數字化工廠仿真與虛擬調試是連接產品設計與物理生產的前沿工程技術。專業理論學習以《系統工程》和《生產系統建模與仿真》為基礎。需要掌握離散事件仿真（DES）理論，用于分析物流、產能與瓶頸。核心是理解“數字孿生”的概念層級：從描述幾何形體的數字模型，到包含物理特性的數字陰影，再到能實時同步、雙向交互的數字孿生。同時需學習自動化系統原理與PLC編程，因為虛擬調試的核心是讓虛擬設備執行真實的控制邏輯。
軟件學習構成虛擬工程的技術棧。工廠布局與物流仿真使用Visual Components、Tecnomatix Plant Simulation或FlexSim。機器人離線編程與工作站仿真使用RobotStudio、DELMIA。機電一體化系統聯合仿真則需要將機械模型（CAD）、控制模型（PLC程序）和物理模型集成，使用西門子NX MCD（機電一體化概念設計）或達索3DEXPERIENCE平臺。這些軟件通常支持與真實PLC控制器的連接（如通過PLCSIM Advanced），實現硬件在環（HIL）仿真。實際操作是虛擬技術價值的實現過程。項目始于將客戶提供的3D CAD模型（設備、機器人、生產線）導入仿真軟件，并賦予其運動學屬性與物理屬性（質量、碰撞體）。隨后，在軟件中搭建完整的數字化工廠，規劃物料流，并進行節拍仿真與優化，輸出仿真報告。虛擬調試的核心步驟是：將已在虛擬環境中驗證過的機器人程序、PLC程序（通常來自TIA Portal等）直接連接到3D仿真模型中的虛擬設備上。工程師可以像操作真實設備一樣，在虛擬環境中全面測試和調試自動化程序，提前發現并解決絕大多數機械干涉、邏輯錯誤和時序問題，從而將現場調試時間與風險降至低，實現“零物理樣機”的次調試
