Las máquinas son sistemas físicos que convierten la potencia en acción. Ejemplos de máquinas simples son la cuña, la palanca y la polea. Las máquinas complejas tienen muchas piezas que funcionan juntas, incluidos los componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos. Muchas máquinas modernas se controlan por computadora y se programan y supervisan mediante una interfaz de software.

El diseño de máquinas es el proceso de imaginar y crear sistemas físicos que satisfagan las necesidades de los clientes en sectores como el energético, aeroespacial, automovilístico, agrícola, naval y de manufactura.

El proceso de diseño de máquinas incluye la comprensión de la física necesaria para transformar la potencia en acción y completar la tarea deseada, la planificación de las interacciones de los componentes, la garantía de un ajuste adecuado dentro de las limitaciones del diseño y la especificación de los materiales sin descuidar los plazos del proyecto ni el margen de beneficios.

Por lo general, se crean dibujos técnicos y modelos tridimensionales de diseño asistido por computadora (CAD) para comunicar y revisar el diseño y coordinar el proceso de diseño entre las partes interesadas.

El resultado final del proceso de diseño de la máquina abarca la información necesaria para la fabricación, la instalación y el mantenimiento del diseño, y puede incluir dibujos técnicos, una especificación por escrito y una lista de materiales (BOM).

Entre los puestos de trabajo relacionados con el diseño de máquinas se incluyen el de diseñador industrial, ingeniero mecánico, eléctrico o electrónico, especialista en simulación, diseñador CAD y dibujante de CAD.

Los diseñadores de máquinas utilizan principios matemáticos, física de ingeniería, conocimientos industriales y software especializado para abordar los problemas de los clientes y desarrollar una idea de máquina desde su fase conceptual hasta un diseño detallado.

El diseño detallado debe cumplir los requisitos del cliente y entregarse de forma rentable. Se comunica el diseño a las partes interesadas, como clientes, fabricantes y proveedores, mediante un modelo de diseño asistido por computadora (CAD), dibujos técnicos, una lista de materiales (BOM) y una especificación.

El diseño de máquinas es un proceso de colaboración en el que pueden intervenir varias disciplinas, como el diseño industrial y la ingeniería mecánica, eléctrica y electrónica, así como comentarios de clientes, proveedores, especialistas en manufactura y equipos de gestión de proyectos.

El proceso de ingeniería de diseño es fundamental para el éxito de las empresas de diseño de máquinas. El objetivo del desarrollo del diseño es imaginar y acordar una máquina que beneficie tanto a los clientes como a la empresa. El desarrollo del diseño se ve limitado por el presupuesto, la capacidad de ingeniería y el tiempo de puesta en el mercado.

El proceso de diseño de máquinas es colaborativo y puede involucrar a especialistas en disciplinas como el diseño industrial y la ingeniería mecánica, eléctrica y electrónica. Se pueden incluir comentarios de las partes interesadas, como clientes, gestión de proyectos, adquisiciones, manufactura, instalación y mantenimiento.

El proceso de diseño de máquinas es repetitivo y cíclico, y las ideas pasan por varias rondas de creación de prototipos, pruebas, evaluación y revisión hasta que el diseño final se considera óptimo y lo suficientemente seguro para la producción.

El proceso de diseño de una máquina comienza con la definición del problema y, luego, una lluvia de ideas sobre posibles soluciones antes de crear prototipos, probarlos, recopilar comentarios y evaluar si el planteamiento del problema puede perfeccionarse, si hay que rechazar o aceptar las soluciones propuestas, o si estas pueden mejorarse con otro ciclo de desarrollo.

El software de diseño de máquinas ayuda a los diseñadores con la automatización de tareas, el seguimiento de procesos y la colaboración entre los diseñadores y las partes interesadas, como la gestión de proyectos, las adquisiciones, la manufactura o los clientes.

Entre los ejemplos de software de diseño de máquinas se incluye el software de diseño asistido por computadora (CAD) en 3D, que los diseñadores usan para crear modelos virtuales de sus diseños a fin de calcular la física del diseño o asegurarse de que los componentes móviles no colisionen. Esto ahorra tiempo en la creación de prototipos. Además, se pueden crear dibujos técnicos a partir del modelo CAD en 3D, lo que reduce el tiempo necesario para documentar y comunicar el diseño.

El software de ingeniería asistida por computadora (CAE) ayuda a que los diseñadores creen estudios de simulación que automatizan el cálculo de tensión, flujo de fluidos, dinámica térmica y vibración, lo que ahorra tiempo en las pruebas de prototipos físicos.

La creciente accesibilidad de la gestión de datos basada en la nube está acelerando el uso de la definición basada en modelos (MBD), o el uso del modelo CAD 3D para impulsar los procesos de manufactura posteriores, y reducir la necesidad de dibujos técnicos.

Algunos softwares para diseñar máquinas son:

• Diseño asistido por computadora (CAD): el CAD 3D se utiliza para crear modelos virtuales de componentes mecánicos, eléctricos o electrónicos, y sus relaciones. A partir del modelo 3D se generan automáticamente dibujos técnicos y una lista de materiales.
• MCAD: hace referencia al software CAD optimizado específicamente para el diseño mecánico, que incluye herramientas para diseñar elementos mecánicos como ejes, engranajes, muelles, levas, correas, conexiones atornilladas y armazones estructurales.
• ECAD: el software ECAD está optimizado específicamente para el diseño electrónico o de circuitos impresos (PCB), incluidos los esquemas, el diseño de trazas en 2D y el modelado en 3D.
• Visualización: el software de visualización se utiliza para crear imágenes generadas por computadora (CGI) o renderizaciones digitales de diseños para comunicar el diseño a clientes o socios. Las renderizaciones pueden ser imágenes estáticas fotorrealistas o animaciones que muestran cómo se ensambla o funciona el diseño.
  • El software y el hardware de realidad virtual (RV) o realidad aumentada (RA) pueden utilizarse para que las personas interactúen directamente con la CGI a fin de visualizar el diseño o capacitar a los operadores en un entorno seguro.
  • El gemelo digital aumenta el CGI con datos de sensores integrados en la máquina para optimizar el mantenimiento y el funcionamiento de la máquina y sus servicios de soporte.
• Ingeniería asistida por computadora (CAE): el software CAE o de simulación se utiliza para analizar el rendimiento de un diseño. Algunos ejemplos son el análisis de elementos finitos (FEA), que se utiliza para simular la tensión, o la dinámica de fluidos computacional (CFD), que se utiliza para simular el flujo de líquidos y gases.
• Análisis de tolerancia: el análisis de tolerancia se utiliza para automatizar el cálculo de acumulaciones de tolerancia y optimizar las tolerancias para garantizar la viabilidad de las piezas intercambiables minimizando el costo de manufactura.
• Diseño generativo: el diseño generativo es un enfoque único que difiere de la simulación o la reducción de peso. Mientras que la simulación utiliza un modelo CAD en 3D de un componente para analizar los efectos de la tensión en el diseño, el diseño generativo funciona a la inversa. El diseñador define las restricciones, como las cargas físicas, los materiales y los métodos de manufactura, y el diseño generativo produce varios modelos de componentes viables que cumplen los criterios de rendimiento. Luego, el diseñador puede eliminar las opciones de diseño en función de factores como el peso, el factor de seguridad, el costo o la estética, y seleccionar finalmente su diseño preferido entre las opciones restantes.

Autodesk proporciona a los innovadores tecnología de diseño y creación para el diseño y la ingeniería de productos, lo que les permite a los diseñadores de máquinas trabajar con fluidez entre proyectos, disciplinas e industrias.

El software de Autodesk para el diseño de máquinas incluye lo siguiente:

• Product Design and Manufacturing Collection que incluye lo siguiente:
  • Autodesk Inventor Herramientas profesionales de diseño e ingeniería de productos para diseño, simulación, visualización y documentación 3D de mecánica.
  • Inventor Nastran (inglés) Software con CAD integrado para la simulación térmica, de tensión no lineal, de vibración y de fatiga.
  • Inventor Tolerance Analysis (inglés) Software de análisis de acumulación de tolerancia para evaluar el impacto de la variación de las dimensiones.
  • Inventor Nesting (inglés) Software de anidamiento de formas verdaderas para Inventor que permite optimizar el rendimiento del material no procesado.
  • Inventor CAM (inglés) Solución de CAD/CAM integrada de 2,5 a 5 ejes para Inventor.
  • Vault Software de gestión de datos de productos para administrar archivos de diseño.
  • AutoCAD Software de CAD 2D y 3D con conjuntos de herramientas específicos de cada industria.
  • Factory Design Utilities (inglés) Software de diseño de fábricas para planificar, diseñar e instalar un diseño de producción eficiente.
  • Navisworks Software de revisión de diseños a gran escala con detección de conflictos y planificación.
  • ReCap Pro Software y servicios de captura de la realidad y exploración 3D.
  • 3Ds Max Software de renderización y animación 3D para la visualización del diseño.
  • Fusion 360 Software de CAD, CAM y CAE basado en la nube para el diseño y la manufactura de productos.
  • Fusion 360 Manage with Upchain PLM y PDM en la nube que conecta fácilmente datos, personas y procesos.
  • Design Review (inglés) El software de visualización CAD Design Review te permite ver, marcar, imprimir y realizar un seguimiento de los cambios en archivos 2D y 3D de forma gratuita, sin el software de diseño original.

Los dibujos mecánicos son dibujos técnicos creados para comunicar la finalidad del diseño, diagramar procesos, calcular patrones planos de chapa plegada, optimizar la fabricación con anidado o proporcionar instrucciones para la instalación y el mantenimiento. Los dibujos mecánicos se crean con programas de diseño que pertenecen a la categoría de diseño asistido por computadora (CAD).

• El software CAD como Autodesk AutoCAD automatiza el proceso tradicional de dibujos técnicos en 2D, con herramientas como copiar y pegar, bloques y el administrador de conjuntos de planos.
• El software CAD como Autodesk Inventor lleva la automatización de dibujos más allá, ya que genera dibujos mecánicos directamente a partir de un modelo CAD 3D creado por el diseñador. Esto puede acelerar el proceso de creación de dibujos mecánicos y garantiza que cualquier actualización del diseño se refleje automáticamente en todos los dibujos que hagan referencia al modelo.
• El software CAD como Autodesk Fusion 360 reúne en un solo software diseño, ingeniería, electrónica y manufactura, y conecta todo el proceso de desarrollo de productos en un software integrado basado en la nube que incluye CAD 3D, CAM, CAE y PCB.

El mejor software de diseño mecánico es el diseño asistido por computadora optimizado para el proceso de diseño mecánico (MCAD). Al evaluar el software MCAD, tenga en cuenta lo siguiente:

• Modelado 3D de piezas y ensamblajes para conceptualizar las dimensiones físicas y las relaciones espaciales del diseño
• Bibliotecas ampliables de componentes mecánicos y eléctricos, como tuercas, pernos, arandelas, juntas tóricas, rodamientos, teclas, engranajes, correas y muelles
• Aceleradores de diseño mecánico para automatizar el diseño y el modelado de elementos como conexiones atornilladas, ejes, levas y sistemas de poleas.
• Conjuntos de herramientas específicos que automatizan el diseño y modelado de componentes de chapa de metal, armazones estructurales, placas de circuitos impresos, arneses de cables, tuberías y gabinetes de plástico.
• Capacidad de utilizar modelos CAD para evaluar las propiedades físicas de los diseños, como la tensión, la temperatura, las vibraciones y el flujo de fluidos.
• Capacidad para implementar el diseño basado en modelos (MBD) con herramientas de anotación basada en modelos (MBA), dimensionamiento geométrico y tolerancia (GD&T) y análisis de acumulación de tolerancia.
• Herramientas de visualización para crear imágenes generadas por computadora (CGI) para comunicaciones, ventas y marketing, incluidas las renderizaciones fotorrealistas y videos animados.
• Capacidad de colaborar y compartir diseños de forma segura para recibir comentarios, revisarlos y aprobarlos.
• Capacidad de colaborar en un modelo CAD compartido con especialistas de otros sectores, como el diseño estructural, el diseño civil o el BIM.
• Capacidad de utilizar el modelo CAD para tareas de preparación de la manufactura como planos de manufactura, creación de listas de materiales (BOM), anidamiento de chapas de metal y programación de CNC.
• Gestión de datos de producto (PDM) integrada para administrar de forma segura los archivos con controles de permisos, un proceso de lanzamiento y órdenes de modificación de ingeniería.

Las empresas que fabrican máquinas como productos sienten la presión de brindar soluciones innovadoras para satisfacer las demandas de los clientes y lanzarlas al mercado antes que la competencia.

La clave para un desarrollo de máquinas exitoso reside en la ingeniería de diseño, que garantiza que las máquinas no solo satisfagan las necesidades del cliente, sino que también generen ganancias para la empresa.

Las decisiones tomadas durante el desarrollo del diseño pueden afectar la calidad, los componentes, los materiales, los procesos de manufactura y la facilidad de uso de la máquina durante su ciclo de vida.

El software de diseño de máquinas, como el diseño asistido por computadora (CAD) y la ingeniería asistida por computadora (CAE), beneficia a las empresas y a los profesionales, ya que automatiza los procesos de diseño y gestiona la información de los datos, lo que permite a los diseñadores e ingenieros tomar decisiones oportunas y eficaces que aumentan el éxito del producto, ayudan a la eficiencia operativa y mejoran el tiempo de puesta en el mercado.

El software de diseño asistido por computadora (CAD) se utiliza en varios puntos del proceso de manufactura.

Durante la fase de diseño, los diseños CAD se comparten con el equipo de manufactura a fin de evaluar el diseño para manufactura y ensamblaje (DfMA). Los comentarios del equipo de manufactura pueden incorporarse al diseño, para que sea más eficiente y, por lo tanto, más rentable de manufacturar.

Una vez finalizado el desarrollo del diseño, se autoriza su fabricación. El equipo de manufactura utiliza el CAD en el diseño de plantillas, accesorios y dispositivos "stop-go" para el control de calidad.

La manufactura asistida por computadora (CAM) utiliza el modelo CAD 3D para la programación de control numérico por computadora (CNC), que automatiza los movimientos de la máquina de manufactura. La convergencia de CAD y CAM permite que la programación CNC se realice con el mismo software que CAD, con la ventaja de que los cambios en el modelo CAD actualizan automáticamente las trayectorias de las herramientas CAM.

Una vez fabricados los componentes, los datos CAD y CAM se combinan para la inspección asistida por computadora (CAI) y el control de calidad. El componente manufacturado se compara con el modelo CAD mediante dispositivos de metrología para evaluar el cumplimiento de las tolerancias y los acabados de superficie especificados.