Les machines sont des systèmes physiques qui transforment l’énergie en action. Les coins à fendre, les leviers et les poulies sont des exemples de machines simples. Les machines complexes sont composées de nombreuses pièces qui interagissent, notamment des composants mécaniques, électriques et électroniques. De nombreuses machines modernes sont contrôlées par ordinateur et sont programmées et suivies à l’aide d’une interface logicielle.

La conception machine est le processus qui consiste à imaginer et à créer des systèmes physiques répondant aux besoins des clients des secteurs de l’énergie, de l’aéronautique, de l’automobile, de l’agriculture, de la marine et de la fabrication.

Le processus de conception machine nécessite de comprendre les lois physiques de transformation de l’énergie en action afin de réaliser la tâche souhaitée. Il s’agit également d’anticiper les interactions entre les composants, de s’assurer que les composants sont adaptés aux contraintes de conception et de choisir des matériaux appropriés, tout en tenant compte des délais du projet et des marges bénéficiaires.

Les dessins techniques et les modèles de conception assistée par ordinateur (CAO) 3D sont généralement créés pour communiquer la conception et y apporter des modifications en conséquence, ainsi que pour coordonner le processus de conception entre les intervenants.

Le processus de conception machine aboutit à l’obtention des informations nécessaires à la fabrication, à la commande et à la mise en service de la conception. Il peut s’agir de dessins techniques, de spécifications écrites et de nomenclatures.

Dans le domaine de la conception machine, on trouve des métiers tels que designer industriel, ingénieur mécanique, électrique ou électronique, spécialiste de la simulation, concepteur CAO et dessinateur CAO.

Les concepteurs machine s’appuient sur les principes des mathématiques et de la physique ainsi que sur les connaissances propres au secteur et des logiciels spécialisés pour résoudre les problèmes de leurs clients et développer des idées pour une machine, de la phase d’avant-projet à la conception détaillée.

La conception détaillée doit répondre aux exigences du client et être rentable. La conception est communiquée aux intervenants, comme les clients, les équipes de fabrication et d’approvisionnement, par le biais d’un modèle de conception assistée par ordinateur (CAO), de dessins techniques, d’une nomenclature et de spécifications.

Le processus de conception machine est collaboratif et peut inclure plusieurs disciplines, telles que le design industriel et l’ingénierie mécanique, électrique ou électronique. Ce processus tient également compte des commentaires des clients, des fournisseurs, des spécialistes de la fabrication et des équipes de gestion de projet.

Le processus d’ingénierie de conception est essentiel aux activités de conception machine. L’objectif du développement de la conception est d’imaginer et d’élaborer une machine qui profite à la fois aux clients et à l’entreprise. Le développement de la conception est limité par le budget, la capacité d’ingénierie et les délais de mise sur le marché.

Le processus de conception machine est collaboratif et peut impliquer que des spécialistes de disciplines telles que la conception industrielle et l’ingénierie mécanique, électrique et électronique travaillent ensemble. Les commentaires peuvent être transmis par les intervenants, comme les clients, les équipes de gestion de projet, d’approvisionnement, de fabrication, d’installation et d’entretien.

Le processus de conception machine est itératif et cyclique, les idées étant soumises à de multiples cycles de prototypage, de test, d’évaluation et de révision jusqu’à ce que la conception finale soit considérée comme optimale et suffisamment fiable pour la production.

Le processus de conception machine commence par l’identification du problème et une réflexion sur les solutions potentielles. Viennent ensuite le prototypage, les tests et la collecte de commentaires. Enfin, il reste à déterminer si la formulation du problème doit être affinée, si les solutions proposées sont acceptables, doivent être repensées ou peuvent être améliorées avec un autre cycle de développement.

Les logiciels de conception machine aident les concepteurs en automatisant les tâches, en assurant le suivi des processus et en permettant la collaboration entre les concepteurs et les intervenants, comme les équipes de gestion de projet, d’approvisionnement, de fabrication, d’installation, ou les clients.

Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) 3D sont des exemples de logiciels de conception machine. Ils permettent aux concepteurs de créer des modèles virtuels de leurs conceptions qui servent au calcul des propriétés physiques ou à s’assurer que les composants mobiles ne se chevauchent pas. Ils gagnent ainsi du temps lors de la création du prototype. En outre, les dessins techniques peuvent être créés à partir du modèle de CAO 3D, ce qui réduit le temps nécessaire à la documentation et à la communication de la conception.

Les logiciels d’ingénierie assistée par ordinateur (IAO) aident les concepteurs à créer des études de simulation qui automatisent le calcul des contraintes, de l’écoulement des fluides, de la dynamique thermique et des vibrations, ce qui permet de gagner du temps lors des tests physiques du prototype.

L’accessibilité accrue à la gestion des données basée sur le cloud accélère l’utilisation de la définition du modèle (MBD) ou l’utilisation de modèles de CAO 3D pour piloter les processus de fabrication en aval, réduisant ainsi le besoin de dessins techniques.

Les logiciels des domaines suivants comptent parmi les solutions de conception machine :

• Conception assistée par ordinateur (CAO) : la CAO 3D permet de créer des modèles virtuels de composants mécaniques, électriques ou électroniques et de leurs relations. Des dessins techniques et une nomenclature sont automatiquement générés à partir du modèle 3D.
• CAO mécanique (CAOM) : ces logiciels de CAO sont spécialement optimisés pour la conception mécanique, notamment des outils de conception d’éléments mécaniques tels que des arbres, des engrenages, des ressorts, des cames, des courroies, des assemblages vissés et des ossatures.
• CAO électronique (CAOE) : ces logiciels sont spécialement optimisés pour la conception de circuits imprimés ou électroniques, y compris des schémas, des dispositions de tracés 2D et la modélisation 3D.
• Visualisation : ces logiciels permettent de créer des images de synthèse ou des rendus numériques de conceptions pour en faire part aux clients ou aux partenaires. Les rendus peuvent être des images fixes ou des animations photoréalistes montrant comment la conception est assemblée ou fonctionne.
  • Les logiciels et le matériel de réalité virtuelle (RV) ou de réalité augmentée (RA) permettent aux êtres humains d’interagir directement avec des images de synthèse afin de visualiser la conception ou de former les opérateurs dans un environnement sûr.
  • Le jumeau numérique perfectionne les images de synthèse grâce à des données en provenance de capteurs intégrés à la machine. La maintenance et le fonctionnement de la machine et de ses services de support sont ainsi mieux assurés.
• Ingénierie assistée par ordinateur (IAO) : ces logiciels, comme les logiciels de simulation, permettent d’analyser les performances d’une conception. Il peut s’agir, par exemple, d’une analyse par éléments finis (AEF), qui permet de simuler des contraintes, ou du calcul numérique appliqué à la dynamique des fluides (CFD), qui permet de simuler l’écoulement des liquides et des gaz.
• Analyse de la tolérance : l’analyse de la tolérance permet d’automatiser le calcul des chaînes de cotes et d’optimiser les tolérances pour garantir la faisabilité des pièces interchangeables tout en minimisant le coût de fabrication.
• Conception générative : la conception générative est une approche unique qui diffère de la simulation ou de l’allègement. Alors que la simulation utilise le modèle de CAO 3D d’un composant pour analyser les effets des contraintes sur la conception, la conception générative fonctionne de manière opposée. Le concepteur définit des contraintes, telles que des charges physiques, des matériaux et des méthodes de fabrication. La conception générative génère plusieurs modèles de composants viables qui répondent aux critères de performance. Le concepteur peut ensuite éliminer les options de conception en fonction de facteurs tels que le poids, la sécurité, le coût ou l’esthétique, puis choisir sa conception préférée parmi les options restantes.

Autodesk propose aux innovateurs en conception machine des technologies de conception et de fabrication qui leur permettent de se consacrer sans interruption à la conception et à l’ingénierie de produits, indépendamment des projets, des disciplines et du secteur.

Les logiciels Autodesk de conception machine incluent :

• Product Design & Manufacturing Collection, qui comprend :
  • Autodesk Inventor Outils professionnels de conception et d’ingénierie de produits pour la conception mécanique, la simulation, la visualisation et la documentation 3D.
  • Inventor Nastran Logiciel intégré à la CAO pour la simulation des contraintes non linéaires, de la dynamique thermique, des vibrations et de la fatigue.
  • Inventor Tolerance Analysis Logiciel d’analyse de la chaîne de cotes permettant d’évaluer l’impact de la variation dimensionnelle.
  • Inventor Nesting Logiciel d’imbrication des formes réelles pour Inventor permettant d’optimiser le rendement des matières premières.
  • Inventor CAM Solution de programmation CAO/FAO 2,5 à 5 axes pour Inventor.
  • Vault Logiciel de gestion des données produits permettant de gérer les fichiers de conception.
  • AutoCAD Logiciel de CAO 2D et 3D avec jeux d’outils par métier.
  • Factory Design Utilities Logiciel de conception d’usine pour planifier, concevoir et mettre en place un plan d’implantation efficace.
  • Navisworks Logiciel de révision des conceptions à grande échelle incluant des fonctionnalités de détection des conflits et de planification.
  • ReCap Pro Logiciel et services de capture de la réalité et de numérisation 3D.
  • 3ds Max Logiciel d’animation et de rendu 3D pour la visualisation de conceptions.
  • Fusion 360 Logiciel cloud de CAO/FAO/IAO pour la conception et la fabrication de produits.
  • Fusion 360 Manage avec Upchain Logiciel cloud de PLM et de PDM qui connecte facilement les données, les équipes et les processus.
  • Design Review Logiciel de visualisation de CAO qui permet de visualiser, d’annoter, d’imprimer et de suivre les modifications apportées à des fichiers 2D et 3D, gratuitement, sans disposer du logiciel de conception d’origine.

Les dessins mécaniques sont des dessins techniques créés pour communiquer l’intention de conception, créer des diagrammes de processus, calculer des mises à plat de pièces de tôlerie pliée, optimiser la fabrication avec l’imbrication ou fournir des instructions d’installation et de maintenance. Les dessins mécaniques sont créés par un logiciel de conception qui entre dans la catégorie de la conception assistée par ordinateur (CAO).

• Les logiciels de CAO tels qu’Autodesk AutoCAD automatisent le processus classique de dessin technique 2D, grâce à des outils tels que le copier-coller, les blocs et le gestionnaire du jeu de feuilles.
• Les logiciels de CAO comme Autodesk Inventor poussent l’automatisation des dessins un peu plus loin, en générant des dessins mécaniques directement à partir d’un modèle de CAO 3D créé par le concepteur. Cela permet d’accélérer le processus de création de dessins mécaniques et de garantir que les mises à jour de la conception sont automatiquement répercutées dans chaque dessin qui référence le modèle.
• Les logiciels de CAO comme Autodesk Fusion 360 rassemblent des logiciels de conception, d’ingénierie, d’électronique et de fabrication en une seule solution intégrée basée sur le cloud, intégrant la CAO 3D, la FAO, l’IAO et la topologie de circuit imprimé à l’ensemble du processus de développement des produits.

Le meilleur logiciel de conception mécanique est un logiciel de conception assistée par ordinateur optimisé pour le processus de conception mécanique (CAOM). Lors de l’évaluation d’un logiciel de CAOM, tenez compte des points suivants :

• Modélisation 3D des pièces et des assemblages pour conceptualiser les dimensions physiques et les relations spatiales de la conception
• Bibliothèques extensibles de composants mécaniques et électriques tels que des écrous, des boulons, des rondelles, des joints toriques, des roulements, des clavettes, des rouages, des courroies et des ressorts
• Accélérateurs de conception mécanique pour automatiser la conception et la modélisation d’éléments tels que des assemblages vissés, des arbres, des cames et des systèmes de poulie
• Jeux d’outils spécifiques qui automatisent la conception et la modélisation de composants de tôlerie, de structures, de circuits imprimés, de faisceaux de câbles, de conduites de tuyauterie et de boîtiers en plastique
• Possibilité d’exploiter des modèles de CAO pour évaluer les propriétés physiques des conceptions, telles que les contraintes, la dynamique thermique, les vibrations et l’écoulement des fluides
• Possibilité de mettre en œuvre une conception basée sur un modèle (MBD) avec des outils d’annotation basée sur un modèle (MBA), de cotation et de tolérancement géométrique (GD&T) et d’analyse de chaîne de cotes
• Outils de visualisation pour la création d’images de synthèse (CGI) pour la communication, les ventes et le marketing, notamment des rendus photoréalistes et des vidéos animées
• Possibilité de collaborer en partageant des conceptions en toute sécurité pour obtenir des commentaires, réviser et approuver
• Possibilité de collaborer sur un modèle de CAO partagé avec des spécialistes d’autres secteurs, tels que la conception structurelle, la conception d’infrastructures ou le BIM
• Possibilité d’utiliser le modèle de CAO pour les tâches de préparation de la fabrication, telles que les dessins de fabrication, la création de nomenclatures, l’imbrication de tôlerie et la programmation CNC
• Gestion des données produits (PDM) intégrée pour gérer en toute sécurité les fichiers grâce à des contrôles d’autorisation, un processus de validation et des demandes de modification de conception

Les entreprises qui fabriquent des machines doivent à la fois proposer des solutions innovantes qui répondent aux exigences de leurs clients et mettre ces produits sur le marché avant leurs concurrents.

L’ingénierie de conception est la clé du succès du développement des machines. Elle consiste à s’assurer que les machines correspondent aux besoins des clients et qu’elles généreront des bénéfices pour l’entreprise.

Les décisions prises lors du développement des machines peuvent avoir une incidence sur la qualité, les composants, les matériaux, les processus de fabrication et la facilité d’utilisation des machines tout au long de leur cycle de vie.

Les logiciels de conception machine, comme les programmes de conception assistée par ordinateur (CAO) et d’ingénierie assistée par ordinateur (IAO), automatisent les processus de conception et gèrent les données exploitables. Les concepteurs et les ingénieurs peuvent ainsi prendre des décisions rapides et efficaces qui améliorent le succès des produits, l’efficacité opérationnelle et les délais de mise sur le marché.

Les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) sont utilisés à plusieurs étapes du processus de fabrication.
 

Pendant la phase de conception, les conceptions de CAO sont partagées avec l’équipe de fabrication pour évaluer la conception pour la fabrication et l’assemblage (DfMA). Les commentaires de l’équipe de fabrication peuvent être intégrés à la conception pour qu’elle gagne en efficacité et augmente la rentabilité de la fabrication.

Une fois le développement de la conception terminé, les conceptions sont mises en production. L’équipe de fabrication utilise la CAO pour la conception de calibres, de posage et d’appareils de stop-and-go pour le contrôle qualité.

La fabrication assistée par ordinateur (FAO) utilise le modèle de CAO 3D pour la programmation CNC (Computer Numerical Control), qui automatise les mouvements des machines de fabrication. La convergence de la CAO et de la FAO permet d’utiliser le même logiciel que la CAO pour la programmation CNC, avec l’avantage que les modifications apportées au modèle de CAO mettent à jour automatiquement les trajectoires d’outil de FAO.

Une fois les composants créés, les données de CAO et de FAO sont utilisées conjointement pour l’inspection assistée par ordinateur et le contrôle qualité. Le composant fabriqué est comparé au modèle de CAO à l’aide d’appareils de métrologie pour évaluer la conformité avec les tolérances et finitions de surface spécifiées.