Les machines sont des systèmes physiques qui transforment la puissance en action. La cale de blocage, le levier et la poulie sont des exemples de machines simples. Les machines complexes sont composées de nombreuses pièces qui interagissent, notamment des composants mécaniques, électriques et électroniques. De nombreuses machines modernes sont contrôlées par ordinateur et sont programmées et surveillées à l'aide d'une interface logicielle.

La conception mécanique est le processus qui consiste à imaginer et à créer des systèmes physiques répondant aux besoins des clients des secteurs de l'énergie, de l'aéronautique, de l'automobile, de l'agriculture, de la marine et de la fabrication.

Le processus de conception mécanique inclut la compréhension des lois physiques nécessaires pour transformer la puissance en action afin de réaliser la tâche souhaitée, la planification des interactions entre les composants, la garantie d'un ajustement approprié dans les contraintes de conception, et la spécification des matériaux, tout en tenant compte des délais du projet et des marges bénéficiaires.

Les dessins techniques et les modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) 3D sont généralement créés pour communiquer et réviser la conception, et pour coordonner le processus de conception entre les parties prenantes.

Le résultat final du processus de conception mécanique est constitué des informations nécessaires à la fabrication, la mise en service et le service de la conception. Il peut inclure des dessins techniques, une spécification écrite et une nomenclature.

Les tâches de conception mécanique peuvent inclure le concepteur industriel, l'ingénieur mécanique, électrique ou électronique, le spécialiste de la simulation, le concepteur CAO et le dessinateur CAO.

Un concepteur mécanique utilise des principes mathématiques, la physique de l'ingénierie, la connaissance de l'industrie et des logiciels spécialisés pour résoudre les problèmes des clients et développer une idée de machine, de son stade conceptuel à une conception détaillée.

La conception détaillée doit répondre aux exigences du client et être fournie de manière rentable. La conception est communiquée aux parties prenantes, telles que les clients, la fabrication et l'approvisionnement, au moyen d'un modèle de conception assistée par ordinateur (CAO), de dessins techniques, d'une nomenclature et d'une spécification.

La conception mécanique est collaborative et peut inclure plusieurs disciplines, notamment la conception industrielle, l'ingénierie mécanique, électrique et électronique. Elle inclut également les commentaires des clients, des fournisseurs, de la fabrication et de la gestion de projet.

Le processus d'ingénierie de conception est essentiel pour réussir les activités de conception mécanique. L'objectif du développement de la conception est d'imaginer et de convenir d'une machine qui profite à la fois aux clients et à l'entreprise. Le développement de la conception est limité par le budget, la capacité d'ingénierie et le délai de mise en marché.

Le processus de conception mécanique est collaboratif et peut inclure des spécialistes de disciplines telles que la conception industrielle, la mécanique, l'électricité et l'ingénierie électronique travaillant ensemble. Les commentaires peuvent être transmis par les parties prenantes, telles que les clients, la gestion de projet, l'approvisionnement, la fabrication, l'installation et l'entretien.

La conception mécanique est itérative et cyclique, avec des idées subissant plusieurs cycles de prototypage, de test, d'évaluation et d'examen jusqu'à ce que la conception finale soit considérée comme optimale et suffisamment fiable pour la production.

Le processus de conception mécanique commence par la définition du problème, suivie d'un remue-méninges sur les solutions potentielles avant de créer des prototypes, de les tester, de recueillir des commentaires et d'évaluer si l'énoncé du problème peut être affiné, s'il convient de rejeter ou d'accepter les solutions proposées, ou si les solutions peuvent être améliorées avec un autre cycle de développement.

Les logiciels de conception mécanique aident les concepteurs en automatisant les tâches, en assurant le suivi des processus et en permettant la collaboration entre les concepteurs et les parties prenantes, telles que la gestion de projet, l'approvisionnement, la fabrication ou les clients.

Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) 3D sont des exemples de logiciels de conception mécanique. Ils permettent aux concepteurs de créer des modèles virtuels de leurs conceptions pour aider à calculer la physique de la conception ou pour s'assurer que les composants mobiles ne se chevauchent pas. Cela permet de gagner du temps lors de la création du prototype. En outre, les dessins techniques peuvent être créés à partir du modèle de CAO 3D, ce qui réduit le temps nécessaire à la documentation et à la communication de la conception.

Le logiciel d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO) (anglais) aide les concepteurs à créer des études de simulation qui automatisent le calcul des contraintes, de l'écoulement des fluides, de la dynamique thermique et des vibrations, ce qui permet de gagner du temps lors des tests physiques de prototype.

L'accessibilité accrue à la gestion des données basée sur le nuage accélère l'utilisation de la définition basée sur le modèle (MBD) ou l'utilisation du modèle de CAO 3D pour piloter les processus de fabrication en aval, réduisant ainsi le besoin de dessins techniques.

Les logiciels de conception de machines peuvent inclure :

• Conception assistée par ordinateur (CAO) : la CAO 3D permet de créer des modèles virtuels de composants mécaniques, électriques ou électroniques et de leurs relations. Les dessins techniques et une nomenclature sont automatiquement générés à partir du modèle 3D.
• CMAO : logiciel de CAO spécialement optimisé pour la conception mécanique, notamment des outils de conception d'éléments mécaniques tels que les arbres, les engrenages, les ressorts, les cames, les courroies, les assemblages vissés et les ossatures.
• CAOE : le logiciel CAOE est spécialement optimisé pour la conception de circuits imprimés ou électroniques, y compris les schémas, la présentation de tracé 2D et la modélisation 3D.
• Visualisation : le logiciel de visualisation permet de créer des images de synthèse (CGI) ou des rendus numériques de conceptions pour communiquer la conception aux clients ou aux partenaires. Les rendus peuvent être des images fixes ou des animations photoréalistes montrant comment la conception est assemblée ou fonctionne.
  • Les logiciels et le matériel de réalité virtuelle (RV) ou de réalité augmentée (RA) peuvent être utilisés pour permettre aux humains d'interagir directement avec les images de synthèse afin de faciliter la visualisation de la conception, ou pour former les opérateurs dans un environnement sûr.
  • Le jumeau numérique ajoute à l'image de synthèse des données provenant de capteurs intégrés à la machine afin d'optimiser la maintenance et le fonctionnement de la machine et de ses services de soutien.
• Ingénierie assistée par ordinateur (IAO) : un logiciel d'IAO ou de simulation permet d'analyser les performances d'une conception. Il peut s'agir, par exemple, d'une analyse par éléments finis (FEA), utilisée pour simuler les contraintes, ou de calculs de dynamique des fluides (CFD), utilisés pour simuler l'écoulement des liquides et des gaz.
• Analyse de la tolérance : l'analyse de la tolérance permet d'automatiser le calcul des chaînes de cotes et d'optimiser les tolérances pour garantir la faisabilité des pièces interchangeables tout en minimisant le coût de fabrication.
• Conception générative : la conception générative est une approche unique qui diffère de la simulation ou de l'allègement. Alors que la simulation utilise un modèle CAO 3D d'un composant pour analyser les effets des contraintes sur la conception, la conception générative fonctionne de la manière opposée. Le concepteur définit des contraintes, telles que les charges physiques, les matériaux et les méthodes de fabrication. La conception générative génère plusieurs modèles de composants viables qui répondent aux critères de performance. Le concepteur peut ensuite éliminer des options de conception en fonction de facteurs tels que le poids, le facteur de sécurité, le coût ou l'esthétique, pour finalement choisir la conception qu'il préfère parmi les options restantes.

Autodesk offre aux innovateurs les moyens de concevoir et de fabriquer des technologies pour la conception et l'ingénierie de produits, ce qui permet aux concepteurs mécaniques de travailler sans interruption, indépendamment des projets, des disciplines et du secteur.

Les logiciels Autodesk de conception mécanique incluent :

• La collection Conception et fabrication de produits qui inclut les produits suivants :
  • Autodesk Inventor Des outils de conception et d'ingénierie de produits de qualité professionnelle pour la conception mécanique 3D, la simulation, la visualisation et la documentation.
  • Inventor Nastran (anglais) Logiciel intégré à la CAO pour la simulation de contraintes non linéaires, thermiques, vibratoires et de fatigue.
  • Inventor Tolerance Analysis (anglais) Logiciel d'analyse de la chaîne de cotes permettant d'évaluer l'incidence de la variation dimensionnelle.
  • Inventor Nesting (anglais) Logiciel d'imbrication de formes réelles pour Inventor afin d'optimiser le rendement de la matière première.
  • Inventor CAM (anglais) Solution intégrée de programmation CAO/FAO 2,5 à 5 axes pour Inventor.
  • Vault Logiciel de gestion des données techniques pour gérer les fichiers de conception.
  • AutoCAD Logiciel de CAO 2D et 3D avec jeux d'outils par métier.
  • Factory Design Utilities (anglais) Logiciel de conception d'usine permettant de planifier, de concevoir et d'installer une implantation de production efficace.
  • Navisworks Logiciel de révision de conception à grande échelle avec détection et planification des conflits.
  • ReCap Pro Logiciels et services de capture de réalité et de numérisation 3D
  • 3Ds Max Logiciel d'animation et de rendu 3D pour la visualisation de conception.
  • Fusion 360 Logiciel infonuagique de CAO/FAO/IAO pour la conception et la fabrication de produits.
  • Fusion 360 Manage avec Upchain Solution de gestion du cycle de vie des produits (PLM) et de gestion des données de produit (PDM) infonuagique qui connecte facilement vos données, vos collaborateurs et vos processus.
  • Design Review (anglais) Le logiciel de visualisation de CAO Design Review vous permet de visualiser, d'annoter, d'imprimer et de suivre gratuitement les modifications apportées aux fichiers 2D et 3D, sans le logiciel de conception d'origine.

Les dessins mécaniques sont des dessins techniques créés pour communiquer l'intention de conception, présenter des diagrammes de processus, calculer des mises à plat de tôlerie pliée, optimiser la fabrication avec l'imbrication ou fournir des instructions d'installation et de maintenance. Les dessins mécaniques sont créés par un logiciel de conception qui entre dans la catégorie de la conception assistée par ordinateur (CAO).

• Les logiciels de CAO comme Autodesk AutoCAD automatisent le processus conventionnel de dessins techniques 2D, grâce à des outils tels que le copier-coller, les blocs et le gestionnaire du jeu de feuilles.
• Les logiciels de CAO comme Autodesk Inventor poussent l'automatisation des dessins un peu plus loin, en générant des dessins mécaniques directement à partir d'un modèle de CAO 3D créé par le concepteur. Cela permet d'accélérer le processus de création de dessins mécaniques et de garantir que toute mise à jour de la conception est automatiquement répercutée dans tous les dessins qui référencent le modèle.
• Les logiciels de CAO comme Autodesk Fusion 360 rassemblent les logiciels de conception, d'ingénierie, d'électronique et de fabrication en un seul logiciel intégré dans le nuage, intégrant la CAO 3D, la FAO, l'IAO et la topologie de circuit imprimé à l'ensemble du processus de développement des produits.

Le meilleur logiciel de conception mécanique est la conception assistée par ordinateur, optimisée pour le processus de conception mécanique (CMAO). Lors de l'évaluation d'un logiciel de CAO mécanique, tenez compte des points suivants :

• La modélisation 3D des pièces et des ensembles pour conceptualiser les dimensions physiques et les relations spatiales de la conception
• Bibliothèques extensibles de composants mécaniques et électriques tels que des écrous, des boulons, des rondelles, des joints toriques, des roulements, des clavettes, des rouages, des courroies et des ressorts
• Accélérateurs de conception mécanique pour automatiser la conception et la modélisation d'éléments tels que les assemblages vissés, les arbres, les cames et les systèmes de poulie
• Jeux d'outils précis qui automatisent la conception et la modélisation de composants de tôlerie, de structures, de cartes de circuits imprimés, de faisceaux de câbles, de conduites de tuyauterie et de boîtiers en plastique
• La capacité à utiliser des modèles de CAO pour évaluer les propriétés physiques des conceptions, telles que la contrainte, la température, les vibrations et l'écoulement des fluides
• La possibilité de mettre en œuvre une conception basée sur le modèle (MBD) avec des outils d'annotation basée sur le modèle (MBA), de cotation et de tolérancement géométriques (GD&T) et d'analyse de pile de tolérance
• Outils de visualisation pour la création d'images de synthèse (CGI) pour la communication, les ventes et le marketing, notamment des rendus photoréalistes et des vidéos animées
• La possibilité de collaborer en partageant des conceptions en toute sécurité pour obtenir des commentaires, réviser et approuver
• La possibilité de collaborer sur un modèle de CAO partagé avec des spécialistes d'autres secteurs, tels que la conception structurelle, le génie civil ou le BIM
• La possibilité d'utiliser le modèle de CAO pour les tâches de préparation de la fabrication, telles que les dessins de fabrication, la création de nomenclatures, l'imbrication de tôlerie et la programmation CNC
• Une gestion intégrée des données techniques (GDT) pour gérer en toute sécurité les fichiers grâce à des contrôles d'autorisation, un processus de validation et des demandes de modification de conception

Les entreprises qui fabriquent des machines en tant que produits doivent répondre aux exigences des clients en proposant des solutions innovantes et en les commercialisant avant leurs concurrents.

La clé d'un développement de machine réussi réside dans l'ingénierie de conception, qui garantit que les machines répondent non seulement aux besoins des clients, mais génèrent également des bénéfices pour l'entreprise.

Les décisions prises lors de la conception peuvent avoir une incidence sur la qualité, les composants, les matériaux, les processus de fabrication et la convivialité de la machine tout au long de son cycle de vie.

Les logiciels de conception mécanique, tels que la conception assistée par ordinateur (CAO) et l'ingénierie assistée par ordinateur (IAO), bénéficient aux entreprises et aux professionnels en automatisant les processus de conception et en gérant les informations de données. Ils permettent aux concepteurs et aux ingénieurs de prendre des décisions rapides et efficaces qui augmentent la réussite du produit, l'efficacité opérationnelle et les délais de mise en marché.

Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) sont utilisés à plusieurs étapes du processus de fabrication.

Pendant la phase de conception, les conceptions de CAO sont partagées avec l'équipe de fabrication pour évaluer la conception pour la fabrication et l'assemblage (DfMA). Les commentaires de l'équipe de fabrication peuvent être intégrés dans la conception, ce qui permet d'améliorer l'efficacité et donc la rentabilité de la fabrication.

Une fois le développement de la conception terminé, les conceptions sont mises en production. L'équipe de fabrication utilise la CAO pour la conception de gabarits d'usinage, de fixations et d'appareils de type « stop-go » pour le contrôle qualité.

La fabrication assistée par ordinateur (FAO) (anglais) utilise le modèle de CAO 3D pour la programmation CNC (commande numérique par ordinateur), qui automatise les mouvements des machines de fabrication. La convergence de la CAO et de la FAO permet d'utiliser le même logiciel que la CAO pour la programmation CNC, avec l'avantage que les modifications apportées au modèle de CAO mettent à jour automatiquement les trajectoires d'outil de FAO.

Une fois les composants créés, les données de CAO et de FAO sont utilisées conjointement pour l'inspection assistée par ordinateur (CAI) et le contrôle de la qualité. Le composant fabriqué est comparé au modèle de CAO à l'aide d'appareils de métrologie pour évaluer la conformité avec les tolérances et finitions de surface spécifiées.