在一个试验项目中，德国卡帕耐尔斯机械制造公司（Kapp Niles）吸收西门子关于集成工程技术的优点：在摆动装载机的虚拟调试的过程中，利用摆动装载机的设计参数（例如CAD结构数据）来创建3D仿真模型，对执行器、传感器和相关物理参数进行补充。在这个项目中，工作人员参考电气－液压设计，制作一个虚拟模型，来实现控制，并在现实场景中进行测试。这项工作已经取得了成功：这一设计能够在组装之前检测是否存在错误，并且能促成更快地进行设备调试，缩短了投入市场的时间，提高了开发中的生产率，降低了风险。
当机器仿真模型在计算机上运行时，它能够通过SIMIT仿真软件和仿真单元被连接到真实的控制系统中，比如西门子Sinumerik数控系统。通过这种方式，人们可以实时控制机器仿真模型，从而能够了解机器的最终行为并对之进行评估。
西门子：企业数字集成四部曲
软件、通信网络、信息安全和针对业务的工业服务是成功转型为数字工业企业的四部曲。
数字化正在革新整个工业，既带来新商业模式又开辟新市场。在未来工厂中,生产环境中的所有元素,甚至是供应商,都通过数字网络联系起来。他们将实时沟通,在复杂价值链的所有层面上不断优化自身。这样,生产力、效率和灵活性将提高,上市时间将缩短，产品质量也将改善。由此对工业提出的要求彰显出前所未有的挑战性。因此，很多人将这种巨变称之为第四次工业革命。而革命最终结果为工业4.0愿景中描述的数字未来---物联网。
工业要为数字未来做准备，转型为数字企业是关键。数字企业不再仅仅是一个愿景。相反,所有工业和大小企业的机遇就在于能够逐步采取正确措施，在企业和部门内部确定运用特定技术。
数字集成带来更高生产力、灵活性和效率。究其根本，一切都归于数字集成：在价值链所有流程中，真实和虚拟制造世界相结合，促进更多智能分析和数据运用。同时也为诸多方面的企业改善奠定基础，比如，虽然数据不断增加，但是能够缩短上市时间，成功应对生产个性化、节省原材料和减少能源消耗的要求。数字集成蕴含着巨大潜力。设备和机器在互联网上进行数字通信，可以在2025年之前实现每年为全球增加高达11万亿美元的价值。
不仅仅是大企业,小型和中型企业也可以从数字化中获利。“技术层面来说，他们很多是全球领导者,”管理和信息技术咨询公司Capgemini的离散制造业和工业4.0全球领导人和高级副总裁Gunnar Ebner博士说道，“传感器系统、通信和数据分析不再成为他们的拦路虎。在中期,中小企业已意识到这一点,而且十分机智敏锐地挖掘出与运营效率和新商业模式相关的新独特卖点。”
要素一:高性能软件
德国机床制造商Kapp Niles展示了数字集成如何创造竞争优势。基于在机械工程中运用仿真和功能导向开发的想法,Kapp Niles与西门子合作实现“虚拟调试”。
得益于数字三维图像，机床制造商Kapp Niles效率提高了65%。功能数字三维机械图像加速新开发和自定义设计---但尤其还是调试。由于有关力学、流体技术、电力系统和软件的问题可以在机械制出之前得以识别和消除，所以Kapp Niles最初获取的最高效率正是在调试方面。这个项目的目标是，不久之后，Kapp Niles的每一台机器都有一个数字图像，从设计到调试，再到返工和提供客户使用，整个过程所需总时间缩短。下一个项目阶段还包括工厂工程。
不仅仅是离散制造工业，流程工业也在复杂生产系统的数字仿真方面投资越来越多。例如，石油和天然气巨头E&P利用西门子仿真软件 Comos Walkinside来培训员工。复杂的石油和天然气工厂的三维图像持续提供所有必要的工厂数据,实现跨地域实时协作,从而增强操作安全。另一个例子则是太平洋地区最大的石油和天然气企业之一韩国SK集团。它运用一个全面的“可视化操作情报系统”,确保工厂控制自动掌握所有重要信息，而不必花时间从各种渠道得到系统所需的正确数据。“我们员工很聪明,只要给他们正确的工具，他们便可以在正确的时间做出正确的决定。这有助于提高效率、生产力和盈利能力,”韩国SK集团生产管理和战略高级副总裁Hag-Yong Sung说道。
要素二:通信网络
更大的透明度和端到端数据是数字化的核心。传感器和机械信息将纵向(“从车间到顶层”)和横向(在整个价值链内)流动。由此产生的数据库改进生产控制和支持管理决策。工业系统网络将因此发挥越来越重要的作用。除了如Profinet一类的固定标准外,全球标准以太网和TCP/IP协议也将在未来使用 (用于物联网)。
另一个基本技术是RFID(无线射频识别)。异频雷达收发机安装在托盘、工件运输工具或产品上，然后通过无线电与外界环境交换数据,这样生产控制总能获取位置和状态相关的最新信息。工件可以将所需处理步骤信息传达给机械,从而自动控制生产过程。此技术优化了生产,增强价值链透明度。供应商、制造商和物流可以更加灵活地协调起来，更快速地响应客户特定需求。
要素三:优化的数据安全
保护敏感数据和系统是数字化转型面临的最大挑战之一。首先,这里涉及到工业间谍和破坏。然而,也触及到生产停机、数据丢失、系统遭破坏或向竞争对手无意披露开发和生产数据。在工业安全领域，利用防火墙拦截黑客对工厂的未授权访问尤为重要。此外,自动化组件也需要保护，以避免拒绝服务攻击和控制程序被操纵，确保系统完整性。分层模型还必须确保只有具备特定权利的授权人员可以修改控制程序。
网络安全对于开发新型数字服务十分关键:例如，机器的敏感条件信息是维护预测的基础，在未来主要通过网络从用户传输到服务提供者中，因此必须使用SSL、OpenVPN或IPsec等程序对这些信息精心保护加密。
要素四:工业服务
生产会产生大量的数据,但目前它们很大程度上都未被使用。将来,物联网将产生更多大量的测量数据。但这些都不是重要的数据。需要注意的是,真正相关的信息会过滤出来并进行评估，这样才得到有用行为，实现大数据变成“巧数据”。目前部分工厂数据服务已可出售使用,将工业过程透明化。例如,企业可以通过以下手段提高流程效率：依据数据分析调整生产、在安装脱机前确定维修需要或更换部件，以及优化能源消耗等来。
数字集成支持新的商业模式
企业的成功数字转型不仅仅体现在获得更高生产力、效率、灵活度和质量,也不仅仅是缩短开发和上市时间。运作良好的数字企业还可以开发创新商业模式和开发新市场。例如,BioNTech生物技术公司打算使用完全自动化和数字化生产系统，稳稳立足在个性化癌症免疫疗法这个新兴市场上。这是一个别人将会模仿的模型。“特别是中小企业应该仔细思考新商业模式,”麦肯锡顾问Dominik Wee建议道。“否则他们可能很快发现自己落后给那些甚至没有出现在今天市场的对手。”
其中一个示例便是在汽车行业,信息技术公司正向传统制造商发出挑战。谷歌等互联网公司曾经一度因进军其他行业而被嘲笑,然而如今他们却因研发无人驾驶汽车而深受重视。
Kapp Niles：虚拟调试的创新方法
Kapp Niles在科堡和柏林生产用于精加工齿轮齿和轮廓的机械和工具。其客户来自各个行业，包括汽车和商用车制造商及其供应商；航空公司；压缩机、泵、工业齿轮、风能系统制造商和铁路技术提供商等。Kapp Niles目标是更高效灵活地进行开发和设计。Kapp Niles现任机械工程师Albert Fischer五年前曾问自己:我们如何才能利用基于功能和机电一体化方法的仿真，开发出新机器并且显著缩短上市时间呢?两年前，Kapp Niles与西门子合作，实现了模拟调试上的一大突破。先是使用西门子 PLM设计软件NX初步准备三维模型，然后以该模型作为基础，使用机电一体化概念设计软件(MCD)创建机器的功能模型。该模型包含了所有组件的特点,因此它知道,每个传感器的目的、所提供电压、信号接收者等信息。此外，特别的优势在于，真实机器的数字模型在开发过程中建立起来，而不需付出大量额外的努力进行虚拟调试。在西门子的支持下,Kapp Niles利用一个强大的解决方案进行虚拟调试:半实物仿真。
Kapp Niles可以对新开发的产品进行虚拟调试。“今天,我们可以在办公室提前测试我们的软件功能，而不必等到机器完全组装好,”Fischer说道。“通过这种方法,我们可以在真正的机器完成之前便获知未来的生产流程是否如我们所愿地进行。“这让公司节省了几乎一半的实际调试时间。当这并不是终点。在未来,数字集成也将加速开发过程。“我们倾向于采用系统工程，想摆脱传统的顺序方法,”他继续说道。“我们正努力开发多工序广泛并行的方法，其中涉及力学、流体、电力系统、PLC编程和调试，以及与当地客户联系。“得益于数字化，工程时间将会减少三分之二。
Kapp Neil的转盘轴承虚拟运转
在西门子机电一体化概念设计软件（MCD）的帮助下，Kapp Niles砂轮机方面的专家可通过耦合中心KX100 DYNAMIC转盘轴承的CAD结构数据，首先建立一个3D模型，而后逐步对其进行内容补充，添加执行器、传感器以及一些物理结构，例如轴、铰节以及弹簧。在完善电子结构及液压结构后，开发者将通过西门子MCD软件对完成的机器模型进行巩固强化，并将其转化为虚拟模型。再通过PLM套装软件中的SIMIT软件，将仿真机器与实际操控连接起来。在“环状硬件建造”项目中，Kapp团队的工程师可在一周时间内对机器进行真实场景下的全面测试。如此一来，不仅可在产品移交之前进行测试，确保产品结构无误，还能将装配使用时间从三周缩短至三天。
西门子集成工程优化机器开发
西门子集成工程主要从下列方面优化机器开发：
在机器的开发和设计过程中，涉及到的不仅是精确性与功能性，还有时间与成本。如果那些在设计构想过程中就已存在的错误，一直要等到完成模型设计，建造完成之后甚至是在客户将其投入使用时才得以发现，这时进行修正往往费时费力。而通过投入集成工程，西门子公司的机器设计制造人员则可以基于电脑生成的（CAD）结构数据，在几天之内通过普通的IT硬件建立一个机器仿真模型，并在实际完工之前模拟真实场景，从而对其进行测试。
在西门子仿真软件SIMIT的帮助下，可将在计算机中运行的机器仿真模型与西门子数控机床Sinumerik等实际操控相结合。如此一来便可对机器模型进行实时操控，并收集有关其运转状况的全面数据。这一做法的优势在于，生产商可在开发过程中对机器的机械功能及自动化设计草案进行全面测试。通过集成工程，可在实际投入使用之前，对原型尺寸错误等潜在问题进行辨识及排除。
西门子机电一体化概念设计软件（MCD，Mechatronics Concept Designer）
西门子MCD软件可建构仿真机器模型，使实际操控与虚拟机器模型间的相互作用成为可能。对机器仿真模型的应用不仅仅停留在可视化方面，更多的是基于真实场景中的物理数据对真实样机的所有功能进行全面仿真。
另外，机器设计过程涉及到多个相互独立的学科和部门，因此，销售部门、机械工程部门、电子工程部门和自动化部门在努力尝试合作中遇到了大量问题。例如，各部门的会面主要是在各种重要的会议和项目结束时，这使各部门之间的合作受到限制，让任何设计上的改变都变得费时和昂贵。西门子MCD软件通过促进各工程部门的合作，包括需求管理、概念设计、机械设计、电气设计、软件/自动化工程。
如此一来，西门子MCD软件可加速机械工具概念设计：
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项目评论
西门子用PLM概念打包各种生产应用软件，通过用例经营品牌，已经在软件领域积累了很强的实力。