工业数字孪生项目1任务1 仿真环境的启动与设置

项目1NXMCD

仿真环境的使用任务1仿真环境的启动与设置目录01项目引入02任务说明03知识准备04任务实施05任务评价与拓展项目引入1项目引入

西门子NX软件中的MCD（MechatronicsConceptDesigner,机电一体化概念设计）模块是一种功能强大的机电一体化设计工具,可用于模拟机电系统的复杂运动。它提供了广泛而丰富的功能以支持复杂机电系统的设计和仿真，能够帮助用户创建和测试机电系统的虚拟原型，在实际系统的测试乃至生产之前对系统设计进行贴近实际的测试与优化，并由此缩短开发周期、降低系统开发成本。

熟练使用NX

MCD仿真环境是完成实战中工业数字孪生相关任务的关键技能基础。本项目将引导学生初步掌握NXMCD仿真环境的使用方法。项目引入素养目标培养学生探索创新、务实求真的科学精神。培养学生执着专注、精益求精、科技强国的工匠精神。培养学生的标准意识、规范意识。能力目标具备以不同启动方式启动NXMCD仿真环境的能力。具备定位软件界面中涉及实战中工业数字孪生部分任务各功能与元素的能力。具备设置机电概念设计首选项中各参数选项的能力。具备对部件与模型可见性进行设置的能力。具备使用NX测量工具的能力。知识目标了解西门子NX软件的基本功能和使用场景。初步熟悉NXMCD仿真环境的软件界面。了解机电概念设计首选项中各参数选项的作用。了解NX测量功能的作用。任务说明2任务说明

本任务以2023年全国职业院校技能大赛“工业网络智能控制与维护”赛项设备与工业数字孪生部分任务使用的NX2306版本软件（大赛从2024年11月起改为世界职业院校技能大赛，不再规定所使用软件的种类和版本）为载体，介绍NXMCD仿真环境的启动与软件界面。通过完成本任务，学生将初步掌握NXMCD仿真环境的不同启动方法及在实战中涉及工业数字孪生部分任务的软件界面使用方法，从而为学习仿真环境的使用及完成后续仿真任务做好准备。知识准备3知识准备

NXMCD模块依托NX主软件运行，从NX12.0版本开始被纳入西门子PLM（ProductLifecycleManagement，产品生命周期管理）软件体系中，主要用于机电一体化解决方案的设计与仿真。它支持创建用于仿真和制造的设计数据的复杂三维数字原型。

自NX12.0版本开始，NX软件不再使用大版本号，而是采用以四位数版本号（从NX1847开始）进行区分的持续发布模式进行更新，并通过后缀数字标示次要的版本更新。NXMCD的每一个新版本都在不断优化并增加新功能、修正已有问题，以适应快速变化的工程设计需求。

由于NX软件会随着版本更新不再支持使用旧版本软件创建的文件乃至较旧的操作系统版本，学生应注意按照课程说明，采用对应版本的软件进行学习。任务实施4任务实施一、启动NXMCD仿真环境

（1）直接创建新模型

在NX软件界面中选择“新建”命令，在弹出的对话框中选择“机电概念设计”。在此，用户可以更改文件名及文件存放位置，如图1-1所示。在打开NX软件后，启动NXMCD仿真环境的方法包括直接创建新的MCD模型、打开现有的NXMCD文件以及导人STEP文件后打开NXMCD。图1-1任务实施

（2）打开现有文件

通过单击工具栏上的“打开”命令，选择所需的部件文件（*.prt）,接着单击“确定”按钮即可完成操作，如图1-2所示。图1-3t任务实施

（3）导人STEP文件

选择“打开"命令，并在文件类型中选择“STEP文件（*.stp;*.step;*.stpx;*.stpz;*.stpxz）"，接着选择需要的STEP文件并单击“确定”按钮，如图1-3所示。随后，在“应用模块”选项卡栏中，找到“设计”类别，再在其中选择“更多”，最后单击“机电概念设计”以打开相应的模块，如图1-4所示。图1-3图1-4t任务实施

在后续项目中，学生一般需要按指示打开随教材提供的MCD模型，并在其基础上完成创建机电对象、进行运动控制仿真、对仿真过程进行自动化控制、进行虚拟调试与虚实联调等任务。因此，应主要采取第二种方式启动NXMCD仿真环境。任务实施二、熟悉NXMCD仿真环境的

软件界面

NXMCD仿真环境的主界面如图1-5所示。该界面为用户进行复杂的机电一体化产品设计和数字孪生仿真操作提供了高效、全面、集成化的交互接口。

图1-51）“文件”菜单：在“文件”菜单中,用户可以进行文件操作,如新建、打开、保存

和导人/导出不同格（1）主界面概述2）选项卡栏：该栏包括“主页”“建模”“装配”“曲线"“分析”“视图”“选择"“渲染"“工具”“应用模块”十个选项卡（也可称为“组”）。其中，“主页”选项卡主要由属于MCD模块的命令组成。3）命令栏：显示当前选项卡的具体命令，便于用户快速操作。4）资源条：由不同的导航器组成，如机电导航器、运行时察看器、装配导航器和序列编辑器等，用于管理命令和概览模型的组成。5）世界坐标：显示系统的绝对坐标系，全局坐标系轴的方向与世界坐标三重轴方向相同。6）提示行：显示当前的操作或运行状态。任务实施NXMCD仿真环境界面的工作区布局如图1-6所示。（2）工作区布局任务实施图1-61）仿真部分：主要用来监视执行器的运行状态、控制仿真的启停及调整时间标度等。2）机械部分：在这里用户可以对仿真环境中的部件赋予物理属性，最大限度地还原其在实际物理状态下的运动形态。3）电气部分：模拟实际系统的信号驱动控制功能，配置电气属性与信号连接。4）自动化部分：将NXMCD中的模型与外部信号连接，实现更复杂的控制和仿真。1）结合TIAPortal（博途）和S7-PLCSIMAdvanced软件，通过将仿真模型与虚拟PLC（可编程逻辑控制器）联调，实现机电设备设计的软件在环仿真调试。这种技术可以在没有真实设备的情况下进行工艺调试，极大地缩短了设备开发周期，减少了设备试制成本。（3）调试功能任务实施2）利用OPC（开放式过程控制）通信技术，使用NXMCD与其他PLC及其开发环境（如西门子PLC与博途软件），通过将仿真模型与实体设备（如PLC、人机界面）联调，实现机电设备设计的硬件在环仿真调试。1）界面定制：用户可以根据需要自定义选项卡和命令，将其放置在资源条或上方框条中，以便快速访问常用功能。（4）界面定制与辅助工具任务实施2）辅助工具：运行时察看器和装配导航器等工具可以实时监测仿真数据和模型状态，提高设计和调试效率。任务评价与拓展5任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1启动NXMCD仿真环境顺利打开NX软件30通过打开“总图_step.prt”文件成功启动NXMCD仿真环境2熟悉NXMCD仿真环境的软件界面找到软件界面上的各元素，了解其功能与作用70任务评价与拓展

在实战中，工业数字孪生相关部分的赛题也可能涉及MCD模型的建模与装配，可自行学习建模与装配的相关操作，参照实际设备布局完成仿真模型的装配练习。课后练习任务评价与拓展

涉及的工业数字孪生实战中，对NXMCD仿真环境所需进行的基本设置主要涉及机电概念设计首选项设置、部件与模型可见性设置。此外，在初次运行软件或初次修改、操作模型时，还需要注意各类弹出式提示，并对其做出适当处理。任务拓展（1）机电概念设计首选项设置“机电概念设计首选项”对话框可通过单击“主页”选项卡下“首选项”组中的“机电概念设计首选项”按钮打开。在该对话框中，用户可以调整模型所受到的重力加速度的方向与大小、材料参数、仿真精度、采样步长、协同仿真连接超时阈值等，如图1-7所示。其中，如果任务涉及对模型的旋转，应格外注意使重力加速度相关设置与最终的模型方向相匹配。图1-7任务评价与拓展（2）部件与模型可见性设置

在工业数字李生实战中，MCD模型各部件、机构之间的遮挡可能影响操作的可行性或速度。为此，可在选中相应的部件、机构后，通过右击唤出菜单并选择“隐藏”或按下<Ctrl+B>快捷键将其隐藏。用户也可以通过按下<Ctrl+Shift+B>快捷键切换到被隐藏视图，从而查看、修改所有被隐藏的部件、机构，如图1-8所示。图1-8任务评价与拓展（3）各类弹出式提示与相关设置图1-9任务评价与拓展1）通过装配导航器创建刚体对象。当调用“刚体”命令，通过装配导航器选择多个对象作为刚体对象时，需要确定所选择的组件对象中没有设定其他刚体属性，否则会提示是否添加其他组件到刚体中，如图1-9所示。此时，如果确实需要目标对象作为一个刚体进行运动，需要检查刚体对象的设置。如果按照实际任务情况，刚体对象允许分别设置，可以忽略该提示。2）创建“网格"类型的碰撞体。在创建“网格”类型的碰撞体时，要注意使所选择的目标对象尽量规则，目标范围尽量