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作者及机构
本研究由印度Marwadi University机械工程系的Amit Sata（通讯作者）、数学系的Divya Mobarsa、印度Rajkot的MGL集团Minal Shukla，以及沙特阿拉伯King Khalid大学计算机科学学院的Slaheddine Jarboui合作完成。论文发表于2025年的*Scientific Reports*期刊（DOI: 10.1038/s41598-025-13286-8）。

学术背景
研究领域为熔模铸造（investment casting）的智能化与安全化转型。熔模铸造是一种拥有5000年历史的精密铸造工艺，最初用于艺术制品，现广泛应用于航空航天、汽车、生物医学等高附加值领域。然而，传统熔模铸造厂仍依赖人工监控数百个工艺参数，导致数据误差率高且缺乏实时分析能力。工业物联网（IIoT）和区块链技术在其他制造领域已展现出提升效率与安全性的潜力，但在熔模铸造中的应用尚未充分探索。本研究旨在通过整合IIoT与区块链技术，将传统熔模铸造升级为智能、安全的制造系统。

研究流程与方法
1. 问题分析与技术框架设计
- 研究对象：印度Rajkot某熔模铸造厂（年产量40吨），涵盖蜡模注射、壳型制备、脱蜡、熔炼等子工艺的10-12台设备，共115个关键参数。
- 技术痛点：现有设备无互联网连接能力，数据需人工记录；区块链直接处理高频数据成本过高（每笔交易约0.03 ETH）。
- 解决方案：提出混合架构——先通过IIoT网关将数据流式传输至本地服务器，再筛选重要事件写入区块链。

1. IIoT网关开发与部署

   • 自主研发设备：开发低成本IIoT网关（已获印度专利533430和202321054704），将传统设备（如蜡模注射机、预热炉）改造为支持实时数据采集的智能设备。
     
   • 实施效果：网关部署后节省60%成本（相比更换全套智能设备），数据采集频率覆盖1秒至30分钟，通过边缘计算层过滤冗余数据。
     

2. 区块链集成与数据安全验证

   • 技术选型：采用基于权益证明（PoS）的区块链，确保数据不可篡改；智能合约自动执行质量控制与生产调度。
     
   • 混合存储策略：原始数据存于本地安全数据库，仅将哈希值和时间戳上链，平衡完整性与成本。
     

3. 性能测试与工业验证

   • 测试指标：网关稳定性、数据传输延迟、区块链交易吞吐量。
     
   • 结果：网关成功实现每秒115参数采集；区块链层处理关键事件的延迟低于行业标准，且未影响现有生产流程。
     

主要研究结果
1. IIoT实施效果
- 实时监控系统将参数记录错误率降低至接近零，并通过数据分析优化了壳型干燥时间等工艺参数，产品缺陷率下降15%。
- 数据支持：网关采集的温湿度数据与人工记录对比，误差<0.5%。

1. 区块链安全性能

   • 通过哈希链与智能合约，客户产品规格等敏感数据的泄露风险降低90%（基于模拟攻击测试）。
     
   • 数据支持：上链事件（如质量异常）的追溯时间从平均2小时缩短至10分钟。
     

2. 成本效益分析

   • 混合架构使区块链交易量减少70%，年运营成本控制在传统IIoT方案的1/3以内。
     

结论与价值
1. 科学价值
- 首次提出IIoT与区块链协同框架，解决了熔模铸造中高频数据安全与成本的矛盾，为传统工艺的数字化提供范式。
2. 应用价值
- 帮助中小铸造厂以低成本实现智能化转型，尤其适用于印度等发展中国家。
3. 行业影响
- 将“艺术性”的熔模铸造转化为可量化、可追溯的现代制造系统，推动行业标准化。

研究亮点
1. 技术创新
- 低成本IIoT网关专利技术，兼容老旧设备；混合区块链架构平衡实时性与安全性。
2. 跨学科融合
- 结合机械工程（铸造工艺）、计算机科学（区块链）与工业经济学（成本模型）。
3. 工业可行性
- 全部实验在真实生产环境中完成，方案可直接推广至同类铸造厂。

其他价值
- 开源承诺：研究代码与数据集可向通讯作者申请获取，促进学术验证与工业适配。
- 研究局限性：未涵盖5G通信对IIoT的潜在提升，建议未来探索。

（报告全文约2000字，涵盖研究全貌及技术细节）