一、需求概述

    在這個(gè)案例中，我們的任務(wù)是為壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)的管路。在這個(gè)產(chǎn)品中，有很多地方需要設(shè)計(jì)排空排污管，這些管路需要匯總到相應(yīng)的總管，然后進(jìn)一步處理、排放，如圖1所示（圖中壓力容器部分省略）。

圖1 匯總管路示意圖

    對于這部分匯總管路，客戶的加工要求是在總管的相應(yīng)位置切出和支管相匹配的孔，然后將支管焊接到總管上。這樣做的目的是在保證密封性的前提下降低制造成本（不需要額外的管路配件）。

    另外，總管的位置在設(shè)計(jì)的過程中經(jīng)常會(huì)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，壓力容器上相應(yīng)的支管管路出口有時(shí)也會(huì)根據(jù)整體的情況調(diào)整，所以希望整條支管管路能夠自動(dòng)適應(yīng)這些變化以減少在設(shè)計(jì)變更上所花費(fèi)的時(shí)間。

    所以，如何快速地基于壓力容器的管路出口和總管路的位置設(shè)計(jì)支管管路，并且滿足上面提到的兩點(diǎn)需求，是這個(gè)案例中面臨的問題。

二、問題分析

    我們分開來考慮這兩個(gè)需求。首先考慮總管和支管的連接，這個(gè)案例的要求是在總管上直接開孔焊接支管。Inventor提供了對支管管路的支持，可以在總管上直接放置支管配件，進(jìn)而創(chuàng)建相應(yīng)的支管管路，用支管配件連接總管和支管。Inventor自帶的資源中心中提供了一些支管配件供選用，如圖2所示。但在這個(gè)案例中這些配件顯然是不符合要求的�？赡艿慕鉀Q方法或者是用普通的零件建模的方式在總管上打孔，或者是想辦法利用Inventor對支管管路的支持，但需要?jiǎng)?chuàng)建自定義的支管配件。

圖2 資源中心中的支管配件

    如果采用第一種方式，每個(gè)孔的位置都需要單獨(dú)處理，建模過程比較繁瑣，效率不是很高，而且設(shè)計(jì)變更中容易出問題。如果采用第二種方式，需要保證設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，具體來說，外觀、物理屬性（如質(zhì)量）、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（如BOM）要和實(shí)際加工結(jié)果保持一致，自定義的支管配件不應(yīng)該增加額外的制造成本。

    顯而易見，如果能滿足這些要求的話，第二種方式的設(shè)計(jì)效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第一種方式。經(jīng)過進(jìn)一步論證，第二種方式在Inventor中得到了完美的支持（后面會(huì)解釋具體的方法）。

    第二個(gè)需求實(shí)際上是希望支管管路在設(shè)計(jì)變更中能夠關(guān)聯(lián)更新。我們知道，管路設(shè)計(jì)模塊的核心功能是基于預(yù)定義的布管樣式在空間三維路徑上生成管路。三維路徑也叫管線，即管路的中心路徑，用來控制管路的走向。所以，管路能關(guān)聯(lián)更新的前提是管線能正確地關(guān)聯(lián)更新。管線在Inventor中實(shí)際上是三維草圖，也就是說，在設(shè)計(jì)中要注意保證管線三維草圖可以關(guān)聯(lián)更新。

三、解決方案

1.自定義虛擬支管配件

    在這個(gè)案例中，因?yàn)榭蛻舻膶?shí)際制造過程是直接焊接，為了保證設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)不增加額外的生產(chǎn)成本。我們引入一個(gè)“虛擬的”支管配件來創(chuàng)建支管管路。限于篇幅，具體的零件準(zhǔn)備和編寫過程這里不再贅述，請參看上期《Inventor中自定義管路零件的方法》一文。注意零件的文檔級別BOM表結(jié)構(gòu)要設(shè)置為虛擬件。

2.支管管路的關(guān)聯(lián)更新

    編寫虛擬支管配件后，就可以開始設(shè)計(jì)支管管路。先在總管上放置支管配件，然后創(chuàng)建連接支管配件和壓力容器出口的支管管路。

    本案例中，支管管線連接支管配件和壓力容器出口。在總管位置或壓力容器出口位置變化時(shí)，為了保證支管管線可以正確地更新，關(guān)鍵是保證支管配件的位置能正確地關(guān)聯(lián)和更新。

1）創(chuàng)建總管路

    首先在壓力容器的相應(yīng)出口處根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果放置配件，如閥門等，然后根據(jù)整體布局（總管位置及管徑）創(chuàng)建總管路，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建總管路

（2）在總管管線上插入布線節(jié)點(diǎn)

    在總管上直接放置配件時(shí)，實(shí)際上Inventor會(huì)在總管的管線上創(chuàng)建一個(gè)布線節(jié)點(diǎn)。如果在放置配件后編輯管線，就可以看到該布線節(jié)點(diǎn)，對應(yīng)配件的位置。在默認(rèn)情況下，Inventor會(huì)為該布線節(jié)點(diǎn)添加尺寸，如圖4所示。

圖4 放置配件后生成的布線節(jié)點(diǎn)

    直接修改相關(guān)的尺寸就可以改變配件的位置，也可以在“完成布線”后，選中該配件，調(diào)用右鍵菜單中的“編輯配件方向”命令來重新調(diào)整配件位置（布線節(jié)點(diǎn)的相關(guān)尺寸也會(huì)隨之更改），如圖5所示。

圖5 編輯配件方向

    本例中，我們希望支管配件的位置和壓力容器出口的位置建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)更新。為此，我們需要使用約束關(guān)系來控制布線節(jié)點(diǎn)的位置，而不是使用尺寸，因?yàn)闃?biāo)注的尺寸在更新中是不會(huì)變化的。

    可以先編輯總管管線，根據(jù)支管的數(shù)目，在總管上插入布線節(jié)點(diǎn)，也就是支管管路的分支點(diǎn)。此時(shí)可以不考慮精確的位置，大致位置接近就可以了，如圖6所示。可以看到，Inventor自動(dòng)為布線節(jié)點(diǎn)添加尺寸來控制其在總管管線上的位置。

    接下來，因?yàn)椴季�節(jié)點(diǎn)需要和壓力容器出口處的配件（閥門等）關(guān)聯(lián)，這種關(guān)系應(yīng)該通過約束來建立，所以要把不必要的尺寸刪除。

    在使用約束添加關(guān)聯(lián)關(guān)系時(shí)，因?yàn)檫@種關(guān)聯(lián)是跨零件的關(guān)聯(lián)，我們先使用“包括幾何圖元”命令把需要的幾何要素（比如配件的原始坐標(biāo)面或者工作面）“引用”到管路環(huán)境中，然后在布線節(jié)點(diǎn)和這些幾何圖元之間添加約束。這樣，布線節(jié)點(diǎn)就和相應(yīng)配件的位置之間建立起了關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖7所示。

（3）放置支管配件

    約束好布線節(jié)點(diǎn)后，退出布線環(huán)境。在布線節(jié)點(diǎn)（分支點(diǎn)）上放置前面編寫的支管配件，如圖8所示。注意要放置到布線節(jié)點(diǎn)上而不是管段上。用右鍵菜單中的“編輯配件方向”可以調(diào)整支管的開口方向。

圖6 在總管管線上插入布線節(jié)點(diǎn)

圖7 布線節(jié)點(diǎn)和配件的關(guān)聯(lián)

圖8 放置支管配件

（4）Inventor中管線創(chuàng)建的方法

    Inventor中創(chuàng)建管線的方法有三種：自動(dòng)布線、手動(dòng)布線和導(dǎo)出布線。自動(dòng)布線時(shí)，只需指定起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，Inventor會(huì)提供多種可能的方案供選擇。手動(dòng)布線即參數(shù)化布線，通過約束、尺寸等控制管線。導(dǎo)出布線是基于其他零件中預(yù)定義的三維草圖來布線。

    如果在設(shè)計(jì)變更時(shí)，起始點(diǎn)或終止點(diǎn)發(fā)生大的變化，自動(dòng)布線方案在更新后可能會(huì)重置為默認(rèn)的方案。一般的做法是通過在關(guān)鍵位置放置管路支撐以確保每段自動(dòng)布線方案的唯一性來保證正確更新，或者在更新后重新調(diào)整自動(dòng)布線方案。自動(dòng)布線可以使用“轉(zhuǎn)換為草圖”命令將其轉(zhuǎn)為參數(shù)化布線。

    在參數(shù)化布線時(shí)，為了減少更新時(shí)的不確定性，最大程度地保證管線能正確更新，需要對管線三維草圖進(jìn)行全約束。在添加約束和尺寸的時(shí)候要注意考慮到可能的設(shè)計(jì)變更，長度有可能會(huì)變化的管線就不要標(biāo)注尺寸，多用約束條件控制管線，只在明確需要的時(shí)候再標(biāo)注。

    手動(dòng)布線時(shí)，Inventor默認(rèn)會(huì)自動(dòng)標(biāo)注尺寸，在布線過程中可通過右鍵取消“自動(dòng)標(biāo)注尺寸”的功能。布線時(shí)支持點(diǎn)捕捉和面捕捉，也可以在右鍵中找到對應(yīng)的命令。另外，在手動(dòng)添加約束時(shí)，多用平行約束控制管線走向，比如先包含某一原始坐標(biāo)軸，然后添加平行約束。因?yàn)閷τ诳臻g路徑，用平行約束時(shí)，只要一個(gè)約束就可以確定方向，如果用垂直約束，需要兩個(gè)約束才能確定方向。

（5）創(chuàng)建支管管路

    接下來根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果創(chuàng)建支管管線，在本例中，我們先使用自動(dòng)布線創(chuàng)建需要的路徑，然后將其轉(zhuǎn)化為參數(shù)化布線。轉(zhuǎn)換后，我們看到Inventor自動(dòng)添加了相關(guān)尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)變更的要求，刪除不必要的尺寸，而用約束代替。

    在這個(gè)項(xiàng)目中，我們利用Inventor的API寫了一個(gè)工具，可以檢查欠約束的管線是否平行于坐標(biāo)軸，如果平行，就自動(dòng)添加與相應(yīng)坐標(biāo)軸的平行約束，如圖9所示。因?yàn)閷?shí)際布線中大部分的管線都是和坐標(biāo)軸平行的，所以可以節(jié)約很多時(shí)間。限于篇幅關(guān)系，此處略去具體的代碼。如果讀者感興趣，可以通過文后的郵件聯(lián)系我們。

    創(chuàng)建好管線后，在填充管線生成管路前，調(diào)整總管的位置或者壓力容器出口的位置，檢查管線是否能關(guān)聯(lián)更新。

    最后，插入其他的配件，檢查每條管線的樣式是否正確，并用“填充管線”命令生成管路（在設(shè)計(jì)的后期批量填充管線，可以節(jié)省設(shè)計(jì)中的管路的更新時(shí)間，同時(shí)避免生成臨時(shí)管段零件）。

圖9 創(chuàng)建支管管路

（6）零件代號及明細(xì)表匯總

    在資源中心中，管材的零件代號會(huì)同時(shí)體現(xiàn)管段的“規(guī)格”及“長度”，而庫存編號只體現(xiàn)“規(guī)格”，如圖10所示。Inventor2015版本中的管段的零件代號默認(rèn)為空，并沒有讀取資源中心中的零件代號。

圖10 資源中心中的管材

    在實(shí)際加工中，我們經(jīng)常會(huì)需要把同種規(guī)格的管段匯總為總長，然后現(xiàn)場切割。有兩種解決方法，第一個(gè)方法，可以在工程圖的明細(xì)表中用庫存編號匯總，不影響管段的零件代號，如圖11所示。第二個(gè)方法，如果希望根據(jù)零件代號匯總，比如用“規(guī)格+長度”或者僅“規(guī)格”進(jìn)行匯總，可以通過BOM表更改，如圖12所示。BOM表中的單元格支持類似Excel的拖拽復(fù)制，所以排序后可以很方便地把表達(dá)式復(fù)制到所有的管段上。

圖11 明細(xì)表中根據(jù)庫存編號匯總

圖12 BOM表中修改管段的零件代號

四、結(jié)語

    實(shí)際上，Inventor管路模塊對實(shí)際產(chǎn)品中的管路設(shè)計(jì)需求提供了很好地支持。在了解管路模塊的規(guī)則和技巧后，就可以根據(jù)實(shí)際需求靈活定制，利用這些規(guī)則來提高設(shè)計(jì)效率。 

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