一、需求概述
在这个案例中，我们的任务是为压力容器设计相关的管路。在这个产品中，有很多地方需要设计排空排污管，这些管路需要汇总到相应的总管，然后进一步处理、排放，如图1所示（图中压力容器部分省略）。
图1 汇总管路示意图
对于这部分汇总管路，客户的加工要求是在总管的相应位置切出和支管相匹配的孔，然后将支管焊接到总管上。这样做的目的是在保证密封性的前提下降低制造成本（不需要额外的管路配件）。
另外，总管的位置在设计的过程中经常会根据实际情况调整，压力容器上相应的支管管路出口有时也会根据整体的情况调整，所以希望整条支管管路能够自动适应这些变化以减少在设计变更上所花费的时间。
所以，如何快速地基于压力容器的管路出口和总管路的位置设计支管管路，并且满足上面提到的两点需求，是这个案例中面临的问题。
二、问题分析
我们分开来考虑这两个需求。首先考虑总管和支管的连接，这个案例的要求是在总管上直接开孔焊接支管。Inventor提供了对支管管路的支持，可以在总管上直接放置支管配件，进而创建相应的支管管路，用支管配件连接总管和支管。Inventor自带的资源中心中提供了一些支管配件供选用，如图2所示。但在这个案例中这些配件显然是不符合要求的。可能的解决方法或者是用普通的零件建模的方式在总管上打孔，或者是想办法利用Inventor对支管管路的支持，但需要创建自定义的支管配件。
图2 资源中心中的支管配件
如果采用第一种方式，每个孔的位置都需要单独处理，建模过程比较繁琐，效率不是很高，而且设计变更中容易出问题。如果采用第二种方式，需要保证设计结果的准确性，具体来说，外观、物理属性（如质量）、设计数据（如BOM）要和实际加工结果保持一致，自定义的支管配件不应该增加额外的制造成本。
显而易见，如果能满足这些要求的话，第二种方式的设计效率要远远高于第一种方式。经过进一步论证，第二种方式在Inventor中得到了完美的支持（后面会解释具体的方法）。
第二个需求实际上是希望支管管路在设计变更中能够关联更新。我们知道，管路设计模块的核心功能是基于预定义的布管样式在空间三维路径上生成管路。三维路径也叫管线，即管路的中心路径，用来控制管路的走向。所以，管路能关联更新的前提是管线能正确地关联更新。管线在Inventor中实际上是三维草图，也就是说，在设计中要注意保证管线三维草图可以关联更新。
三、解决方案
1.自定义虚拟支管配件
在这个案例中，因为客户的实际制造过程是直接焊接，为了保证设计结果的准确性，同时不增加额外的生产成本。我们引入一个“虚拟的”支管配件来创建支管管路。限于篇幅，具体的零件准备和编写过程这里不再赘述，请参看上期《Inventor中自定义管路零件的方法》一文。注意零件的文档级别BOM表结构要设置为虚拟件。
2.支管管路的关联更新
编写虚拟支管配件后，就可以开始设计支管管路。先在总管上放置支管配件，然后创建连接支管配件和压力容器出口的支管管路。
本案例中，支管管线连接支管配件和压力容器出口。在总管位置或压力容器出口位置变化时，为了保证支管管线可以正确地更新，关键是保证支管配件的位置能正确地关联和更新。
1）创建总管路
首先在压力容器的相应出口处根据设计结果放置配件，如阀门等，然后根据整体布局（总管位置及管径）创建总管路，如图3所示。
图3 创建总管路
（2）在总管管线上插入布线节点
在总管上直接放置配件时，实际上Inventor会在总管的管线上创建一个布线节点。如果在放置配件后编辑管线，就可以看到该布线节点，对应配件的位置。在默认情况下，Inventor会为该布线节点添加尺寸，如图4所示。
图4 放置配件后生成的布线节点
直接修改相关的尺寸就可以改变配件的位置，也可以在“完成布线”后，选中该配件，调用右键菜单中的“编辑配件方向”命令来重新调整配件位置（布线节点的相关尺寸也会随之更改），如图5所示。
图5 编辑配件方向
本例中，我们希望支管配件的位置和压力容器出口的位置建立关联关系，实现关联更新。为此，我们需要使用约束关系来控制布线节点的位置，而不是使用尺寸，因为标注的尺寸在更新中是不会变化的。
可以先编辑总管管线，根据支管的数目，在总管上插入布线节点，也就是支管管路的分支点。此时可以不考虑精确的位置，大致位置接近就可以了，如图6所示。可以看到，Inventor自动为布线节点添加尺寸来控制其在总管管线上的位置。
接下来，因为布线节点需要和压力容器出口处的配件（阀门等）关联，这种关系应该通过约束来建立，所以要把不必要的尺寸删除。
在使用约束添加关联关系时，因为这种关联是跨零件的关联，我们先使用“包括几何图元”命令把需要的几何要素（比如配件的原始坐标面或者工作面）“引用”到管路环境中，然后在布线节点和这些几何图元之间添加约束。这样，布线节点就和相应配件的位置之间建立起了关联关系，如图7所示。
（3）放置支管配件
约束好布线节点后，退出布线环境。在布线节点（分支点）上放置前面编写的支管配件，如图8所示。注意要放置到布线节点上而不是管段上。用右键菜单中的“编辑配件方向”可以调整支管的开口方向。
图6 在总管管线上插入布线节点
图7 布线节点和配件的关联
图8 放置支管配件
（4）Inventor中管线创建的方法
Inventor中创建管线的方法有三种：自动布线、手动布线和导出布线。自动布线时，只需指定起始点和终止点，Inventor会提供多种可能的方案供选择。手动布线即参数化布线，通过约束、尺寸等控制管线。导出布线是基于其他零件中预定义的三维草图来布线。
如果在设计变更时，起始点或终止点发生大的变化，自动布线方案在更新后可能会重置为默认的方案。一般的做法是通过在关键位置放置管路支撑以确保每段自动布线方案的唯一性来保证正确更新，或者在更新后重新调整自动布线方案。自动布线可以使用“转换为草图”命令将其转为参数化布线。
在参数化布线时，为了减少更新时的不确定性，最大程度地保证管线能正确更新，需要对管线三维草图进行全约束。在添加约束和尺寸的时候要注意考虑到可能的设计变更，长度有可能会变化的管线就不要标注尺寸，多用约束条件控制管线，只在明确需要的时候再标注。
手动布线时，Inventor默认会自动标注尺寸，在布线过程中可通过右键取消“自动标注尺寸”的功能。布线时支持点捕捉和面捕捉，也可以在右键中找到对应的命令。另外，在手动添加约束时，多用平行约束控制管线走向，比如先包含某一原始坐标轴，然后添加平行约束。因为对于空间路径，用平行约束时，只要一个约束就可以确定方向，如果用垂直约束，需要两个约束才能确定方向。
（5）创建支管管路
接下来根据设计结果创建支管管线，在本例中，我们先使用自动布线创建需要的路径，然后将其转化为参数化布线。转换后，我们看到Inventor自动添加了相关尺寸。根据设计变更的要求，删除不必要的尺寸，而用约束代替。
在这个项目中，我们利用Inventor的API写了一个工具，可以检查欠约束的管线是否平行于坐标轴，如果平行，就自动添加与相应坐标轴的平行约束，如图9所示。因为实际布线中大部分的管线都是和坐标轴平行的，所以可以节约很多时间。限于篇幅关系，此处略去具体的代码。如果读者感兴趣，可以通过文后的邮件联系我们。
创建好管线后，在填充管线生成管路前，调整总管的位置或者压力容器出口的位置，检查管线是否能关联更新。
最后，插入其他的配件，检查每条管线的样式是否正确，并用“填充管线”命令生成管路（在设计的后期批量填充管线，可以节省设计中的管路的更新时间，同时避免生成临时管段零件）。
图9 创建支管管路
（6）零件代号及明细表汇总
在资源中心中，管材的零件代号会同时体现管段的“规格”及“长度”，而库存编号只体现“规格”，如图10所示。Inventor2015版本中的管段的零件代号默认为空，并没有读取资源中心中的零件代号。
图10 资源中心中的管材
在实际加工中，我们经常会需要把同种规格的管段汇总为总长，然后现场切割。有两种解决方法，第一个方法，可以在工程图的明细表中用库存编号汇总，不影响管段的零件代号，如图11所示。第二个方法，如果希望根据零件代号汇总，比如用“规格+长度”或者仅“规格”进行汇总，可以通过BOM表更改，如图12所示。BOM表中的单元格支持类似Excel的拖拽复制，所以排序后可以很方便地把表达式复制到所有的管段上。
图11 明细表中根据库存编号汇总
图12 BOM表中修改管段的零件代号
四、结语
实际上，Inventor管路模块对实际产品中的管路设计需求提供了很好地支持。在了解管路模块的规则和技巧后，就可以根据实际需求灵活定制，利用这些规则来提高设计效率。
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本文标题：Inventor管路设计技巧及案例分享
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