Máquinas são sistemas físicos que convertem energia em ação. Exemplos de máquinas simples são a cunha, a alavanca e a polia. Máquinas complexas têm muitas peças que trabalham juntas, incluindo componentes mecânicos, elétricos e eletrônicos. Muitas máquinas modernas são controladas por computador e programadas e monitoradas usando uma interface de software.

O projeto de máquinas é o processo de imaginar e criar sistemas físicos que atendem às necessidades dos clientes em setores como energia, aeroespacial, automotivo, agricultura, marinha e manufatura.

O processo de projeto de máquinas inclui compreender a física necessária para transformar energia em ação com o objetivo de completar a tarefa pretendida, planejar interações entre componentes, garantir o ajuste adequado dentro das restrições do projeto e especificar materiais, considerando ao mesmo tempo os cronogramas do projeto e a margem de lucro.

Desenhos técnicos e modelos CAD (Projeto auxiliado por computador) 3D são normalmente criados para comunicar e revisar o projeto e coordenar o processo desse projeto entre as partes interessadas.

O resultado final do processo de projeto de uma máquina são as informações necessárias para fazer, comissionar e realizar a manutenção do projeto, podendo incluir desenhos técnicos, uma especificação escrita e uma lista de materiais (BOM).

Alguns cargos em projetos de máquinas incluem os de projetista industrial, engenheiro mecânico, elétrico ou eletrônico, especialista em simulação, projetista de CAD e desenhista de CAD.

Projetistas de máquinas usam princípios matemáticos, engenharia física, conhecimento do setor e softwares especializados para resolver os problemas dos clientes e desenvolver uma ideia para uma máquina, desde o estágio conceitual até o projeto detalhado.

O projeto detalhado deve atender às necessidades do cliente e ser entregue de maneira rentável. O projeto é comunicado às partes interessadas, como clientes e as equipes de manufatura e aquisição, por meio de um modelo CAD (projeto auxiliado por computador), desenhos técnicos, uma lista de materiais (BOM) e uma especificação.

O projeto de máquinas é colaborativo e pode incluir várias disciplinas, incluindo projeto industrial e engenharia mecânica, elétrica e eletrônica, e também inclui o feedback de clientes, fornecedores, especialistas em manufatura e equipes de gerenciamento de projetos.

O processo de engenharia de projeto é crucial para o sucesso das empresas de projeto de máquina. O objetivo do desenvolvimento de projetos é imaginar e chegar a um acordo sobre uma máquina que beneficie tanto os clientes quanto a empresa. O desenvolvimento de projetos é limitado pelo orçamento, pela capacidade de engenharia e pelo tempo de comercialização.

O processo de projeto de máquina é colaborativo e pode envolver o trabalho conjunto de especialistas em disciplinas como projeto industrial e engenharia mecânica, elétrica e eletrônica. Ele também pode incluir o feedback de partes interessadas, como clientes, gerência de projetos e equipes de aquisição, manufatura, instalação e manutenção.

O processo de engenharia de projetos é iterativo e cíclico. As ideias passam por várias etapas de prototipagem, teste, avaliação e revisão, até que o projeto final seja considerado ideal e suficientemente confiável para produção.

O processo de engenharia de projetos começa com a definição do problema, seguida de sessões de discussão sobre as possíveis soluções antes dos estágios de criação de protótipos, testes, coleta de feedback e avaliação da possibilidade ou não de refinar ainda mais a declaração de problema, se as soluções propostas devem ser aceitas ou recusadas e se as soluções podem ser aprimoradas com outro ciclo de desenvolvimento.

Um software de projeto de máquinas ajuda os projetistas automatizando tarefas, controlando processos e possibilitando a colaboração entre projetistas e partes interessadas, como a gerência do projeto, as equipes de aquisição e manufatura ou os clientes.

Entre os exemplos de software de projeto de máquinas estão softwares de CAD (projeto auxiliado por computador) 3D, que os projetistas usam para criar modelos virtuais de seus projetos com o objetivo de ajudar a calcular a física do projeto ou para garantir que não haja interferência entre os componentes móveis. Isso poupa tempo na criação de protótipos. Além disso, desenhos técnicos podem ser criados a partir do modelo CAD 3D, reduzindo o tempo necessário para documentar e comunicar o projeto.

Softwares de engenharia assistida por computador (CAE) ajudam os projetistas a criar estudos de simulação que automatizam o cálculo de tensão, vazão de fluidos, dinâmica térmica e vibração, o que poupa tempo nos testes de protótipos físicos.

O aumento da acessibilidade do gerenciamento de dados com base na nuvem está acelerando o uso de definições com base em modelo (MBDs) ou o uso de modelos CAD 3D para impulsionar processos de manufatura de nível superior, reduzindo a necessidade de desenhos técnicos.

The increased accessibility of cloud-based data management is accelerating the use of model-based definition (MBD), or the use of the 3D CAD model to drive downstream manufacturing processes, reducing the need for technical drawings.

Softwares para projetar máquinas podem incluir:

• Projeto auxiliado por computador (CAD): o CAD 3D é usado para criar modelos virtuais de componentes mecânicos, elétricos ou eletrônicos e suas relações. Desenhos técnicos e uma lista de materiais são gerados automaticamente a partir do modelo 3D.
• MCAD: refere-se a um software CAD que é especificamente otimizado para projeto mecânico, incluindo ferramentas para projetar elementos mecânicos, como eixos, engrenagens, molas, cames, correias, conexões parafusadas e quadros estruturais.
• ECAD: um software ECAD é especificamente otimizado para projetos de eletrônica e placas de circuito impresso (PCB), incluindo esquemas, layout de traços 2D e modelagem 3D.
• Visualização: um software de visualização é usado para criar imagens geradas por computador (CGI) ou renderizações digitais de projetos para ajudar a comunicar o projeto a clientes ou parceiros. As renderizações podem ser imagens estáticas ou animações fotorrealistas que mostram como o projeto é montado ou funciona.
  • Softwares e componentes hardwares de realidade virtual (RV) ou realidade aumentada (RA) podem ser usados para permitir que os humanos interajam diretamente com a CGI para ajudar a visualizar o projeto ou para treinar os operadores em um ambiente seguro.
  • Um gêmeo digital amplia a CGI com dados de sensores incorporados à máquina para otimizar a manutenção e a operação da máquina e seus serviços de suporte.
• Engenharia assistida por computador (CAE): usa-se um software de CAE ou de simulação para analisar o desempenho de um projeto. Entre os exemplos estão a análise de elementos finitos (FEA), usada para simular a tensão, ou a dinâmica computacional de fluidos (CFD), usada para simular a vazão de líquidos e gases.
• Análise de tolerância: a análise de tolerância é usada para automatizar o cálculo de pilhas de tolerância e otimizar as tolerâncias para garantir a viabilidade de peças intercambiáveis e, ao mesmo tempo, minimizar os custos de manufatura.
• Design generativo: o design generativo é uma abordagem única que difere da simulação, ou redução do peso. Enquanto a simulação usa um modelo CAD 3D de um componente para analisar os efeitos da tensão no projeto, o design generativo funciona da maneira oposta. O projetista define restrições, como cargas físicas, materiais e métodos de manufatura, e o design generativo gera vários modelos de componentes viáveis que atendem aos critérios de desempenho. O projetista pode então eliminar opções de projeto com base em fatores como peso, nível de segurança, custo ou estética, selecionando finalmente seu projeto preferencial entre as opções restantes.

A Autodesk capacita os profissionais inovadores com tecnologias de concepção e fabricação para projeto e engenharia de produtos, possibilitando que os projetistas de máquinas trabalhem sem interrupções além das fronteiras de projetos, disciplinas e setores.

Os softwares da Autodesk para projeto de máquinas incluem:

• A Product Design & Manufacturing Collection, que inclui:
  • Autodesk Inventor: ferramentas profissionais de projeto e engenharia de produtos para projetos mecânicos, simulação, visualização e documentação 3D.
  • Inventor Nastran: software com CAD incorporado para simulação não linear de tensão, térmica, de vibração e fadiga.
  • Inventor Tolerance Analysis: software de análise de pilha de tolerância para avaliar o impacto da variação dimensional.
  • Inventor Nesting: software de assentamento de formas reais para o Inventor, para otimizar o rendimento da matéria-prima.
  • Inventor CAM: solução integrada de programação de CAD/CAM para 2,5 a 5 eixos, para o Inventor.
  • Vault: software de gestão de dados de produtos para gerenciamento dos arquivos do projeto.
  • AutoCAD: software CAD 2D e 3D com conjuntos de ferramentas específicas do seu setor.
  • Factory Design Utilities: software de projeto de fábricas para planejamento, projeto e instalação de um layout de produção eficiente.
  • Navisworks: software de revisão de projetos em grande escala com detecção de interferências e programação.
  • ReCap Pro: software e serviços de digitalização 3D e captura da realidade.
  • 3Ds Max: software de renderização e animação 3D para visualização de projetos.
  • Fusion 360: software CAD/CAM/CAE com base em nuvem para projeto e manufatura de produtos.
  • Fusion 360 Manage with Upchain: PLM e PDM em nuvem que conectam facilmente dados, pessoas e processos.
  • Design Review: o software visualizador CAD Design Review permite visualizar, marcar, imprimir e rastrear alterações em arquivos 2D e 3D gratuitamente, sem o software de projeto original.

Desenhos mecânicos são desenhos técnicos criados para comunicar a ideia do projeto, os processos de diagramas, calcular padrões planos de chapas dobradas, otimizar a fabricação com aninhamento ou fornecer instruções para instalação e manutenção. Desenhos mecânicos são criados por um software de projeto que se enquadra na categoria de CAD (projeto assistido por computador).

• Softwares CAD como o Autodesk AutoCAD automatizam o processo tradicional de desenhos técnicos 2D, com ferramentas como copiar e colar, blocos e o Gerenciador de conjunto de folhas.
• Softwares CAD como o Autodesk Inventor levam a automação de desenhos um passo adiante, gerando desenhos mecânicos diretamente a partir de um modelo CAD 3D criado pelo projetista. Isso pode acelerar o processo de criação de desenhos mecânicos e garantir que todas as atualizações no projeto sejam refletidas automaticamente em todos os desenhos que fazem referência ao modelo.
• Softwares CAD como o Autodesk Fusion 360 combinam software de projeto, engenharia, eletrônica e manufatura, conectando todo o processo de desenvolvimento de produtos em um único software integrado e baseado em nuvem que inclui CAD 3D, CAM, CAE e PCB.

O melhor software de projeto mecânico é o CAD (projeto assistido por computador) otimizado para MCAD (processo de projeto mecânico). Ao avaliar softwares MCAD, considere o seguinte:

• A modelagem 3D de peças e montagens para conceituar as cotas físicas e relações espaciais do projeto
• Bibliotecas extensíveis de componentes mecânicos e elétricos, como porcas, parafusos, arruelas, anéis de vedação, rolamentos, chaves, engrenagens, correias e molas
• Aceleradores de projetos mecânicos para automatizar o projeto e a modelagem de itens, como conexões parafusadas, eixos, cames e sistemas de polias
• Conjuntos de ferramentas específicas que automatizam o projeto e a modelagem de componentes de chapas metálicas, quadros estruturais, PCBs, chicotes de cabos, trechos de tubulação e invólucros plásticos
• A capacidade de usar modelos CAD para avaliar as propriedades físicas dos projetos, como tensão, temperatura, vibração e vazão de fluidos
• A capacidade de implementar um projeto baseado em modelo (MBD) com ferramentas para anotação baseada em modelo (MBA), dimensionamento e tolerância geométrica (GD&T) e análise de pilhas de tolerância
• Ferramentas de visualização para criar imagens geradas por computador (CGI) para comunicação, vendas e marketing, incluindo renderizações fotorrealistas e vídeos animados
• A capacidade de colaborar por meio do compartilhamento seguro de projetos para feedback, revisão e aprovação
• A capacidade de colaborar em um modelo CAD compartilhado com especialistas de outros setores, como projeto estrutural, projeto civil ou BIM
• A capacidade de usar o modelo CAD para tarefas de preparação de manufatura, como desenhos de manufatura, criação de lista de materiais, aninhamento de chapas metálicas e programação via CNC
• Gerenciamento integrado de dados de produtos (PDM) para gerenciar arquivos com segurança usando controles de permissão, um processo de liberação e ordens de alteração de engenharia

As empresas que fabricam máquinas como produtos sentem a pressão de fornecer soluções inovadoras para atender às demandas dos clientes e lançá-las no mercado antes da concorrência.

A chave para o sucesso no desenvolvimento de máquinas está na engenharia de projeto, que garante que as máquinas não só atendam às necessidades dos clientes, mas também gerem lucro para a empresa.

As decisões tomadas durante o desenvolvimento do projeto podem afetar a qualidade, os componentes, os materiais, os processos de fabricação e a utilidade da máquina durante seu ciclo de vida.

Softwares de projeto de máquinas, como o CAD (projeto auxiliado por computador) e o CAE (engenharia auxiliada por computador), trazem benefícios para empresas e profissionais, automatizando processos de projeto e gerenciando insights de dados, para que os projetistas e engenheiros possam tomar decisões oportunas e eficazes que aumentem o sucesso do produto, ajudem na eficiência operacional e reduzam o tempo de comercialização.

Softwares de projeto assistido por computador (CAD) são usados em vários pontos do processo de manufatura.

Durante a fase de projeto, os projetos de CAD são compartilhados com a equipe de manufatura para avaliar a manufatura e a montagem (DfMA) do projeto. O feedback da equipe de manufatura pode ser incorporado ao projeto, possibilitando que ele seja mais eficiente e, portanto, mais lucrativo para fabricação.

Quando o desenvolvimento do projeto estiver concluído, os projetos serão liberados para fabricação. O CAD é usado pela equipe de manufatura no projeto de gabaritos, acessórios e dispositivos "parar/iniciar" para controle de qualidade.

A fabricação assistida por computador (CAM) utiliza o modelo CAD 3D para programação de controles numéricos por computador (CNC), que automatiza os movimentos das máquinas de manufatura. A convergência do CAD e da CAM permite que programação via CNC ocorra utilizando o mesmo software que o CAD, com a vantagem de que as alterações no modelo CAD atualizam automaticamente os caminhos de ferramenta da CAM.

Após a criação dos componentes, dados de CAD e CAM são utilizados juntos para inspeção assistida por computador (CAI) e controle de qualidade. O componente fabricado é comparado ao modelo CAD usando dispositivos de metrologia para avaliar a conformidade com as tolerâncias especificadas e acabamentos de superfície.