对工业设计、结构研发和产品工艺工程师而言，轻量化是一场与结构强度、材料成本、制造可行性的三方博弈。
传统模式下，工程师依据经验完成初始设计，CAE仿真校核以后进行开模打样，发现问题再回头修改模型、重新出图、再次验证。一个零件的轻量化往往需要多轮“设计-仿真-修改”循环，每次迭代耗费数天甚至数周。
更棘手的是，轻量化方案一旦涉及多目标权衡——既要减重，又要保证产品性能指标，还要控制材料成本——人工探索设计空间的能力极其有限。工程师往往只能凭经验尝试几种方案，而理论上最优的结构形态，可能藏在数百种排列组合中，传统方法无力触及。
轻量化优化的本质，正是仿真驱动设计的最佳场景之一。从全球产业演进来看，虚拟仿真替代实体样机已成明确趋势。家电行业标准化组织陆续启动数字化仿真试验相关规范制定，头部企业实践表明，在关键性能验证环节，仿真结果与物理测试的相关性已趋近工程可接受区间。过去必须通过“造出来再测”来回答的问题，现在可以在数字世界中提前获得答案。行业正从“样机驱动的经验型研发”，转向“仿真驱动的预测型研发”。
Designcenter原生工程AI，把轻量化优化交给算法
西门子数字化工业软件的Designcenter将AI能力深度嵌入设计环境。其生成式设计功能依托AI寻优算法，在工程师设定的性能要求、材料、制造约束条件下——包括脱模方向、最小壁厚、可加工性等制造规则——自动生成满足性能要求且具备可制造性的最优拓扑结构形态。工程师无需反复手动调整模型，AI搜索算法会在设计空间中自主探索轻量化最优解，涵盖整机到关键零部件，从概念设计到详细设计阶段。
基于NX Open API训练的专用AI模型，可将用户自然语言提示直接转换为特定领域的设计命令。AI机器学习赋能的设计界面使工程师的选中操作预测准确率达到94%，在处理复杂任务时显著减少时间和工作量。AI不再是需要工程师主动调用的“功能按钮”，而是嵌入工作流的“协作伙伴”——在设计师建模的同时，AI已在后台评估方案的合理性并给出优化建议。
一体化平台打破数据孤岛，让“设计-仿真”闭环成为日常
轻量化设计的另一瓶颈在于设计工具与仿真工具的数据割裂。传统模式下，CAD模型导出、网格划分、边界条件设置、求解计算——整个设计-仿真迭代过程漫长且容易丢失信息，发现问题后修改模型又要重复整个流程。
Designcenter除了有丰富的CAD建模能力，还包含多学科、多行业的CAE仿真分析能力，同时西门子一体化软件矩阵将Designcenter与Simcenter深度集成，打通设计、仿真数据流。例如Simcenter Simsolid可直接在CAD几何体上运行结构仿真，无需额外创建网格。设计工程师无需跳出熟悉的设计环境即可完成多方案结构强度校核，一目了然的多方案对比与筛选，大幅减少人工重复设计工作量。同时，Shape AI基于几何深度学习实现零件识别与分类，将传统手动CAE建模从160小时缩短至1.4小时，工程师可快速完成相似部件的分组与网格同步，进一步释放重复劳动占用的时间。
数字孪生生成海量虚拟工况，提前预判结构问题
轻量化的最大风险在于：减重后的结构是否经得起真实使用场景的考验?传统模式只能在物理样机阶段验证——发现问题意味着返工、改模、再次打样。
西门子依托数字孪生技术，在数字世界中生成涵盖强度、刚度、跌落、机构运动、振动、热流、、疲劳耐久等多场景虚拟工况，对轻量化方案进行全方位虚拟验证。如空调包材优化中，借助Radioss进行整机包装跌落仿真，预测冲击损伤和变形分布，用虚拟仿真取代多轮物理试验。在仿真与物理测试的对标验证中，虚拟模型可准确还原真实工况下的结构响应，为设计决策提供可靠依据。工程师在投入开模之前，即可预判结构强度、装配适配、疲劳寿命等关键问题，无需制作多版结构样机，显著缩短产品设计周期，同时降低材料浪费和开模风险。
一体化工业软件矩阵打底，需求-建模-仿真智能闭环
上述能力的背后，是西门子一体化工业软件矩阵的体系化支撑。从Designcenter的概念设计、生成式设计与详细设计，到Simcenter的结构仿真、跌落分析、多学科优化，再到SPDM仿真数据管理平台的统一数据底座与知识沉淀——整个链条覆盖冰箱、空调、洗衣机、厨电、全屋智能终端等全品类结构研发场景，已在行业头部企业中得到验证与应用。
在这一矩阵中，工程AI贯穿“需求定义-概念建模-性能仿真-方案优化-数据复用”全流程。工程师在Designcenter中完成轻量化方案设计，Simcenter自动进行结构校核与多工况验证，SPDM沉淀每一次仿真的数据资产并支持后续AI模型的持续训练与迭代。三者形成紧密协同的智能闭环：设计驱动仿真，仿真验证设计，数据反哺AI，AI优化下一次设计。
当工程AI深度融入轻量化设计主流程，工业设计、结构研发与产品工艺团队正有机会摆脱人工迭代试错的低效循环，转向算法驱动、仿真验证、数据闭环的研发新范式。对工程师而言，最大的价值不是“AI帮你做了设计”，而是你终于不用把80%的时间花在反复改模上了。西门子将持续以一体化工业软件矩阵与工程AI能力，助力中国智慧家居企业在轻量化赛道加速前行——让每一次减重，都在数字世界中先“跑”一遍。
本文内容源自西门子数字化工业软件智慧家居数智创新专场会议。了解更多详细内容，请访问会后资料页面：https://app.jingsocial.com/mF/aggregateListPage/content/K7PamqV6c7m2UJoYZcfTCb/home?pushId=jLBYkPu8ycqtHKta3KzUYF1
