据、模糊指标为相对抽象难以数据化表示的比较内容。以3D打印制造社群为例，针对3D打印制造需求Rj，制造服务方i的制造能力为：

具体评价方式，需要依据社群中设备情况进行更新。

量化指标D以相对距离为例，以双方一定区域的距离作为指标，比如制造点A、B、C分别距离需求方的接收点距离为12km、8km、18km这种具体的数据。

模糊指标L以制造精度为例，打印机的制造精度范围为±0.1mm、±0.2mm、±0.5mm、±1.0mm，分别评价为A、B、C、D四个等级，方差值越大，各评价等级之间分数差应越大。并且，该评价随着需求方请求而改变，比如该请求中材料需要硬度较高，应将缺乏高硬度材料的制造节点排除。

平台维护方在各个时期会对制造服务方的属性有基础的制造指标es={es₁,es₂...es_n}，同时需要将距离等有明确数字的指标与模糊评价指标归一，得到社群评价集合SP_i ^j={sp_i ^j _1,sp_i ^j _2...sp_i ^j _n}。以3D打印制造社群为例，针对R_j请求，第n项评价指标，社群评价sp_i ^j为：

其中，为制造服务方i针对第n项评价指标的制造能力。

Step2：针对需求方修正评价模型。

需求方j也有自身的需求权重W^j={w^j ₁,w^j ₂...}，且。表示不同需求方的制造需求在一定范围内浮动。以一个小型医疗机械器件的打印需求为例，该类产品对精度要求极高、对材料要求较高（需要一定强度材料），但对制造容量没有要求。所以需求方给出的权重系数可能为：

那么针对请求R_j该制造社群中制造节点i的第n项最终能力评价为：

最终，对R _j 请求，制造节点i的综合评价分数为：

所有评价分数达到标准值S的制造节点可以参与逆拍卖，进行逆向竞价。竞价过程中，评价分数可以作为一个成分参与。

Step3：区块链上的公开逆拍卖并生成拍卖凭证。

上个步骤中完成对请求R _j 的所有制造节点评价后，智能合约会遍历制造方综合评价分数集合Es，若都小于标准S，则结束拍卖，并通知需求方C _i 没有能满足任务R _j 的打印设备，C _i 重新制定打印需求。若集合Es有大于标准S的制造方，则筛选出所有评价结果达到标准S的制造方，所有评价结果达标的制造服务方可以作为拍卖方参与逆拍卖，形成由拍卖方组成的拍卖队列P _m ，由智能合约根据打印模型大小和用户需求给出一个较高的拍卖定价P _r初 ，该值与制造方报价成负相关关系，与其评价分成正相关。拍卖方基于自己的最终评价分数/>和初始报价开始逆向拍卖，即向下报价。其中，图4显示了基于区块链的逆拍卖机制。

如图4所示，所有最终评价分数达到标准S的制造节点都可以参与逆拍卖，他们的报价构成新的报价队列Pr _n ⁱ （在第n次报价中，拍卖方给出的报价集合）。根据上节的多属性评价后得到的初始定分P _r初 ，用户方公布后，各参拍方可以得知自己的最终评价分数，并基于该分数拍卖，给出的价格越高、得分越低。最终获胜者/>将获得制造机会，并完成交易，生成制造凭证，它的最终评分/>为：

其中拍卖方在参拍时不会知道需求方的具体需求，只会知道自己的评价分数。所有拍卖方都有一个基于其信誉值的报价区间和信任指标，如果拍卖方给出Pr_i超出区间Pb_i或报价过于频繁达到指标Pt_i，则将对应P_m视为恶意竞拍者，并取消拍卖资格，以防止恶意竞拍。

需求方如果不同意报价，可以申请修改需求后重拍。拍卖通过后，将在链上广播拍卖结果。交易成功后，该拍卖过程将在链上公开，并保存在公开账本中作为拍卖证明。

Step4:生成制造任务凭证并在链上公布。

在拍卖结束后，区块链上的智能合约将依据结果生成打印任务_j，同时基于交易双方，拍卖获胜方和需求方的动态密钥对数据进行加密，生成制造任务凭证（即打印凭证）Pf_i ^j，并上传至区块链公开账本中，该制造凭证中包括制造请求、用户方模型链下网络下载地址，拍卖获胜方也会上传一个加密后的制造证明Pfc_i ^j，其包括制造方基础信息和制造方给出的链下网络监控口url。整个加密过程发生在链下网络加密中间件中，避免区块链网络资源的浪费。

拍卖获胜方可以通过制造任务凭证Pf_i ^j中的信息明白用户需求，打印对应的3D模型。需求方可以通过制造证明Pfc_i ^j中的信息了解获胜方的制造情况，并通过链下监控url，对制造进行监督。

步骤4：链上链下协同制造阶段

参考图5，图5显示了该制造阶段的链上链下协作制造流程，具体包括：

Step1:当以上阶段任务分配交易完成和生成制造凭证上链后，制造需求方向获胜制造节点（拍卖获胜方）发送制造请求，拍卖获胜方检查链上账本确认制造任务凭证Pf_i ^j，并从链下网络模型池下载对应的模型进行制造。

Step2: 制造需求方从链上Pfc_i ^j中得到作为拍卖获胜方的制造节点信息，以便与制造服务方沟通，可通过其中的监控用url连接对应节点设备的监测中间件，实现对3D打印制造过程进行实时监控。

Step3: 当制造服务方完成3D打印制造任务后，将制造记录包括用料、制作时间、后续运输操作信息记录发送到链下制造记录库中保存，并上传公开制造完成凭证Hs_i ^j到区块链账本中，该制造完成凭证包括制造时间、交易对象和制造结果，用以回溯监督，需求方可进行反馈评价。

制造完成凭证的生成全过程都由链上公开的智能合约执行，避免出现篡改和恶意执行的可能性，并通过链上分布账本实现了制造可追溯。

步骤5：发送制造成品、用户反馈、更新参与方评价数据阶段

制造节点按照地址通过物流发送成品到需求方，需求方根据制造情况进行反馈。根据完成情况更新需求方的信用等级，制造节点服务能力等指标。针对恶意参与方将及时将其驱逐。

综上，通过实时本发明实施例提供的一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，能够带来如下技术效果：

1、本系统通过构建3D打印制造社群，针对3D打印设备小型化、分布化，打印需求多样化、定制化的趋势，实现充分调动社会空闲制造资源，满足多方制造需求，减少资源浪费。

2、本系统通过区块链作为底层技术，实现了制造协作过程中的定价透明和安全可靠，解决了参与双方的安全信任问题，保证在分布式社群制造环境下的可靠进行。

3、基于多属性逆拍卖模型设计了一种打印任务分配机制，保证在满足用户定制化需求的同时，使制造参与双方获得最大相对利益，同时通过区块链技术及智能合约技术保证任务拍卖中的信息安全、结果不被篡改。

4、通过构建以打印节点作为最小制造节点参与到区块链中，实现了制造上下游信息透明。更符合小型化制造网络对监督和制造结果追溯的需求，充分保护制造社群个体安全的同时，保证了信息的透明可信。

5、通过链上链下协同制造技术，在缓解区块链网络压力的同时，实现交易可信、制造可靠。

以上所揭露的仅为本发明一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链和多属性拍卖的3D打印社群制造管理系统，其特征在于，包括用户层、应用层、区块链网络层和物理层；

所述用户层包括系统主要的参与方，所述系统主要的参与方包括制造需求方、制造服务方、设备维护方和社群维护方；所述应用层用于抽象业务逻辑，制订基于多属性逆拍卖和链上链下合作机制；所述区块链网络层用于提供分布式公开账本、共识协议和智能合约，并主要包括多方身份数据、拍卖证明数据和制造凭证数据的三种数据用以追溯和透明化拍卖和制造过程；所述物理层作为工作所在的物理空间，包括所有物理上的分布式制造设备、生产模型管理仓库和第三方物流，所述物理层用于承担制造、管理、运输功能满足系统的制造需求，并产生实时数据；

其中，在所述3D打印社群制造管理系统中：

所有参与方都有自己的身份识别证明和对应密钥，分别保存在打印区块链的制造方集合和需求方集合中，每个节点的制造信息都会公布在链上，打印区块链的制造节点集合和需求方集合中的每个节点通过身份验证后才能发起和接收请求；

通过身份验证的制造需求方发布3D打印制造需求，所述3D打印制造需求包括制造模型、在社区中的相对位置和制造需求权重；

根据所述3D打印制造需求对通过身份验证的所有制造服务方进行多属性评价得到评价分数，评价分数大于预设的标准分数的制造服务方可以参与逆拍卖以报价，结合所述评价分数和报价得到拍卖获胜方并结束拍卖；

区块链上的智能合约依据拍卖结果生成打印任务，同时基于交易双方生成制造任务凭证上传至区块链的分布式公开账本中，所述制造任务凭证包括3D打印制造需求和制造模型链下网络下载地址；

拍卖获胜方通过链上接收所述制造任务凭证，并从链下网络下载地址下载对应的制造模型后执行3D打印制造，同时上传一个加密后的制造证明，所述制造证明包括制造服务方基础信息和制造方给出的链下网络监控口url，所述制造需求方通过所述链下网络监控口url对3D打印制造过程进行实时监控；

拍卖获胜方完成所述3D打印制造后，将制造记录发送到链下制造记录库中保存，并上传制造完成凭证到区块链账本中，所述制造完成凭证包括制造时间、交易对象和制造结果；其中，所述制造完成凭证的生成全过程由链上公开的智能合约执行；

拍卖获胜方将3D打印制造完成后的成品寄到制造需求方后，由制造需求方根据制造的完成情况进行反馈，并基于所述反馈更新制造需求方的信用等级和制造服务方的能力指标。

2.根据权利要求1所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，基于打印区块链中的制造方集合P<P₁,P₂...P_i>和需求方集合C<C₁,C₂..C_j>，定期对打印区块链中的制造方集合P<P₁,P₂...P_i>进行身份验证，将制造方集合中没有通过身份验证的异常节点从制造社群中驱逐；对制造需求方C_j进行身份验证，验证通过后制造需求方C_j进入制造社群并可发布所述3D打印制造需求R _j 。

3.根据权利要求2所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，所述制造需求方C_j发布所述3D打印制造需求前，可通过链下网络模型数据库选择所需的制造模型，当所述链下网络模型数据库不存在满足需求的制造模型时，所述制造需求方C_j可上传所需的制造模型到所述链下网络模型数据库中，并选择是否公开所述制造模型。

4.根据权利要求2或3所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，由

区块链上的智能合约根据所述3D打印制造需求对制造服务方进行多属性评估得到制造服务方对3D打印制造需求R_j的最新制造能力评价集合Es；

当由i个制造服务方组成的制造社群接收一个制造需求方j的3D打印制造需求R_j时，通过对制造需求方j的模型和制造服务方的制造能力进行量化分析，确定制造服务方对3D打印制造需求R_j的评价集P_j={p_1j，p_2j···p_ij}；其中，所有多属性评价由量化指标D={d₁,d₂...}和模糊指标L={l1,l2...}组成，即p={d1,d2...l1,l2...}，其中量化指标为可直接比较的数据、模糊指标为相对抽象难以数据化表示的比较内容；针对3D打印制造需求R_j，制造服务方i的制造能力为：

；

量化指标D以双方一定区域的距离作为指标；

模糊指标L以打印设备的制造精度为指标，打印设备的制造精度范围为±0.1mm、±0.2mm、±0.5mm、±1.0mm，分别评价为A、B、C、D四个等级，方差值越大，各评价等级之间分数差越大；

平台维护方在各个时期会对制造服务方属性有基础的制造能力指标es={es₁,es₂...es_n}，同时将距离指标与模糊评价指标归一，得到社群评价集SP_i ^j={sp_i ^j _1,sp_i ^j _2...sp_i ^j _n}；针对3D打印制造需求R_j，第n项评价指标，社群评价sp_i ^j为：

；

其中，为制造服务方i针对第n项评价指标的制造能力。

5.根据权利要求4所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，制造需求方C_j的制造需求权重W^j={w^j ₁,w^j ₂...}，且，表示不同制造需求方的制造需求在一定范围内浮动；

针对3D打印制造需求R _j ，所述制造社群中的制造服务方i的第n项最终能力评价为：

；

针对3D打印制造需求R _j ，制造服务方i的综合评价分数为：

；

所有评价分数达到标准值S的制造服务方可以参与逆拍卖，进行逆向竞价；且在竞价过程中，综合评价分数作为一个成分进行参与。

6.根据权利要求5所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，完成对3D打印制造需求R _j 的所有制造服务方评价后，智能合约会遍历制造服务方综合评价分数集合Es，若都小于标准S，则结束拍卖，并通知制造需求方C _i 没有能满足3D打印制造需求R _j 的打印设备，C _i 重新制定3D打印制需求；若集合Es有大于标准S的制造服务方，则筛选出所有评价结果达到标准S的制造服务方，所有评价结果达标的制造服务方可以参与逆拍卖，形成由多个拍卖方组成的拍卖队列P _m ，由智能合约根据打印模型大小和制造需求方给出一个拍卖定价P _r初 ，该值与制造服务方报价成负相关关系，与其评价分成正相关；拍卖方基于自己的最终评价分数和拍卖定价开始逆向拍卖，即向下报价。

7.根据权利要求6所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，所有最终评价分数达到标准S的制造服务方都可以作为拍卖方参与逆拍卖以报价，所有报价构成新的报价队列Pr _n ⁱ ，所述报价队列Pr _n ⁱ 是指在第n次报价中拍卖方给出的报价集合；

根据所述拍卖定价P _r初 ，制造需求方公布后，各拍卖方得知自己的最终评价分数，并基于该分数参与拍卖，给出的价格越高、得分越低；最终获胜者/>将获得制造机会，并完成交易，生成制造凭证，最终获胜者/>的最终评分/>为：

。

8.根据权利要求7所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，所有拍卖方在参拍时不会知道需求方的具体需求，只会知道自己的评价分数；所有拍卖方都有一个基于其信誉值的报价区间和信任指标，如果拍卖方给出的报价Pr_i超出区间Pb_i或报价过于频繁达到指标Pt_i，则将对应拍卖方视为恶意竞拍者，并取消拍卖资格;

制造需求方如果不同意报价，通过申请修改制造需求后重拍；拍卖通过后，将在链上广播拍卖结果；交易成功后，拍卖过程将在链上公开，并保存在公开账本中作为拍卖证明。

9.根据权利要求7所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于，在拍卖结束后，区块链上的智能合约将依据拍卖结果生成打印任务，同时基于交易双方，拍卖获胜方和制造需求方j的动态密钥对数据进行加密，生成制造任务凭证Pf_i ^j，并上传至区块链公开账本中，所述制造任务凭证中包括3D打印制造需求和制造模型链下网络下载地址，拍卖获胜方也会上传一个加密后的制造证明Pfc_i ^j，该制造证明包括制造服务方基础信息和制造服务方给出的链下网络监控口url；其中，整个加密过程发生在链下网络加密中间件中；

其中，拍卖获胜方通过制造任务凭证Pf_i ^j中的信息获得制造需求方的需求，打印对应的3D模型；制造需求方通过制造证明Pfc_i ^j中的信息中获取拍卖获胜方的制造情况，并通过链下监控url，对制造过程进行监督。

10.根据权利要求9所述3D打印社群制造管理系统，其特征在于：

当生成制造任务凭证上链后，制造需求方向拍卖获胜方发送制造请求，拍卖获胜方检查链上账本确认制造任务凭证Pf_i ^j，并从链下网络模型池下载对应的模型进行制造；

制造需求方从链上Pfc_i ^j中得到作为拍卖获胜方的制造节点信息，以便与制造服务方沟通，通过其中的监控用url连接对应节点设备的监测中间件，实现对3D打印制造过程进行实时监控；

当制造服务方完成3D打印制造任务后，将制造记录包括用料、制作时间、后续运输操作信息记录发送到链下制造记录库中保存，并上传公开制造完成凭证Hs_i ^j到区块链账本中，该制造完成凭证包括制造时间、交易对象和制造结果。