Jubiläum: 50 Jahre Sinumerik

von Dipl.-Ing. Engelhard Tobisch Vor 50 Jahren hat Siemens mit der „Sinumerik“ die weltweit erste wirklich industrietaugliche NC präsentiert. Damit brach ein neues Zeitalter für Fertigungsbetriebe an. Geprägt von stetigen Weiterentwicklungen in Soft- und Hardware wurden automatisierte Fertigungsprozesse immer produktiver und gleichzeitig flexibler. Heute verbinden elektronische Netzwerke alle Bereiche eines modernen Produktionsbetriebs und erlauben maximale Durchgängigkeit der Daten – von der Entwicklung und Kons- truktion bis zur CNC-gesteuerten Maschine. Hier eine Zeitreise von den Anfängen bis heute.

Der schon in den fünfziger Jahren wichtigste europäische Elektroausstatter des Maschinenbaus bringt 1960 mit der Sinumerik die erste industrietaugliche NC (Numerical Control) auf den Markt, die schon bald ihre Praxistauglichkeit in einer Revolverdrehmaschine eindruckvoll belegt. Im Verlauf mehrerer Systemgenerationen wird auf Basis diskreter elektronischer Bauelemente die erste echte Bahnsteuerung entwickelt. Es folgen spezielle Steuerungsversionen für die Bearbeitungstechnologien Drehen, Fräsen, Schleifen sowie Nibbeln; auch die Steuerung elektrohydraulischer Antriebe wird ermöglicht.

Die erste echte CNC war die Sinumerik 500C

Einen entscheidenden Schritt in Richtung CNC (Computerized Numerical Control) geht Siemens 1973 mit der Sinumerik 500C. Als Hochtechnologie bleibt sie zunächst Dreh- und Fräsanwendungen vorbehalten. Kostengünstige Mikroprozessoren ändern das im Laufe der Jahre und revolutionieren die CNC-Technik. Das 1976 vorgestellte „Sinumerik System 7“ ist erstmals mit einem Mikroprozessor ausgestattet und ermöglicht eine DNC-Vernetzung. Darüber hinaus lassen sich mit der verbesserten Version Sinumerik System 7 Sprint Konturen programmieren. Erst 1977 kamen auch die ersten industriell hergestellten PCs wie der Apple II und der Commodore PET 2001 auf den Markt.

Bereits 1979 wird mit der Sinumerik System 8 eine mehrkanalfähige CNC (8MC-Z2) mit integrierter speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) realisiert, die sich für Dreh- und Fräsbearbeitungen ebenso eignet wie für Bohr- und Nibbelmaschinen. Zeitgleich integrieren Siemens-Ingenieure eine Zyklenunterstützung, um Bearbeitungsprogramme einfacher erstellen zu können. Parallel zum System 8 entwickelt der deutsche Konzern mit der Sinumerik Primo eine CNC, die sich durch ihre kompakte Bauart in „Schuhkartongröße“ auszeichnet. Darüber hinaus wird sie erstmals mit schleifspezifischen Funktionen ausgestattet.

Als 1981 mit dem IBM 5150 der erste IBM-PC auf den Markt kommt, präsentiert Siemens mit der Sinumerik System 3 eine CNC, die zwischen dem System 8 und Primo angeordnet ist. Ihr Highlight: anwendungsspezifische Bedienoberflächen mit Grafikfunktionen zum Programmieren. Nun können Kunden und Anwender erstmals zwischen drei CNCs mit unterschiedlicher Größe und Leistung wählen: die kleine Primo, das mittlere System 3 und das große System 8. Diese Dreiteilung nach Leistungsstufen hat beim Anbieter bis heute Bestand.

1984: Offenheit der Bedienoberfläche

Das Jahr 1984 startet Siemens mit einer neuen Familienbezeichnung (dem System 800) und dem Prinzip der „Offenheit“, das auch alle weiteren CNC-Generationen bestimmt. Als erste CNC dieser Familie kommen die mittelgroßen Sinumerik 810 und 820 auf den Markt, die sich lediglich in der Bildschirmgröße unterscheiden. Sie sind kompakt, verfügen über eine Software-PLC (Programmable Logic Control, SPS) und koordinieren über eine analoge Kopplung vier Achsen sowie eine Spindel. Highlight stellt das offene Human Machine Interface (HMI) dar. Der Maschinenhersteller hat damit die Möglichkeit, eigene Bedienoberflächen zu projektieren und damit seine Maschine einfach zu individualisieren. Er kann jetzt die Bedienoberfläche auf seine Belange zuschneiden, mit eigenen Bildern oder Menübäumen ergänzen und dadurch noch effizienter arbeiten. Für Schleifmaschinen-Hersteller ist dies ein entscheidender Grund, künftig CNC-Technik einzusetzen. Der Endanwender profitiert durch angepasste Bedienoberflächen.

Ergänzt wird das System 800 in den Folgejahren durch die modularen Sinumerik 850 und 880 (unterschiedliche Achsenzahl) für den oberen Leistungsbereich. Sie sind in der Lage, bis zu 24 Achsen und 6 Spindeln zu steuern, haben 16 Kanäle, eine Rechnerkopplung und integrierte Werkzeugverwaltung. Die kompakte Sinumerik 805 für den unteren Leistungsbereich rundet diese Steuerungsfamilie ab.

Als Siemens 1994 für den oberen Leistungsbereich die Sinumerik 840D als Systemstandard einführt, wird diese Steuerung mit digitaler Antriebskopplung und offenem NC-Kern ausgestattet. Das ermöglicht die Integration von Softwarekomponenten in die CNC, die technologisches Know-how von Werkzeugmaschinenbauern zum Bestandteil der Automatisierung macht. Die digitale Kopplung der CNC zu den Antrieben ermöglicht schließlich die Weiterentwicklung auf verschiedenen Funktions/Leistungsebenen. Auch jetzt wird die Steuerungsfamilie in der Leistungsbreite erweitert: Für mittlere Anforderungen steht die Sinumerik 810D zur Verfügung, und mit der 802D deckt das Unternehmen den unteren Bereich ab.

Menschen an Maschinen müssen, gemäß internationalen Richtlinien und Gesetzen, vor gefahrbringender Bewegung geschützt werden. Hierzu dienen Funktionen wie das Überwachen von Position, Geschwindigkeit und Stillstand. Der Einsatz von Elektronik und Software anstelle von kontaktbehafteter Hardware waren der Schlüssel zu dieser bahnbrechenden Innovation. Mit der Pionierarbeit von Siemens hat sich die integrierte Sicherheitstechnik nach nun bald 15 Jahren im Maschinen- und Anlagenbau als Standard etabliert.

Ein Jahr später ermöglichen die grafischen Programmieroberflächen ShopMill und ShopTurn auch kleineren Lohnfertigungsbetrieben, die volle Leistung ihrer (spezialisierten) CNC-Fräs- und Drehmaschinen zu erschließen – ohne tiefgehende Programmierkenntnisse. Programmierung und anschließende Bedienung sind an die Erfordernisse der Werkstatt angepasst und lassen sich schon nach kurzer Schulung von allen Facharbeitern durchführen.

2001: Maschinensimulation und virtuelles Prototyping

Mit dem Ziel, die Produktivität der Maschinenhersteller und anwender weiter zu steigern, eröffnet Siemens Anfang des neuen Jahrtausends die Ära der „Maschinensimulation“ und des „virtual prototyping“. Mit dem Dienstleistungsangebot „Mechatronik Support“ werden Maschinenhersteller in der Entwicklungsphase unterstützt. Neu entwickelte Simulatoren ermöglichen es, Bearbeitungsvorgänge und ganze Fertigungsabläufe virtuell zu analysieren; und eine virtuelle CNC-Steuerung erlaubt die Integration in kommerzielle Simulationssysteme.

Weitere Werkzeuge für Endanwender sind Web-basierte (Maschinen)Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) sowie herstellerübergreifende Plattformen für Online-Diagnose, Wartung und Service. So lassen sich Maschinenausfälle vermeiden und vorbeugende Instandhaltung zum jeweils optimalen Zeitpunkt durchführen. Diese Online-Services entlasten Maschinenbauer vom Aufbau eigener Infrastrukturen für Fern-Diagnose und Service und sind wichtige Instrumente zur kostenoptimierten Betreuung weltweit installierter Maschinen.

Mit Einführung der neuen sl-Steuerungsfamilie stellt Siemens seit 2005 die industrielle Kommunikation via Ethernet/Profinet sicher. Dank der damit verbundenen einfachen Steckverbindungen verringern sich der Montageaufwand ebenso wie etwaige Erweiterungen der Maschine. Hohe Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit gehen damit einher. Als High-end-Steuerung dieser Generation präsentiert Siemens zuerst die Sinumerik 840D sl für Hochtechnologien, die sich durch extreme Offenheit und Flexibilität auszeichnet. Sie wird mit allen zeitgemäßen Innovationen ausgestattet. Es folgt mit der Sinumerik 802D sl die einfache und kostengünstige Variante, die vor allem für Unternehmen in Schwellenländern interessant ist. Schließlich rundet 2009 die dazwischen angesiedelte Sinumerik 828D – eine ideale Steuerung für Jobshop-Firmen – die Familie ab.

2008: Durchgängige Lösungen

Heute steht nicht mehr allein die Produktivität der Maschine oder Fertigung im Fokus. Es gilt vielmehr, den gesamten Produktentstehungsprozess zu optimieren. Um dies zu erreichen, müssen CAD/CAM- und CNC-Systeme zunehmend miteinander verschmelzen. Siemens forciert dies bereits seit einigen Jahren, indem die Geschäftsbereiche Motion Control (MC) und Product Lifecycle Management (PLM) eng zusammenarbeiten. Entsprechende Lösungen werden seit 2008 am Markt angeboten.

Insbesondere Unternehmen der Medizintechnik nutzen diese Durchgängigkeit beispielsweise zur Herstellung von Implantaten. Nach einer ersten Datenerfassung (Computertomographie beim Patienten) werden die erzeugten Bilddaten für die Modellierung, Konstruktion und Programmierung des anzufertigenden Implantats verwendet. Bereits zu diesem Zeitpunkt lassen sich mit der von Siemens entwickelten CAD/CAM-Software NX die Werkzeugwege und Funktionen unter Fertigungsbedingungen virtuell testen. Darüber hinaus haben es die Siemens-Ingenieure geschafft, die CAM-Sprache durch optimierte Postprozessoren in den NC-Code für die Maschine zu übersetzen und via DNC auf eine Sinumerik zu übertragen.

Seit dem Jahr 2009 bietet Siemens mit MDynamics auch ein optionales Technologiepaket für die Sinumerik 840D sl, das auf der neuen Bewegungsführung Advanced Surface basiert. Es sorgt dafür, dass höhere Oberflächengüten in noch kürzerer Bearbeitungszeit als bisher erreicht werden. Damit einher geht die neue, einheitliche Sinumerik-Bedienoberfläche Sinumerik Operate. Siemens hat seine grafischen Darstellungen weiter verbessert und zudem eine Explorer-Struktur aufgebaut, die praktische Funktionen aus dem PC-Alltag – wie beispielsweise ‚copy and paste’ – beinhaltet. Maschinenbediener können so noch intuitiver mit der neuen Sinumerik-Bedienoberfläche umgehen. Die Grundstruktur dafür wurde jedoch nicht komplett neu erfunden, sondern auf Basis ShopMill/ShopTurn erarbeitet. Für Bediener, die sich damit bereits auskennen, ist der Umstieg dadurch sehr einfach.W

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