mini|Werkstatt eines Schmiedes aus einem Buch von Jacobus Strada von 1617. Der Schmiedehammer und der Blasebalg werden vom Wasserrad angetrieben. mini|Fließband in der Produktion des Fords Modell T (1913) In der Geschichte der Produktionstechnik gab es zahlreiche Erfindungen, die innerhalb der Produktionstechnik effizientere Produktionsmethoden einführten oder die Verarbeitung bestimmter Materialien erst ermöglichten. Die Produktionstechnik besteht aus den drei Hauptgebieten der Fertigungstechnik, die Werkstücken eine bestimmte Form verleiht, der Energietechnik, die sich mit der Bereitstellung mechanischer, thermischer oder elektrischer Energie befasst, und der Verfahrenstechnik, die sich um die Umwandlung von Stoffen kümmert. Hier wird insbesondere die Umwandlung von Erzen in Metalle behandelt; für chemische Grundstoffe siehe Technische Chemie.

Bereits in vorindustrieller Zeit erreichte die Produktionstechnik ein hohes Niveau. Aus Erzen konnte man in Rennöfen und später in Hochöfen Metalle schmelzen, legieren und durch Gießen oder Schmieden zu Werkstücken verarbeiten. Die dafür benötigte Wärme konnte man durch die Verbrennung von Holz und Holzkohle erzeugen, mechanische Energie wurde durch Wind- und Wassermühlen bereitgestellt und für den Betrieb von Blasebälgen oder Hammerwerken genutzt. Holz wurde durch Sägen, Bohren oder Drehen bearbeitet.

Ab der ersten industriellen Revolution begann sich die Produktionstechnik schneller zu entwickeln: Zum Frischen von Roheisen nutzte man das Puddelverfahren, das auf Steinkohle basiert, die auch bei den neuen Dampfmaschinen eingesetzt wurde. Sie diente zum Antrieb von ebenfalls neuen Werkzeugmaschinen, mit denen man Textil-, Dampf- und Werkzeugmaschinen herstellte. Als neuer Ort der Produktion entstand die Fabrik.

In der Hochindustrialisierung entstanden neue Verfahren, mit denen man Stahl als günstiges Massenprodukt herstellen konnte (Bessemer-, Thomas- und Siemens-Martin-Verfahren). Durch die Rationalisierungsbewegung wurde auch im Maschinenbau die Großserienfertigung etabliert, die auf Typisierung, Standardisierung, Normung und Austauschbau beruht.

Gegen 1900 konnte man in der zweiten industriellen Revolution mittels Turbinen in Kraftwerken elektrische Energie erzeugen, die man zum Antreiben von Elektromotoren nutzen konnte. Mit der Elektrolyse konnte man neue Werkstoffe wie Aluminium gewinnen und mit Elektroöfen Stahl erzeugen. Die Werkzeugmaschinen erhielten einen elektrischen Einzelantrieb und waren dank neuer Schneidstoffe wie dem Schnellarbeitsstahl deutlich leistungsfähiger. Außerdem konnte man Passungen nun maschinell fertigen. Die Wissenschaftliche Betriebsführung von Frederick Winslow Taylor und die Massenproduktion am Fließband von Henry Ford machten Nähmaschinen, Fahrräder und Autos zum Massenprodukt und Konsumgut.

Die dritte industrielle Revolution schließlich ist geprägt von flexibler Automatisierung auf mikroelektronischer Basis (Computer, Roboter, NC-Maschinen), von neuen Energieträgern wie Erdöl oder Kernenergie.

Steinzeit Die Nutzung einfacher Werkzeuge wie Stöcke oder Steine ist schon bei Affen belegt. Die geplante Herstellung von Werkzeugen ist dagegen erst seit der Entwicklung urgeschichtlicher Arbeits- und Handlungssysteme durch Menschen bekannt und dient in der Anthropologie auch dazu, frühe (Affen-)Menschen von Tieren zu unterscheiden. In diesem Zusammenhang ist daher auch vom Homo faber – vom produzierenden Menschen – die Rede. Die Werkzeuge waren meist aus Stein, weshalb diese Periode als Steinzeit bekannt ist; genutzt wurden daneben auch Holz, Knochen und Geweihe. Die ältesten Werkzeuge, die noch erhalten sind, waren einfache Geröllwerkzeuge, die jedoch schon spezielle Abschlagkanten aufweisen und auf etwa 2 Millionen Jahre datiert worden sind. Dazu wurden sie gegen einen größeren Felsen geschlagen (sog. Ambosstechnik) und eigneten sich zum Schneiden, Stechen, Schaben, Kratzen und Schlagen. Später ging man dazu über, Steine und Holzstöcke gegen den zu bearbeitenden Stein zu schlagen. Mit dieser Schlagsteintechnik waren genauere Ergebnisse zu erzielen. Damit konnte man vor einer Million Jahren Faustkeile herstellen, die ein frühes Universalwerkzeug darstellen. Die ältesten bislang entdeckten Knochenwerkzeuge sind 1,5 Millionen Jahre alt,Ignacio de la Torre et al.: Systematic bone tool production at 1.5 million years ago. In: Nature. Band 640, 2025, S. 130–134, doi:10.1038/s41586-025-08652-5. Knochenwerkzeuge schon vor 1,5 Millionen Jahren. Auf: wissenschaft.de vom 5. März 2025. in Südwest-China entdeckte Holzwerkzeuge – die vermutlich zum Graben und zum Verarbeiten von pflanzlicher Nahrung verwendet wurden – sind rund 300.000 Jahre alt und gehören zu den ältesten erhalten gebliebenen Werkzeugen aus Holz.Jian-Hui Liu et al.: 300,000-year-old wooden tools from Gantangqing, southwest China. In: Science. Band 389, Nr. 6755, 2025, S. 78–83, doi:10.1126/science.adr8540.

In der Jungsteinzeit gab es spezielle Werkzeuge zum Sägen, Schneiden und Schaben. Daneben gab es noch Nadeln, Harpunen, Sicheln, Speer- und Pfeilspitzen sowie Äxte. Vor etwa 40.000 Jahren konnte man Steine bohren und nutzte dazu Fiedelbohrer und Quirlbohrer. Die Verfahren sind technisch verwandt mit dem Feuerbohren, einem frühen Verfahren, das zur Erzeugung von Feuer genutzt wurde (Feuer war die erste von Menschen genutzte Energiequelle, die nicht auf Muskelkraft beruhte), und seit etwa 400.000 Jahren bekannt ist. Dabei wurde ein Stock von einer Bogensehne umschlungen, durch die Hin- und Herbewegung des Bogens in Drehung versetzte und gleichzeitig axial gegen ein anderes Holzstück gepresst. Zum Feuermachen nutzte man die entstehende Reibungswärme, zum Bohren die Rotationsenergie. Mit dem gegen 6000 v. Chr. entstandenen Brennofen konnte man Ton zu Keramik brennen und damit erstmals einen Werkstoff künstlich herstellen und nicht nur der Natur entnehmen. Die Buntkeramik­herstellung entwickelte sich auch zu einem der ersten spezialisierten Berufe: Außerhalb der Wohnsiedlungen lagen die Töpfer­werkstätten mit den Brennöfen.

Gegen Ende der Steinzeit gingen die Menschen dazu über, sesshaft zu werden, was auch mit einem Übergang vom Jagen und Sammeln hin zu Ackerbau und Viehzucht verbunden war. Dieser Übergang wird als Neolithische Revolution bezeichnet und kommt in seiner Bedeutung nur der Industriellen Revolution im 18. Jahrhundert gleich.Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1991, S. 25–40.

Bronzezeit: Frühe Hochkulturen in Mesopotamien Mit der Entdeckung von Kupfer, Gold und Silber wurden auch entsprechende Fertigungsverfahren entwickelt: das Schmieden und Gießen. Durch Legieren von Zinn zu Kupfer entstand Bronze, die die Bronzezeit einläutete, in der auch die ersten Hochkulturen entstanden.Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1991, S. 38–48.Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte – Band 1. Propyläen, Berlin, 1997, S. 38.

Werkstoffe: Kupfer und Bronze Kupfer gehört zusammen mit Gold und Silber zu den wenigen Metallen, die in der Natur gediegen, also in metallischer Form, vorkommen. Frühe Kupferfunde stammen aus dem sechsten Jahrtausend v. Chr. Zunächst wurde es nur durch Hämmern zu Schmuck und Kultgegenständen verarbeitet, da man in den Öfen noch nicht die Schmelztemperatur (1083 °C) erreichte. Man war allerdings in der Lage, Kupfererze zu rösten, um anschließend aus ihnen im Holzkohle­feuer metallisches Kupfer herauszuschmelzen. Durch die Nutzung von Anthrazitkohle und Blasebälgen wurde auch die Schmelztemperatur erreicht. Als man entdeckte, dass sich verschiedene Metalle legieren (mischen) lassen, nutzte man dies gezielt, um die Härte und Festigkeit zu beeinflussen. Zunächst verwendete man Arsen, bald aber Zinn, um Bronze herzustellen. Anteile zwischen 5 % und 10 % Zinn setzten sich durch, da die Bronze einen niedrigeren Schmelzpunkt (um 900 °C) als Kupfer hat, härter und fester ist, sich aber noch bearbeiten lässt. Daraufhin wurden auch Waffen, Rüstungen, Werkzeuge wie Beile, Meißel oder Hämmer aus Bronze hergestellt; in der Landwirtschaft wurde Bronze dagegen kaum genutzt. Auch Gold und Silber wurden abgebaut und zu repräsentativen Gegenständen, Folien und Blattgold verarbeitet.Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1991, S. 38, 42, 44.Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte – Band 3. Propyläen, Berlin 1997, S. 101.

Fertigungstechnik: Gießen und Schmieden Die Weiterverarbeitung des Kupfers bereitete lange Zeit Schwierigkeiten. Beim Hämmern, Schmieden und Treiben wird es im kalten Zustand zwar fester, aber auch härter und spröder und damit brüchiger (Kaltverfestigung). Gießen konnte man es zunächst gar nicht, später, als man die nötigen Temperaturen erreichte, nur schwierig, da es zur Blasenbildung neigte. Bronze dagegen weist eine sehr gute Gießbarkeit auf, sodass der Bronzeguss zum bevorzugten Fertigungsverfahren wurde. Auch das Gießen von Gold und Silber war bekannt. Erst ab der späten Bronzezeit begann sich das Schmieden von Bronze durchzusetzen, da sie verglichen mit Kupfer fester und härter ist. Alle grundlegenden Schmiedeverfahren waren bekannt: das Recken, Stauchen, Treiben, Stempeln sowie das Feuerschweißen. Bis ins 20. Jahrhundert war das Feuerschweißen die einzige Schweißtechnik. Von den Schmiedewerkzeugen waren verschiedene Hämmer für die Grob- und Feinbearbeitung bekannt sowie Ambosse, Feilen und relativ spät auch Zangen. Früher nutzte man Klemmen und lange Pinzetten aus Bronze zur Handhabung heißer Werkstücke. Bohrungen in Metall sind nicht bekannt. Spanende Verfahren nutzte man vor allem für die Holzbearbeitung. Dazu zählt das Raspeln, das Bohren mit dem Drillbohrer, das Schleifen und Drehen. Für das Bohren, Schleifen und Drehen sind auch entsprechende einfache Maschinen belegt.Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München, Wien 1991, S. 38, 42, 44 f.

Eisenzeit: Die griechisch-römische Antike

Etwa 1500 v. Chr. wurde von den Hethitern das Eisen entdeckt. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Metallen kommt es in reiner Form nicht vor, sondern muss aus Erzen erschmolzen werden. Es verdrängte allmählich die Bronze, weshalb die neue Epoche auch als Eisenzeit bezeichnet wird. Allerdings wurde im antiken Griechenland noch lange Bronze für Waffen, Rüstungen, Werkzeuge benutzt.Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte – Band 3. Propyläen, Berlin 1997, S. 97. Eisen war auch das erste Metall, das nur im heißen Zustand bearbeitet werden konnte.Helmuth Schneider: Die Gaben des Prometheus – Technik im Antiken Mittelmeerraum zwischen 750 v. Chr. und 500 n. Chr. S. 97–110 in: Dieter Hägermann, Helmuth Schneider: Propyläen Technikgeschichte Band 1 – Landbau und Handwerk – 750 v. Chr. bis 1000 n. Chr. Propyläen, Berlin 1997.Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München, Wien 1991, S. 48–65.

Werkstoffe: Eisen