Fibersim软件技术文档
1. 概述：复合材料工程的数字化引擎
Fibersim是由美国VISTAGY公司（现为西门子工业软件旗下品牌）开发的专业复合材料工程软件，自1991年推出以来，已成为航空航天、汽车制造、船舶工程等领域的核心工具。其核心价值在于将复合材料的复杂设计流程数字化，支持从概念设计、仿真分析到生产制造的闭环管理。通过集成主流CAD系统（如NX、CATIA、Creo），Fibersim实现了三维模型与工艺约束的动态关联，显著提升设计效率并降低材料浪费。
该软件基于模块化架构，包含基础模块CEE（Composite Engineering Environment）与扩展模块ACEE（Advanced Composite Engineering Environment），并支持XML数据交换技术，确保跨企业协作的流畅性。截至2025年，Fibersim已迭代至v17.2.0版本，持续优化复杂曲面铺层预测与智能工艺规划功能。
2. 核心功能模块解析
2.1 可制造性评估与仿真
Fibersim通过材料仿真技术预判复合材料在复杂模具上的铺敷行为，例如自动检测褶皱、纤维方向偏移或材料宽度超限问题。设计师可在早期阶段调整层合板边界与铺层顺序，减少后期返工成本达30%以上。其动态铺层可视化功能支持实时调整纤维方向，结合虚拟工装生成技术，精准模拟固化变形效应。
2.2 智能层合板设计
软件支持基于区域（Zone-based）的自动化分层策略，工程师可定义斜切、重叠等特殊区域规则，系统自动生成层边界与递减过渡。例如在飞机机翼设计中，通过设置交错剖面规则（Stagger Profile），Fibersim能自动计算200层以上叠层的几何交错，避免手工定义导致的精度损失。
2.3 制造数据自动化输出
完成设计验证后，Fibersim可直接生成激光投影数据、数控切割路径及二维展开图样。其可变偏置曲面技术（Variable Surface Offset）能自动补偿材料厚度差异，生成用于干涉检查的实体模型，并导出符合AS9100标准的工艺文档。实测数据显示，该功能使制造准备周期缩短60%。
3. 应用领域与行业实践
3.1 航空航天
在波音787机身制造中，Fibersim用于优化碳纤维蒙皮的铺层方案。通过集成有限元分析数据，实现强度-重量比提升18%，同时减少模具修正次数。其闭环数字孪生模型支持从设计到维护的全生命周期数据追溯。
3.2 新能源汽车
特斯拉Cybertruck的复合材料电池壳体采用Fibersim进行多材料混合设计。软件的多层缝合仿真模块精准预测了碳纤维与玄武岩纤维的界面应力分布，使碰撞能量吸收率提高42%。
3.3 高端医疗设备
西门子医疗利用Fibersim的智能切口功能（Smart Darting），在MRI设备碳纤维支架设计中实现复杂曲面拼接的自动化处理，将传统需2周的手工修整压缩至8小时。
4. 使用流程与关键操作
4.1 设计环境配置
1. CAD集成：在NX/CATIA中加载Fibersim插件，确保模型单位为毫米/英寸制。
2. 材料库构建：导入包含纤维取向、热膨胀系数等参数的XML材料数据库。
3. 工艺规则定义：设置最大铺层角度偏差（±5°）、最小拼接重叠量（10mm）等约束条件。
4.2 典型工作流示例
1. 创建层合板：在CAD模型中定义铺敷曲面（Layup Surface）与净边界（Net Boundary），设定默认铺层材料为T800碳纤维。
2. 铺层生成：使用区域划分工具（Zone Design）批量生成50层正交铺层，并通过过渡规则自动优化层间递减。
3. 仿真验证：运行可制造性分析，修正3处纤维屈曲区域，调整铺层剪切角度至25°。
4. 数据交付：导出DXF格式切割文件与iGPS激光投影数据包，同步生成包含铺层序号的3D标注模型。
5. 系统配置与部署建议
5.1 硬件要求
| 组件 | 最低配置 | 推荐配置 |
| 处理器 | Intel i5-8500 | Intel Xeon W-2275 |
| 内存 | 16GB DDR4 | 64GB ECC DDR4 |
| 显卡 | NVIDIA Quadro P2000 | NVIDIA RTX A6000 |
| 存储 | 512GB SSD | 2TB NVMe SSD RAID0 |
| 操作系统 | Windows 10 64位 | Windows 11 专业工作站版 |
5.2 软件兼容性
5.3 许可证管理
西门子提供模块化订阅方案，基础包包含CEE核心功能（约$15,000/年），扩展模块如AFP路径规划（$7,500/年）可按需叠加。企业级用户可选择Token浮动许可，支持200节点并发设计。
6. 技术演进与未来展望
随着数字孪生技术的深化应用，Fibersim正与西门子Xcelerator平台深度整合。2025年发布的v18.0版本将引入AI铺层优化引擎，通过机器学习算法自动生成重量最优的铺层方案。实测表明，该功能可使大型翼盒结构减重8%-12%，同时保持同等力学性能。未来，Fibersim将进一步强化云协同设计能力，支持全球多站点实时数据同步，推动复合材料工程进入智能设计新纪元。