Inventor在扇形段三維配管中應用

黃玉珠 陸小武

(寶鋼工程技術集團有限公司 上海 201999)

1 前言

隨著時代的變遷，科技的進步，智慧制造的浪潮越來越洶涌。而一個公司是否具有核心的競爭力，同類產品是否能在和其他公司的競標中凸顯，除了對結構本身可靠性的考量外，對設計人員的設計方法和創新理念提出了新的挑戰。

Inventor軟件是由美國Autodesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件，提供了直觀的參數化設計環境，支持用戶開發初始的概念草圖以及零件和裝配的運動學模型。Inventor軟件能夠自動創建智能部件的幾何圖形，這些智能部件包括塑料零件、鋼結構、旋轉機構、管線、電纜和線束等，提供了仿真模塊、三維布管設計、鈑金設計、裝配設計等大的功能模塊[1-3]。可以與AutoCAD軟件無風險的轉化路徑，不會丟失設計元素。

眾所周知，三維設計對于工程設備的重要作用，這里不再贅述[1-3]。傳統二維配管設計方法很難在設計和審圖過程中檢查干涉問題，且配管路徑是根據二維圖紙想象的布置走向，不能準確表達管路的路徑，故引用三維配管方法。本文選用參數化的Inventor三維布管模塊進行配管，在配管的過程中加入結束條件和輔助定位方法，隨著模型的改動，自動調整布管的走向，以節約工作時間，提高工作效率。

2 必要性

連鑄機扇形段是連鑄機產線中至關重要的設備，每條板坯鑄機根據輥列的特點分成幾種不同規格的扇形段，任一扇形段都由5-6對自由輥，1對驅動輥、上下框架、夾緊裝置、壓下裝置等大部件組成。5種規格的扇形段雖輥子的尺寸不同，但卻有著相似的結構特點，通過參數化設計可以實現不同扇形段配管的通用性。當切換扇形段時，三維配管并不需要重新設計，它會根據模型的變化自動驅動新的布管走向，極大的提高了技術人員的工作效率[3,4]。

3 三維布管流程

3.1 標準件庫建立[5-7]

Inventor的三維管路模塊是建立在已完成的裝配部件和按照設計需求建立的資源中心庫的基礎上。簡單來說，管路設計模塊的核心功能是，基于預定義的布管布線樣式在三維路徑上填充管路，形成管路。

三維布管之前，需要先建立設計需要的管件、管材的樣式庫，這里建議建立企業常用標準件庫。

因Inventor軟件自帶的資源中心庫是只讀模式，需要先創建一個可編輯的企業標準資源庫。本文介紹的是配管方法，這里只舉例三維布管樣式庫的建立步驟。首先優先選擇軟件自帶的標準件資源，復制到可讀寫的資源中心庫中，再對此標準件進行編輯，添加設計需要的規格和參數。如圖1所示。

圖1 利用已有資源中心庫中標準件為自定義標準件

其次當軟件自帶的三維布管標準件庫中的零件不能滿足設計需求的時候，需要創建個性化標準件，這里以帶配件的硬管為例，介紹自定義三維布管標準件庫的建立方法。

1)創建管件的ipart模型[3,7]

進入草圖模式，繪制管件的外形，設置外徑和內徑尺寸；回到模型空間，拉伸草圖，即繪制好管件的模型。外徑、內徑和管長作為管件的參數值。進入ipart編輯器，做好管件的所有規格尺寸，并定義“公稱尺寸”列，便于調用此硬管時將此參數與管件的規格尺寸一一映射，如圖2所示。

圖2 編寫硬管的ipart尺寸規格表

2)將硬管發布到三維布管樣式庫中

打開三維布管命令，在彈出的對話框編輯器中選取管件的類型為管材，定義每個接頭的末端處理方式，并設置參數表與硬管ipart表格的映射關系，選取接頭的點及軸的方向、結合方式的最大值和最小值，完成后確認，再將零件發布到企業標準件庫中，設置族名稱、族文件夾名稱、標準組織等信息，即發布成功。設置過程如圖3所示。

圖3 硬管的三維布管樣式編寫

綜上所述，用此方法定義好設計所需的所有管件、管材、管接頭的樣式庫。再回到三維布管樣式中，新建一個帶配件的硬管樣式，定義名稱和類別，選擇對焊的方式，系統自動選擇管材和彎頭的樣式，從樣式庫中選取自定義的管件類型，來滿足配管的設計方案。設定規則里的最大值、最小值和增量值，當管長度小于最小值時無法生產管路，當管長度大于最大值時，會自動將管路斷開，并增加連接接頭。如圖4所示。用此方法新建企業三維布管樣式庫，包括帶配件的硬管、帶折彎的管件和軟管，其中每種類型中又細分了各種接頭形式的連接方法。

圖4 三維布管樣式庫的建立

如果不需要關聯原模型，可以解除與原始模型的關聯關系。方法有2個，一是抑制與基礎零部件的鏈接，此方法可逆；二是斷開與基礎零部件的關聯，此方法不可逆。

3.2 裝配體輕量化

扇形段的結構非常復雜，尤其在扇形段的設計中引入參數化設計方法[3,8]，更是對計算機的硬件配置提出新的要求，在此基礎上進行三維布管是不太現實的。在配管之前，需要對模型進行輕量化處理，即包覆面提取。根據實際情況選擇模型的顯示部分，內部零件可以選擇不顯示，只保留配管接口和外形，同時保留與原模型的關聯關系，當模型參數改變時，輕量化后的模型也跟隨發生相應的更新。

3.3 三維布管應用[4]

傳統的三維布管，是在模型空間將管件一個個裝配起來，當模型改變時，配管并不能隨著長度的改變而自適應變化，給設計修改帶來繁重的工作量。而Inventor軟件的三維布管模塊，集合了配管的所有功能，并將三維布管布線與模型的邊界及管路起始點做了約束和定位，當模型改變時，設計參數會驅動配管發生自適應變化，極大的縮短了改圖時間。

三維布線有手工布線和自動布線兩種，本設計將兩種方式結合在一起。首先自動布線，再將布線轉化為草圖，并將多余的尺寸和約束刪除，再添加一些定位尺寸，來控制管路的走向，使管路能夠自適應模型的變更。如圖5所示，圖中1和2是3的兩端，設計要求軟管不能偏離4。布線時，選取1和2作為節點，創建參考件草圖，設置草圖與4的距離作為定位尺寸，此點為節點3，完成布線。當1和2位置改變時，軟管可以跟隨著改變，以實現配管設計的參數化。設計中運用導出工作軸或者工作平面的方法，通過添加工作平面與扇形段模型的定位約束作為布線的路徑約束條件。注意在布管之前，一定要在折彎的地方加上定位參考件，比如管夾，來定位管路的軌跡，如圖6所示。

圖5 參數化軟管的設計1-軟管接頭；2-軟管接頭；3-軟管；4-軟管固定框

圖6 帶管夾的配管

在配管中尤為重要的是支管的設置，首先需要自定義支管的樣式，然后發布到管件庫中，在管路中插入支管時，會自動切割主管路，完成分支的創建[7]。

水配管和液壓配管完成后的成品見圖7所示。

圖7 扇形段三維布管成品

4 結論

引用Inventor軟件的三維布管模塊進行參數化配管設計，解決了幾大問題：

a.二維配管空間不好想象，工作效率低

b.結構易發生干涉，不好檢查，現場修改拖沓工期

c.必須整機裝配后，工人才能根據實體配管，這樣極大的浪費了等待的時間，實行三維配管后，可以預先加工出管路，在車間與整機一起裝配，合理的利用時間

d.在設備模型尺寸改變時，配管的自適應變化，大大減少改圖時間，提高工作效率。