Mekaniikkasuunnittelussa käytetään ensisijaisesti CAD-ohjelmistoja (Computer-Aided Design), kuten SolidWorks, CATIA, Creo, NX ja Inventor. Ohjelmiston valinta riippuu toimialasta, projektin vaativuustasosta ja asiakkaan käyttämästä suunnitteluympäristöstä. Tässä artikkelissa käymme läpi tärkeimmät ohjelmistoja koskevat kysymykset, joita projekteissa kohtaamme.
Miten eri CAD-ohjelmistot eroavat toisistaan?
CAD-ohjelmistot eroavat toisistaan ennen kaikkea käyttötarkoituksensa, toimialakohtaisen soveltuvuutensa ja ominaisuuslaajuutensa perusteella. SolidWorks on vahva yleisratkaisu konepajateollisuudelle, CATIA on suunniteltu erityisesti ilmailu- ja autoteollisuuden monimutkaisiin kokonaisuuksiin, Creo ja NX palvelevat vaativia tuotekehitysprojekteja, ja Inventor sopii hyvin Autodeskin ekosysteemiin nojaaville organisaatioille.
Käytännön tasolla erot näkyvät usealla eri osa-alueella. Käyttöliittymä ja oppimiskynnys vaihtelevat merkittävästi: SolidWorks tunnetaan suhteellisen matalasta oppimiskynnyksestään, kun taas CATIA ja NX edellyttävät pidempää perehtymistä ennen kuin niistä saa täyden hyödyn.
Tiedostoformaatit ja yhteensopivuus ovat usein ratkaiseva tekijä ohjelmistoa valittaessa. Eri ohjelmistot käyttävät omia natiiviformaattejaan, mutta kaikki tukevat yleisiä vaihtoformaatteja kuten STEP ja IGES. Suurissa toimitusketjuissa asiakas saattaa edellyttää tietyn ohjelmiston käyttöä, jotta suunnitteludata siirtyy saumattomasti järjestelmästä toiseen.
Simulointi- ja analyysityökalut ovat niin ikään erilaisia. Osassa ohjelmistoja on sisäänrakennettu FEM-laskenta (Finite Element Method) perusanalyyseihin, mutta vaativampaan lujuuslaskentaan tarvitaan aina erillinen simulointiohjelmisto. Tähän palataan tarkemmin myöhemmässä osiossa.
Mihin SolidWorks sopii ja mihin ei?
SolidWorks sopii erinomaisesti konepajateollisuuden, laitevalmistuksen ja pk-yritysten mekaniikkasuunnitteluun, jossa suunnitellaan yksittäisiä koneita, laitteita ja kokoonpanoja. Se on laajasti käytetty mekaniikkasuunnitteluohjelma, jonka vahvuuksia ovat intuitiivinen käyttöliittymä, kattava ominaisuusvalikoima ja suuri käyttäjäyhteisö. SolidWorks ei kuitenkaan ole paras valinta erittäin suuriin ja monimutkaisiin kokoonpanoihin tai ilmailu- ja autoteollisuuden vaativimpiin projekteihin.
Missä SolidWorks loistaa
SolidWorks on vahvimmillaan tilanteissa, joissa suunnitellaan kohtalaisen kokoisia koneita ja laitteita. Ohjelma hallitsee hyvin sheet metal -suunnittelun eli ohutlevyrakenteet, hitsauskokoonpanot ja standardikomponenttien käytön. Myös piirustustuotanto on sujuvaa, mikä nopeuttaa dokumentointia merkittävästi.
Lisäksi SolidWorks Simulation -lisämoduuli mahdollistaa perustason FEM-analyysit suoraan suunnitteluympäristössä. Tämä on riittävä moniin tavanomaisiin lujuustarkastelutarpeisiin ilman erillisen analyysiohjelmiston käyttöä.
Missä SolidWorks ei ole optimaalinen valinta
Kun kokoonpanot kasvavat kymmeniin tuhansiin osiin, SolidWorks alkaa kuormittua ja hidastua. Ilmailuteollisuuden monimutkainen pintageometria tai autoteollisuuden alustarakenteet vaativat CATIA:n tai NX:n kaltaisia ohjelmistoja, jotka on alun perin rakennettu juuri näitä tarpeita varten.
Jos asiakas tai alihankkijaketju käyttää yksinomaan jotain muuta ohjelmistoa, yhteensopivuus saattaa muodostua haasteeksi. Tällöin paras ratkaisu on usein käyttää asiakkaan kanssa samaa CAD-ympäristöä tiedonsiirron sujuvuuden varmistamiseksi.
Milloin mekaniikkasuunnittelussa tarvitaan lujuuslaskentaohjelmistoa?
Lujuuslaskentaohjelmistoa tarvitaan aina, kun suunnitellun rakenteen tai komponentin on kestettävä merkittäviä kuormituksia ja turvallisuus tai pitkäikäisyys on kriittistä. Pelkkä CAD-ohjelma ei kerro, kestääkö rakenne käytössä. Erillinen FEM-pohjainen laskentaohjelmisto tuo varmuuden siihen, että suunniteltu ratkaisu toimii todellisissa olosuhteissa.
Käytännössä lujuuslaskenta tulee ajankohtaiseksi seuraavissa tilanteissa:
- Rakenne on turvallisuuskriittinen, kuten nosturirakenne, painesäiliö tai koneen kantava runko
- Komponentti altistuu dynaamisille kuormille, väsymiselle tai lämpörasituksille
- Suunnittelussa tavoitellaan materiaalin tai rakenteen optimointia ilman ylimitoitusta
- Viranomaiset tai standardit edellyttävät laskennallista todentamista
- Prototyypin rakentaminen on kallista ja riskialtista ilman ennakkolaskentaa
Lujuuslaskenta on insinöörityön kulmakivi juuri siksi, että se siirtää epävarmuuden pois arvailun varasta. Kun rakenne on laskettu oikein, voidaan olla varmoja sekä turvallisuudesta että siitä, ettei rakennetta ole tarpeettomasti ylimitoitettu. Jälkimmäinen näkökohta vaikuttaa suoraan materiaalikustannuksiin ja valmistettavuuteen.
Meillä lujuuslaskenta on kiinteä osa mekaniikkasuunnitteluprosessia. Suunnittelun ja laskennan yhdistäminen saman tiimin sisällä tarkoittaa, että tulokset vaikuttavat suoraan rakenneratkaisuihin ilman turhia välivaiheita.
Miten ohjelmistovalinta vaikuttaa projektin kustannuksiin ja aikatauluun?
Ohjelmistovalinta vaikuttaa projektin kustannuksiin ja aikatauluun ennen kaikkea kolmen tekijän kautta: lisenssihinnoittelu, suunnittelijan osaaminen kyseisellä ohjelmistolla ja yhteensopivuus asiakkaan järjestelmien kanssa. Väärä ohjelmistovalinta voi lisätä työtunteja, hidastaa tiedonsiirtoa ja aiheuttaa ylimääräisiä muunnosprosesseja projektin aikana.
Lisenssikustannukset vaihtelevat ohjelmistojen välillä huomattavasti. Ammattitason CAD-ohjelmistot ovat merkittävä investointi, ja jotkut ympäristöt edellyttävät lisäksi kalliita simulointi- tai PDM-lisämoduuleja. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa kustannustekijä.
Suunnittelijan kokemus ohjelmistolla on usein ratkaisevampi muuttuja kuin itse ohjelmiston hinta. Kokenut suunnittelija, joka hallitsee käytettävän ohjelmiston syvällisesti, on moninkertaisesti nopeampi kuin henkilö, joka opettelee ohjelmistoa projektin aikana. Tästä syystä projektin alussa on tärkeää varmistaa, että käytettävä mekaniikkasuunnitteluohjelma on tiimille tuttu.
Yhteensopivuus vaikuttaa aikatauluun erityisesti silloin, kun suunnitteludata siirtyy useamman osapuolen välillä. Tiedostomuunnosten yhteydessä voi kadota geometriatietoa, piirrehistoriaa tai kokoonpanorakenne, mikä johtaa ylimääräiseen korjaustyöhön. Paras tilanne on se, että kaikki osapuolet käyttävät samaa ohjelmistoa tai vähintään sovittua vaihtoformaattia jo projektin alussa.
Yhteenvetona: ohjelmistovalinta kannattaa tehdä projektikohtaisesti huomioiden asiakkaan vaatimukset, suunnittelutiimin osaaminen ja projektin monimutkaisuus. Yksi ainoa ”paras” mekaniikkasuunnitteluohjelma ei ole olemassa, vaan oikea valinta syntyy näiden tekijöiden tasapainosta.
