Sinumerik S, 1965

60 Jahre SINUMERIK

Sie gehört zu den herausragenden Säulen der Dritten Industriellen Revolution, und sie nimmt eine Schlüsselstellung in der Industrie 4.0 ein – die SINUMERIK. Vor 60 Jahren beginnt ihre Erfolgsgeschichte mit der weltweit ersten industrietauglichen NC-Steuerung einer Werkzeugmaschine, heute revolutioniert SINUMERIK ONE die Industrie-Automatisierung.
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Gemessen an der Geschichte der Menschheit sind 60 Jahre nur ein Wimpernschlag. Doch es kommt nicht nur auf die Dauer einer Periode an, um zu beurteilen, wie wichtig sie ist, sondern auch darauf, was findige Menschen in dieser Zeit an neuen Ideen umsetzen. Und unter diesem Blickwinkel erreicht eine neuartige Technologie aus dem Hause Siemens Bahnbrechendes: die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen.
Dampfkraft und Elektrizität

Die Erste und die Zweite Industrielle Revolution

In der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts beginnt mit der Industrialisierung der Siegeszug der mit Dampf- oder Wasserkraft angetriebenen, mechanischen Maschinen. Gesteuert von Menschen, übernehmen sie immer mehr Arbeitsprozesse. Anschließend ermöglicht der Einzug der Elektrizität rasante Produktivitätssprünge.

Sind die Menschen bis zum Beginn der Ersten Industriellen Revolution in erster Linie auf ihre eigenen Kräfte und die ihrer Nutztiere angewiesen, eröffnet der geschickte Einsatz von Wasser- und später Dampfkraft ganz neue Möglichkeiten. Mit ersten derartigen Maschinen experimentieren englische Erfinder bereits Anfang des 18. Jahrhunderts – führend ist James Watt mit seiner Dampfmaschine von 1769.

 

Innerhalb weniger Jahrzehnte krempelt der Einsatz dieser neuen und schier unerschöpflicher Energie zunächst die englische Wirtschaft um: In der Textilindustrie regieren Webstuhl und Spinnrad, Dampflokomotiven ermöglichen den Transport von Rohstoffen wie Baumwolle, Kohle und Eisen in die Produktionszentren. Besonders früh setzen sich die neuen Techniken vor allem bei Produktionsverfahren mit hohem Energieeinsatz durch: Dauert es zuvor viele harte Arbeitsstunden, um beispielsweise aus Metall per Hand ein Rohr, einen Topf oder ein Werkzeug zu formen, so werden jetzt Pumpen, Hämmer, Gebläse und Walzen maschinell angetrieben. 

Die Zweite Industrielle Revolution korrespondiert vor allem in Europa mit dem Aufblühen der Naturwissenschaften. Forscher und Erfinder setzen ihre Erkenntnisse in neue Maschinen, Materialien und Produktionsmethoden um. Ein Paradebeispiel für diese frühen Top-Innovatoren, die in ihren eigenen Werkstätten – heute würde man Start-ups sagen – ihre technischen Ideen und Geschäftsmodelle entwickeln, ist Werner von Siemens, der 1866 fast zeitgleich mit anderen Erfindern das dynamoelektrische Prinzip entdeckt.

 

Nun tritt die Elektrizität ihren Siegeszug an. Immer mehr nordeuropäische Großstädte werden mit Elektrizitätswerken ausgestattet, in denen Strom erzeugt wird. Tag und Nacht gibt es elektrisches Licht in Gebäuden und auf Straßen, Straßenbahnen werden nicht mehr von Pferden gezogen oder mit Dampfmaschinen angetrieben, sondern fahren mit elektrischer Energie. Pionier ist auch hier Werner von Siemens, dessen 1881 entwickelte Straßenbahn über die Schiene Strom aufnimmt und so den Transport von Menschen und Gütern schneller macht. 

SINUMERIK

Eine der Säulen der Dritten Industriellen Revolution

Die Produktionsmethoden ändern sich zum Ende der 1950er-Jahre grundlegend. Dicht aufeinander folgende Innovationen in der Elektronik und der Informationstechnik ermöglichen die rasante Weiterentwicklung der numerischen Steuerungen, denen Siemens den Namen SINUMERIK gibt.

Erste numerische Steuerungen sorgen für Präzision und Zeitersparnis

Nach dem Zweiten Weltkrieg liegen in Deutschland die Industriezentren und ihre Maschinenparks in Schutt und Asche. Doch es folgt eine Zeit, die als „Wirtschaftswunder“ bezeichnet wird. Die Bundesrepublik Deutschland holt gegenüber den anderen Industrienationen schnell wieder auf und verfügt bald über den größten Bestand an hochmodernen Werkzeugmaschinen. Etwa zur gleichen Zeit wenden sich viele US-amerikanische Wissenschaftler an Forschungseinrichtungen und Universitäten zwei ganz neuen Technologien zu: den Computern und kurz darauf der Mikroelektronik. 

 

Der ENIAC, der für die US-Armee entwickelt wird, füllt 1946 allerdings einen Raum, der etwa die Größe einer Turnhalle hat. Niemand kommt auf die Idee, dass diese komplizierten, störungsanfälligen Kolosse jemals in der rauen Maschinenwelt Einzug halten würden. Doch nur zwei Jahrzehnte später schrumpfen die Rechner dank der Fortschritte in der Mikroelektronik rapide. Halbleiter aus Silizium ermöglichen die Herstellung von immer leistungsfähigeren integrierten Schaltungen auf immer kleineren Raum. Transistoren ersetzen Elektronenröhren. In der Dritten Industriellen Revolution erobern Computer die Welt der Fertigung.

 

Nachdem die ersten Computer zwar noch sehr sperrig, aber funktionstüchtig sind, überlegen sich Forscher, wie sie mit der jetzt realisierbaren Rechenleistung Vorteile in der Fertigung erzielen können. Im Auftrag des US-Militärs entwickeln Ingenieure 1952 die erste numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, MA. Das Kürzel NC steht für „Numerical Control“, also die Steuerung der Werkzeugmaschinen mit Zahlen. Siemens erkennt das Potenzial dieser innovativen Technologie und entwickelt in der zweiten Hälfte der 1950er-Jahre erste NC-Steuerungen, die 1964 den Namen SINUMERIK erhalten.

Neue Freiräume für die Konstruktion 

Die erste industrietaugliche NC-Steuerung, die Siemens 1960 auf den Markt bringt, wird in einen sogenannten Pittlerdrehautomaten eingebaut. Er fertigt stangenförmige Rohprodukte, die beispielsweise zu Nägeln, Schrauben, Bolzen und Wellen weiterverarbeitet werden. Die Fachwelt ist beeindruckt.

 

Bis in die frühen 1990er-Jahre kommen numerische Steuerungen von Siemens aufgrund ihrer hohen Anschaffungskosten und der Komplexität ihrer Bedienung ausschließlich in der Großindustrie wie dem Flugzeug- und dem Automobilbau zum Einsatz. Als nachfolgend preiswerte CNC-Maschinen von Wettbewerbern in den Werkstattbetrieben des Mittelstandes konventionelle Werkzeugmaschinen ablösen, reagiert Siemens auf diesen Trend und entwickelt ab 1997 Produkte für den Einsatz der SINUMERIK im Werkstattbereich. 

 

Um die SINUMERIK effizient weiterzuentwickeln und den Markt zu verbreitern, baut Siemens seine traditionell große Nähe zum Kunden geschickt aus: Die Kunden, also die Hersteller der Werkzeugmaschinen, melden Probleme umgehend, und Siemens behebt diese sofort. Bei der nächsten Version der Sinumerik sind sie dann bereits serienmäßig eliminiert. Die Unternehmen erkennen schnell, dass sie mit einer SINUMERIK-Steuerung größere Stückzahlen bei gleichzeitig geringerem Personaleinsatz herstellen können. Eine Maschine ist mit der richtigen Ausrüstung und der entsprechenden Steuerung flexibel für viele Arbeitsschritte einsetzbar. Wie ein Werkstück gefertigt wird, ist nun nicht mehr ausschließlich im Gedächtnis der Fachkräfte abgespeichert, sondern auf Lochkarten, Magnetbändern und später auf elektronischen Speichermedien.  

Die Bearbeitung der Werkstücke erreicht eine bisher unbekannte Perfektion: Spiegelglatte Metalloberflächen, zehntelmillimetergenaue Abmessungen und später die Steuerung der Werkzeuge im dreidimensionalen Raum verkürzen die Produktionszeiten teils drastisch. Konstrukteure gewinnen völlig neue Freiräume für ihre Konzepte, die nun industriell umgesetzt werden können. Siemens erkennt schnell, wie die SINUMERIK die Welt der Fertigung verändern würde und eröffnet 1972 das Gerätewerk in Erlangen, um hier die NC-Steuerung stetig weiterzuentwickeln und bis heute zu produzieren. 

Einst unvorstellbar, heute nicht mehr wegzudenken: Werkzeugmaschinen mit SINUMERIK-Steuerung

Immer neue Maschinen brauchen immer bessere SINUMERIK-Versionen

Nun springt auch die Konsumgüterindustrie auf den fahrenden Zug auf. Mit wachsendem Wohlstand verlangen die Konsumenten in den Industrienationen nach Produkten, die ihren individuellen Wünschen entsprechen. Die Konsumgüter werden in immer kürzeren Abständen in immer neuen Versionen auf den Markt gebracht. Dazu brauchen die Hersteller flexible Maschinen, die sich schnell auf neue Arbeitsprozesse umrüsten lassen: Die SINUMERIK wird unentbehrlich.

 

Die Entwicklung der Steuerung und die der Werkzeugmaschinen liefern sich einen Wettlauf: Je ausgefeilter die Werkzeugmaschinen werden, desto mehr muss die Steuerung leisten. Die größte Herausforderung liegt darin, Steuerung und Maschine in Gleichklang zu bringen und Kollisionen des Werkstücks mit dem Werkzeug zu verhindern, um stundenlange Produktionsausfälle zu minimieren. 

Kontinuierlich weiterentwickelt: SINUMERIK-Innovationen für Werkzeugmaschinen

Industrie 4.0

SINUMERIK und der digitale Zwilling

Nun taucht ein weiterer Meilenstein auf: der digitale Zwilling. Er verändert die Fertigung abermals grundlegend: Heute werden das Produkt und die Maschine, die es fertigt, gleichzeitig geplant. Die Produktion kennt weniger Grenzen denn je. Die fortschreitende Digitalisierung und die unbegrenzten Speichermöglichkeiten lokal und in der Cloud erlauben erneut ganz neue Herstellungsprozesse, die die Vierte Industrielle Revolution einleiten. Aufbauend auf ultraschnellen Rechnerleistungen und ausgefeilten Methoden der Datenübermittlung vernetzen sich Mensch, Maschine und alle Produktionsprozesse miteinander.

Maschine und Roboter arbeiten Hand in Hand

Und die Fertigungstechnik wird mit neuen Konzepten weiterentwickelt. Roboter haben sich ihren Platz in der Fabrikhalle erobert, und Siemens ist Vorreiter, um sie mit CNC-Maschinen zu „verheiraten“. Diese Kombination erlaubt es, Fertigungsprozesse weiter zu dynamisieren und den Grad der Automatisierung zu erhöhen. Dafür wird die Programmierung des Roboters mit der SINUMERIK verschmolzen. Die komplexen Algorithmen der Steuerung, die das Zerspanen des Werkstücks, die Bearbeitungsgeschwindigkeit und vieles mehr steuern, können so auch den Roboter steuern. Das Ergebnis: Maschine und Roboter arbeiten Hand in Hand. Der Roboter kann beispielsweise ein gefrästes Werkstück aus der Maschine nehmen und polieren oder entgraten. 

 

Hier kommt ihm die hohe Präzision, die die SINUMERIK seit ihren Anfängen vor 60 Jahren stetig weiterentwickelt hat, zugute: Dank der Steuerung „weiß“ der Roboter exakt, wo, mit welchen Werkzeugen und mit welcher Intensität er das Werkstück bearbeiten muss. So sind weitere Produktivitätssteigerungen in der digitalen Fabrik möglich. 

Ausblick

Mit SINUMERIK in die Zukunft

Seit 60 Jahren wird die innovative Technologie, die die SINUMERIK ausmacht, stetig weiterentwickelt. Künftig werden in immer mehr digitalen Fabriken Maschinen und Roboter eigenständig zusammenarbeiten und so weitere Produktivitätssteigerungen ermöglichen. Mit SINUMERIK wird Siemens auch in Zukunft Vorreiter modernster Technologien sein.