機器是將電力轉換為動力的實體系統。簡單的機器範例包括楔形塊、槓桿和滑輪。複雜的機器則需協調多種零件，包括機械、電氣和電子元件。許多現代化機器都是由電腦控制，並使用軟體介面進行程式設計和監控。

機器設計是構思和建立實體系統以滿足能源、航太、汽車、農業、海運和製造等產業客戶需求的過程。

機器設計流程中，不僅需要應用物理學以使用電力驅動各項零件，還要規畫元件互動、考量安裝限制、設定材料，與此同時，也必須兼顧專案時程及利潤。

技術圖面和 3D 電腦輔助設計 (CAD) 模型通常是為了在利害關係人之間傳達和審閱設計，以及協調設計流程而建立。

最終輸出的結果是製造、委託和服務所需的資訊，其中可能包括技術圖面、書面規格和材料表 (BOM)。

參與這項過程的角色涵蓋工業設計師、機械、電氣或電子工程師、模擬專家、CAD 設計師和 CAD 製圖師。

機器設計師必須統合數學原理、工程物理學、產業知識和專業軟體來解決客戶問題，概念發想到詳細製圖，一步步完成新產品的設計。

機器設計圖必須滿足客戶需求而且能夠產生利潤。設計團隊會透過電腦輔助設計 (CAD) 模型、技術圖面、材料表 (BOM) 和規格，與客戶、製造和採購等利害關係人進行溝通。

機器設計需要協同合作並涉及多個領域，包括工業設計、機械、電氣和電子工程，還包括來自客戶、供應商、製造專家和專案管理團隊的意見反應。

設計與工程開發流程對於機器設計公司的成功至關重要。其最終目標是構想對客戶和開發商雙方都有益的設計並達成共識。應考量的限制則包括預算、工程能力和上市時間等。

機器設計流程需要協同合作，參與者可能包含工業設計、機械、電氣、電子工程等領域的專家。同時也應該將客戶、專案管理、採購、製造、安裝和服務等利害關係人的意見納入考量。

機器設計流程是一個反覆與循環的過程，最初的構想將會經歷多輪的原型製作、測試、評估和審閱，直到最終設計達到最佳狀態而且非常可靠，足以開始生產為止。

機器設計流程從定義問題開始，接著集思廣益找出潛在的解決方案，然後是建立並測試原型、收集意見反應，接著評估能否進一步細化問題陳述。最後，才能決定是否採納、否決該解決方案，或是開啟新一輪的開發週期加以改進。

機器設計軟體可為設計師提供協助，包括自動執行工作、追蹤流程，以及促進設計師和專案管理、採購、製造、客戶等利害關係人之間的協同合作

機器設計軟體的範例包括 3D 電腦輔助設計 (CAD) 軟體，設計師可以在其中建立虛擬模型以計算物理屬性，並確保元件不會在移動過程中發生碰撞。這樣可節省建立原型的時間。此外，3D CAD 模型可以產生技術圖面，進而減少記錄和溝通設計所花費的時間。

電腦輔助工程 (CAE) 軟體可協助設計師建立模擬研究，自動計算應力、流體流動、熱力學及震動數值，省下實體原型測試的時間。

隨著雲端資料管理的普及，越來越多人採用「以模型為基礎的定義 (MBD)」，或者使用 3D CAD 模型來推動下游製造流程，進而減少技術圖面的需求。

設計機器的軟體可能包括：

• 電腦輔助設計 (CAD)：3D CAD 可用來建立機械、電氣或電子元件及其關係的虛擬模型。技術圖面和材料表 (BOM) 可從 3D 模型自動產生。
• MCAD：專為機器設計而打造 CAD 軟體，內含用來設計軸、齒輪、彈簧、凸輪、皮帶、螺栓連接和結構框架等機械元素的工具。
• ECAD：ECAD 是專為電子或印刷電路板 (PCB) 設計打造軟體，內含電路圖、2D 佈線配置和 3D 建模。
• 視覺化：視覺化軟體用來建立設計的電腦合成影像 (CGI) 或數位彩現，以協助向客戶或合作夥伴傳達設計。彩現可以是擬真靜態影像或動畫，用以展示設計的組裝或運作方式。
  • 虛擬實境 (VR) 或增強實境 (AR) 軟體和硬體可幫助使用者直接和 CGI 互動，以協助進行視覺化設計或者在安全環境中訓練操作人員。
  • 數位分身可利用機器內建感測器的資料增強 CGI，以最佳化機器及其支援服務的維護和運作。
• 電腦輔助工程 (CAE)：CAE 或模擬軟體可用於分析設計的效能，包括模擬應力的有限元素分析 (FEA)，或者模擬液體和氣體流動的計算流體動力學 (CFD)。
• 公差分析：公差分析用來自動計算公差疊加以及將公差最佳化，以確保可互換零件的可行性，同時將製造成本降至最低。
• 生成設計：生成設計是不同於模擬或輕量化設計的獨特方法。模擬是使用元件的 3D CAD 模型來分析應力對設計的影響，而生成設計則恰恰相反。設計師需要先設定一些約束條件，例如實體負載、材料和製造方
  法，然後由系統產生多個符合效能準則的可行元件模型。接著，設計師可以根據重量、安全係數、成本或美感等因素排除設計選項，最後從剩餘的選項中選出定案版本。

為了協助推動機器設計領域的革新，Autodesk 為所有優秀設計師提供了一系列的設計與製造軟體，讓您能不受專案、領域和產業的限制隨心創作。

Autodesk 機器設計軟體包括：

• 產品設計與製造軟體集，內含：
  • Autodesk Inventor，用於 3D 機械設計、模擬、視覺化和文件製作的專業級產品設計與工程工具。
  • Inventor Nastran，用於非線性應力、熱、震動和疲勞模擬的內嵌 CAD 軟體。
  • Inventor Tolerance Analysis，用於評估尺寸變化影響的公差疊加分析軟體。
  • Inventor Nesting，Inventor 專用的真實造型排版軟體，可以盡可能提高原物料的利用率。
  • Inventor CAM，Inventor 專用的整合式 2.5 軸到 5 軸 CAD/CAM 程式設計解決方案。
  • Vault，用於管理設計檔案的產品資料管理軟體。
  • AutoCAD，內含產業專用工具集的 2D 與 3D CAD 軟體。
  • Factory Design Utilities，用來規劃、設計和安裝高效產線配置的工廠設計軟體。
  • Navisworks，內含衝突偵測與排程功能的大型設計審閱軟體。
  • ReCap Pro，實景擷取以及 3D 掃描軟體與服務。
  • 3Ds Max，用於將設計視覺化的 3D 彩現與動畫軟體。
  • Fusion 360，用於產品設計與製造的雲端 CAD/CAM/CAE 軟體。
  • Fusion 360 Manage with Upchain，可讓您輕鬆連結資料、人員和流程的雲端 PLM 和 PDM。
  • Design Review，Design Review CAD 檢視器軟體可讓您免費檢視、標示、列印和追蹤 2D 和 3D 檔案的變更，而且無需使用原始設計軟體。

機器設計圖是一種技術圖面，其建立目的是傳達設計意圖、圖表處理、計算折疊板金展開圖、使用排版最佳化製造流程，或者提供安裝和維護的相關指示。建立機械圖面，應使用電腦輔助設計 (CAD) 類的設計軟體。

• Autodesk AutoCAD 之類的 CAD 軟體透過複製和貼上、圖塊、圖紙集管理員等工具自動執行傳統的 2D 技術圖面處理。
• Autodesk Inventor 之類的 CAD 軟體是更強大的自動製圖軟體，可直接從設計師建立的 3D CAD 模型產生機械圖面。這可加速機械圖面的建立流程，並確保每一項設計變更都會自動記錄在參考模型的所有圖紙中。
• Autodesk Fusion 360 之類的 CAD 軟體將設計、工程、電子和製造軟體整合成一體，藉此將整個產品開發過程都連結到單一的整合式雲端軟體中，包括 3D CAD、CAM、CAE 和 PCB。

最好的機器設計軟體就是專為機械設計流程 (MCAD) 打造的電腦輔助設計系統。評估 MCAD 軟體時，請注意以下事項：

• 零件與組件的 3D 建模，可展現設計的實體規模與空間關係
• 可擴充的機械和電氣元件資源庫，例如螺帽、螺栓、墊圈、O 型環、軸承、鍵、輪齒、皮帶和彈簧
• 機械設計加速器，可針對螺栓連接、軸、凸輪和滑輪系統等項目自動進行設計和建模
• 特定工具集，可針對板金元件、結構框架、PCB、電纜線束、配管管路和塑膠外殼進行自動設計和建模
• 能否利用 CAD 模型，評估應力、熱、震動、流體流動等物理特性對設計的影響
• 使用模型式註解 (MBA)、幾何標註與公差 (GD&T) 以及公差堆疊分析等工具實作模型式設計 (MBD) 的能力
• 視覺化工具，可建立包括擬真彩現和動畫影片在內的電腦合成圖像 (CGI) 以進行溝通、銷售和行銷
• 安全的協同合作工具，協助分享設計圖稿並收集回饋、進行審閱與簽收
• 在共用 CAD 模型上與結構設計、土木設計或 BIM 等其他產業的專家展開協同合作的能力
• 使用 CAD 模型進行製造準備工作的能力，例如製造圖面、建立材料表 (BOM)、板金排版和 CNC 程式設計
• 整合式產品資料管理 (PDM)，透過權限控制、發行流程和工程變更命令安全地管理檔案

機器製造商不僅需要為客戶量身打造創新的解決方案，還必須趕在競爭對手之前推出。

而機器開發的成敗，則取決於設計工程，不僅要確保成品符合客戶的需求，也要為製造商創造利潤。

設計開發期間所做的決策會影響品質、元件、材料、製造流程和機器在生命週期中的易用性。

電腦輔助設計 (CAD) 和電腦輔助工程 (CAE) 等機器設計軟體可自動執行設計流程並管理資料分析報告，讓設計師和工程師能夠及時做出有效決策，進而提高產品成功率、輔助運作效率，以及縮短上市時間，讓企業和從業者獲得極大的效益。

在製造過程中，有多個地方用到電腦輔助設計軟體 (CAD)。

在設計階段，製造團隊可共用 CAD 設計以評估「製造與裝配導向 (DFmA)」的實用性。製造團隊的意見反應可納入設計中，以協助設計更有效率，進而在製造時帶來更多效益。

設計開發完成後，將會付諸製造。製造團隊可以利用 CAD 設計夾具、裝置和品管用的暫停機制。

電腦輔助製造 (CAM) 使用 3D CAD 模型進行電腦數值控制 (CNC) 程式設計，以自動執行製造機器的動作。C透過 CAD 與 CAM 的統合，CNC 程式設計就能與 CAD 共用相同的軟體，如此一來，變更 CAD 模型時就會自動更新 CAM 刀具路徑。好處在於對 CAD 模型進行的變更可自動更新 CAM 刀具路徑。

元件製作完成後，CAD 資料和 CAM 資料將一起用於電腦輔助檢測 (CAI) 和品質控制。製造的元件將會使用計量裝置與 CAD 模型進行比較，以評估是否符合指定的公差和表面紋理。