在許多工廠和工業(yè)中，數(shù)字化工廠已經(jīng)在產(chǎn)品開發(fā)過程中成為一個(gè)集成的部分，而且對于中小企業(yè)來說，其重要性也日漸增加。
一個(gè)集成的過程鏈——從產(chǎn)品創(chuàng)意到生產(chǎn)——，需要一個(gè)無縫的處理過程，從數(shù)字工廠到實(shí)際的工廠。這需要技術(shù)型的開發(fā)環(huán)境，能將工廠生產(chǎn)周期中的所有環(huán)節(jié)都能規(guī)劃和合并起來。
制造工廠對市場需求的響應(yīng)速度的快慢，是成功與否的重要因素。需要能快速適應(yīng)目前的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)狀況的改變。新的工廠必須能快速設(shè)立，而且還需具有高水平的規(guī)劃，高可靠性和高質(zhì)量。同時(shí)，在成本增長的壓力下，生產(chǎn)力也必須增加。
能解決這些問題的，且已經(jīng)建立或已經(jīng)得到驗(yàn)證的方案，就是數(shù)字工廠，它能將產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程計(jì)劃聯(lián)系在一起。在未來，在數(shù)字工廠的范圍內(nèi)，數(shù)字工程提供方法，支持所有生產(chǎn)過程中的工藝段，從工廠計(jì)劃到電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)，一直到虛擬運(yùn)行和對工廠維護(hù)和服務(wù)的支持。
所有的數(shù)據(jù)都輸入配置工具和軟件。產(chǎn)品創(chuàng)造的整個(gè)過程，都由數(shù)字化規(guī)劃成整體的生產(chǎn)過程。
轉(zhuǎn)換
當(dāng)計(jì)劃、開發(fā)和建立一個(gè)工廠
，各個(gè)不同的部分都有不同的軟件工具。計(jì)劃階段由初始數(shù)據(jù)開始，如部件列表、采購條件等類似滾軸傳送機(jī)的資源。隨著在工廠開發(fā)過程的不斷深入，產(chǎn)生或指派的數(shù)據(jù)就越來越多。在機(jī)械設(shè)計(jì)階段，資源的基本數(shù)據(jù)被定義，如驅(qū)動或傳感器、流量圖表（電動、氣動或液壓），以及2D和3D模塊。然后電氣設(shè)計(jì)增加更多的數(shù)據(jù)，如電氣元件、I/O，以及一些必須的軟件模塊。所有這些不同的數(shù)據(jù)由不同的專業(yè)軟件工具產(chǎn)生。數(shù)據(jù)產(chǎn)生后被存儲在相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。目前，在過程中存在的缺陷是，不同軟件工具和它們數(shù)據(jù)之間的不完全融合。用戶需要一個(gè)方案，能將所有的配置數(shù)據(jù)綜合起來，支持一次性數(shù)據(jù)輸入，并保證數(shù)據(jù)在所有軟件中的一致性。必須可能改變參數(shù)和數(shù)據(jù)的設(shè)置，無須專門的軟件工具。
適用模塊
配置軟件主要的功能是結(jié)構(gòu)化模塊和它的數(shù)據(jù)模塊。在模塊設(shè)計(jì)的規(guī)劃階段，很有必要詳細(xì)地考評數(shù)字工廠和工藝環(huán)境的需求，特別是IT的支持。以下是一些比較重要的因素：一個(gè)數(shù)字化工廠通常需要基于用戶的工藝。每個(gè)工藝的每一分步，都要在組織單元中被規(guī)劃好；為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，工藝隨時(shí)需要改變，或根據(jù)新的環(huán)境重新適應(yīng)；對于過程優(yōu)化來說，標(biāo)準(zhǔn)的資源的重要性不斷提高；這個(gè)同時(shí)簡化了配置工廠維護(hù)；資源通常根據(jù)它們在工廠中的特性定義。資源之間的的關(guān)系也需被仔細(xì)的定義。
能通過軟件實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)力水平的高低，是根據(jù)每個(gè)工藝被支持的程度來的確定，以及，現(xiàn)有的系統(tǒng)環(huán)境能規(guī)劃的程度確定。這意味著，基本的功能必須能保證運(yùn)作，而且功能能在過程的中進(jìn)行擴(kuò)展；工廠的整體規(guī)劃可看成是各個(gè)不同的范疇通信的一個(gè)中央樞紐，涉及了不同人群眾，如客戶、工廠工程公司，操作員等。
以下的重要模塊標(biāo)準(zhǔn)建立在如下這些觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上：集成至現(xiàn)有過程環(huán)境的開放性；囊括新的功能的延展性；支持標(biāo)準(zhǔn)資源和資源組；以資源間的技術(shù)的關(guān)系構(gòu)成數(shù)據(jù)庫；集成工廠規(guī)劃，支持相關(guān)的但屬于不同范疇各部分之間的通信。
結(jié)構(gòu)模塊
數(shù)字化工程的配置工具的結(jié)構(gòu)必須能支持開放性和可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)界面須能在XML的輸入/輸出界面中應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)同其他軟件工具間的交換和同步。對于并行的配置任務(wù)，相關(guān)的軟件工具間的雙向的數(shù)據(jù)交換是必須的。改變標(biāo)記、數(shù)據(jù)信息、明確標(biāo)簽（甚至對外部系統(tǒng)采集來的數(shù)據(jù)）是定義XML方案的中心元件。
擴(kuò)展性是通過功能性界面來保證的。擴(kuò)展套件能通過這些界面加載。這些套件提供更強(qiáng)大的功能和數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)，能分析現(xiàn)有的配置數(shù)據(jù)。例如，用戶能為其自身的發(fā)電機(jī)增加PLC程序，或其他軟件工具。作為可選增加項(xiàng)，擴(kuò)展性套件能從供應(yīng)商處獲得。
數(shù)據(jù)模塊
創(chuàng)造一個(gè)數(shù)據(jù)模塊需要規(guī)劃分層式的工廠結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫的使用，以及根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)搜索到的所有的性能。以下描述僅僅說明了數(shù)據(jù)模塊的局部，其對促進(jìn)生產(chǎn)力的增長起到相當(dāng)重要的作用。
工廠元件，例如工作站、傳送帶和傳感器等，都在采用了電子資源方式進(jìn)行了規(guī)劃。有了端口，用戶能描述工廠各個(gè)部分之間的關(guān)系。這可以包括所有特有部件的關(guān)系（例如，傳送帶由皮帶、傳感器和馬達(dá)組成），以及功能化結(jié)構(gòu)關(guān)系，如在不同傳送機(jī)之間的原料流。
此外，某些資源，包括各種數(shù)據(jù)，共同描述了各種特性。例如，可以是傳送器參數(shù)部分的PLC程序，如傳送器速度和相關(guān)連續(xù)控制。此外，數(shù)據(jù)能提供界面定義，被指定成資源的端口。這個(gè)指定從文字上提供了資源的所謂的“插頭和插座”功能。基于這些功能，有可能通過一個(gè)信號端口產(chǎn)生各種必要的信號關(guān)系。
規(guī)劃型工廠的配置
如上所述，工廠規(guī)劃是技術(shù)導(dǎo)向型過程的重要因素之一。這就是說，自動化方案的圖形化的配置是數(shù)字化工程概念的重要組成部分。這一概念包括了將工廠設(shè)計(jì)計(jì)劃融入配置環(huán)境。資源的模版，包含各種數(shù)據(jù)，并能在數(shù)據(jù)庫中得以使用。這些都放置在規(guī)劃中，并相互連接。然后，原料流能被設(shè)置（不同資源之間的上游/下游關(guān)系），不同的功能組，如PLC區(qū)域，控制臺區(qū)域、緊急停車電路、操作模式組等。
數(shù)字化工程方式能形成基于規(guī)劃的所有資源的配置，而且還能描述各個(gè)資源間的關(guān)系。在囊括了工廠規(guī)劃后，用戶得到工廠技術(shù)的整體觀點(diǎn)，可用于清晰地描述工程和各個(gè)功能。
連接軟件工具的各個(gè)項(xiàng)目能通過專業(yè)的程序產(chǎn)生器自動建立，同時(shí)也能保證高質(zhì)量（相對于手工編程方式）。
類真實(shí)模擬
在工程環(huán)境中，下一步就是虛擬試運(yùn)行。這里，曾使用在基于規(guī)劃的工廠配置中的虛擬工廠模型，現(xiàn)在由真實(shí)的自動化技術(shù)轉(zhuǎn)換并控制。自動化技術(shù)中不僅包含了硬件，也包含了軟件。這個(gè)階段，虛擬的試運(yùn)行成為一個(gè)
類真實(shí)的模擬，不需要建立真正的工廠。采用這種方法，用戶能在真正運(yùn)行前檢測并消除任何工廠配置中的故障。
虛擬運(yùn)行需要什么？
第一步，測試生成的軟件項(xiàng)目，在一個(gè)模擬的環(huán)境中，用工廠的虛擬的數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)。其次，保證軟件在真實(shí)的PLC上能運(yùn)行。此時(shí)，相互連接的現(xiàn)場設(shè)備仍然是虛擬的。然后，真正的操作員控制臺能被集成在整個(gè)環(huán)境中，以確保操作員提前控制工廠。也就是說，虛擬的元件由真正的工廠元件一步一步來替代。
虛擬運(yùn)行確保早期設(shè)計(jì)階段高質(zhì)量的配置方案。這也意味著在實(shí)際的工廠運(yùn)行中需要的時(shí)間更少。
用戶支持工廠現(xiàn)場
另外，對于工程環(huán)境，還有一個(gè)重要的步驟，用戶需要支持工廠現(xiàn)場。工廠規(guī)劃將被包括在HMI系統(tǒng)中。通過連接工廠規(guī)劃和工廠的過程信號，用戶能對工廠的整體有個(gè)相當(dāng)清晰的整體觀點(diǎn)。所有來自自動化系統(tǒng)的信息，如診斷信息，都直接在工廠規(guī)劃上清晰的顯示出來。
未來之路
數(shù)字化工程能使同一的方法、應(yīng)用方式和過程，并采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。即，這個(gè)新的工程方法，能減低成本，減少規(guī)劃時(shí)間，提高功能模塊的可靠性。從數(shù)據(jù)工廠到真正的工廠的轉(zhuǎn)化中，很重要的一個(gè)方面歸功于先進(jìn)的各學(xué)科之間、各個(gè)部門之間的協(xié)同工作。
我們已經(jīng)在集成工程的發(fā)展中，取得的初步的進(jìn)步，但前方的路仍然很長。
