Vaclav Smil 在其著作《这个世界运行的真相》(How the World Really Works) 中如此写道：“现代经济学家并没有因为醉心于解决能源问题而获得什么回报和奖励。只有当任何主要商用形式的能源供应受到威胁、价格飙升时，现代社会才会对这一问题感到担忧。”
数字化转型和工业 4.0 卓越实践帮助许多行业应对当前的能源危机。如果没有自动化和数字化的电源管理，许多制造商早就被不断上涨的电费和燃气费压垮了。
如今，各行各业都在使用更多的机器人、黑灯工厂和占用传感器。此外，配备最新无线技术的智慧工厂还可以远程管理机械和运输。不仅如此，许多工厂现在都装有太阳能电池板、光伏窗、占用传感器和其他节能技术。
“黑灯工厂”的兴起
“黑灯工厂”一词是指在里面工作的人员不需要照明的制造设施，理论上可以在没有照明的情况下操作，即在黑暗中操作。这就是所谓的“熄灯制造”。其背后的理念是，可以通过实施新兴技术来实现 100% 自动化，例如云、机器学习、人工智能和数字孪生。
黑灯工厂采用全自动化运行，不需要有人员在场。从在工厂交付原材料到交付成品，整个生产过程完全由自动控制的机器完成。
图像识别和机器学习通过优化质量控制和生产来节省电能和成本
机器学习和边缘计算等新兴人工智能技术，可帮助检测质量问题和生产中断。事实证明，使用机器学习的图像处理比传统的人工检查更加高效和准确。这有助于减少停机时间和产品浪费，从而节省时间和能源。
此外，将循环经济原则与数十亿互联智能设备产生的信息相结合，可以实现创新和可持续使用，从而延长产品寿命，并有助于为它们创造二次利用。
可再生能源势在改变传统中断式节能运营模式
就在不久之前，高能耗行业的普遍做法还是在非高峰时段运营，以获取更低电价带来的成本效益。许多用电量大的工厂选择在夜间工作，以享受低电价带来的优惠。某些情况下，电力公司甚至会付钱给这些行业，让他们使用原本会被浪费掉的用不完的电。
然而，受疫情以及当前的能源危机影响，情况已变得截然不同。如今，尤其是在欧洲，一天中的任何时间都有可能是最低电价。
原因之一是太阳能发电量的增加。由于太阳能电池板只在白天工作，它们发出的电涌入电网会使电价下降，而到了晚上，电价又会上涨。更有甚者，如果某地安装有大容量的风力涡轮发电机组，同样的情况则会倒转过来。
因此，为了有更多机会从最低电价中获益，工厂必须高效灵活地开展运营。
使用 TSN 还是无线通信
实现机器、车辆、建筑和运营之间的互联是工业 4.0 的核心愿景之一。监控并远程控制制造过程的所有方面有助于提高效率、预测故障、提高安全性，并实现预测性维护。
然而，虽然高效可靠，但依赖 5G 专用网络等新技术也会大幅增加能耗。如果无线是唯一的选项，则 LoRaWAN 或 Zigbee 等 LPWAN 标准的能效要远优于蜂窝数据网络。
虽然无线通信现在被誉为连接工厂中许多设备、机器和其他资产的最快方式，但能源管理的关键是使用高效的 DC/DC 解决方案，确保处理器尽可能处于低功耗待机模式，并尽可能减少无线通信。
目前，由于工业物联网 (IIoT) 所需的传感器节点数量激增，以太网大有取代现场总线之势。然而，以太网有一个缺点，即它会让延迟变高，并且不具有确定性。IIoT 需要确定无疑的系统，而解决方案是时间敏感网络 (TSN)。这种网络可为时间关键型数据提供高优先级路径。TSN 可以通过实时通信防止机器损坏，避免停机并节省资金。
此外，TSN 还可以在单股双绞线以太网线上提供宽带连接和有保证的数据包传输，具有有限的低延迟、低数据包延迟变化和低数据包丢失等优点。TSN 在 IEEE 802.1 的框架内创建了一种标准化的基本技术，用于保证服务质量 (QoS) 和对以太网更大的需求量。这只会影响 OSI 第 2 层通信，不会影响用户界面。
分布式制造和 3D 打印进一步推动节能，打造可持续性更强的生产模式
工业 3D 打印可以生产许多种几何结构，简化产品设计流程；同时也相对环保。3D 打印可以缩短中低量生产的交付周期，降低总生产成本。
与传统制造业不同，其单位成本并不取决于产量。3D 打印还支持在世界任何地方以完全相同的规格生产相同的零件，从而节省运输带来的额外成本和能耗，使生产更具可持续性。此外，随着工业 3D 打印机的价格更低、速度更快，对存储和大量库存的需求变得不再那么关键，因为可以按需制造零部件。
据惠普介绍，同一个零部件如果数量少于 100,000 个，则可以在本地采用 3D 打印进行生产，不会产生额外成本，既节省时间又可实现快速修改。这也是一种可持续性更强的制造产品的方法，因为与传统的注射成型工艺相比，3D 打印机的能耗要低得多。
惠普 3D 打印业务副总裁兼总经理 Ramón Pastor 在接受 IoT Times 网站采访时表示：“事实上，工业 4.0 让分布式制造以节约成本的方式落地，这意味着企业可以改变产品的生产和分销方式。据一些学者估算，全球消耗的燃料（这里专指化石燃料）中，有一半都是用于将产品从生产地运送到消费地。从这个意义上说，工业 4.0、数字制造和 3D 打印的结合使我们能够改变这种范式，转而采用分布式制造，其理念就是，当产生需求时，在提出需求的地方制造需要的东西。”
上个世纪，在化石燃料的助推下，全球经历了史上范围最广的工业增长。而代价则是无限制地使用廉价但是污染环境的能源。如今，受气候变化和新的地区冲突影响。我们必须转向使用清洁能源，并减少能耗。
传统行业迫切需要采用工业 4.0 卓越实践和技术来应对能源危机，从而在竞争中存活下来，发展壮大。
