Case Study

Automatisierung in der Verkabelung.
Von der DXF-Zeichnung zur automatisch berechneten Kabelliste

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Elektrokonstruktion. Abteilung Automation und Planung

Zeitersparnis durch Automatisierung der Verkabelung

Extraktion von Equipment-Positionen und aller nötigen Kabellängen aus DXF-Layouts. Erstellt über eine Wegfindung und der automatischen Erzeugung einer optimalen Verkabelung.

Projekt
Zeitersparnis durch Automatisierung der Verkabelung

Kategorie
Elektrokonstruktion. Abteilung Automation und Planung

Aufgaben im Projekt

  • Konzeption
  • Ausarbeitung
  • Rollout

Technologien
DXF, Python, Excel, ERP-Schnittstelle

Das Projekt

Vorher

Die Platzierung von Kabeltrassen, Sensoren, Motoren zu den Verteilerschränken in großen Industrieanlagen erfolgt manuell im Modell. Die Längen der benötigten Kabel entlang der Kabeltrassen werden anschließend aus dem Modell heraus gemessen. Große Kabelzulagen und Positionsänderderungen von Schaltschränken führten zu Nacharbeit und höheren Kosten. Fehlerhafte Kabellängen beeinträchtigten die Planung, Bestellung, Montage und Inbetriebnahme.

Nachher

Die Platzierung der Elektronikkomponenten und Planung des Layouts bleibt Aufgabe der Fachabteilung. Die CAD Datei des 2D-Anlagenlayouts an das Kabeltool ermöglicht jedoch dann eine vollautomatisierte Verbindung aller Sensoren und Aktoren mit den zugehörigen Verteilerschränken entlang der definierten Kabeltrassen. Die Kabel werden auf einem Layer erzeugt, die Kabellängen automatisch ermittelt und die Stücklisten daraus erstellt. Dies führt zu großer Zeitersparnis, Kostensenkung und Qualitätssteigerung.

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Ausgangslage

Die Verkabelung großer Industrieanlagen ist ein komplexer Prozess, da man tausende von Komponenten in einem Modell verwaltet. Nach Fertigstellung der Planung muss aus diesem Layout eine Stückliste aller benötigten Sensoren, Aktoren und Kabel abgeleitet werden. Dabei ist jeweils der nötige Kabelweg zu ermitteln und in einer Liste zu erfassen. Am Ende steht eine Liste der Anzahl aller benötigten Kabel mit den richtigen Längen, richtig beschriftet und konfektioniert für die Baustelle. Alle diese Schritte wurden durch Messung der Linienlängen im CAD Modell und den Positionen der zugehörigen Unterverteiler oder Schaltschränke ermittelt.

Überblick: Aufbau. Kabelpritschen, Sensoren und Aktoren in einer Anlage
Ausschnitt aus der Anlage: Eine Gruppe von Symbolen
Ausschnitt aus der Gruppe
Ausschnitt aus der Gruppe: Einige Symbole
ein Symbol und dessen Attribute

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Idee & Konzeption

Entwicklung eines Tools, das Kabellängen automatisch auf Basis von DXF-CAD-Zeichnungen ermittelt und dokumentiert. Die Verbindung von Sensoren, Aktoren und Unterverteilern wird über einen Graphen erstellt. Die Ableitung aller nötigen weiteren Angaben in das bestehende ERP zur einfachen Bestellung steht dabei im Fokus.

1. Entscheidungsfindung

  • Analyse manueller Arbeitsschritte
  • Erstellung von typischen Pilotlayouts aus vorhandenen Projekten
  • Abwägung einer Eigenentwicklung gegenüber einer kommerziellen Lösung

2. Konzeption

  • Anforderungen an Layout, Routinglogik und Ausgabeformate
  • Schnittstellen zu CAD, Excel und ERP (Artikelnummern)
  • Konfigurierbares Regelwerk zur Betriebsmittelerkennung
  • Technische Rahmenbedingungen: Python-Umgebung, Layerstrukturen und Attribute der DXF-Dateien

3. Idee und Lösung

Das Tool liest DXF-Dateien ein, berechnet Kabelwege automatisch und liefert Excel-Listen sowie DXF-Dateien mit Kabelwegen zur direkten Weiterverwendung. Alles erfolgt automatisiert ohne Benutzereingriff.

Schritt 1: Dxf Plan des Verlaufs der Kabelpritschen
Schritt 2: Übertragung an das Programm
Schritt 3: Erzeugung der Kabel zu Sensoren 1 bis n
.. Kabel zu Sensor 2
.. Kabel zu Sensor 3
.. Kabel zu Sensor 4
weiteres Vorgehen repräsentativ gezeigt an Kabel 1
Schritt 4: Zerlegung eines Kabels in Teilabschnitte
 
 
 
Schritt 5: Bestimmung der Länge
 
Schritt 6: Zuordnung zu eines bestellbaren Kabels zur Länge aus dem ERP
Schritt 7: Wiederholung für alle enthaltenen Kabel
Schritt 8: Erstellung der Kabeldatei und Excel-Liste mit ERP Daten

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Ausführung

1. Entwicklung

  • Spezifikation der Programmteile für die automatisierte Verkabelung (Koordinatenextraktion, Routing und Ergebnis-Erzeugung)
  • Programmierung von Routinglogik und Betriebsmittelerkennung inklusive Unittests
  • Modulare Architektur mit klaren Schnittstellen zu Excel, CAD und ERP
  • Iterative Tests mit Pilotlayouts

Die Analyse der Verkabelung erfolgt direkt aus einer DXF-Datei, welche zuvor durch die Abteilung Automation zur Beschreibung der Anlage erstellt wird. Die Herausforderung bestand in der zuverlässigen Erkennung der Betriebsmittel sowie deren logischer Verbindung über Linienzüge. Zur Lösung wurde eine robuste Parsing-Logik entwickelt, die anhand definierter Symbole und Geometriebeziehungen die Verkabelung interpretiert und automatisch Kabellisten erzeugt.

Die durch das Tool erzeugten Listen enthalten Start- und Zielpunkte, Materialnummern, Steckertypen und Kabellängen. Eine direkte Anbindung an das ERP wurde vorbereitet und vorerst über strukturierte Excel-Formate realisiert. So können Daten manuell geprüft und sukzessive automatisiert übernommen werden.

Für zuverlässige Funktion mussten klare Standards für Layer-Namen, Symbole und deren Attribute definiert werden. Eine zentrale Symbolbibliothek und verbindliche Konventionen sorgen für einen einheitlichen Datenbestand – Voraussetzung für eine skalierbare Nutzung.

Neben der Kabelliste werden automatisch Auszüge für Arbeitsvorbereitung, Längenlisten für die Konfektionierung und Verbindungsübersichten erzeugt. Kundenspezifische Layouts lassen sich über Vorlagen anpassen. Eine automatische Plausibilitätsprüfung erkennt typische Fehler – ganz ohne manuelles Nacharbeiten.

Typische Fehler wie unverbundene Leitungen, doppelte Kennzeichen oder falsche Layer werden automatisch erkannt und in einem Fehlerprotokoll dokumentiert. Dadurch wird verhindert, dass unvollständige oder inkonsistente Daten weiterverarbeitet werden.

2. Einführung

  • Tool-Integration in die Konstruktionspraxis
  • Dokumentation und Anwendungsrichtlinien
  • Anpassung der CAD-DXF-Erstellungsprozesse
  • Einbindung der Excel-Outputs in Arbeitsvorbereitung und Bestellprozesse

Durch klare Vorgaben und praxisnahe Dokumentation konnte das Tool schnell in den Konstruktionsprozess integriert werden. Die Anpassung an bestehende Excel-Prozesse sicherte eine hohe Akzeptanz im Team.

Drop der Icon der dxf Datei auf das Programm
Dos Box des Programmes zur Ausführung der Wegsuche
Ergebnis Dateien: .dxf und .xlsx
Blick in die .dxf Datei mit den Kabeln
 

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Ergebnis

Der Zeitaufwand von der Konstruktion bis zur bestellbaren Baugruppe wurde deutlich reduziert. Viele fehleranfällige, manuelle Tätigkeiten im Layout entfallen – stattdessen übernehmen automatisierte Workflows wiederkehrende Aufgaben wie Wegfindung, Längenberechnung und Stücklistenerstellung. Das System ist damit nicht nur ein Werkzeug zur Auswertung, sondern ein zentrales Element in der Standardisierung der elektrotechnischen Konstruktion. Es bildet die Basis für weitere Digitalisierungsschritte in der gesamten Produktentstehung.

Michael Stangl

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Michael Stangl
Geschäftsführer