Le macchine sono sistemi fisici che trasformano l'energia in azione. Esempi di macchine semplici sono il cuneo, la leva e la puleggia. Le macchine complesse hanno molte parti che funzionano insieme, come componenti meccanici, elettrici ed elettronici. Numerose macchine moderne sono controllate da computer e vengono programmate e monitorate mediante un'interfaccia software.

La progettazione di macchine è il processo di ideazione e creazione di sistemi fisici che soddisfano le esigenze dei clienti dei settori dell'energia, aerospaziale, automobilistico, dell'agricoltura, marittimo e della produzione.

Il processo di progettazione di macchine include l'analisi dei principi fisici necessari per trasformare l'energia in azione per completare l'attività desiderata, la pianificazione delle interazioni dei componenti, la verifica del rispetto dei vincoli di progettazione e la specifica dei materiali, tenendo in considerazione le scadenze e i margini di profitto del progetto.

I disegni tecnici e i modelli CAD (Computer-Aided Design) 3D in genere vengono creati per la comunicazione e la revisione del progetto, nonché per coordinare il processo di progettazione tra i soggetti coinvolti.

Il risultato finale del processo di progettazione di macchine è rappresentato dalle informazioni necessarie per la realizzazione, la messa in funzione e la manutenzione del progetto, che potrebbero includere disegni tecnici, una specifica scritta e una distinta componenti.

La progettazione di macchine può richiedere il contributo di professionisti come industrial designer, ingegneri meccanici, elettrici o elettronici, specialisti della simulazione, progettisti CAD e disegnatori CAD.

I progettisti di macchine utilizzano i principi matematici, l'ingegneria fisica, le conoscenze del settore e prodotti software specializzati per risolvere i problemi dei clienti e sviluppare un'idea di macchina, dalla fase concettuale fino ad un progetto dettagliato.

Il progetto dettagliato deve soddisfare i requisiti del cliente ed essere fornito in modo da produrre profitto. Viene comunicato ai soggetti coinvolti, ad esempio i reparti produzione e approvvigionamento, tramite un modello CAD (Computer-Aided Design), disegni tecnici, una distinta componenti e una specifica.

La progettazione di macchine è un processo collaborativo che può coinvolgere varie discipline, come la progettazione industriale, nonché l'ingegneria meccanica, elettrica ed elettronica. Include inoltre il feedback di clienti, fornitori, specialisti della produzione e team di gestione del progetto.

Il processo di progettazione ingegneristica è fondamentale per il successo delle aziende che si occupano di progettazione di macchine. L'obiettivo dello sviluppo progettuale è quello di creare e concordare un progetto di macchina vantaggioso per i clienti e per l'azienda. È vincolato dal budget, dalla capacità di progettazione e dai tempi di commercializzazione.

La progettazione di macchine è un processo collaborativo che può richiedere la cooperazione tra specialisti di varie discipline, come la progettazione industriale, nonché l'ingegneria meccanica, elettrica ed elettronica. Può includere il feedback dei soggetti coinvolti, ad esempio clienti, oltre che dei reparti di gestione dei progetti, approvvigionamento, produzione, installazione e manutenzione.

La progettazione di macchine è un processo iterativo e ciclico in cui le idee vengono sottoposte a diversi cicli di prototipazione, verifica, valutazione e revisione finché il progetto finale viene considerato ottimale e sufficientemente affidabile per la produzione.

Il processo di progettazione di macchine inizia con la definizione del problema. Si passa poi ad una sessione di brainstorming per trovare possibili soluzioni prima di creare prototipi, verificarli, raccogliere il feedback e valutare se la definizione del problema può essere ulteriormente perfezionata e se rifiutare o accettare le soluzioni proposte o se le soluzioni possono essere migliorate con un altro ciclo di sviluppo.

Il software di progettazione di macchine semplifica il lavoro dei progettisti tramite l'automazione delle attività, il monitoraggio dei processi e la collaborazione tra i progettisti e i soggetti coinvolti, ad esempio i reparti di gestione dei progetti, di approvvigionamento, di produzione o i clienti.

I software di progettazione di macchine includono, ad esempio, il software CAD (Computer-Aided Design) 3D, che consente ai progettisti di creare modelli virtuali dei progetti per calcolare i principi fisici del progetto o verificare l'assenza di interferenze tra i componenti mobili. Questo approccio consente di risparmiare tempo durante la fase di creazione del prototipo. Inoltre, dal modello CAD 3D è possibile creare disegni tecnici, velocizzando i processi di documentazione e comunicazione del progetto.

Il software CAE (Computer-Aided Engineering) consente ai progettisti di creare studi di simulazione che oltre ad automatizzare il calcolo della dinamica delle sollecitazioni, dei fluidi e del calore, nonché delle vibrazioni, velocizzano la verifica dei prototipi fisici.

La maggiore accessibilità della gestione dei dati basata sul cloud sta accelerando l'utilizzo della definizione basata su modelli (MBD) o del modello CAD 3D per i processi di produzione a valle, riducendo la necessità di disegni tecnici.

Per la progettazione di macchine vengono utilizzati i seguenti software:

• CAD (Computer-Aided Design): il software CAD 3D consente di creare modelli virtuali di componenti meccanici, elettrici o elettronici e delle relative interrelazioni. Dal modello 3D vengono generati automaticamente i disegni tecnici e una distinta componenti.
• MCAD: specificamente ottimizzato per la progettazione meccanica, questo software CAD include strumenti per la progettazione di elementi meccanici come alberi, ingranaggi, molle, camme, cinghie, connessioni bullonate e telai strutturali. 
• ECAD: il software ECAD è appositamente ottimizzato per la progettazione di schede a circuito stampato (PCB) o elettroniche, tra cui schemi, layout di tracce 2D e modellazione 3D.
• Visualizzazione: il software di visualizzazione viene utilizzato per creare immagini generate al computer (CGI) o rendering digitali dei progetti per comunicare l'idea progettuale ai clienti o ai partner. I rendering possono essere immagini o animazioni fotorealistiche che illustrano l'assemblaggio o il funzionamento del progetto.
  • Il software e l'hardware VR (realtà virtuale) o AR (realtà aumentata) consente di interagire direttamente con le immagini CGI per comprendere meglio il progetto o per formare gli operatori in un ambiente sicuro.
  • Il gemello digitale potenzia le immagini CGI con i dati dei sensori integrati nella macchina per ottimizzare le operazioni di manutenzione, nonché il funzionamento della macchina e dei suoi servizi di supporto.
• CAE (Computer-Aided Engineering): il software CAE o di simulazione consente di analizzare le prestazioni di un progetto. Alcuni esempi di questo software sono l'analisi ad elementi finiti (FEA), utilizzata per la simulazione della sollecitazione e la fluidodinamica computazionale (CFD), utilizzata per la simulazione del flusso di liquidi e gas.
• Analisi di tolleranza: questo tipo di analisi consente di automatizzare il calcolo delle pile di tolleranza e ottimizzare le tolleranze per verificare la fattibilità delle parti intercambiabili, riducendo al minimo il costo di produzione.
• Progettazione generativa: la progettazione generativa è un approccio esclusivo, diverso dalla simulazione o dal processo di alleggerimento. Mentre la simulazione utilizza il modello CAD 3D di un componente per analizzare gli effetti della sollecitazione sul progetto, la progettazione generativa funziona in modo opposto. Il progettista imposta vincoli, ad esempio i carichi fisici, i materiali e i metodi di produzione, e il software di progettazione generativa crea più modelli di componenti fattibili che soddisfano i criteri di prestazioni. Il progettista può quindi eliminare le varianti di progetto in base a fattori come peso, sicurezza, costo o estetica, selezionando infine il progetto preferito dalle opzioni rimanenti.

Autodesk offre agli innovatori tecnologie di progettazione e realizzazione per la progettazione e l'ingegnerizzazione dei prodotti, che consentono ai progettisti di macchine di lavorare senza problemi oltre i confini del progetto, della disciplina e del settore.

I prodotti software Autodesk per la progettazione di macchine includono:

• Product Design & Manufacturing Collection che include:
  • Autodesk Inventor Strumenti professionali di progettazione e ingegnerizzazione di prodotti per la progettazione meccanica 3D, la simulazione, la visualizzazione e la documentazione.
  • Inventor Nastran Software integrato nel CAD per la simulazione termica, delle sollecitazioni non lineari, delle vibrazioni e della fatica.
  • Inventor Tolerance Analysis Software di analisi della pila di tolleranza per la valutazione dell'impatto prodotto dalle variazioni dimensionali.
  • Inventor Nesting Software di nidificazione True Shape per Inventor che consente di ottimizzare il rendimento delle materie prime.
  • Inventor CAM Soluzione di programmazione CAD/CAM integrata da 2,5 a 5 assi per Inventor.
  • Vault Software di gestione dei dati dei prodotti per gestire i file di progetto.
  • AutoCAD Software CAD 2D e 3D con set di strumenti specifici del settore.
  • Factory Design Utilities Software di progettazione di stabilimenti industriali per la pianificazione, la progettazione e l'installazione di un layout di produzione efficiente.
  • Navisworks Software di revisione di progetti di grandi dimensioni con funzionalità di rilevamento delle interferenze e di pianificazione.
  • ReCap Pro Software e servizi di acquisizione della realtà e scansione 3D.
  • 3ds Max Software di rendering e animazione 3D per la visualizzazione dei progetti.
  • Fusion 360 Software CAD/CAM/CAE basato sul cloud per la progettazione e la realizzazione di prodotti.
  • Fusion 360 Manage with Upchain Software PLM e PDM nel cloud che consente di collegare facilmente dati, persone e processi.
  • Design Review Software di visualizzazione CAD che consente di visualizzare, aggiungere revisioni, stampare e monitorare le modifiche in file 2D e 3D. È gratuito e non necessita del software di progettazione originale.

I disegni meccanici sono disegni tecnici che consentono di comunicare l'idea progettuale, illustrare con diagrammi i processi, calcolare i modelli piatti delle lamiere piegate, ottimizzare la costruzione con la nidificazione o fornire istruzioni per l'installazione e la manutenzione. Questi disegni vengono creati con un software di progettazione che rientra nella categoria CAD (Computer-Aided Design).

• Il software CAD come Autodesk AutoCAD automatizza il processo tradizionale di creazione di disegni tecnici 2D con strumenti quali Copia e incolla, Blocchi e Gestione gruppo di fogli.
• Il software CAD come Autodesk Inventor offre strumenti di automazione dei disegni ancora più avanzati che permettono di generare disegni meccanici direttamente da un modello CAD 3D creato dal progettista. Oltre a velocizzare il processo di creazione dei disegni meccanici, questo approccio fa sì che tutte le modifiche apportate al progetto vengano applicate automaticamente in ogni disegno che fa riferimento al modello.
• Il software CAD come Autodesk Fusion 360 unisce i software di progettazione, ingegneria, elettronica e produzione in un unico pacchetto, collegando l'intero processo di sviluppo del prodotto in un unico software integrato basato sul cloud, che include funzionalità CAD 3D, CAM, CAE e PCB.

Il miglior software di progettazione meccanica è il software CAD ottimizzato per il processo di progettazione meccanica (MCAD). Durante la valutazione del software MCAD, è consigliabile verificare che siano presenti le seguenti funzionalità:

• Modellazione 3D di parti e assiemi per concettualizzare le dimensioni fisiche e le relazioni spaziali del progetto
• Librerie estendibili di componenti meccanici ed elettrici come dadi, bulloni, rondelle, O-Ring, cuscinetti, chiavi, ingranaggi, cinghie e molle
• Design Accelerator per la progettazione meccanica per automatizzare i processi di progettazione e modellazione di elementi come connessioni bullonate, alberi, camme e sistemi di pulegge
• Set di strumenti specifici che automatizzano la progettazione e la modellazione di componenti in lamiera, telai strutturali, circuiti stampati, cablaggi, tratti di tubazioni e involucri in plastica
• Possibilità di utilizzare i modelli CAD per valutare le proprietà fisiche dei progetti, ad esempio sollecitazione, calore, vibrazione e fluidodinamica
• Possibilità di implementare la progettazione basata su modelli (MBD) con strumenti per l'annotazione basata su modelli (MBA), la quotatura e la tolleranza geometrica (GD&T), nonché l'analisi della pila di tolleranza
• Strumenti di visualizzazione per la creazione di immagini generate al computer (CGI) per la comunicazione dell'idea progettuale, i materiali di vendita e i materiali marketing, inclusi rendering fotorealistici e video animati
• Possibilità di collaborare condividendo in modo sicuro i progetti per finalità di feedback, revisione e approvazione
• Possibilità di collaborare ad un modello CAD condiviso con specialisti di altri settori, come la progettazione strutturale, la progettazione civile o il BIM
• Possibilità di utilizzare il modello CAD per le attività di preparazione della produzione, come i disegni di produzione, la creazione di distinte componenti, la nidificazione di parti in lamiera e la programmazione CNC
• Strumento di gestione dati dei prodotti (PDM) integrato per gestire in modo sicuro i file con controlli delle autorizzazioni, il processo di rilascio e gli ordini di modifica tecnica

Le aziende che producono macchine devono fornire soluzioni innovative per soddisfare le richieste dei clienti e commercializzarle prima della concorrenza.

L'elemento essenziale per lo sviluppo corretto delle macchine è l'ingegneria progettuale, che garantisce che le macchine non solo soddisfino le esigenze del cliente, ma generino anche profitti per l'azienda.

Le decisioni prese durante lo sviluppo del progetto possono influire sulla qualità, sui componenti, sui materiali, sui processi di produzione e sulla facilità d'uso della macchina per tutto il suo ciclo di vita.

Utilizzando i software di progettazione di macchine, come il CAD (Computer-Aided Design) e il CAE (Computer-Aided Engineering), le aziende e i professionisti possono automatizzare i processi di progettazione e gestire le informazioni approfondite sui dati. In questo modo, i progettisti e gli ingegneri possono prendere decisioni tempestive ed efficaci che aumentano le possibilità di successo del prodotto, favoriscono l'efficienza operativa e migliorano i tempi di commercializzazione.

Il software CAD (Computer-Aided Design) viene utilizzato in più fasi del processo di produzione.

Durante la fase di progettazione, i progetti CAD vengono condivisi con il team di produzione per valutare il progetto per la produzione e l'assemblaggio (DfMA). La possibilità di incorporare il feedback del team di produzione nel progetto lo rende più efficiente, e di conseguenza più redditizio, per la produzione.

Una volta completato il processo di sviluppo, il progetto viene trasferito al reparto di produzione. Il team di produzione utilizza il CAD per la progettazione di maschere, dispositivi di fissaggio e dispositivi di arresto e avvio per il controllo della qualità.

Il CAM (Computer-Aided Manufacturing) utilizza il modello CAD 3D per la programmazione CNC (Computer Numerical Control), che automatizza i movimenti dei macchinari di produzione. Grazie alla convergenza di CAD e CAM, la programmazione CNC può essere eseguita utilizzando lo stesso software CAD, con il vantaggio che le modifiche apportate al modello CAD vengono automaticamente applicate ai percorsi utensile CAM.

Dopo la realizzazione dei componenti, i dati CAD e CAM vengono utilizzati insieme per l'ispezione CAI (Computer-Aided Inspection) e il controllo della qualità. Il componente prodotto viene confrontato con il modello CAD utilizzando dispositivi di metrologia per valutare la conformità alle tolleranze e alle finiture di superficie specificate.