Von Fundamenten zur Innovation: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Fertigung

Wir denken oft bei Fertigung an die neuesten Trends und Technologien. Doch wir sollten uns erinnern, dass Fertigung Schicht für Schicht auf früheren Entwicklungen und Errungenschaften aufbaut, die unser Wissen über den Fertigungsprozess erweitert haben. Wer heute Fertigungstechnologien nutzt, realisiert vielleicht nicht, dass die Werkzeuge, die er verwendet, durch Generationen von Technologieentwicklern möglich gemacht wurden, die vor ihm kamen.

Mit diesem Gedanken im Hinterkopf habe ich über einige Dinge nachgedacht, die ich in meiner langen Fertigungskarriere erlebt habe. Es ist bemerkenswert, wie weit wir in der Fertigung in den letzten 40 Jahren gekommen sind. Heutige Fertigungslösungen existierten vor Jahren nicht, daher waren unsere Problemlösungsansätze damals sehr unterschiedlich. Während ich einige Dinge durchging, die ich in meinem Keller zu reduzieren oder eliminieren gelobt hatte, fand ich ein Edelstahlteil, das mich an eine wichtige Erfahrung vor vielen Jahren erinnerte.

Anfang der 1980er Jahre begann der Einsatz kleiner Computer in Werkstätten gerade erst. Ich war entschlossen, mich denen anzuschließen, die Computer auf den Fertigungsprozess anwendeten. Das war vor IBM-PCs; ich überzeugte meine Frau, dass ich, wenn ich einen Apple II+ kaufen könnte, Geld verdienen könnte, indem ich NC-Programme für kleine Werkstattbesitzer in meiner Gegend erstelle.

Nach dem Kauf des Apple-Computers hatte ich keine Ahnung, wie ich meine Vorhersage umsetzen sollte. Damals wurden kleine Computer hauptsächlich für Spiele und Buchhaltung genutzt. Es gab kaum Computerprogramme für die Fertigung. Dann, im August 1982, wurde ich beauftragt, ein NC-Programm für das Illinois Institute of Technology Research in Chicago zu schreiben.

Dieses Programm sollte Teil einer Workcell-Demonstration für Führungskräfte von GM, Ford und Chrysler sein. Der Plan: die Zelle erstellen und die Führungskräfte dann einladen, ihren Betrieb nach ihrem Besuch der IMTS 1982, ebenfalls in Chicago, zu beobachten. Ich sollte vier Programme schreiben, um Ventile herzustellen, einschließlich Schaft und Kopf jedes einzelnen.

Die Zelle bestand aus einer NC-Drehmaschine, einer Induktionshärtestation, einer Prüftstation (Go/No-Go), einem bodenmontierten Roboter und einer Reinigungsstation. Bis zu diesem Punkt hatte ich meinen Computer nicht zum Schreiben von Programmen genutzt, einschließlich manueller NC-Programme. Ich wusste auch nicht, wie ich das fertige Programm liefern sollte außer per Ausdruck – und ich hatte keinen Drucker, der damals sehr teuer war (ich konnte mir einen sechs Monate später nach Sparen leisten). Ich hatte jedoch zwei 5¼-Zoll-Diskettenlaufwerke, um das Geschriebene zu speichern.

Das Projekt wurde von dem verstorbenen Dr. Keith McKee und mehreren Kollegen geleitet. Ich muss zugeben, sie waren im Umgang mit dem Apple-Computer weit fortgeschrittener als ich. Sie hatten einen Apple wie meinen, aber mit mehreren Erweiterungen an den Backplanes des Motherboards. Sie erstellten Schalter auf den Karten, die sie in die Backplanes einbauten, und konnten so die Ein-/Ausschalter aller Maschinen in der Zelle steuern. Da ihr Computer wie meiner war, konnte ich Disketten für meinen Vertragsanteil liefern.

An diesem Punkt dachte ich, all meine Probleme seien gelöst. Ahnte nicht, was vor mir lag. Ich hatte zu der Zeit mehrere Jahre in der Fertigung verbracht, aber gerade erst angefangen, NC-Programme zu schreiben und nur für eine Maschinentype: eine Cincinnati Cinturn-Drehmaschine. Die glich in keiner Weise der Maschine, die sie programmieren wollten – einer gut genutzten Takasawa-Drehmaschine mit alter FANUC-Steuerung. Die FANUC-Steuerung nahm so viel Platz ein wie die Maschine selbst. Welten entfernt von modernen Steuerungen, die meist im Maschinenpendant sitzen. So groß die Steuerung war, ich konnte immer nur einen Block Information gleichzeitig sehen. Man kann sich vorstellen, wie langwierig und mühsam das Troubleshooting eines Programms auf dieser Maschine war. Das war erst der Anfang meiner Programmierprobleme.

Ich lernte schnell, dass es keinen G-Code gab, den ich ausgeben konnte, um eine parabolische Kurve zu erzeugen. Zuerst dachte ich, ich könnte eine Reihe von Kreisinterpolationen aneinanderreihen, die ausreichen würden. Fehlanzeige. Was ich entdeckte: Diese alte FANUC-Steuerung erlaubte keine aufeinanderfolgenden Kreisinterpolationen. Dennoch schaffte ich die ersten drei Programme nach viel Korrektur. Die Nase dieser Teile hatte einfache Kurven und reagierte auf G-Code-Befehle.

Das vierte Teil bereitete große Kopfschmerzen. Die Krümmung des Kopfes dieses Teils glich einer Parabel. Mein Ansatz: kleine Approximationen für die parabolische Kurve. Vielleicht Positionen um die Kurve bei 0,001 Zoll (0,0254 mm) Intervallen, die der Krümmung eng folgen. Wie ich mir Software wünschte, die diese Berechnungen für mich erledigen könnte.

Damals gab es ein Softwareprogramm für Apple-Computer namens VisiCalc. Es war jedoch ein Tabellenkalkulationsprogramm, hauptsächlich für Buchhaltung genutzt, und Vorläufer von Lotus 1-2-3 und Microsoft Excel.

Die Zeit für das Projekt lief ab, und ich hatte noch kein funktionsfähiges Programm für das Ventil mit parabolischer Nase. Die alte FANUC-Steuerung drehte durch, wenn sie die G-Code-Bögen traf. In der Verzweiflung wandte ich mich VisiCalc zu, um mein Problem zu lösen. Mit der Formel für diese Parabel lud ich sie in eine Zelle und replizierte die X- und Z-Positionen. Das löste mein Problem, und wir beendeten das Projekt rechtzeitig.

Ich fragte mich, ob heutige CAM-Software mein Problem von vor vielen Jahren lösen könnte. Ich entdeckte, dass Geopath-Software Vorsorge für Formen traf – und eine davon war eine Parabel. Ich holte den fast 40 Jahre alten Blauplan hervor, steckte Brennpunkt und Länge in die Software und – voilà! Sie lieferte die exakte Form des Blauplans. Ich lud diese Form in Mastercam und erstellte sofort ein Programm.

Dieses Wiedererleben meiner Erfahrung von vor langer Zeit erinnert mich daran, wie viel Fortschritt wir seit damals gemacht haben. Was mir damals Tage kostete, dauert jetzt Minuten.

Im Laufe meiner Fertigungskarriere hatte ich viele Positionen: Zerspaner, NC-Supervisor, Abteilungsleiter, Operations Manager. Mein aktueller Job ist als tenured Professor für Fertigungstechnologie am Richard J. Daley College in Chicago, wo wir kurz vor der Pandemie ein neues, 35 Millionen Dollar teures Fertigungstechnologiezentrum eröffneten. Das Zentrum ist gefüllt mit moderner Fertigungs-, Zerspanungs- und Schweißausrüstung und Laboren. Hier helfe ich meinen jungen Studenten, auf Geräten zu lernen, die vor 40 Jahren kaum vorstellbar waren.

Aber diese Ausrüstung – und die neuen Skills unserer Studenten – bauen auf den unzähligen Millionen Entwicklungsprojekten auf wie dem, das mein parabolisches Ventil hervorbrachte. Fertigungstechnologie hat eine reiche Geschichte in diesem Land, auf die wir alle stolz sein können.