一、需求概述
在這個案例中，我們的任務是為壓力容器設計相關的管路。在這個產品中，有很多地方需要設計排空排污管，這些管路需要匯總到相應的總管，然后進一步處理、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，總管的位置在設計的過程中經常會根據實際情況調整，壓力容器上相應的支管管路出口有時也會根據整體的情況調整，所以希望整條支管管路能夠自動適應這些變化以減少在設計變更上所花費的時間。
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計支管管路，并且滿足上面提到的兩點需求，是這個案例中面臨的問題。
二、問題分析
我們分開來考慮這兩個需求。首先考慮總管和支管的連接，這個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，進而創建相應的支管管路，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。但在這個案例中這些配件顯然是不符合要求的。可能的解決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，但需要創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，每個孔的位置都需要單獨處理，建模過程比較繁瑣，效率不是很高，而且設計變更中容易出問題。如果采用第二種方式，需要保證設計結果的準確性，具體來說，外觀、物理屬性（如質量）、設計數據（如BOM）要和實際加工結果保持一致，自定義的支管配件不應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，第二種方式的設計效率要遠遠高于第一種方式。經過進一步論證，第二種方式在Inventor中得到了完美的支持（后面會解釋具體的方法）。
第二個需求實際上是希望支管管路在設計變更中能夠關聯更新。我們知道，管路設計模塊的核心功能是基于預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，管路能關聯更新的前提是管線能正確地關聯更新。管線在Inventor中實際上是三維草圖，也就是說，在設計中要注意保證管線三維草圖可以關聯更新。
三、解決方案
1.自定義虛擬支管配件
在這個案例中，因為客戶的實際制造過程是直接焊接，為了保證設計結果的準確性，同時不增加額外的生產成本。我們引入一個“虛擬的”支管配件來創建支管管路。限于篇幅，具體的零件準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表結構要設置為虛擬件。
2.支管管路的關聯更新
編寫虛擬支管配件后，就可以開始設計支管管路。先在總管上放置支管配件，然后創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，為了保證支管管線可以正確地更新，關鍵是保證支管配件的位置能正確地關聯和更新。
1）創建總管路
首先在壓力容器的相應出口處根據設計結果放置配件，如閥門等，然后根據整體布局（總管位置及管徑）創建總管路，如圖3所示。
圖3 創建總管路
（2）在總管管線上插入布線節點
在總管上直接放置配件時，實際上Inventor會在總管的管線上創建一個布線節點。如果在放置配件后編輯管線，就可以看到該布線節點，對應配件的位置。在默認情況下，Inventor會為該布線節點添加尺寸，如圖4所示。
圖4 放置配件后生成的布線節點
直接修改相關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，調用右鍵菜單中的“編輯配件方向”命令來重新調整配件位置（布線節點的相關尺寸也會隨之更改），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聯關系，實現關聯更新。為此，我們需要使用約束關系來控制布線節點的位置，而不是使用尺寸，因為標注的尺寸在更新中是不會變化的。
可以先編輯總管管線，根據支管的數目，在總管上插入布線節點，也就是支管管路的分支點。此時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自動為布線節點添加尺寸來控制其在總管管線上的位置。
接下來，因為布線節點需要和壓力容器出口處的配件（閥門等）關聯，這種關系應該通過約束來建立，所以要把不必要的尺寸刪除。
在使用約束添加關聯關系時，因為這種關聯是跨零件的關聯，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面或者工作面）“引用”到管路環境中，然后在布線節點和這些幾何圖元之間添加約束。這樣，布線節點就和相應配件的位置之間建立起了關聯關系，如圖7所示。
（3）放置支管配件
約束好布線節點后，退出布線環境。在布線節點（分支點）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點上而不是管段上。用右鍵菜單中的“編輯配件方向”可以調整支管的開口方向。
圖6 在總管管線上插入布線節點
圖7 布線節點和配件的關聯
圖8 放置支管配件
（4）Inventor中管線創建的方法
Inventor中創建管線的方法有三種：自動布線、手動布線和導出布線。自動布線時，只需指定起始點和終止點，Inventor會提供多種可能的方案供選擇。手動布線即參數化布線，通過約束、尺寸等控制管線。導出布線是基于其他零件中預定義的三維草圖來布線。
如果在設計變更時，起始點或終止點發生大的變化，自動布線方案在更新后可能會重置為默認的方案。一般的做法是通過在關鍵位置放置管路支撐以確保每段自動布線方案的唯一性來保證正確更新，或者在更新后重新調整自動布線方案。自動布線可以使用“轉換為草圖”命令將其轉為參數化布線。
在參數化布線時，為了減少更新時的不確定性，最大程度地保證管線能正確更新，需要對管線三維草圖進行全約束。在添加約束和尺寸的時候要注意考慮到可能的設計變更，長度有可能會變化的管線就不要標注尺寸，多用約束條件控制管線，只在明確需要的時候再標注。
手動布線時，Inventor默認會自動標注尺寸，在布線過程中可通過右鍵取消“自動標注尺寸”的功能。布線時支持點捕捉和面捕捉，也可以在右鍵中找到對應的命令。另外，在手動添加約束時，多用平行約束控制管線走向，比如先包含某一原始坐標軸，然后添加平行約束。因為對于空間路徑，用平行約束時，只要一個約束就可以確定方向，如果用垂直約束，需要兩個約束才能確定方向。
（5）創建支管管路
接下來根據設計結果創建支管管線，在本例中，我們先使用自動布線創建需要的路徑，然后將其轉化為參數化布線。轉換后，我們看到Inventor自動添加了相關尺寸。根據設計變更的要求，刪除不必要的尺寸，而用約束代替。
在這個項目中，我們利用Inventor的API寫了一個工具，可以檢查欠約束的管線是否平行于坐標軸，如果平行，就自動添加與相應坐標軸的平行約束，如圖9所示。因為實際布線中大部分的管線都是和坐標軸平行的，所以可以節約很多時間。限于篇幅關系，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系我們。
創建好管線后，在填充管線生成管路前，調整總管的位置或者壓力容器出口的位置，檢查管線是否能關聯更新。
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（在設計的后期批量填充管線，可以節省設計中的管路的更新時間，同時避免生成臨時管段零件）。
圖9 創建支管管路
（6）零件代號及明細表匯總
在資源中心中，管材的零件代號會同時體現管段的“規格”及“長度”，而庫存編號只體現“規格”，如圖10所示。Inventor2015版本中的管段的零件代號默認為空，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
在實際加工中，我們經常會需要把同種規格的管段匯總為總長，然后現場切割。有兩種解決方法，第一個方法，可以在工程圖的明細表中用庫存編號匯總，不影響管段的零件代號，如圖11所示。第二個方法，如果希望根據零件代號匯總，比如用“規格+長度”或者僅“規格”進行匯總，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的拖拽復制，所以排序后可以很方便地把表達式復制到所有的管段上。
圖11 明細表中根據庫存編號匯總
圖12 BOM表中修改管段的零件代號
四、結語
實際上，Inventor管路模塊對實際產品中的管路設計需求提供了很好地支持。在了解管路模塊的規則和技巧后，就可以根據實際需求靈活定制，利用這些規則來提高設計效率。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://m.hanmeixuan.com/
本文標題：Inventor管路設計技巧及案例分享
相關文章
