기계는 동력을 운동으로 전환하는 물리적 시스템입니다. 단순한 기계에는 웨지, 레버 및 풀리 등이 있습니다. 복잡한 기계에는 기계, 전기 및 전자 구성요소를 비롯해 함께 작동하는 많은 부품이 포함됩니다. 대부분의 최신 기계는 컴퓨터로 제어되며 소프트웨어 인터페이스를 이용해 프로그래밍되고 모니터링됩니다.

기계 설계는 에너지, 항공우주, 자동차, 농업, 해양 및 제조 등의 산업 분야에서 고객의 요구사항을 충족하는 물리적 시스템을 구상하고 제작하는 프로세스를 말합니다.

기계 설계 프로세스에는 의도한 작업을 완료하기 위해 동력을 운동으로 전환하는 데 필요한 물리적 원리를 이해하고, 구성요소 간의 상호 작용을 계획하고, 설계 구속조건을 벗어나지 않도록 정합성을 유지하고, 프로젝트 일정과 수익률을 고려하면서 자재를 할당하는 과정이 포함됩니다.

기술 도면과 3D CAD(Computer-Aided Design) 모델은 일반적으로 설계를 공유 및 검토하고 이해 관계자 간에 설계 프로세스를 조정하기 위해 작성됩니다.

기계 설계 프로세스의 최종 결과물은 설계를 제작, 시운전 및 서비스하는 데 필요한 정보이며, 여기에는 기술 도면, 서면 사양 및 BOM(재료 명세서)이 포함될 수 있습니다.

기계 설계 분야에 종사하는 직업에는 산업 설계자, 기계, 전기 또는 전자 엔지니어, 시뮬레이션 전문가, CAD 설계자, CAD 제도 담당자가 있습니다.

기계 설계자는 수학적 원리, 엔지니어링의 물리학, 산업 지식 및 전문가 소프트웨어를 사용하여 고객의 문제를 해결하고 컨셉 단계에서 상세 설계까지 기계에 대한 아이디어를 구체화하는 역할을 담당합니다.

상세 설계는 고객 요구사항을 충족하고 수익성도 제공해야 합니다. 설계는 CAD(Computer-Aided Design) 모델, 기술 도면, BOM(재료 명세서) 및 사양을 통해 고객, 제조 및 조달 등의 이해 관계자에게 공유됩니다.

기계 설계는 공동 작업으로 이루어지며 산업 설계, 기계, 전기, 전자 엔지니어링을 비롯한 많은 분야가 참여할 수 있습니다. 여기에는 고객, 공급업체, 제조 전문가 및 프로젝트 관리 팀의 피드백을 받는 과정도 포함됩니다.

설계 엔지니어링 프로세스는 기계 설계 비즈니스의 성공에 대단히 중요합니다. 설계 개발의 목표는 고객과 비즈니스 모두에게 도움이 되는 기계를 구상하고 이에 대한 합의를 도출하는 것입니다. 설계 개발은 예산, 엔지니어링 역량 및 시장 출시 기간에 따른 제한을 받게 됩니다.

기계 설계 프로세스는 공동 작업으로 이루어지며 산업 설계, 기계, 전기, 전기 엔지니어링과 같은 분야의 전문가들이 함께 협력해야 할 수 있습니다. 고객, 프로젝트 관리, 조달, 제조, 설치 및 서비스 부문에 속한 이해 관계자의 피드백 과정이 포함될 수도 있습니다.

기계 설계 프로세스는 반복적이고 주기적이며 최종 설계안이 생산에 적용할 수 있을 정도로 충분히 이상적이고 신뢰할 수 있는 상태가 될 때까지 여러 번의 프로토타입 제작, 테스트, 평가 및 검토 과정을 거칩니다.

기계 설계 프로세스는 문제 정의에서 시작됩니다. 그런 다음, 프로토타입을 제작하기 전에 잠재적 솔루션을 브레인스토밍하고, 이를 테스트하고, 피드백을 수집하고, 문제 설정을 더 정교하게 다듬을 수 있는지, 제안된 솔루션을 거부 또는 수락할지 또는 다른 개발 주기를 통해 솔루션을 개선할 수 있는지를 평가합니다.

기계 설계 소프트웨어는 작업을 자동화하고 프로세스를 추적하며 설계자와 프로젝트 관리, 조달, 제조 또는 고객 등의 이해 관계자 간의 공동 작업을 돕는 방식으로 설계자를 지원합니다.

기계 설계 소프트웨어에는 3D CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어 등이 있습니다. 설계자는 이를 사용해 설계의 가상 모델을 제작하여 설계의 물리적 동작을 계산하거나 움직이는 구성요소가 서로 간섭하지 않는지 확인할 수 있으므로 프로토타입 제작 시간이 절감됩니다. 또한 3D CAD 모델에서 기술 도면을 작성할 수 있으므로 설계를 문서화하고 공유하는 데 걸리는 시간이 단축됩니다.

CAE(Computer-Aided Engineering) 소프트웨어는 응력, 유체 흐름, 열 역학 및 진동의 계산을 자동화하는 시뮬레이션 연구를 생성해 물리적 프로토타입의 테스트 시간을 절감하는 데 도움을 줍니다.

클라우드 기반 데이터 관리에 대한 접근성이 높아져 MBD(모델 기반 정의)나 3D CAD 모델의 사용이 빠르게 확대되어 후속 제조 공정이 촉진되고 기술 도면의 필요성이 낮아지고 있습니다.

기계 설계를 위한 소프트웨어에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• CAD(Computer-Aided Design): 3D CAD는 기계, 전기 또는 전자 구성요소와 그 관계에 대한 가상 모델을 생성하는 데 사용됩니다. 기술 도면과 BOM(재료 명세서)은 3D 모델에서 자동으로 생성됩니다.
• MCAD: 샤프트, 기어, 스프링, 캠, 벨트, 볼트 연결 및 구조 프레임과 같은 기계 요소를 설계하는 도구를 포함해 기계 설계에 특별히 최적화된 CAD 소프트웨어를 의미합니다.
• ECAD: ECAD 소프트웨어는 구조도, 2D 추적 배치 및 3D 모델링을 포함하여 전자 또는 인쇄 회로 기판(PCB) 설계에 맞게 최적화되었습니다.
• 시각화: 시각화 소프트웨어는 고객 또는 파트너에게 설계를 공유하는 데 도움이 되는 설계의 CGI(컴퓨터 생성 이미지) 또는 디지털 렌더링을 생성하는 데 사용됩니다. 렌더링은 설계가 조립되거나 작동하는 방식을 보여 주는 사실적인 스틸 이미지 또는 애니메이션일 수 있습니다.
  • VR(가상 현실) 또는 AR(증강 현실) 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하면 CGI와 직접 상호 작용하여 설계를 시각화하거나 안전한 환경에서 작업자를 교육할 수 있습니다.
  • 디지털 트윈은 기계에 내장된 센서의 데이터를 이용해 CGI를 증강시켜 기계와 그 지원 서비스의 유지보수 및 운영을 최적화할 수 있습니다.
• CAE(Computer-Aided Engineering): CAE 또는 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 설계의 성능을 분석할 수 있습니다. 예를 들어 응력을 시뮬레이션하는 데 사용되는 FEA(유한 요소 해석)나 액체 및 기체의 흐름을 시뮬레이션하는 데 사용되는 CFD(전산 유체 역학)가 있습니다.
• 공차 분석: 공차 분석은 공차 누적의 계산을 자동화하고 공차를 최적화하여 제조 비용을 최소화하면서 상호 교환 가능한 부품의 실행 가능성을 보장하는 데 사용됩니다.
• 제너레이티브 디자인: 제너레이티브 디자인은 시뮬레이션이나 경량화와는 다른 고유한 접근 방식입니다. 시뮬레이션은 구성요소의 3D CAD 모델을 사용해 응력이 설계에 미치는 영향을 분석하는 반면 제너레이티브 디자인은 반대로 작동합니다. 설계자가 물리적 하중, 자재 및 제조 방법과 같은 구속조건을 설정하면 제너레이티브 디자인이 성능 기준을 충족하면서 실행 가능한 여러 가지 구성요소 모델을 생성합니다. 그러면 설계자는 무게, 안전계수, 비용 또는 미적 측면과 같은 요소를 기준으로 설계 옵션을 선별하여 원하는 설계를 선택할 수 있습니다.

혁신가들에게 제품 설계 및 엔지니어링을 위한 설계 및 제작 기술을 제공하는 오토데스크는 기계 설계자를 위해 프로젝트, 분야 및 산업의 경계를 넘어 유연하게 작업할 수 있는 도구를 개발합니다.

기계 설계를 위한 오토데스크 소프트웨어에는 다음이 포함됩니다.

• 다음을 포함하는 Product Design and Manufacturing Collection:
  • Autodesk Inventor 3D 기계 설계, 시뮬레이션, 시각화 및 문서화를 위한 전문가 수준의 제품 설계 및 엔지니어링 도구입니다.
  • Inventor Nastran 비선형 응력, 열, 진동 및 피로 시뮬레이션을 위한 CAD 내재 소프트웨어입니다.
  • Inventor Tolerance Analysis 치수 변동에 따른 영향을 파악할 수 있는 공차 누적 해석 소프트웨어입니다.
  • Inventor Nesting 원자재의 산출량을 최적화하기 위한 Inventor용 실형상 네스팅 소프트웨어입니다.
  • Inventor CAM Inventor를 위한 통합 2.5~5축 CAD/CAM 프로그래밍 솔루션입니다.
  • Vault 설계 파일을 관리해 주는 제품 데이터 관리 소프트웨어입니다.
  • AutoCAD 산업군별 툴셋이 포함된 2D 및 3D CAD 소프트웨어입니다.
  • Factory Design Utilities 효율적인 생산 레이아웃을 계획, 설계 및 설치할 수 있는 공장 설계 소프트웨어입니다.
  • Navisworks 간섭 검토 및 일정 관리 기능을 지원하는 대규모 설계 검토 소프트웨어입니다.
  • ReCap Pro 리얼리티 캡처 및 3D 스캔 소프트웨어와 서비스입니다.
  • 3Ds Max 설계 시각화를 지원하는 3D 렌더링 및 애니메이션 소프트웨어입니다.
  • Fusion 360 제품 설계 및 제조를 위한 클라우드 기반의 CAD/CAM/CAE 소프트웨어입니다.
  • Fusion 360 Manage with Upchain 데이터, 사용자, 프로세스를 간편하게 연결해 주는 클라우드 PLM 및 PDM입니다.
  • Design Review Design Review CAD 뷰어 소프트웨어는 2D 파일과 3D 파일을 열람, 마크업, 인쇄, 추적할 수 있는 기능을 지원하므로 해당 파일의 설계 소프트웨어가 없어도 자유롭게 확인할 수 있습니다.

기계 도면은 설계 의도를 전달하거나 프로세스를 다이어그램화하거나 접힌 판금 플랫 패턴을 계산하거나 네스팅을 사용하여 제작을 최적화하거나 설치 및 유지보수에 대한 지침을 제공하기 위해 작성된 기술 도면입니다. 기계 도면은 CAD(Computer-Aided Design) 범주에 속하는 설계 소프트웨어를 이용해 작성됩니다.

• Autodesk AutoCAD와 같은 CAD 소프트웨어는 복사 및 붙여넣기, 블록, 시트 세트 관리자(SSM) 등의 도구를 사용하여 기존의 2D 기술 도면 프로세스를 자동화합니다.
• Autodesk Inventor와 같은 CAD 소프트웨어는 설계자가 생성한 3D CAD 모델에서 직접 기계 도면을 작성함으로써 도면 자동화를 한 단계 더 발전시킵니다. 이를 통해 기계 도면 작성 프로세스의 속도가 빨라지고 모델을 참조하는 모든 도면에 설계 업데이트가 자동으로 반영됩니다.
• Autodesk Fusion 360과 같은 CAD 소프트웨어는 설계, 엔지니어링, 전자 및 제조 소프트웨어를 모두 하나로 통합해 제품 개발 프로세스 전체를 3D CAD, CAM, CAE 및 PCB를 포함한 통합된 단일 클라우드 기반 소프트웨어에 연결합니다.

최고의 기계 설계 소프트웨어는 기계 설계 프로세스에 맞게 최적화된 CAD(Computer-Aided Design)입니다(MCAD). MCAD 소프트웨어를 평가할 때는 다음을 확인하세요.

• 설계의 물리적 치수 및 공간 관계를 컨셉화하는 부품 및 조립품의 3D 모델링
• 너트, 볼트, 와셔, O 링, 베어링, 키, 톱니, 벨트 및 스프링과 같은 기계 및 전기 구성요소의 확장 가능한 라이브러리
• 볼트 연결, 샤프트, 캠, 풀리 시스템 등의 항목의 설계와 모델링을 자동화하는 기계 설계 가속화 기능
• 판금 구성요소, 구조 프레임, PCB, 케이블 하네스, 배관부, 플라스틱 엔클로저의 설계 및 모델링을 자동화하는 툴셋
• CAD 모델을 사용하여 설계의 응력, 열, 진동, 유체 흐름 등의 물리적 특성을 평가할 수 있는 기능
• MBA(모델 기반 주석), GD&T(기하학적 치수기입 및 공차기입) 및 공차 누적 분석 도구를 사용하여 MBD(모델 기반 설계)를 구현하는 기능
• 사실적 렌더링과 애니메이션 동영상을 포함해 커뮤니케이션, 영업 및 마케팅에 필요한 CGI(컴퓨터 생성 이미지)를 제작하는 시각화 도구
• 피드백, 검토 및 승인을 위해 설계를 안전하게 공유하여 공동 작업을 수행하는 기능
• 구조 설계, 토목 설계 또는 BIM과 같은 다른 산업 분야 전문가들과 공유된 CAD 모델로 공동 작업을 수행하는 기능
• 제조 도면, BOM(재료 명세서) 작성, 판금 네스팅, CNC 프로그래밍과 같은 제조 준비 작업에 CAD 모델을 사용할 수 있는 기능
• 권한 제어, 릴리즈 프로세스 및 엔지니어링 변경 지시를 통해 파일을 안전하게 관리할 수 있는 통합 PDM(제품 데이터 관리) 기능

제조 기계 제조 산업은 경쟁업체가 제품을 출시하기 전에 고객의 요구를 충족하는 혁신적인 솔루션을 제공해야 하는 부담을 안고 있습니다.

기계 개발의 성공은 설계 엔지니어링에 달려 있습니다. 설계 엔지니어링은 고객의 요구를 충족할 뿐 아니라 비즈니스 수익을 창출할 수 있는 기계의 제작을 보장합니다.

설계 개발 과정에서 내린 결정은 기계 수명주기 전반에 걸쳐 기계의 품질, 구성 요소, 자재, 제조 프로세스 및 유용성에 영향을 줄 수 있습니다.

CAD(Computer-Aided Design) 및 CAE(Computer-Aided Engineering)와 같은 기계 설계 소프트웨어는 설계 프로세스를 자동화하고 데이터에 대한 인사이트를 관리하면서 비즈니스와 전문가를 지원하며, 설계자와 엔지니어는 운영 효율성을 높이고 시장 출시 기간을 단축하여 제품 성공률을 높이는 신속하고 효과적인 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어는 제조 프로세스의 여러 지점에서 사용됩니다.

설계 단계에서는 제조 팀과 CAD 설계를 공유하여 DfMA(제조 및 조립을 위한 설계)를 평가합니다. 제조 팀의 피드백을 설계에 반영하여 설계의 효율성을 높일 수 있으며 이에 따라 제조 수익성도 높일 수 있습니다.

설계 개발이 완료되면 제조를 위해 설계가 릴리즈됩니다. CAD는 제조 팀이 품질 관리를 위해 ‘제동’ 장치와 지그 및 설비 설계에 사용합니다.

CAM(Computer-Aided Manufacturing)은 제조 기계의 움직임을 자동화하는 CNC(Computer Numerical Control) 프로그래밍에 3D CAD 모델을 사용합니다. CAD와 CAM의 융합으로 CAD와 동일한 소프트웨어를 사용하여 CNC 프로그래밍이 가능하며, CAD 모델을 변경하면 CAM 가공 경로가 자동으로 업데이트됩니다.

구성요소가 제작된 후에는 CAI(Computer-Aided Inspection) 및 품질 제어에 CAD 데이터와 CAM 데이터가 함께 사용됩니다. 지정된 공차 및 표면 마감 준수 여부를 평가하기 위해 계측 장치를 사용하여 제작된 구성요소를 CAD 모델과 비교할 수 있습니다.