Maszyny są to fizyczne układy, które przekształcają energię w działanie. Przykładami prostych maszyn są klin, dźwignia i koło pasowe. Złożone maszyny zawierają wiele współdziałających ze sobą części, w tym mechanicznych, elektrycznych i elektronicznych. Wiele nowoczesnych maszyn jest sterowanych komputerowo i programowanych oraz monitorowanych za pomocą interfejsu oprogramowania.

Projektowanie maszyn to proces odwzorowania i tworzenia fizycznych układów spełniających potrzeby klientów z takich branż jak energetyka, aeronautyka, motoryzacja, rolnictwo, sektor morski i produkcja.

Proces projektowania maszyn obejmuje poznanie zagadnień fizycznych potrzebnych do przekształcenia energii w działanie mające na celu wykonanie zamierzonego zadania, planowanie interakcji między komponentami, dopasowanie do warunków projektu oraz scharakteryzowanie materiałów przy jednoczesnym uwzględnieniu harmonogramu projektu i marży.

Tworzone są zazwyczaj rysunki techniczne i modele 3D projektów komputerowych (CAD) (angielski) w celu przedstawienia projektu i jego recenzowania oraz koordynowania współpracy różnych uczestników nad procesem projektowania.

Ostatecznym wynikiem procesu projektowania maszyn są informacje wymagane do wykonania, uruchomienia i obsługi urządzenia. Mogą to być rysunki techniczne, pisemna specyfikacja i zestawienie komponentów.

Praca w projektowaniu maszyn może obejmować stanowiska projektantów przemysłowych, inżynierów mechaników, elektryków lub elektroników, specjalistów ds. symulacji oraz projektantów i kreślarzy CAD.

Projektanci maszyn posługują się zasadami matematyki, fizyką inżynieryjną, wiedzą branżową i specjalistycznym oprogramowaniem, aby rozwiązywać problemy klientów i opracowywać pomysły od etapu koncepcji do szczegółowego projektu.

Szczegółowy projekt musi spełniać wymagania klienta i przynosić zysk. Projekt jest przedstawiany jego uczestnikom, takim jak klienci, dział produkcji i zaopatrzenia, w postaci modelu CAD, rysunków technicznych, zestawienia komponentów (BOM) (angielski) i specyfikacji.

Projektowanie maszyn opiera się na współpracy i może obejmować wiele dziedzin, w tym projektowanie przemysłowe, inżynierię mechaniczną, elektryczną i elektroniczną, a także uwzględniać opinie klientów, dostawców, działu produkcji i zarządzania projektem.

Proces inżynierii projektowania ma kluczowe znaczenie dla firm projektujących maszyny. Celem opracowywania projektów jest stworzenie koncepcji maszyny i uzgodnienie rozwiązania, które przyniesie korzyści zarówno klientom, jak i firmie. Opracowywanie projektów jest ograniczone budżetem, możliwościami inżynierskimi i czasem wprowadzania produktów na rynek.

Proces projektowania maszyn opiera się na współpracy obejmującej wiele dziedzin, takich jak projektowanie przemysłowe, inżynieria mechaniczna, elektryczna i elektroniczna. Opinie mogą przekazywać różni uczestnicy projektu, w tym klienci, dział zarządzania projektem, zaopatrzenia, produkcji, instalacji i serwisu.

Proces projektowania maszyn jest powtarzalny i cykliczny, a kolejne pomysły przechodzą przez wiele rund prototypowania, testowania, oceny i weryfikacji, aż do uzyskania ostatecznego projektu, który zostanie uznany za optymalny i na tyle niezawodny, aby przekazać go do etapu produkcji.

Proces projektowania maszyn rozpoczyna się od zdefiniowania problemu. Następnie odbywa się burza mózgów, podczas której powstają koncepcje potencjalnych rozwiązań. Na podstawie tych rozwiązań tworzone są prototypy, które są testowane. Po zebraniu opinii i ocenie możliwości dalszego dopracowania problemu podejmowana jest decyzja, czy proponowane rozwiązania mają zostać odrzucone, czy zaakceptowane oraz czy można je udoskonalić w kolejnym cyklu rozwoju.

Oprogramowanie do projektowania maszyn pomaga projektantom automatyzować zadania i śledzić procesy oraz umożliwia współpracę między projektantami i innymi uczestnikami projektu, takimi jak dział zarządzania projektem, zaopatrzenia czy produkcji bądź klienci.

Przykładem oprogramowania do projektowania maszyn jest oprogramowanie 3D do projektowania komputerowego (CAD) (angielski), którego projektanci używają do tworzenia wirtualnych modeli projektów, aby ułatwić obliczenia parametrów fizycznych lub zapewnić, że ruchome komponenty nie będą kolidować ze sobą. W ten sposób oszczędza się czas poświęcany na tworzenie prototypów. Ponadto na podstawie modelu CAD 3D można tworzyć rysunki techniczne, co skraca czas potrzebny na dokumentowanie i przedstawienie projektu.

Oprogramowanie do inżynierii wspomaganej komputerowo (CAE) (angielski) pomaga projektantom tworzyć analizy symulacyjne, które zapewniają automatyzację obliczania naprężeń, przepływu płynów, termodynamiki i drgań. Pozwala to zaoszczędzić czas poświęcany na testy prototypów fizycznych.

Ułatwienie dostępu do zarządzania danymi w chmurze przyspiesza wykorzystanie definicji opartej na modelu (MBD) lub modelu CAD 3D do wspomagania procesów produkcyjnych na dalszych etapach, ograniczając konieczność opracowywania rysunków technicznych.

Oprogramowanie do projektowania maszyn może obejmować:

• Projektowanie komputerowe (CAD): oprogramowanie CAD 3D służy do tworzenia wirtualnych modeli komponentów mechanicznych, elektrycznych lub elektronicznych oraz ich zależności. Na podstawie modelu 3D są automatycznie generowane rysunki techniczne i zestawienia komponentów (BOM).
• MCAD: odnosi się do oprogramowania CAD, które jest specjalnie zoptymalizowane pod kątem projektowania mechanicznego, w tym narzędzi do projektowania elementów mechanicznych, takich jak wały, przekładnie zębate, sprężyny, krzywki, pasy, połączenia śrubowe i ramy konstrukcyjne.
• ECAD: oprogramowanie ECAD jest zoptymalizowane pod kątem projektowania płytek obwodów elektronicznych lub drukowanych (PCB), w tym schematów, układu ścieżek 2D i modelowania 3D.
• Wizualizacja: oprogramowanie do wizualizacji służy do tworzenia obrazów generowanych komputerowo (CGI) lub cyfrowego renderowania projektów w celu łatwiejszego przedstawienia projektu klientom lub partnerom. Renderowanie może obejmować fotorealistyczne nieruchome obrazy lub animacje przedstawiające sposób montażu lub działania projektu.
  • Oprogramowanie i sprzęt do obsługi rzeczywistości wirtualnej (VR) lub rozszerzonej (AR) mogą być używane do bezpośredniej interakcji użytkowników z obrazami CGI w celu wizualizacji projektu lub do szkolenia operatorów w bezpiecznym środowisku.
  • Bliźniak cyfrowy pozwala na rozszerzenie obrazów CGI o dane z czujników wbudowanych w maszynę, aby zoptymalizować konserwację i działanie maszyny oraz usługi pomocnicze.
• Inżynieria wspomagana komputerowo (CAE): oprogramowanie CAE lub oprogramowanie do symulacji służy do analizy parametrów projektu. Do przykładów analiz należy analiza metodą elementów skończonych (MES), która pozwala symulować naprężenia, lub symulacja obliczeniowa mechaniki płynów, stosowana do badania przepływu cieczy i gazów.
• Analiza tolerancji: analiza tolerancji służy do automatyzacji obliczania sumowań tolerancji i optymalizacji tolerancji w celu zapewnienia wykonalności wymiennych części przy minimalizacji kosztów produkcji.
• Projektowanie generatywne: projektowanie generatywne (angielski) to unikalne podejście, które różni się od symulacji czy zmniejszania masy. Symulacje wykorzystują model CAD 3D komponentu do analizy wpływu naprężeń na projekt, natomiast projektowanie generatywne funkcjonuje na odwrotnych zasadach. Projektant ustala warunki, takie jak obciążenia fizyczne, materiały i metody produkcji, a projektowanie generatywne pozwala na wygenerowanie wielu modeli opłacalnych komponentów, które spełniają kryteria parametryczne. Projektant może następnie eliminować warianty projektu na podstawie takich czynników jak masa, bezpieczeństwo, koszt lub estetyka, aby na koniec wybrać preferowany projekt z pozostałych wariantów.

Autodesk zapewnia innowatorom technologie projektowania i wytwarzania niezbędne do projektowania i inżynierii produktów. Umożliwiają one projektantom maszyn elastyczną pracę obejmującą różne obszary projektu, dziedziny i branże.

Do oferowanego przez Autodesk oprogramowania do projektowania maszyn należy

• kolekcja Product Design and Manufacturing Collection obejmująca poniższe programy:
  • Autodesk Inventor — profesjonalne narzędzia do projektowania 3D elementów mechanicznych i inżynierii, symulacji i wizualizacji oraz tworzenia dokumentacji.
  • Inventor Nastran (angielski) — wbudowane w oprogramowanie CAD narzędzie do symulowania naprężeń nieliniowych, obciążeń termicznych, drgań i zmęczenia materiału.
  • Inventor Tolerance Analysis (angielski) — oprogramowanie do analizy sumowania tolerancji umożliwiające określanie wpływu zmienności wymiarów.
  • Inventor Nesting (angielski) — uzupełniające program Inventor oprogramowanie do rozmieszczania rzeczywistych kształtów, które pozwala optymalizować uzysk z surowców.
  • Inventor CAM (angielski) — rozwiązanie CAD/CAM do programowania 2,5- do 5-osiowego obrabiarek zintegrowane z programem Inventor.
  • Vault — oprogramowanie do zarządzania danymi produktów pomagające w administrowaniu plikami projektowymi.
  • AutoCAD — oprogramowanie CAD 2D i 3D z zestawami narzędzi branżowych.
  • Factory Design Utilities (angielski) — oprogramowanie do projektowania zakładów przemysłowych umożliwiające planowanie, projektowanie i instalowanie wydajnych linii produkcyjnych.
  • Navisworks Manage — oprogramowanie do recenzowania dużych projektów z funkcjami wykrywania kolizji i generowania zestawień.
  • ReCap Pro — oprogramowanie i usługi do rejestrowania rzeczywistości i skanowania 3D.
  • 3Ds Max — oprogramowanie do renderowania i animacji 3D na potrzeby wizualizacji projektów.
  • Fusion 360 — chmurowe oprogramowanie CAD/CAM/CAE do projektowania i wytwarzania produktów.
  • Fusion 360 Manage with Upchain (angielski) — oparte na chmurze oprogramowanie do zarządzania danymi produktów (PDM) oraz zarządzania cyklem życia produktu (PLM), które umożliwia łatwe łączenie danych, osób i procesów.
  • Design Review (angielski)— przeglądarka CAD Design Review, która umożliwia bezpłatne wyświetlanie, oznaczanie i drukowanie plików 2D i 3D oraz śledzenie zmian w tych plikach bez konieczności posiadania pierwotnego programu do projektowania.

Rysunki mechaniczne to rysunki techniczne (angielski) tworzone w celu przedstawiania koncepcji projektu, opracowywania wykresów procesów, obliczania rozwinięć blachy zagiętych konstrukcji, optymalizowania wytwarzania i rozmieszczania konstrukcji blachowych oraz dostarczania instrukcji instalacji i konserwacji. Rysunki mechaniczne są tworzone w oprogramowaniu projektowym, które należy do kategorii oprogramowania do projektowania komputerowego (CAD).

• Oprogramowanie CAD, takie jak Autodesk AutoCAD, pozwala na zautomatyzowanie tradycyjnego procesu tworzenia rysunków technicznych 2D za pomocą takich narzędzi jak kopiowanie i wklejanie, bloki i menedżer zestawów arkuszy.
• Oprogramowanie CAD, takie jak Autodesk Inventor, pozwala jeszcze w większym stopniu automatyzować rysowanie przez generowanie rysunków mechanicznych bezpośrednio na podstawie modelu CAD 3D utworzonego przez projektanta. Można w ten sposób przyspieszyć proces tworzenia rysunków mechanicznych i zapewnić, że wszystkie zmiany w projekcie będą automatycznie odzwierciedlane na każdym rysunku, który odwołuje się do modelu.
• Oprogramowanie CAD, takie jak Autodesk Fusion 360, łączy w sobie oprogramowanie do projektowania, inżynierii, elektroniki i produkcji. Spaja cały proces rozwoju produktu w jednym zintegrowanym, opartym na chmurze środowisku, zawierającym narzędzia CAD 3D, CAM, CAE i PCB.

Najlepsze oprogramowanie do projektowania mechanicznego to oprogramowanie do projektowania komputerowego, które zostało zoptymalizowane pod kątem procesu projektowania elementów mechanicznych (MCAD). Podczas oceny oprogramowania MCAD należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:

• modelowanie 3D części i zespołów w celu stworzenia koncepcji wymiarów fizycznych i zależności przestrzennych projektu;
• rozbudowywalne biblioteki komponentów mechanicznych i elektrycznych, takich jak nakrętki, śruby, podkładki, pierścienie uszczelniające, łożyska, klucze, koła zębate, pasy i sprężyny;
• akceleratory projektowania mechanicznego, automatyzujące projektowanie i modelowanie takich elementów, jak połączenia śrubowe, wały, krzywki i systemy kół pasowych;
• specjalne zestawy narzędzi automatyzujące projektowanie i modelowanie komponentów z blachy, ram konstrukcyjnych, płytek drukowanych, wiązek przewodów, przebiegów instalacji rurowych i osłon z tworzyw sztucznych;
• możliwość korzystania z modeli CAD w celu oceny projektów właściwości fizycznych, takich jak naprężenia, obciążenia termiczne, drgania i przepływ płynów;
• możliwość wdrożenia projektowania opartego na modelu za pomocą narzędzi do tworzenia adnotacji opartych na modelu, wymiarowania geometrycznego i obliczania tolerancji oraz analizy sumowania tolerancji;
• narzędzia do wizualizacji umożliwiające tworzenie obrazów generowanych komputerowo (CGI) na potrzeby komunikacji, sprzedaży i marketingu, w tym fotorealistyczne renderowanie i opracowywanie filmów animowanych;
• możliwość współpracy dzięki bezpiecznemu udostępnianiu projektów w celu przekazywania opinii, recenzowania i ostatecznego zatwierdzania;
• możliwość współpracy na wspólnym modelu CAD ze specjalistami z innych branż, takich jak projektowanie konstrukcyjne, projektowanie obiektów inżynierii lądowej czy BIM;
• możliwość wykorzystania modelu CAD do zadań związanych z przygotowywaniem produkcji, takich jak opracowywanie rysunków produkcyjnych, tworzenie zestawień komponentów, rozmieszczanie konstrukcji blachowych i programowanie CNC;
• zintegrowane zarządzanie danymi produktów (PDM) umożliwiające bezpieczne administrowanie plikami z użyciem kontroli uprawnień, procesem przekazywania do produkcji i zleceniami zmian inżynieryjnych.

Firmy wytwarzające maszyny jako produkty odczuwają presję na dostarczanie innowacyjnych rozwiązań spełniających wymagania klientów i wprowadzanie ich na rynek, zanim zrobi to konkurencja.
 

Kluczowym elementem pomyślnego opracowywania maszyn jest inżynieria projektowania, która gwarantuje, że maszyny nie tylko spełnią oczekiwania klientów, lecz także przyniosą zysk firmie.

Decyzje podjęte podczas opracowywania projektów mogą mieć wpływ na jakość, komponenty, materiały, procesy produkcyjne i użyteczność maszyny w całym jej cyklu życia.

Oprogramowanie do projektowania maszyn, takie jak programy do projektowania komputerowego (CAD) i inżynierii wspomaganej komputerowo (CAE), przynosi korzyści firmom i specjalistom przez automatyzację procesów projektowania i zarządzanie danymi. Umożliwia to projektantom i inżynierom podejmowanie szybkich i efektywnych decyzji, które przyczyniają się do powodzenia produktu, pomagają podnosić efektywność operacyjną i skracają czas wprowadzania produktu na rynek.

Oprogramowanie do projektowania komputerowego (CAD) jest używane w wielu miejscach procesu produkcyjnego.
 

Na etapie projektowania projekty CAD są udostępniane zespołowi produkcyjnemu w celu oceny projektu pod kątem produkcji i montażu. Opinie zespołu produkcyjnego można włączyć do projektu, co zwiększy jego efektywność, a tym samym opłacalność wytwarzania.

Po zakończeniu opracowywania projektów są one przekazywane do produkcji. Oprogramowanie CAD jest używane przez zespół produkcyjny do projektowania przyrządów, osprzętu i urządzeń z funkcją zatrzymania do kontroli jakości.

W produkcji wspomaganej komputerowo (CAM) (angielski) wykorzystuje się model CAD 3D do programowania sterowania numerycznego (CNC), które automatyzuje ruchy maszyn produkcyjnych. Konwergencja programów CAD i CAM umożliwia programowanie CNC przy użyciu tego samego oprogramowania CAD, dzięki czemu zmiany w modelu CAD automatycznie pozwolą zaktualizować ścieżki narzędzi CAM.

Po wyprodukowaniu komponentów dane CAD i CAM są używane łącznie do kontroli wspomaganej komputerowo (CAI) i zapewniania jakości. Wyprodukowany komponent jest porównywany z modelem CAD za pomocą urządzeń metrologicznych w celu oceny dotrzymania określonych tolerancji i poprawnego wykończenia powierzchni.