波音787客機使用的Fibersim技術，終於推出了首本中文教程！
由西門子和波客公司聯合推出，組織了十幾位一線復合材料工程師共同編寫，打破了廣大技術人員沒有自學
工具書的窘境。

無論是復合材料行業的新兵，還是從業多年的專家，都適合閱讀本書，幫助您正向研發性能更好、材料更省、
周期更短、工藝可行、質量可控的復合材料產品。

西門子Fibersim軟件是業界歷史*悠久、技術*、應用*廣泛的復合材料設計和工藝軟件，在國外航空
航天和汽車行業得到廣泛應用，是復合材料產品數字化設計的利器，已在中國商飛、中航工業、中國航天、
中車集團等多個院所的復材部件，上汽、長安、北汽等車企的碳纖維零部件的設計和工藝流程中得到應用。
波客公司已累計幫助客戶完成幾十個復合材料產品研發項目，率先建立了成熟的復合材料產品方案—材料—設
計—分析—優化—工藝—樣件—試驗一體化技術體繫和服務能力。

本書分為7章，每章的內容簡介如下。
第1章 Fibersim簡介：主要對Firbersim軟件的特點和界面進行了介紹。
第2章 Pro（專業模塊）：主要介紹了Firbersim基於實體創建幾何要素、基於鋪層設計理論、影響鋪層鋪覆
性的因素、鋪覆方法論對鋪覆性的影響、優化鋪覆性問題的措施、坐標繫類型、夾芯類型、實用輔助工具、
多鋪層設計理論。
第3章 Elite（高級模塊）：主要介紹了Firbersim基於區域設計理論、過渡區高級處理、設計鋪層高級定義、
高級設計技術、制造數據高級定義。
第4章 3D和2D數據：主要介紹了Firbersim的3D數據文檔創建、2D數據文檔創建。
第5章 Fibersim其餘模塊簡介：主要介紹了Firbersim的體積填充設計理論、自動鋪覆設計理論。
第6章 導入/導出：主要介紹了 Firbersim的導入接口、導出接口。
第7章 應用案例：主要是應用案例的講解，內容涉及了民品、汽車、地鐵、無人機以及民用客機等方面。

洪清泉，上海波客實業有限公司創始人，總經理，北京理工大學車輛工程碩士，曾任上海飛機設計研究院結構設計工程師和Altair中國公司高級技術經理，主要研究方向為航空航天和車輛的仿真優化和輕量化設計，主編《HyperWorks進階教程繫列》三本書。2013年創立波客公司，帶領團隊參與中國商飛和中航工業的多個飛機型號、中國航天多個復材部段的研發和改進，特別是C919和CR929的碳纖維復合材料機翼機身研發，並研究和實踐汽車碳纖維部件正向研發，為泛亞、上汽、北汽、廣汽、前途、眾泰等開發數十個碳纖維四門三蓋及白車身加強件，目前也正在從事軌道交通碳纖維復合材料車體正向研發、Fiberbook復合材料結構優化設計軟件研發。

呂長，西門子工業軟件亞太區高級顧問，SES業務發展經理。上海交通大學畢業，加入西門子工業軟件10年。
在工業軟件領域有十餘年的應用經驗，目前負責西門子專業工程軟件（包括Fibersim、Syncrofit、Mastertrim等）在汽車交通、航空航天、船舶風電等領域的業務發展、技術咨詢與支持工作。

王招，2016年畢業於上海理工大學機械工程本科卓越班，曾獲上海市機械創新項目三等獎。2015年7月進入上海波客實業有限公司，一直從事於汽車碳纖維復合材料設計應用研究，曾在SAMPE發表汽車車門和引擎罩應用復合材料的相關論文，並在2018 SAMPE會議就基於Fibersim設計碳纖維引擎罩為主題做會場報告。至今為止，在上海波客實業有限公司的組織下，擔任上海、北京、廣州、武漢等地7場Fibersim技術培訓的主講師。

第1章 Fibersim簡介 1
1.1 概述.2
1.1.1 Fibersim專業性  2
1.1.2 Fibersim獨特性 3
1.1.3 Fibersim平臺性 3
1.2 界面簡介.8
1.2.1 Fibersim的模塊列表  8
1.2.2 關於Fibersim的圖標 8
1.2.3 如何啟動Fibersim 8
1.2.4 用戶界面  9
1.2.5 排序、添加、移除和移動“列”  10
1.2.6 排序、分組和查找工具  11
1.2.7 激活層壓板  12
1.2.8 在Fibersim中的高亮環境 12
1.2.9 選項  12
1.2.10 設計檢查器  13
1.2.11 操作：鋪層信息表的 HTML和 CSV格式 . 13
1.2.12 創建材料卡片  14
第2章 Pro（專業模塊）. 17
2.1 基於實體創建基本幾何要素.18
2.1.1 創建層壓板的幾何要素  18
2.1.2 創建坐標繫的幾何要素  20
2.2 Fibersim 基於鋪層設計 .21
2.2.1 基於零件創建8層整層鋪層  21
2.2.2 添加加強層、鋪層排序、開孔  24
2.2.3 創建投放平面和生成平面展開圖  27
2.2.4 面向制造設計  29
2.2.5 創建纏繞層  31
2.3 探索影響鋪覆可行性的因素.32
2.3.1 鋪層原點  32
2.3.2 鋪層角度  33
2.3.3 鋪層拼接  33
2.3.4 鋪層優化  35
2.3.5 線型剪口  36
2.3.6 V型剪口 .36
2.4 探索仿真選項對鋪覆可行性的影響.39
2.4.1 仿真鋪覆面  40
2.4.2 Cutout與Hole的區別 40
2.5 優化解決鋪覆性問題.41
2.5.1 調整鋪層的鋪覆理論  41
2.5.2 鋪覆區域  42
2.5.3 應用剪口優化鋪覆性  42
2.6 坐標繫類型簡介.42
2.6.1 平移坐標繫  43
2.6.2 放射狀坐標繫  47
2.6.3 基於脊柱坐標繫  49
2.7 層壓板對稱.51
2.7.1 幾何要素對稱  51
2.7.2對稱層壓板創建  52
2.7.3對稱坐標繫創建  52
2.7.4生成對稱組件對像  53
2.8 夾芯類型.54
2.8.1虛擬臺階夾芯  54
2.8.2虛擬變值夾芯  55
2.8.3虛擬夾芯  56
2.8.4實體夾芯  58
2.9 Fibersim 多鋪層設計 .61
2.9.1 基礎的多鋪層設計  61
2.9.2過渡區基礎處理  64
2.9.3 設計鋪層基礎定義  68
2.9.4 參數偏置曲面  72
2.9.5 制造數據基礎定義  74
第3章 Elite（高級模塊） 81
3.1 Fibersim 基於區域設計 .82
3.1.1 基於區域的鋪層設計  82
3.1.2 基於網格的鋪層設計  89
3.1.3 多鋪層與基於區域的聯合設計  93
3.2 過渡區高級處理.96
3.2.1 基礎偏移規範操作  96
3.2.2 高級偏移規範操作  99
3.3 設計鋪層高級定義. 111
3.3.1 結合材料規範進行層序排列  111
3.3.2 鋪層的丟層秩序排列設計  114
3.4 高級設計技術. 118
3.4.1 回轉區的處理  118
3.4.2 過渡區分割器  122
3.4.3 拐角的高級處理  125
3.4.4 參數偏置曲面高級處理  129
3.5 制造數據高級定義.133
3.5.1 合並模型設計  133
3.5.2含回彈選項的制造層壓板設計  138
第4章 3D和2D數據. 141
4.1 3D 數據文檔創建 .142
4.1.13D 橫截面  142
4.1.23D 取樣注釋  144
4.1.33D 鋪層信息表  145
4.1.43D 鋪層編號  145
4.1.53D 材料信息表  145
4.2 2D 數據文檔創建 .145
4.2.1布局鋪層展開圖  146
4.2.2創建2D鋪層工程圖 . 147
4.2.3創建2D鋪層信息表 . 149
第5章 Fibersim其餘模塊簡介. 151
5.1 Volume Fill（體積填充） 152
5.1.1 創建體積填充對像  152
5.1.2 生成Layer和Layer曲面  154
5.2 ADD（自動鋪覆設計） 155
5.2.1 簡介  155
5.2.2 擴展斜面  155
5.2.3 小擴展路徑  156
5.2.4 小擴展路徑工具  157
5.2.5 小路徑節點  158
5.2.6 小路徑節點工具  159
5.2.7 交錯原點  160
第6章 導入/導出 161
6.1 簡介.162
6.2 導入選項.162
6.2.1 分析-鋪層 . 162
6.2.2 分析-區域 . 167
6.2.3 Fibersim端CAE數據處理  168
6.2.4 激光投影  170
6.2.5 纖維鋪放  171
6.2.6 初始設計接口（導入）  173
6.2.7 從Excel導入鋪層 . 174
6.2.8 復材零件 XML 導入 . 174
6.2.9 風力葉片設計導入  175
6.2.10 復材零件 Step  176
6.3 導出選項.176
6.3.1 分析-鋪層 . 176
6.3.2 分析-區域 . 178
6.3.3 分析-夾芯取樣 . 180
6.3.4 CAE端Fibersim數據處理  180
6.3.5 平面展開圖導出  183
6.3.6 激光投影  188
6.3.7 纖維鋪放接口  191
6.3.8 自動鋪絲接口  194
6.3.9 初始設計接口（導出）  196
6.3.10 鋪層導出至XML . 196
6.3.11 復材零件XML . 197
6.3.12 復材零件Step . 198
第7章 應用案例. 199
7.1 民品—支臂 .200
7.1.1本案例技術要點  200
7.1.2支臂基於Fibersim建模步驟  200
7.2 汽車.203
7.2.1 概述  203
7.2.2B柱加強板 203
7.2.3 汽車翼子板  209
7.2.4 汽車前機蓋  212
7.2.5 汽車車門  216
7.3 地鐵—車頭 .220
7.3.1 本案例技術要點  220
7.3.2車頭蒙皮基於Fibersim建模步驟 220
7.3.3總結  222
7.4 無人機—機身筒段 .223
7.4.1本案例技術要點  223
7.4.2結構尺寸及鋪層定義  224
7.4.3基於CATIA和Fibersim建模步驟  225
7.4.4 結論  229
7.5 民用客機.230
7.5.1 蒙皮壁板  230
7.5.2 艙門蒙皮及縱梁  236
7.5.3 發動機短艙風扇罩  244
7.5.4 發動機風扇葉片  252
附錄A 257

推薦序一

先進的復合材料作為《中國制造2025》的十大重點發展領域之一，在民用飛機、軍用飛機、船舶、汽車和風電等行業逐
步廣泛應用。但由於復合材料設計與制造的高度復雜性，很多企業未能完全發揮復合材料的巨大性能優勢，對企業的生存與
發展帶來較大挑戰。全球很多成功的企業都在采用Siemens Industry Software解決方案來實現創新和增長。在當今的數字化世
界中，企業面臨著來自現有競爭者和新進入市場的競爭者所帶來的衝擊。為了保持市場競爭力，企業必須通過數字化對傳統
復合材料研制實施轉型。
在過去的30年裡，全球主要的航空、汽車等制造公司都在采用Fibersim軟件進行他們的復合材料產品設計、工藝規劃和
數字化加工制造。如波音公司，他們利用Fibersim的技術，使的787客機的復合材料零件占比達到了全機的51%，讓新設
計的飛機在航油經濟性方面獲得了極大的提升，替波音公司贏得了巨大的市場優勢。
Fibersim是集復合材料設計、分析、制造於一體的完整流程的專業解決方案，通過基於模型的設計與制造方式創建數字
化雙胞胎，然後通過數字化主線將詳細的數字信息與整個組織的人員相互關聯，幫助建立復合材料數字化企業，激發數字化
潛能。
作為業內本復合材料軟件應用的中文書籍，打破了廣大技術人員沒有自學工具書的窘境，我們相信，隨著這本復合
材料專業書籍的出版，必將幫助廣大專業人員提升技術技能，推動中國復合材料技術在教育、航空航天、汽車交通、能源電
力等制造業的全面深入應用，幫助中國的智能制造在復合材料領域盡早落地。
梁乃明
全球高級副總裁兼大中華區董事總經理
Siemens Industry Software
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推薦序二

碳纖維復合材料以其比強度、比模量高，耐腐蝕、抗疲勞等優點，在工業界得到越來越多的應用，波音787復合材料機
體和寶馬i3復合材料車身更是開創了復合材料航空和汽車領域應用的新時代。在國內，隨著碳纖維產業化和大型復雜復合材
料結構件制備的成功，碳纖維復合材料在航空航天、汽車、軌道交通、風電等行業的應用方興未艾，成為潛力的下一代
輕量化材料。
復合材料的性能是由工藝過程決定的，結構又是通過不同的鋪層設計得到的，因此復合材料結構件的性能是由材料、設
計、工藝決定的，這在提高其可設計性的同時，也大大增加了產品開發的難度和工作量。國際上公認復合材料結構的設計難
度和工作量是金屬結構的3～4倍。傳統的逆向設計方法（測繪仿制或等代設計），無法做出好的復合材料產品，隻有采用正
向研發流程，遵循從頂層設計到部件分解再到整機集成的過程，將適合的材料、設計和工藝一體化考慮，纔能做出好的復
合材料產品。
復合材料產品正向研發離不開數字化技術。西門子Fibersim軟件是業界歷史悠久、技術、應用廣泛的復合材
料設計和工藝軟件，在國外航空航天和汽車行業得到廣泛應用，是復合材料產品數字化設計的利器，幫助用戶在計算機上
建立可視化的精細設計模型並評估其工藝性。Fibersim已在中國商飛、中航工業、中國航天、中車集團等多個院所的復材部
件，上汽、長安、北汽等車企的碳纖維零部件的設計和工藝流程中得到應用。
波客公司專注於提供復合材料在各行業的設計咨詢、新品開發和軟件解決方案。自2015年推出碳纖維復合材料產品正向
研發技術和服務以來，波客公司已累計幫助客戶完成幾十個復合材料產品研發項目，率先建立了成熟的復合材料產品方案—
材料—設計—分析—優化—工藝—樣件—試驗一體化技術體繫和服務能力。有感於希望繫統學習Fibersim、深入使用Fibersim
的工程師越來越多，也為了幫助應用單位實現專業化、規範化的Fibersim設計和工藝流程，在西門子工業軟件公司Fibersim專
家呂長和Paul Mouland的支持下，我們組織王招、塗尚平、錢攀、範偉、趙小斌、楊遠登、劉剛等十幾位波客工程師，共同
編寫了《Fibersim復合材料設計與工藝技術應用》一書，以滿足廣大復合材料應用工程師的需求，並幫助高校學子更快掌握
Fibersim軟件應用。
無論您是復合材料行業的新兵，還是從業多年的專家，Fibersim的數字化設計技術和設計工藝一體化流程，都能幫助您
正向研發性能更好、材料更省、周期更短、工藝可行、質量可控的復合材料產品。西門子工業軟件公司“決不讓客戶失敗”
的理念，波客公司“超越客戶期望”的服務，也將共助您在技術成長和職場發展中更上一層樓！
洪清泉
上海波客實業有限公司總經理
2019年1月於上海
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前言

復合材料的性能是由工藝過程決定的，結構又是通過不同的鋪層設計得到的，因此復合材料結構件的性能是由材料、設
計、工藝決定的，這在提高其可設計性的同時，也大大增加了產品開發的難度和工作量。國際上公認復合材料結構的設計難
度和工作量是金屬結構的3～4倍。傳統的逆向設計方法（測繪仿制或等代設計），無法做出好的復合材料產品，隻有采用正
向研發流程，遵循從頂層設計到部件分解再到整機集成的過程，將適合的材料、設計和工藝一體化考慮，纔能做出好的復
合材料產品。
復合材料產品正向研發離不開數字化技術。西門子Fibersim軟件是業界歷史悠久、技術，應用廣泛的復合材
料設計和工藝軟件，在國外航空航天和汽車行業得到廣泛應用，是復合材料產品數字化設計的利器，幫助用戶在計算機上建
立可視化的精細設計模型並評估其工藝性。Fibersim已在中國商飛、中航工業、中國航天、中車集團等的多個院所的復材部
件，上汽、長安、北汽等車企的碳纖維零部件的設計和工藝流程中得到應用。
本書根據西門子Fibersim軟件的英文版官方教材和用戶指南大綱進行編寫，重點介紹了Fibersim 15.0的新功能及各種
基本操作方法和技巧。其的特點是，在大量利用圖解方法進行知識點講解的同時，巧妙地融入了航空、汽車等多個領域
的復合材料工程應用案例，使讀者能夠在復合材料工程實踐中掌握Fibersim的操作方法和技巧。
本書分為7章，每章的內容簡介如下。
第1章 Fibersim簡介：主要對Firbersim軟件的特點和界面進行了介紹。
第2章 Pro（專業模塊）：主要介紹了Firbersim基於實體創建幾何要素、基於鋪層設計理論、影響鋪層鋪覆性的因素、鋪
覆方法論對鋪覆性的影響、優化鋪覆性問題的措施、坐標繫類型、夾芯類型、實用輔助工具、多鋪層設計理論。
第3章 Elite（高級模塊）：主要介紹了Firbersim基於區域設計理論、過渡區高級處理、設計鋪層高級定義、高級設計技
術、制造數據高級定義。
第4章 3D和2D數據：主要介紹了Firbersim的3D數據文檔創建、2D數據文檔創建。
第5章 Fibersim其餘模塊簡介：主要介紹了Firbersim的體積填充設計理論、自動鋪覆設計理論。
第6章 導入/導出：主要介紹了 Firbersim的導入接口、導出接口。
第7章 應用案例：主要是應用案例的講解，內容涉及了民品、汽車、地鐵、無人機以及民用客機等方面。
在西門子工業軟件公司Fibersim專家呂長和Paul Mouland的支持下，由波客公司洪清泉總經理組織王招、塗尚平、錢攀、
範偉、趙小斌、楊遠登、劉剛等十幾位工程師，共同編寫了本書，以滿足廣大復合材料應用工程師的需求，並幫助高校學子
更快掌握Fibersim軟件應用。
在本書的寫作過程中，編輯賈小紅女士和柴東先生給予了很大的幫助和支持，提出了很多中肯的建議，在此表示感謝。
同時，還要感謝清華大學出版社的所有編審人員為本書的出版所付出的辛勤勞動。本書的成功出版是大家共同努力的結果，
謝謝所有給予支持和幫助的人們。
編 者