西门子：数字工业软件目的驱动型设计白皮书（15页）.pdf

1、数字工业软件目的驱动型设计 利用西门子的整体式增材制造生命周期开发工作流程提高可 持续性内容摘要随着工业 4.0 时代的到来，技术进步正变得更具可持续性。可持续制造流程是目的驱动 型设计的关键。Siemens Digital Industries Software 走在可持续创新的前沿，其开发的 全面增材制造生命周期工作流程能够快速将理念变为现实。本白皮书将重点介绍西 门子为帮助工程师进行目的驱动型设计而推出的全面生命周期工作流程。 3可持续创新运动 3Siemens NX 晶格结构 3晶格结构对可持续性的影响 4Multimech 微材料建模 5面向增材制造的 Multimech 集成 5变

2、革有限元分析 6Multimech 与 Siemens NX 的集成 6虚拟仿真和测试 7虚拟验证 7可持续仿真 8HEEDS 设计探索和优化 9加快产品开发 9推动产品创新 10可持续创新 11生态变革 11探索潜能 11行动召唤：目的驱动型设计 13结语 14Siemens Digital Industries Software 2白皮书-目的驱动型设计可持续创新运动在西门子，我们以新型创新工具为用户赋能，帮助 他们对解决方案和流程实行现代化升级以推动项目 发展。我们可为用户赋能的第一个工具是 NX 软件 晶格结构设计，它是西门子推出的全面、集成式软 件和服务产品组合 Xcelerator

3、 的组成部分。这是 NX 的一个可选插件，可帮助用户简化复杂的晶格结 构创建工作。晶格是仿照自然晶体结构重复排列的 2D 或 3D 微结构。这些微结构包含一个由梁（支柱）和节点（球）组成的网络。计中进一步节省材料。晶格的刚度低，能够承受大应 变并从中恢复，所以可对其进行工程设计，以优化 其性能。晶格通过吸收冲击、能量和振动来保护产 品。通过使用 Simcenter 软件 Multimech 集成和 HEEDS 软件对晶格设计进行虚拟仿真和材料测试，能 够显著提高强度重量比并改善结构完整性/疲劳寿命。Siemens NX 晶格结构NX 为用户提供了三套晶格结构命令：基于图形的结 构、体晶格结构和

4、三周期极小曲面(TPMS)结构。每 套命令都有其独特的用途和优势。由 TPMS 单元晶格 组成的晶格结构没有自相交，其拓扑通过数学方程式 生成。这些结构的示例包括 Schoen gyroid、Schwarz diamond 和 Neovius。TPMS 结构通常为自支撑结构，并能吸收巨大的能量。TPMS 结构示例详见图 1。晶格结构简介随着增材制造技术的发展，晶格结构技术的功能和普 及程度在不断提高。晶格的可调性使工程师能够根据 实际应用完善设计。在设计中集成晶格能够显著减轻 质量，从而减少资源、工装步骤和运输及能耗方面的 成本。增材制造可以消除对额外工装副产品的需求，从而减少材料浪费。而晶格

5、具有多孔结构，能够在设 图 1.三周期极小曲面单位晶格：Schoen gyroid(A)、Schwarz diamond(B)和 Neovius(C)。该简单模型的分解图说明了实体、晶格结构和单 位晶格模型之间的差异。Siemens Digital Industries Software 3白皮书-目的驱动型设计体晶格结构可供用户在零件中创建自己的 3D 重复阵 列。这一功能使设计具有灵活性且易于定制，具有无 限的可能性和组合。体晶格结构示例详见图 2。晶格结构对可持续性的影响此处列举的示例说明了在制造中实施晶格结构可以如 何优化零件制造流程。下面显示的零件是一个使用传 统加工方法设计的注塑模

6、。该零件从增材制造角度进 行了重新设计，可以支持环保型工业工具。从增材制 造方面对设计实行现代化升级将降低零件重量，增强 结构属性，延长产品的使用寿命。该工作流程可帮助 工程师提高协同水平并减少文件传输错误，从而将产 品快速推向市场。零件的准备使用了同步建模、隐式 建模等 NX 功能，简化了零件的设计和再设计工作。隐式建模能实现强大的零件设计，比传统建模工具的 用时更少。使用隐式建模功能对该零件抽壳仅需几分 钟而不是几小时。图 4 说明了适用于增材晶格结构的隐式建模和 NX 设 计在产品设计创新领域的用途。使用这些先进的可选 插件模块，之前需要几个月才能完成的设计现在只需 要几分钟。集成 NX