de.wedoany.com-Bericht: Der Anteil der in China hergestellten 5-Achs-Fräsmaschinen liegt bereits bei über 70 %, doch im Bereich der hochwertigen 5-Achs-CNC-Steuerungen halten ausländische Marken immer noch einen Anteil von über 90 %. Dieser Gegensatz spiegelt eine Realität wider: Bei den bereits in China hergestellten 5-Achs-Maschinen stammt mindestens die Hälfte der Kernsteuerungen immer noch von Siemens oder Fanuc. Die Anwendung digitaler Zwillinge in 5-Achs-Bearbeitungszentren ist der deutlichste Ausdruck des technologischen Abstands zwischen China und dem Ausland. Obwohl es in China bereits zahlreiche Projekte mit 5-Achs-Bearbeitung und digitalen Zwillingen gibt, die Funktionen wie virtuelle Inbetriebnahme, thermische Kompensation und Kollisionssimulation realisieren, berichten Ingenieure vor Ort von Problemen wie „statische Genauigkeit nahe dran, dynamische Genauigkeit schlecht“, „kurzfristig nutzbar, langfristig schlecht“ und „bei thermischen Problemen steckt man noch bei der Einzelpunktkompensation, während das Ausland bereits eine vollständige Prozesskette abdeckt“.
Im Jahr 2026 bewirbt Siemens in China das System SINUMERIK ONE, dessen Schwerpunkt auf dem Konzept „sechsmal auf Anhieb richtig“ liegt, d. h. Design, Inbetriebnahme, Programmierung, Bearbeitung, Service und Auswahl. Dahinter steht die Strategie von Siemens, NX CAD, CAM, CNC und den digitalen Zwilling tief zu integrieren. Bei 5-Achs-Anwendungen ermöglicht die neue NCU-Link-Technologie von SINUMERIK ONE die Verkettung von drei NCU-Einheiten, sodass ein System 93 Achsen steuern kann. Laut Unternehmensangaben kann die Effizienz der 5-Achs-Formenbearbeitung um bis zu 30 % gesteigert werden; das Mittelklasseprodukt 828D der fünften Generation integriert die MEC-Mehrfachfehlerkompensation direkt in die Firmware und steigert die CPU-Leistung um 40 %. Diese Kompensation erfolgt nicht durch Berechnung und Übergabe über eine übergeordnete Software, sondern ist fest in die Firmware integriert, was eine Mikrosekunden-Interpolation und dynamische Korrektur zwischen den Achsen ermöglicht. Dies bildet die technische Grundlage für die Behauptung „auf Anhieb richtig“. Im Vergleich dazu liegen die Interpolationszyklen hochwertiger chinesischer CNC-Steuerungen in der Regel bei 1 bis 2 Millisekunden, während das internationale Spitzenniveau bereits unter 0,5 Millisekunden liegt; bei der Bearbeitungsgenauigkeit erreichen chinesische Steuerungen 1 bis 2 Mikrometer, das internationale Spitzenniveau liegt unter 0,5 Mikrometern; die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) beträgt in China 3000 bis 4000 Stunden, international sind es 8000 Stunden. Der Interpolationszyklus bestimmt direkt, ob das digitale Zwillingsmodell eine Rückkopplung im Millisekundenbereich erreichen kann, während die meisten chinesischen Systeme immer noch auf Offline-Vorhersagen im Sekunden- oder Prozessschrittbereich beschränkt sind.
Die Kernherausforderung der 5-Achs-Bearbeitung liegt in der Kopplung der Multiphysikfelder Wärme, Kraft und Servo. Die Erwärmung der Spindel führt zu einer Drift des Werkzeugmittelpunkts, was die Bearbeitungsgenauigkeit von Präzisionskomponenten wie Laufrädern für die Luft- und Raumfahrt beeinträchtigt. In diesem Bereich sind die technologischen Unterschiede zwischen China und dem Ausland erheblich. Europa hat eine vollständige technologische Kette entwickelt: „thermisches Gleichgewichtsdesign im Vorfeld, aktive Kühlung während des Prozesses, thermische Kompensation im Nachhinein“. Beispielsweise verwendet die duoBLOCK von DMG MORI eine thermosymmetrische Gusseisenstruktur, kombiniert mit einer vollständig wassergekühlten Vorschubantriebseinheit. Die Spindel wird durch einen SGS-Wärmeausdehnungssensor in Echtzeit kompensiert. Öffentlich zugängliche Daten zeigen, dass die Positionsgenauigkeit bei 24-stündiger Dauerbearbeitung um nicht mehr als 0,004 mm schwankt. Die Dynamic Accuracy des Mazak Smooth-Systems und die MEC-Technologie von Siemens 828D sind beide fest in die Firmware integriert und keine externen Softwarelösungen. Im Gegensatz dazu verharren die meisten chinesischen Ansätze noch in der Phase der Einzelpunkt-Wärmedehnungskompensation, bei der durch die Platzierung von etwa einem Dutzend Temperatursensoren an Spindelstock, Ständer und Bett eine Temperatur-Verformungs-Linearregression durchgeführt wird. Im akademischen Bereich hat die Dalian Jiaotong University ein Modelica-LSTM-Doppelantriebsmodell vorgeschlagen, das an einer DMG DMU 50 den Fehler im Vergleich zu einem reinen Mechanismusmodell um mehr als die Hälfte reduzieren und die Schwankungen nach der Kompensation um 70 % verringern konnte. Diese Technologie befindet sich jedoch noch im Laborstadium und ist noch nicht in die Serien-CNC eingeflossen. Das von Fulida im Jahr 2025 patentierte Echtzeit-Thermofehlerkompensationsverfahren für 5-Achsen verwendet innovativ eine Datenassimilationsmethode, bei der gemessene Daten in ein Multi-Member-Virtual-Thermal-Modell für eine vorausschauende Kompensation integriert werden. Dies stellt einen Schritt der heimischen Technologie in Richtung „Mechanismus plus Daten Doppelantrieb“ dar, aber die Serienumsetzung steht noch aus.
Kede CNC ist ein repräsentatives Unternehmen für den heimischen, vollständig eigenentwickelten Ansatz. Laut einem Bericht der Website der Politischen Konsultativkonferenz des chinesischen Volkes vom Mai 2025 erreicht die Eigenversorgungsrate für Kernkomponenten 85 %, die Gesamtmaschinen-Inlandsrate über 90 %. Das hochwertige CNC-System GNC62 ist mit dem Siemens 840D vergleichbar und erreichte in Funktionstests des Chinesischen Prüfzentrums für Werkzeugmaschinen 95,85 % der Punktzahl des 840D – der höchste Wert, den ein heimisches CNC-System je erreicht hat. Allerdings betrug die Forschungs- und Entwicklungsintensität von Kede CNC im Jahr 2025 satte 35,43 % bei einem Umsatz von 552 Millionen Yuan und einem Nettogewinn von 88,6 Millionen Yuan. Die F&E-Ausgaben sind 4- bis 7-mal so hoch wie die der Konkurrenz. Diese intensive F&E hat vor allem die „systemische kooperative Optimierung“ ermöglicht, die durch die vollständige Eigenentwicklung von System, Servo, Spindel, Rundtisch und Schwenkkopf erreicht wurde. Beispielsweise sind die Vorsteuerungsfunktionen für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck des GNC62-Systems speziell auf die dynamischen Eigenschaften des eigenen Servos abgestimmt, was auf einem Montageweg nicht realisierbar ist. Im Bereich der digitalen Zwillinge nutzt Kede CNC derzeit hauptsächlich NX und das virtuelle Inbetriebnahmemodul von Siemens für externe Zwillinge. Das in die eigene CNC integrierte Zwillingsmodul dient hauptsächlich der Visualisierung und einfachen Kollisionsvermeidung; die Modellierung der Multiphysikfeldkopplung ist nicht seine Stärke. Ein anderer technologischer Weg wird von Huazhong CNC repräsentiert. Dessen KI-CNC-Systeme wurden bereits über 50.000 Mal ausgeliefert. Das System der 10er-Serie ist mit einem KI-Chip und einem großen Modell ausgestattet, aber sein digitales Zwillingsmodul konzentriert sich hauptsächlich auf adaptive Steuerung und Prozessempfehlungen. Im Vergleich zu der vollständigen „CAD-CAM-CNC-Zwilling“-Prozesskettenschleife von Siemens SINUMERIK ONE basiert der heimische Ansatz hauptsächlich auf der Kombination von Maschinenherstellern, Systemherstellern und Drittanbieter-Software, wobei die Kette noch nicht vollständig durchgängig ist.
Die Datenschleife ist eine weitere entscheidende Lücke. CELOS X von DMG MORI hat sich zu einer von der CNC unabhängigen, app-basierten Benutzeroberfläche entwickelt, die standardisierte Datenschnittstellen wie OPC UA, MT Connect und MQTT unterstützt und über den NET-Service für Ferndiagnose und CELOS Xchange für Cloud-Verbindungen verfügt. Dadurch wird jede 5-Achs-Maschine zu einem Cloud-nativen Knotenpunkt, und das digitale Zwillingsmodell wird in der Cloud iteriert und an die Maschine übergeben. Siemens SINUMERIK ONE folgt einer ähnlichen Logik: Ein einmal erstelltes Modell wird in den vier Phasen Design, Inbetriebnahme, Bearbeitung und Wartung wiederverwendet. Heimische digitale Zwillinge stehen vor dem Problem „Mangel an Datenbasis für Intelligenz“. Branchenrückblicke zeigen, dass ohne echte, umfangreiche Maschinenbetriebs- und Bearbeitungsdaten keine genauen KI-Modelle erstellt werden können; bestehende Modelle werden nach Umweltveränderungen ungültig. Universitäten fehlen die Voraussetzungen, Unternehmen sind nicht bereit zu investieren. Dies bedeutet, dass die digitalen Zwillinge von Siemens und DMG auf Mechanismen und Daten basieren, die aus dem Betrieb von Millionen von Werkzeugmaschinen gewonnen wurden, während es sich in China meist um Demonstrationsprojekte mit einzelnen Maschinen und Einheiten handelt, bei denen das Modell nach einem Werkstück- oder Werkstattwechsel neu trainiert werden muss. Derzeit gibt es in China noch kein vergleichbares Cloud-natives digitales Zwillingsprodukt wie CELOS X, das unabhängig von der CNC ist, und die Unterstützung für Protokolle wie OPC UA und MT Connect durch heimische CNCs ist uneinheitlich.
Insgesamt zeichnet sich bis 2026 das Bild zwischen China und dem Ausland im Bereich der 5-Achs-Bearbeitung und digitalen Zwillinge durch mehrere Merkmale aus: Bei den Maschinen selbst und den Anwendungsszenarien der thermischen Kompensation holt China relativ schnell auf. Der Anteil der in China hergestellten 5-Achs-Maschinen erreicht 70 %, die Durchdringung in der Luft- und Raumfahrt stieg von unter 5 % im Jahr 2020 auf etwa 30 % im Jahr 2026, im Formenbau liegt sie bereits bei über 60 %. Die Anwendungsszenarien haben die Verbreitung digitaler Zwillinge als Verkaufsargument gefördert. Auf der grundlegenden Ebene jedoch werden die Kerne von CAD, CAE, CAM und die Physik-Engines weiterhin von Europa und den USA dominiert. Für Ansätze wie Siemens SINUMERIK ONE und 828D, DMG CELOS X und Mazak SmoothAI gibt es in China kurzfristig keine vergleichbaren Produkte. Die Technologie der Multiphysikfeldkopplung (Wärme-Kraft-Servo) ist der nächste Meilenstein. Das Ausland hat bereits eine vollständige, in die Firmware integrierte Prozesskette erreicht, während China sich noch hauptsächlich auf Einpunktalgorithmen oder lineare Regression stützt. Lösungen wie Modelica-LSTM, die auf einem „Mechanismus plus Daten Doppelantrieb“ basieren, sind der Schlüssel zum Übergang von der akademischen Forschung zur industriellen Anwendung. Wer zuerst die Serienproduktion erreicht, wird einen Vorteil haben. Die Datenschleife ist eine unsichtbare Lücke. Das Fehlen Cloud-nativer digitaler Zwillinge und standardisierter Datenschnittstellen führt dazu, dass die meisten heimischen Lösungen in der Phase „Wechsel der Umgebung führt zum Versagen“ verharren. Das 5-Achs-Bearbeitungszentrum ist eine hervorragende Plattform für einen „mechanistischen Durchbruch“ bei digitalen Zwillingen. China verfügt über die Szenarien, Hersteller und Kunden. Das Kernproblem ist derzeit nicht, ob man sich entwickeln soll, sondern ob man von der Einzelpunktkompensation zur vollständigen Multiphysikfeldkette und von der Einzelmaschinen-Demonstration zur Cloud-Edge-Schleife übergehen kann. Sobald dieser Sprung gelingt, wird sich der Temperaturunterschied zwischen China und dem Ausland im Bereich der 5-Achs-Digitalen Zwillinge deutlich verringern. Aber bis dahin werden Barrieren wie Siemens SINUMERIK ONE und DMG CELOS X bestehen bleiben.
