黃玉珠 陸小武

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 上海 201999)

1 前言

隨著時代的變遷，科技的進(jìn)步，智慧制造的浪潮越來越?jīng)坝俊６粋€公司是否具有核心的競爭力，同類產(chǎn)品是否能在和其他公司的競標(biāo)中凸顯，除了對結(jié)構(gòu)本身可靠性的考量外，對設(shè)計人員的設(shè)計方法和創(chuàng)新理念提出了新的挑戰(zhàn)。

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(shù)化設(shè)計環(huán)境，支持用戶開發(fā)初始的概念草圖以及零件和裝配的運動學(xué)模型。Inventor軟件能夠自動創(chuàng)建智能部件的幾何圖形，這些智能部件包括塑料零件、鋼結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、管線、電纜和線束等，提供了仿真模塊、三維布管設(shè)計、鈑金設(shè)計、裝配設(shè)計等大的功能模塊[1-3]。可以與AutoCAD軟件無風(fēng)險的轉(zhuǎn)化路徑，不會丟失設(shè)計元素。

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

2 必要性

連鑄機(jī)扇形段是連鑄機(jī)產(chǎn)線中至關(guān)重要的設(shè)備，每條板坯鑄機(jī)根據(jù)輥列的特點分成幾種不同規(guī)格的扇形段，任一扇形段都由5-6對自由輥，1對驅(qū)動輥、上下框架、夾緊裝置、壓下裝置等大部件組成。5種規(guī)格的扇形段雖輥子的尺寸不同，但卻有著相似的結(jié)構(gòu)特點，通過參數(shù)化設(shè)計可以實現(xiàn)不同扇形段配管的通用性。當(dāng)切換扇形段時，三維配管并不需要重新設(shè)計，它會根據(jù)模型的變化自動驅(qū)動新的布管走向，極大的提高了技術(shù)人員的工作效率[3,4]。

3 三維布管流程

3.1 標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計需求建立的資源中心庫的基礎(chǔ)上。簡單來說，管路設(shè)計模塊的核心功能是，基于預(yù)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(shè)計需要的管件、管材的樣式庫，這里建議建立企業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)件庫。

因Inventor軟件自帶的資源中心庫是只讀模式，需要先創(chuàng)建一個可編輯的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)先選擇軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)件資源，復(fù)制到可讀寫的資源中心庫中，再對此標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行編輯，添加設(shè)計需要的規(guī)格和參數(shù)。如圖1所示。

圖1 利用已有資源中心庫中標(biāo)準(zhǔn)件為自定義標(biāo)準(zhǔn)件

其次當(dāng)軟件自帶的三維布管標(biāo)準(zhǔn)件庫中的零件不能滿足設(shè)計需求的時候，需要創(chuàng)建個性化標(biāo)準(zhǔn)件，這里以帶配件的硬管為例，介紹自定義三維布管標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立方法。

1)創(chuàng)建管件的ipart模型[3,7]

進(jìn)入草圖模式，繪制管件的外形，設(shè)置外徑和內(nèi)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(nèi)徑和管長作為管件的參數(shù)值。進(jìn)入ipart編輯器，做好管件的所有規(guī)格尺寸，并定義“公稱尺寸”列，便于調(diào)用此硬管時將此參數(shù)與管件的規(guī)格尺寸一一映射，如圖2所示。

圖2 編寫硬管的ipart尺寸規(guī)格表

2)將硬管發(fā)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(shè)置參數(shù)表與硬管ipart表格的映射關(guān)系，選取接頭的點及軸的方向、結(jié)合方式的最大值和最小值，完成后確認(rèn)，再將零件發(fā)布到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件庫中，設(shè)置族名稱、族文件夾名稱、標(biāo)準(zhǔn)組織等信息，即發(fā)布成功。設(shè)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(shè)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(tǒng)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(shè)計方案。設(shè)定規(guī)則里的最大值、最小值和增量值，當(dāng)管長度小于最小值時無法生產(chǎn)管路，當(dāng)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(yè)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(xì)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(guān)聯(lián)原模型，可以解除與原始模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系。方法有2個，一是抑制與基礎(chǔ)零部件的鏈接，此方法可逆；二是斷開與基礎(chǔ)零部件的關(guān)聯(lián)，此方法不可逆。

3.2 裝配體輕量化

扇形段的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，尤其在扇形段的設(shè)計中引入?yún)?shù)化設(shè)計方法[3,8]，更是對計算機(jī)的硬件配置提出新的要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維布管是不太現(xiàn)實的。在配管之前，需要對模型進(jìn)行輕量化處理，即包覆面提取。根據(jù)實際情況選擇模型的顯示部分，內(nèi)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(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)模型參數(shù)改變時，輕量化后的模型也跟隨發(fā)生相應(yīng)的更新。

3.3 三維布管應(yīng)用[4]

傳統(tǒng)的三維布管，是在模型空間將管件一個個裝配起來，當(dāng)模型改變時，配管并不能隨著長度的改變而自適應(yīng)變化，給設(shè)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(dāng)模型改變時，設(shè)計參數(shù)會驅(qū)動配管發(fā)生自適應(yīng)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(shè)計將兩種方式結(jié)合在一起。首先自動布線，再將布線轉(zhuǎn)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(yīng)模型的變更。如圖5所示，圖中1和2是3的兩端，設(shè)計要求軟管不能偏離4。布線時，選取1和2作為節(jié)點，創(chuàng)建參考件草圖，設(shè)置草圖與4的距離作為定位尺寸，此點為節(jié)點3，完成布線。當(dāng)1和2位置改變時，軟管可以跟隨著改變，以實現(xiàn)配管設(shè)計的參數(shù)化。設(shè)計中運用導(dǎo)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(shù)化軟管的設(shè)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(shè)置，首先需要自定義支管的樣式，然后發(fā)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(chuàng)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(jié)論

引用Inventor軟件的三維布管模塊進(jìn)行參數(shù)化配管設(shè)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(jié)構(gòu)易發(fā)生干涉，不好檢查，現(xiàn)場修改拖沓工期

c.必須整機(jī)裝配后，工人才能根據(jù)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(yù)先加工出管路，在車間與整機(jī)一起裝配，合理的利用時間

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