Diese Arbeit fasst die aktuellen Entwicklungstrends der CNC-Technologie zusammen und schlägt strategische Ideen und Gegenmaßnahmen für die Entwicklung der chinesischen CNC-Industrie vor. 1. Einleitung: Die CNC-Technologie ist der Schlüssel zur Automatisierung der mechanischen Fertigung und beeinflusst direkt die wirtschaftliche Entwicklung und die umfassende nationale Stärke eines Landes sowie dessen strategische Position. Als grundlegendste Bearbeitungseinheit eines Fertigungssystems ist die Produktion und Anwendung von CNC-Werkzeugmaschinen, deren Kern die CNC-Technologie bildet, zu einem wichtigen Indikator für den Industrialisierungs- und Technologiestand eines Landes geworden. Mit dem Wandel der Produktionsmethoden und der Entwicklung von Wissenschaft und Technik hat sich auch die CNC-Technologie stark verändert, und es sind neue Entwicklungstrends entstanden. Die Berücksichtigung dieser neuen Trends und die Formulierung geeigneter Gegenmaßnahmen sind von großer strategischer Bedeutung für die Förderung der CNC-Technologieentwicklung in China. 2. Entwicklungstrends der CNC-Technologie: Zusammenfassend lässt sich die Entwicklung moderner CNC-Technologie durch folgende Merkmale beschreiben: 2.1 Hohe Geschwindigkeit, hohe Effizienz und hohe Präzision: Qualität und Effizienz sind die Kernziele fortschrittlicher Fertigungstechnologien. Die Entwicklung von Werkzeugmaschinen hin zu höheren Geschwindigkeiten kann die Effizienz deutlich steigern, die Produktqualität verbessern, Produktionszyklen verkürzen und die Wettbewerbsfähigkeit stärken. Aktuelle Entwicklungen zeigen, dass moderne CNC-Werkzeugmaschinen im Ausland Eilganggeschwindigkeiten von bis zu 120 m/min, Beschleunigungen von über 2 g, Spindeldrehzahlen von bis zu 100.000 U/min, Werkzeugwechselzeiten von unter 0,4 s und 5-Achs-Verkettung erreichen und so die Bearbeitungseffizienz erheblich steigern. Um die Bearbeitungsgenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen zu verbessern, werden zahlreiche Maßnahmen hinsichtlich der Steuerungsgenauigkeit ergriffen, wie beispielsweise: Erhöhung der minimalen Systemauflösung (0,02 μm oder sogar höher); Verkürzung des Abtast-Interpolationszyklus (0,1 ms); Einsatz volldigitaler AC-Servosysteme; und Anwendung verschiedener fortschrittlicher Regelalgorithmen zur Verbesserung der Nachführgenauigkeit der Servosysteme, bis hin zur fehlerfreien Nachführung. Aktuell liegt die Bearbeitungsgenauigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen der Standardklasse bei 5 μm, Präzisionsbearbeitungszentren erreichen 1 μm, und die Ultrapräzisionsbearbeitung nähert sich dem Nanometerbereich, in der Regel unter 10 nm. 2.2 Vernetzung und Intelligenz Moderne Produktionssysteme zeichnen sich durch dezentrale und vernetzte Fertigung aus. Im vernetzten Fertigungsmodell fungieren CNC-Werkzeugmaschinen als Knotenpunkte im Netzwerk, wodurch CNC-Systeme über Netzwerkkommunikationsfähigkeiten verfügen müssen. Die Vernetzung ist daher ein Forschungsschwerpunkt im Bereich der CNC-Systeme. Sie erfüllt die Anforderungen an die Informationsintegration von Produktionslinien, Fertigungsunternehmen und Fertigungssystemen und schafft günstige Voraussetzungen für die Realisierung neuer Fertigungsmodelle wie agile Fertigung, virtuelle Fertigung und Simultaneous Engineering. Das derzeit in Entwicklung befindliche PC-basierte CNC-System der 6. Generation nutzt die Netzwerkfähigkeiten von PCs voll aus und erweitert so die Vernetzungsmöglichkeiten von CNC-Werkzeugmaschinen erheblich. Die Intelligenz von CNC-Systemen beinhaltet die Anwendung verschiedener Methoden und Technologien der künstlichen Intelligenz zur Steuerung des Fertigungsprozesses. Intelligente CNC-Systeme können technische Probleme bei der Bearbeitung tiefergehend lösen und Bearbeitungsaufgaben mit hoher Qualität und Effizienz ausführen. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technik hat die Intelligenz alle Aspekte von CNC-Systemen durchdrungen. Intelligente CNC-Systeme verfügen nicht nur über Funktionen wie automatische Programmierung, Vorsteuerung, Fuzzy-Regelung, adaptive Regelung, automatische Generierung von Prozessparametern, dreidimensionale Werkzeugkompensation und dynamische Kompensation von Bewegungsparametern, sondern auch über benutzerfreundlichere Mensch-Maschine-Schnittstellen. Intelligente Servosysteme können Lasten automatisch erkennen und Parameter selbstständig optimieren und anpassen, und Expertensysteme zur Fehlerdiagnose erweitern die Selbstdiagnose- und Fehlerüberwachungsfunktionen. Der Einsatz dieser intelligenten Technologien wird CNC-Werkzeugmaschinen zweifellos eine vielversprechende Zukunft eröffnen. 2.3 Offenheit von CNC-Systemen Lange Zeit basierten CNC-Systeme auf proprietären Designs, was zu geschlossenen Systemen führte. Diese geschlossene Architektur ist für die Veränderungen in der modernen Produktion und die aufgaben- und auftragsorientierten Produktionsmodelle zukünftiger Werkstätten nicht mehr geeignet. Daher sind offene CNC-Systeme entstanden. Offene CNC-Systeme zeichnen sich durch Modularität, Standardisierung, Plattformunabhängigkeit, Weiterentwicklungsmöglichkeiten und Anpassungsfähigkeit an den Netzwerkbetrieb aus. Sie richten sich an Werkzeugmaschinenhersteller und Endanwender und ermöglichen ihnen die freie Auswahl verschiedener Komponenten des CNC-Systems, wie CNC-Geräte, Antriebsgeräte und Servomotoren. Zudem können sie ihr eigenes technisches Know-how und spezielle Anwendungen problemlos in das Steuerungssystem integrieren und so schnell CNC-Systeme unterschiedlicher Typen und Leistungsklassen zusammenstellen. Die Forschung und Entwicklung offener CNC-Technologie boomt derzeit und hat sich zu einem unumkehrbaren Trend in der Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen entwickelt. Die USA, Europa und Japan forschen intensiv an offener CNC-Technologie und haben eigene offene Architekturen entwickelt. Aufgrund technologischer und anderer Einschränkungen bestehen jedoch kurzfristig noch viele Schwierigkeiten bei der vollständigen Realisierung dieser idealen offenen Architektur. Ein konkretes Beispiel für offene CNC-Technologie ist die Entwicklung PC-basierter CNC-Systeme, auch bekannt als CNC-Systeme der 6. Generation. PC-basierte CNC-Systeme profitieren von den zahlreichen Errungenschaften der rasanten PC-Entwicklung und legen die Hardware-Grundlage für die Standardisierung, Modularisierung und Offenheit von CNC-Systemen. Das PC-basierte CNC-System entwickelt sich zu einem Trend bei offenen CNC-Systemen und repräsentiert die Hauptrichtung der CNC-Technologieentwicklung. Derzeit existieren drei grundlegende Strukturformen PC-basierter offener CNC-Systeme: (1) PC-integrierte CNC-Systeme. Bei diesem CNC-System wird eine speziell entwickelte PC-Vorlage in das traditionelle CNC-System integriert. Dadurch erhält die CNC-Einheit die Flexibilität eines PCs, der eigentliche CNC-Teil bleibt jedoch in einer geschlossenen Struktur. (2) PC-integrierte CNC-Systeme. Hierbei wird ein PC als Hardwareplattform genutzt, in dessen Standardsteckplatz die Bewegungssteuerung oder die gesamte CNC-Einheit (einschließlich integrierter SPS) eingesetzt wird. Der PC übernimmt nicht-Echtzeit-Aufgaben, während die Echtzeit-Bewegungssteuerung der Werkzeugmaschine vom Bewegungscontroller durchgeführt wird. Diese Bauform ist derzeit weit verbreitet. (3) Vollständig softwarebasierte CNC-Systeme. Diese Methode realisiert CNC-Funktionen mithilfe der Konzepte und Mittel eines PCs. Es handelt sich um ein CNC-System, das vollständig auf PC-Software basiert. Aufgrund von Problemen wie der Echtzeitfähigkeit des Betriebssystems, der Standardisierung und der Systemstabilität befindet sich dieses System jedoch noch im Laborstadium. 2.4 Parallele Werkzeugmaschinen . Traditionelle Werkzeugmaschinen weisen eine serielle Struktur mit Kragarmbauteilen auf, was die Erzielung einer hohen strukturellen Steifigkeit erschwert. Darüber hinaus schränken ihre zahlreichen Komponenten und ihre komplexe Struktur die Verbesserung von Bearbeitungsgenauigkeit und -geschwindigkeit ein. Parallelwerkzeugmaschinen, die Mitte der 1990er-Jahre aufkamen, stellen einen neuen Ansatz zur Lösung dieser Probleme traditioneller Werkzeugmaschinen dar. Sie sind das Ergebnis der Kombination von Robotik, Werkzeugmaschinenbautechnik, moderner Servoantriebstechnik und CNC-Technologie und gelten als „Werkzeugmaschinen des 21. Jahrhunderts“ mit großem Entwicklungspotenzial und breiten Anwendungsmöglichkeiten. Spindel (bewegliche Plattform) und Maschinenbasis (stationäre Plattform) einer Parallelwerkzeugmaschine sind parallel geschaltet. Sie benötigt keine Schlitten oder Führungsschienen, sondern nutzt lediglich wenige frei ausfahrbare Antriebsstangen, um den Spindelkasten mit dem Schneidwerkzeug (oder Werkstück) im Raum zu bewegen. Die Bearbeitung erfolgt computergestützt durch komplexe mathematische Berechnungen. Parallelwerkzeugmaschinen zeichnen sich durch hohe Belastbarkeit, schnelle Reaktionszeiten, hohe Präzision, einfache mechanische Struktur und gute Anpassungsfähigkeit aus. Sie sind Produkte mit einfacher Hardware, komplexer Software und hohem technologischen Mehrwert. Daher messen akademische Kreise und Werkzeugmaschinenhersteller weltweit der Forschung und Entwicklung von Parallelwerkzeugmaschinen große Bedeutung bei und haben sukzessive Prototypen mit verschiedenen Strukturformen auf den Markt gebracht, wodurch neue Entwicklungsfelder für CNC-Werkzeugmaschinen erschlossen wurden. 2.5 STEP-NC Aktuelle CNC-Werkzeugmaschinen verwenden C- und M-Codes auf Basis der Norm ISO 6983 für die Werkstückprogrammierung und -bearbeitung. Das wesentliche Merkmal dieser Programmiermethode ist ihre Fokussierung auf den Bearbeitungsprozess, die erhebliche Einschränkungen mit sich bringt, wie z. B. unvollständige Produktinformationen, die Unfähigkeit, Bearbeitungsinformationen an vorgelagerte Systeme zurückzumelden, geringe Kompatibilität und Programmierschwierigkeiten. Aus diesem Grund forscht und entwickelt die internationale Gemeinschaft an einem neuen CNC-Systemstandard, ISO 14649, basierend auf dem STEP-Standard zur Konvertierung von Produktmodelldaten. Ziel ist es, einen neutralen Mechanismus bereitzustellen, der ein einheitliches Datenmodell über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg beschreibt und somit die Standardisierung von Produktinformationen im gesamten Fertigungsprozess erreicht. STEP-NC ist eine Erweiterung von STEP für den Bereich der CNC (Computer Numerical Control). STEP-NC verknüpft Produktdesign- und Fertigungsinformationen objektorientiert, verzichtet auf C/M-Programmiermethoden und setzt stattdessen auf ein neues Datenformat und funktionsorientierte Programmierprinzipien. STEP-NC und das CAX-System nutzen einheitlich den STEP-Standard für den Informationsaustausch, der alle Produktinformationen umfasst und eine nahtlose Integration von Design, Fertigung und Management ermöglicht. Dies verbessert die Offenheit und Intelligenz des Systems und vereinfacht die CNC-Programmierung. STEP-NC repräsentiert eine neue Fertigungsphilosophie und stellt die größte technologische Revolution seit der Erfindung der CNC-Werkzeugmaschinen dar. Sie wird die Entwicklung der CNC-Technologie und der gesamten Fertigungsindustrie maßgeblich beeinflussen. Europäische und amerikanische Länder messen der STEP-NC-Forschung große Bedeutung bei, haben Entwicklungsprogramme initiiert und zahlreiche bedeutende Ergebnisse erzielt. Ein von einem amerikanischen Unternehmen entwickeltes Datenaustauschformat wurde an Prototypenmaschinen von Siemens verifiziert. 3. Entwicklungsstrategien für Chinas CNC-Industrie: Angesichts der rasanten Fortschritte in der internationalen CNC-Technologie ist es für die schnelle Entwicklung der chinesischen CNC-Technologie und -Industrie notwendig, die Leitidee für die Entwicklung der CNC-Industrie festzulegen und die Entwicklungsplanung zu vereinheitlichen. Daher schlägt der Autor folgende Empfehlungen vor: 3.1 Der Staat sollte die richtige politische Ausrichtung beibehalten und die Entwicklung der chinesischen CNC-Industrie weiterhin aktiv unterstützen. Er sollte der CNC-Industrie nicht nur steuerliche und investitionsbezogene Vorteile gewähren, sondern auch die Koordination und Zusammenarbeit zwischen Industrie, Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Regierung stärken. Der Staat sollte bei der Formulierung von CNC-Technologieentwicklungsplänen eine führende Rolle einnehmen, die organisatorische Umstrukturierung der CNC-Industrie intensivieren, wissenschaftliche und technologische Ressourcen integrieren und gemeinsam zukunftsweisende Schlüsseltechnologien entwickeln. Insbesondere sollte der Staat Projekte zur Bewältigung neuer Technologien und Trends im CNC-Bereich initiieren, um sicherzustellen, dass China im nächsten Wettbewerb um die CNC-Technologie eine führende Position einnimmt. 3.2 Innovation fördern: CNC-Werkzeugmaschinen sind Hightech-Produkte; zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit ist eine beschleunigte technologische Innovation notwendig. In der Vergangenheit orientierte sich Chinas CNC-Technologieentwicklungsstrategie am „Folgen“ ausländischer Vorbilder, wobei Funktionen und Strukturen hauptsächlich ausländische Designs imitierten. Diese mangelnde Erforschung neuer Technologien hat den Fortschritt der chinesischen CNC-Technologie erheblich behindert. Angesichts der aktuellen Entwicklungslage der CNC-Technologie müssen wir diesen Trend umkehren, unsere Innovationskraft rasch stärken und Technologien und Produkte mit unabhängigen Schutzrechten entwickeln, um die Grundlage für die nachhaltige Entwicklung der CNC-Industrie zu schaffen. 3.3 Chancen nutzen und Chinas Vorteile ausbauen Obwohl die CNC-Technologieforschung in China relativ spät begann, befinden wir uns angesichts der aufkommenden Trends in der CNC-Technologie auf dem gleichen Stand wie die Industrieländer. Dies bietet China eine seltene Gelegenheit, den Abstand zu den weltweit führenden Ländern zu verringern. Wir müssen den richtigen Durchbruchpunkt wählen, die Umsetzung der Forschungsergebnisse beschleunigen, aufholen und den „Nachzüglervorteil“ nutzen, um einen Technologiesprung in der chinesischen CNC-Technologie zu erzielen. 3.4 Förderung der Talentförderung Die CNC-Technologie umfasst ein breites Spektrum an Bereichen und hat einen hohen technischen Gehalt. Um die CNC-Technologie weiterzuentwickeln, müssen wir vielseitig qualifizierte Fachkräfte mit umfassenden Fähigkeiten und Kompetenzen ausbilden. Daher müssen wir der Personalentwicklung höchste Priorität einräumen, Mechanismen und ein Umfeld schaffen, die Talente anziehen und ihnen ermöglichen, ihr volles Potenzial auszuschöpfen, und ein hochqualifiziertes Team von Fachkräften in den Bereichen CNC-Forschung und -Entwicklung, -Management, -Anwendung und -Wartung aufbauen. 4. Fazit Angesichts einer neuen Innovationswelle in der CNC-Technologie müssen wir die sich bietenden Chancen nutzen, diese neuen Trends, Technologien und Theorien sorgfältig analysieren, entsprechende Maßnahmen ergreifen, Durchbrüche in mehreren Schlüsseltechnologien anstreben, die sprunghafte Entwicklung inländisch produzierter CNC-Systeme realisieren und China so schnell wie möglich zu den weltweit führenden Herstellern von CNC-Systemen aufschließen und diese übertreffen lassen.