(57)【要約】【課題】合理的な経路設計や作業手順の立案、並びに拘束部材の最適配置や耐久性の検討を、設計者の熟練度に依存することなく、容易かつ正確に行えるように支援する方法及び装置を提供する。【解決手段】有限要素法にワイヤー様構造物の拘束点、拘束方向、経路長、材料特性、形状特性、重力、並びに加えられた力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物に発生する歪みや応力、或いはワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力やモーメントを算出して、その算出結果を多色３６ｂや矢印３７ａ、３８ａで表示する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援する方法であって、
　前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出して、これら算出結果を出力する、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。
【請求項２】
　請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、
　前記歪み及び応力をそれらの値に応じて多色表示する、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。
【請求項３】
　請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、
　前記歪み及び応力に替えて、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントを算出して、その算出結果を前記予測形状と共に出力する、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。
【請求項４】
　請求項３記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、
　前記反力及びモーメントを矢印にて表示する、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。
【請求項５】
　請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、
　前記歪み及び応力と共に、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を前記予測形状と共に出力する、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。
【請求項６】
　請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、
　前記ワイヤー様構造物は、車両に配線されるワイヤーハーネスであり、
　前記拘束条件は、前記複数の梁要素の各頂点の座標及び前記各頂点における自由度とし、
　前記形状特性は、前記ワイヤー様構造物の梁要素の断面積及び長さとし、そして、
　前記材料特性は、前記梁要素の断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とする、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援方法。
【請求項７】
　複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援する装置であって、
　前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する歪み応力算出手段と、
　前記歪み応力算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記歪み及び応力を出力する歪み応力出力手段と、
　を含むことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援装置。
【請求項８】
　複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援する装置であって、
　前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する反力モーメント算出手段と、
　前記反力モーメント算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する反力モーメント出力手段と、
　を含むことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援装置。
【請求項９】
　複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、
　前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する歪み応力算出手段、
　前記歪み応力算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記歪み及び応力を出力する歪み応力出力手段、として機能させる、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援プログラム。
【請求項１０】
　複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、
　前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する反力モーメント算出手段、
　前記反力モーメント算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する反力モーメント出力手段、として機能させる、
　ことを特徴とするワイヤー様構造物の配線設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、複数の線条材から構成されるワイヤー様構造物の配線設計支援方法、その装置及びそのプログラムに関し、特に、ワイヤー様構造物として車両に配線されるワイヤーハーネスの最適な配線設計を支援する方法、その装置及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
　近年、車両等においては多種多様の電装品が搭載されるようになっており、それらは、上記線条材として、複数の電線や通信線がインシュロック等の結束部材やテープ等の保護部材によって束ねられた、いわゆる、ワイヤーハーネスで接続されている。図１に示すように、ワイヤーハーネス１は、各端部に電装品等と接続されるコネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが取り付けられている。また、その中間部には各種クリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取り付けられ、更に、分岐点４を有している。なお、各端部から分岐点４までを構成するワイヤーハーネス１の各枝線は、基本的に、それぞれ構成線条材の数や種類が異なるので、各枝線の太さ、長さ、弾性、剛性等も様々である。そして、従来、このようなワイヤーハーネスの配線設計は、主として、設計者の勘と経験によって行われることが多かった。
【０００３】
　ここで、本明細書中で引用する文献を以下に示す。
【非特許文献１】Ｂ．ナス著「マトリックス有限要素法」ブレイン図書出版株式会社出版、１９７８年８月１０日、ｐ．７−１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　ところが、ワイヤーハーネスには各部に曲げやねじりに対する剛性等があるため最適な設計を行うことは容易ではなく、特に、上記のようにして設計されたワイヤーハーネスにおいては、作業者が配線時にコネクタやクリップを定められた固定点に取り付けるために無理な力を強いられたり、無理な取り付けにより、配線完了後にコネクタやクリップが離脱したり、破損したりすることもあった。したがって、最適なワイヤーハーネスの配線を設計するためには高度な熟練が求められたり、試行錯誤により多大な時間を浪費することになっていた。
【０００５】
　よって本発明は、上述した現状に鑑み、ワイヤー様構造物を弾性体及び弾塑性体とみなして有限要素法を適用することにより、合理的な経路設計や作業手順の立案、並びに拘束部材の最適配置や耐久性の検討を、設計者の熟練度に依存することなく、容易かつ正確に行えるように支援する方法及び装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　上記課題を解決するためになされた請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援する方法であって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出して、これら算出結果を出力する、ことを特徴とする。
【０００７】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記歪み及び応力をそれらの値に応じて多色表示する、ことを特徴とする。
【０００８】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項３記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記歪み及び応力に替えて、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントを算出して、その算出結果を前記予測形状と共に出力する、ことを特徴とする。
【０００９】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項４記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項３記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記反力及びモーメントを矢印にて表示する、ことを特徴とする。
【００１０】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項５記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記歪み及び応力と共に、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を前記予測形状と共に出力する、ことを特徴とする。
【００１１】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項６記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤー様構造物の配線設計支援方法において、前記ワイヤー様構造物は、車両に配線されるワイヤーハーネスであり、前記拘束条件は、前記複数の梁要素の各頂点の座標及び前記各頂点における自由度とし、前記形状特性は、前記ワイヤー様構造物の梁要素の断面積及び長さとし、そして、前記材料特性は、前記梁要素の断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とする、ことを特徴とする。
【００１２】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項７記載のワイヤー様構造物の配線設計支援装置は、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援する装置であって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する歪み応力算出手段と、前記歪み応力算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記歪み及び応力を出力する歪み応力出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項８記載のワイヤー様構造物の配線設計支援装置は、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援する装置であって、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する反力モーメント算出手段と、前記反力モーメント算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する反力モーメント出力手段と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項９記載のワイヤー様構造物の配線設計支援プログラムは、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出する歪み応力算出手段、前記歪み応力算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記歪み及び応力を出力する歪み応力出力手段、として機能させる、ことを特徴とする。
【００１５】
　また、上記課題を解決するためになされた請求項１０記載のワイヤー様構造物の配線設計支援プログラムは、複数本の線条材から構成されるワイヤー様構造物を、円形断面で線形性が保たれた複数の梁要素が結合された弾性体とみなし、有限要素法を利用して、前記ワイヤー様構造物の初期形状に対して、所定の力を加えながら所定条件を満たすように変位させた際に発生する現象を予測して出力することにより、前記ワイヤー様構造物の最適な配線設計を支援するために、コンピュータを、前記所定条件としての前記ワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、前記力の大きさ及び向きに関する情報を前記有限要素法に適用して、前記ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、前記ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントを算出する反力モーメント算出手段、前記反力モーメント算出手段にて算出された前記予測形状、並びに、前記反力及びモーメントを出力する反力モーメント出力手段、として機能させる、ことを特徴とする。
【００１６】
　請求項１、請求項７及び請求項９記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、加える力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出して、これら算出結果を出力する。
【００１７】
　また、請求項２記載の発明によれば、歪みや応力がそれらの値に応じて多色表示される。
【００１８】
　また、請求項３、請求項８及び請求項１０記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する反力及びモーメントを算出して、これら算出結果を出力する。
【００１９】
　また、請求項４記載の発明によれば、反力やモーメントが矢印にて表示される。
【００２０】
　また、請求項５記載の発明によれば、有限要素法を用いて、歪み及び応力と共に、ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を予測形状と共に出力する。
【００２１】
　また、請求項６記載の発明によれば、拘束条件は、複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、形状特性は、複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、そして、材料特性は、複数の梁要素それぞれの断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数としている。
【発明の効果】
【００２２】
　請求項１、請求項７及び請求項９記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、加える力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する歪み及び応力を算出して、これら算出結果を出力する。このように、有限要素法を用いることにより、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際に発生する歪みや応力を正確に予知できる。
【００２３】
　また、請求項２記載の発明によれば、歪みや応力がそれらの値に応じて多色表示されるので、容易かつ直感的にワイヤー様構造物上の歪みや応力を認識できる。
【００２４】
　また、請求項３、請求項８及び請求項１０記載の発明によれば、有限要素法にワイヤー様構造物の形状特性、材料特性及び拘束条件、並びに、力の大きさ及び向きに関する情報を与えて、ワイヤー様構造物の予測形状、並びに、ワイヤー様構造物に発生する反力及びモーメントを算出して、これら算出結果を出力する。このように、有限要素法を用いることにより、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際に発生するワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力やモーメントを正確に予知できる。
【００２５】
　また、請求項４記載の発明によれば、反力やモーメントが矢印にて表示されるので、容易かつ直感的にワイヤー様構造物上の拘束点に発生する反力やモーメントを認識できる。
【００２６】
　また、請求項５記載の発明によれば、有限要素法を用いて、歪み及び応力と共に、ワイヤー様構造物の拘束点に発生する反力及びモーメントも算出して、それらの算出結果を予測形状と共に出力するので、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際のワイヤー様構造物への影響を正確に把握できる。
【００２７】
　また、請求項６記載の発明によれば、拘束条件は、複数の節点の座標及び各節点における拘束自由度とし、形状特性は、複数の梁要素それぞれの断面積及び長さとし、そして、材料特性は、複数の梁要素それぞれの断面２次モーメント、断面２次極モーメント、密度、縦弾性係数及び横弾性係数とし、これらの値はすべて、車両に配線されるワイヤーハーネスから予め取得できるものであるので、実際の組み付け作業を想定した現実的な的確な経路の検討が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、図１及び図２を用いて、設計対象となるワイヤー様構造物としてのワイヤーハーネスの全体形状及び代表的な支持部材について説明する。図１は、本発明の実施形態にて設計対象となるワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。図２は、ワイヤーハーネスを支持する代表的な支持部材と拘束自由度との関係を示す図である。後述するが、本実施形態は、ここに示すようなワイヤーハーネスに対して予測形状をシミュレーション出力することにより、設計を支援するものである。
【００２９】
　本実施形態にて設計対象となるワイヤーハーネス１は、上述のように両端部に図示しない電装品と接続されるコネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが取り付けられ、その中間部には各種クリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取り付けられ、更に、分岐点４を有している。ワイヤーハーネス１の各枝線は、基本的に、それぞれ構成線条材の数や種類が異なるので、各枝線の太さ、長さ、弾性、剛性等も異なる。
【００３０】
　上記各コネクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、電装品側の相手方コネクタの固定位置及びその装着方向に応じて所定の位置に着脱可能に固定され、ワイヤーハーネスの端部を完全拘束する。また、上記各クリップ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、ワイヤーハーネスの所定部位を、電装品の筐体やステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束される。
【００３１】
　ここで、クリップについて説明を加える。クリップには、基本的に、長穴クリップ及び丸穴クリップがある。丸穴クリップは、回転クリップともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた丸穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。丸穴クリップは、Ｚ軸（取付部位に鉛直方向）廻りに回転可能である。
【００３２】
　一方、長穴クリップは、固定クリップともよばれ、ワイヤーハーネスを保持する台座部とステー等に設けられた長穴形状の取付穴に挿入される支持脚とから構成される。この支持脚の断面形状は、取付穴と略同様の長穴形状をしている。長穴クリップは、Ｚ軸廻りに回転不可能である。
【００３３】
　更に、長穴クリップ及び丸穴クリップには、Ｘ軸（ワイヤーハーネスの長手方向）廻りに回転可能な、コルゲート長穴クリップ及びコルゲート丸穴クリップがある。このような各クリップの各軸方向及び各軸廻りの拘束自由度は図２に示す通りである。
【００３４】
　図２において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ワイヤーハーネス上の各節点（又はノードともよぶ）における右手ローカル座標系での直行する３軸に相当する。例えば、Ｚ軸をクリップ軸と一致するようにしているが、これらの決定方法は、使用する関数によって適宜変更可能である。なお、図中、参考のために、分岐点の拘束自由度についても示している。また、ここでは図示しないが、上記拘束点以外に任意に設定されたワイヤーハーネス上の節点は、基本的に、完全自由である。このような拘束自由度が、後述するように、予測経路や反力等の算出に先立ち、各節点にそれぞれ、設定される。
【００３５】
　次に、図３〜図６を参照しながら、本実施形態において前提となる仮定条件、利用される理論及び基本式の概略について説明する。図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。図４は、梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。図５（Ａ）は、ワイヤーハーネスを３つの梁要素で表した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。そして、図６（Ａ）は、断面２次モーメント及び縦弾性係数を測定する様子を示す図であり、図６（Ｂ）は、断面２次モーメント及び縦弾性係数を測定する様子を示す図である。
【００３６】
　まず、本実施形態では、ワイヤーハーネスの設計に有限要素法を利用するに際し、以下のような仮定をする。
（１）．ワイヤーハーネスを弾性体と仮定する。
（２）．ワイヤーハーネスを梁要素が結合されたものと仮定する。
（３）．各梁要素に線形性が保たれるものと仮定する。
（４）．ワイヤーハーネスの断面を円形であると仮定する。
本実施形態において、このような仮定をすることにより、従来なされていなかった、ワイヤーハーネスへの有限要素法の適用が可能になる。
【００３７】
　本実施形態においては、まず、ワイヤーハーネスを離散化する。すなわち、図３（Ａ）に示すように、複数の電線１１がテープ１２等の保護部材によって束ねられたワイヤーハーネス１は連続体とみなすことができる。次に、図３（Ｂ）に示すように、このようなワイヤーハーネス１を、いくつかの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…に分割（離散化）する。すなわち、ワイヤーハーネスは１本のロープのようなものなので、有限個の梁要素をつなげたものとみなすことができる。
【００３８】
　したがって、図３（Ｃ）に示すように、ワイヤーハーネスは、複数の梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…を複数のノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３、…で結合したものとして表すことができる。梁要素に必要な特性値は以下の通りである。
長さｌ（図３（Ｂ）参照）
断面積Ａ（図３（Ｂ）参照）
断面２次モーメントＩ
断面２次極モーメントＪ
密度ρ
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
　なお、後述するが、本明細書中、長さｌ及び断面積Ａを形状特性とし、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、密度ρ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇを材料特性としている。
【００３９】
　そして、図４に示すように、各梁要素Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…）はそれぞれ、２つの節点α及び節点βを有する。３次元空間においては、節点αは、３つの並進成分と３つの回転成分を持つため、合計６つの自由度を持つ。また、節点βも同様である。したがって、梁要素Ｃは１２自由度を持つことになる。
【００４０】
　なお、図中、
　Ｆxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
　Ｆyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
　Ｆzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
　Ｍxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
　Ｍyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
　Ｍzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
　Ｕxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
　Ｕyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
　Ｕzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
　θxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
　θyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
　θzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
　αは左側の節点、βは右側の節点
　を示す。
【００４１】
　ところで、振動してない静的な力による構造物の変位は、弾性範囲内では、以下の式（１）に示すフックの法則が成り立つことが知られている。
Ｋｘ＝Ｆ…（１）
　ここで、Ｋ：ばね定数、ｘ：変位、Ｆ：力
　を示す。
【００４２】
　また、図４で示した梁要素Ｃにも同様にフックの法則が成り立つことが知られている。但し、梁要素Ｃは、上記のように１２自由度をもつため、以下の式（２）で示すように、１２行１２列のマトリクスと１２行のベクトルとで、力と変位との関係を表現することができる。
【００４３】
【数１】
2004139568.tif 000003
【００４４】
　ここで、適合条件と釣り合い条件について説明する。ここでは、簡単のために、図５（Ａ）に示すように、ワイヤーハーネスを３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表すものとする。この場合、梁要素Ｃ１の節点１β及び梁要素Ｃ２の節点２αの変位は等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。同様に、梁要素Ｃ２の節点２β及び梁要素Ｃ３の節点３αの変位も等しくなり、これら両節点に加わる力も釣り合うことになる。したがって、これら変位の連続性と力の釣り合いの条件を満たすことで、梁要素Ｃ１及びＣ２、梁要素Ｃ２及びＣ３を、図５（Ｂ）に示すように、結合することができる。
【００４５】
　なお、図中、
　Ｆxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
　Ｆyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
　Ｆzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
　Ｍxi：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
　Ｍyi：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
　Ｍzi：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
　Ｕxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
　Ｕyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
　Ｕzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
　θxi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
　θyi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
　θzi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
　を示し、
　ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。
【００４６】
　そして、図５（Ｂ）に示した梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（２）と同様の形式で示すと、以下の式（３）のようになる。
【００４７】
【数２】
2004139568.tif 000004
【００４８】
　ここで、式（３）中の１２行１２列のマトリクスＭ１、Ｍ２及びＭ３は、上記式（２）で示したものと同様である。但し、マトリクスＭ１、Ｍ２及びＭ３が重なっている部分Ｍ１２及びＭ２３は、各マトリクスの各構成要素が足し合わされたものとなる。
【００４９】
　なお、４つ以上の梁要素についても、同様に扱うことができる。このようにして、任意の数の梁要素に分割されるワイヤーハーネスの数式モデルを作成することができる。
【００５０】
　ちなみに、上記式（３）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（４）
となる。
したがって、例えば、各節点にクリップが取り付けられるものとして、クリップに加わる力を予め決定しておけば、上記式（４）に基づき、変位ベクトル｛ｘ｝を求めることにより、経路、すなわち、ワイヤーハーネスの形状を算出することができる。逆に、経路を決定しておけば、各節点における力ベクトル｛Ｆ｝を算出できる。このような基本的な考え方に基づき、本実施形態では、ワイヤーハーネスの予測経路及び歪み、応力、反力、モーメント等を算出する。上記変位ベクトル｛ｘ｝及び力ベクトル｛Ｆ｝中の未知数は、公知のNewton−Raphson法や弧長法等を用いてその解を求めることができる。
【００５１】
　なお、上記のような一般的なマトリックス有限要素法は、例えば、上記非特許文献１中でも示されている。
【００５２】
　ここで、本実施形態において、上記梁要素に必要な各特性値の求め方の一例について以下に示す。まず、長さｌ、断面積Ａ及び密度ρは、対象となるワイヤーハーネスを作成し、ノギス、メジャー、重量計等を用いて計測した後、簡単な算出により求めることができる。
【００５３】
　また、縦弾性係数Ｅは、図６（Ａ）に示す測定方法を行う場合、次式（５）で表すことができる。
Ｅ＝ＦＬ3／３ＸＩ…（５）
　また、断面２次モーメントＩは、上記のようにワイヤーハーネスを円形断面と仮定したので、次式（６）で表すことができる。
Ｉ＝πＤ4／６４…（６）
　したがって、
Ｅ＝６４ＦＬ3／３ＸπＤ4…（７）
となる。
この測定では、
Ｅ＝（Ｆ／Ｘ）×（６４Ｌ3／３πＤ4）
として、Ｆとｘとの関係を測定すればよい。
【００５４】
　一方、横弾性係数Ｇは、図６（Ｂ）に示す測定方法を行う場合、次式（８）で表すことができる。
Ｇ＝（ＴＬ／θＪ）×２…（８）
　断面２次極モーメントＪは、ワイヤーハーネスが円形断面と仮定したので、次式（９）で表すことができる。
Ｊ＝πＤ4／３２…（９）
　また、ねじる力は、
Ｔ＝ＦＳ…（１０）
となる。
よって、
Ｇ＝（３２ＦＳＬ／θπＤ4）×２＝（Ｆ／θ）（３２ＳＬ／πＤ4）×２…（１１）
したがって、Ｆとθの関係を測定すればよい。
【００５５】
　上記測定方法は一例であり、上記測定例以外の方法によって各値を取得してもよい。また、予め代表的なワイヤーハーネスを測定しておきデータベース化しておき、これを適宜利用するようにしてもよい。
【００５６】
　次に、上記理論及び基本式を利用して後述する処理手順にしたがってワイヤーハーネスの形状を算出及び出力する、本実施形態に係るハードウエア構成について説明する。図７は、本実施形態に係るハードウエア構成を示すブロック構成図である。
【００５７】
　図７に示すように、本実施形態では、マイクロコンピュータ２１、入力装置２２、表示装置２３、印字装置２４、記憶装置２５、通信インターフェース２６及びリードライト装置２７を含んで構成される、例えば、パーソナルコンピュータが用いられる。マイクロコンピュータ２１は、ＣＰＵ２１ａ（中央演算装置）、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ２１ｂ、各種処理結果を一時的に記憶するＲＡＭ２１ｃを含む。入力装置２２は上記各値等を入力するキーボード、マウス等であり、表示装置２３は処理結果を表示するＬＣＤやＣＲＴ等であり、印字装置２４は処理結果を印字するプリンタである。
【００５８】
　また、記憶装置２５はインストールされた配線設計支援プログラム２９ａやこのプログラム２９ａによる処理結果を記憶するハードディスクドライブであり、通信インターフェース２６は外部装置との間で、例えば、インターネットやＬＡＮ回線等を用いてデータ通信を行うためのモデムボード等である。リードライト装置２７は、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体２９に格納される本発明に係る配線設計支援プログラム２９ａ（請求項９、１０に対応する）を読み込んだり、この配線設計支援プログラム２９ａによる計算結果を記録媒体２９に書き込む装置である。これらの各構成要素は、内部バス２８を介して接続されている。
【００５９】
　マイクロコンピュータ２１は、リードライト装置２７にて読み込まれた配線設計支援プログラム２９ａを記憶装置２５にインストールする。また、電源が投入されると、マイクロコンピュータ２１は、ＲＯＭ２１ｂに記憶されるブートプログラムにしたがって起動され、インストールされている配線設計支援プログラム２９ａを立ちあげる。そして、マイクロコンピュータ２１は、配線設計支援プログラム２９ａにしたがって、本発明の配線設計支援に関する処理をしたり、処理結果を表示装置２３や印字装置２４から出力させたり、処理結果を記憶装置２５や記録媒体２９に保存させたりする。配線設計支援プログラム２９ａは、上記基本構成を有する他のパーソナルコンピュータ等にもインストール可能であり、インストール後は、そのコンピュータを配線設計支援装置（請求項７、８に対応する）として機能させる。なお、配線設計支援プログラム２９ａは、記録媒体２９のみならず、インターネットやＬＡＮ等の通信回線を経由して提供されたものであってもよい。
【００６０】
　更に、図８及び図９を用いて、本実施形態に係る処理手順について説明する。図８は、図７に示したハードウエア構成を用いて行われる本実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。図９（Ａ）〜図９（Ｄ）はそれぞれ、図８に示す各処理の過程における出力結果を例示する図である。
【００６１】
　まず、図８に示すステップＳ１において設定された初期値に基づいて、ステップＳ２において初期形状が算出され、ステップＳ３において、図９（Ａ）に示すように、算出された初期形状３１が出力される。この初期形状３１を得るための初期値としては、例えば、対象となるワイヤーハーネスの両端のコネクタが取り付けられる位置が用いられるが、このコネクタの拘束方向や、このワイヤーハーネスの中間部に取り付けられるクリップの座標及び拘束方向、或いは、このワイヤーハーネスの材料特性に依存する最小曲げ半径やワイヤーハーネスを組み付ける際に作業者が通常の力で曲げることができる曲げ半径等を用いてもよい。いずれにしても、対象となるワイヤーハーネスの組み付け前の形状が反映された初期形状を出力することが好ましい。上記形状算出処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、初期値の設定には入力装置２２が用いられ、初期形状の出力には表示装置２３が用いられる。なお、以降の処理においても、形状算出処理はマイクロコンピュータ２１にて行われ、各値の設定には入力装置２２が用いられ、算出結果の出力には表示装置２３が用いられる。
【００６２】
　次に、ステップＳ４においては、上記出力された初期形状３１に対して、図９（Ｂ）に示すような各節点３３ａ〜３３ｚを割り当てると共に、これら各節点３３ａ〜３３ｚにおける所定の拘束条件が設定される。拘束条件としては、各節点３３ａ〜３３ｚに対する図２で示したような拘束種類（完全拘束、回転拘束、完全自由等）やローカル座標等が設定される。これらの拘束条件は、変位先に対応するものである。各節点３３ａ〜３３ｚとしては、コネクタやクリップ等の支持部材が取り付けられる部位等が割り当てられる。なお、拘束種類の設定には、図２で示したように、コネクタ、クリップ等の支持部材名を利用してもよい。ここで設定される各値は、上記式（３）中の変位ベクトル｛ｘ｝中の各要素に係わる。
【００６３】
　これと共に、ステップＳ４においては、被予測ワイヤーハーネスの形状特性及び材料特性も設定される。形状特性としては上記長さｌ及び断面積Ａが設定され、材料特性としては、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、密度ρ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇが設定される。これらは、上記のようにして予め計測或いは算出されている値が利用される。ここで設定される値は、上記式（３）中の剛性マトリクス［Ｋ］中の各要素に係わる。
【００６４】
　次に、ステップＳ５においては、ワイヤーハーネスの所定部位に加える力ｆの大きさ及び向きが設定される。加える力ｆの大きさ及び向きは、ワイヤーハーネスを初期形状から最終形状に至るまでの中間点に変位させるための値にしてもよいし、ワイヤーハーネスを一気に最終形状に変位させるための値にしてもよい。力ｆを加える部位は、図９（Ｂ）に示すように、例えば、節点３３ｚのみとしてもよいし、節点３３ａ以外の節点３３ｂ〜３３ｚの全てとしてもよいし、或いは、このうちのいずれかとしてもよい。加える力ｆは、力を加える部位に、全てに均等であってもよいし、適宜、差を持たせてもよい。また、加える力ｆとしては、このワイヤーハーネス自体の重力Ｇも含ませるようにすると、より現実的になる。
【００６５】
　また、この加える力ｆは、例えば、組付け時に予想される作業者の動き等に基づくようにしてもよい。ここで設定される値は、上記式（３）中の力ベクトル［ｆ］中の各要素に係わる。このように力ｆを設定することにより、組付け時に予想される作業者の動き等を正確に反映させたワイヤー様構造物の変形の様子を検討することが可能になる。また、所定部位を任意に引っ張たり、曲げたりした場合のワイヤー様構造物の変形の様子も検討することが可能になる。
【００６６】
　このような各値の設定が完了すると、ステップＳ６に進んで、現在、表示中の経路形状が消去される。次に、有限要素法が適用されて、ステップＳ７において新予測形状が算出され、ステップＳ８において歪み及び応力が算出され、ステップＳ９において拘束点に発生する反力及びモーメントが算出される。
【００６７】
　すなわち、ステップＳ７〜ステップＳ９においては、上記ステップＳ４及びステップＳ５で設定された各値が上記式（３）に適用されて、上記式（３）中の各未知数が算出される。詳しくは、式（３）中の変位ベクトル｛ｘ｝の未知数が算出されると、ワイヤーハーネスの新予測形状が得られる。更に、式（３）中の力ベクトル｛Ｆ｝中の未知数が算出されると、このワイヤーハーネスに対する歪み及び応力、反力及びモーメントが算出可能になる。なお、周知のように、応力は（外力／断面積）、歪みは（伸び／長さ）と表されるので、応力及び歪みを算出する際には、これらの関係式も利用される。ステップＳ７及びステップＳ８は請求項の歪み応力算出手段に相当し、ステップＳ７及びステップＳ９は請求項の反力モーメント算出手段に相当する。
【００６８】
　次に、ステップＳ１０において、図９（Ｃ）に示すように、上記算出された新予測形状が表示される。なお、図９（Ｃ）に示す新予測形状３６の各節点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇ及び３５ｚは、図９（Ｂ）に示した初期形状３１における各節点３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ及び３３ｚに対応する。節点３３ａの位置は節点３５ａの位置と一致し、その他の節点は加えられた力ｆ及び重力Ｇにより変位している。
【００６９】
　次に、ステップＳ１１において、算出された歪みや応力が新予測形状３６と共に、上記表示装置２３上に表示される。表示形態は、数値によるものでもよいが、好ましくは、歪みや応力がそれらの値に応じて多色表示されるようにする。例えば、図９（Ｄ）に示すように、歪みや応力の値が大きいワイヤーハーネスの部位３６ｂは赤色で表示され、それらの値が小さい部位３６ａは緑色で表示されるようにする。このように、多色表示することにより、容易かつ直感的にワイヤー様構造物上の歪みや応力を認識できるようになる。なお、上記ステップＳ１０及びステップＳ１１は、請求項の歪み応力出力手段に相当する。
【００７０】
　また、ステップＳ１２においては、算出された反力やモーメントが新予測形状３６と共に、上記表示装置２３上に表示される。表示形態は、数値によるものでもよいが、好ましくは、反力やモーメントがそれぞれ、矢印３７ａ、３７ｂ、及び３８ａ、３８ｂにて、表示されるようにする。このように、矢印表示することにより、コネクタやクリップ等の拘束部材の配置や耐久性の検討が容易になる。なお、上記ステップＳ１０及びステップＳ１２は、請求項の反力モーメント出力手段に相当する。
【００７１】
　次に、ステップＳ１３においては、入力装置２２の所定操作等による終了トリガの有無が判定され、終了トリガが有れば上記一連の処理を終了するが（ステップＳ１３のＹ）、終了トリガがない限り上記ステップＳ５に戻る（ステップＳ１３のＮ）。ステップＳ５に戻ると、最終形状に至るまでの次の中間点に変位させるための値、或いは、ワイヤーハーネスを一気に最終形状に変位させるための値が設定されて、上記と同様の処理手順にて、次の新予測形状と共にこれに対応する歪みや応力、反力やモーメントが再表示される。このような処理は、任意に繰り替えすことが可能である。これにより、初期形状から最終形状に至るまで、ワイヤーハーネスに所定の力を加えながら変位させてきき、その際に加えられた力に基づいて、実際に作業ができるが否かを検討することが可能となる。
【００７２】
　このように、本実施形態によれば、ワイヤーハーネスの経路設計に有限要素法を用いることを可能にし、力を加えながらワイヤー様構造物を変位させた際に発生する歪みや応力、拘束点に発生する反力やモーメントを正確に予知可能にする。したがって、本実施形態によれば、無理な負荷がかかることない経路設計や作業手順の立案、並びに拘束部材の最適な配置や耐久性の検討が、設計者の熟練度に依存することなく、容易かつ正確に行えるようになる。
【００７３】
　なお、本発明の方法及び装置は、車両内に配線されるワイヤーハーネスに限定されず、屋内に配線されるワイヤー様構造物にも、同様に適用可能である。また、上記実施形態では、分岐点のないワイヤーハーネスを例示したが、本発明の方法及び装置は、分岐点を有するワイヤーハーネスにも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態にて設計対象となるワイヤーハーネスの全体形状を概略的に示す図である。
【図２】ワイヤーハーネスを支持する代表的な支持部材と拘束自由度との関係を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを離散化した様子を示す図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のワイヤーハーネスを梁要素と節点とで表した図である。
【図４】梁要素と節点とで表したワイヤーハーネスにおける自由度を説明するための図である。
【図５】図５（Ａ）は、ワイヤーハーネスを３つの梁要素で表した図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、断面２次モーメント及び縦弾性係数を測定する様子を示す図であり、図６（Ｂ）は、断面２次モーメント及び縦弾性係数を測定する様子を示す図である。
【図７】本実施形態に係るハードウエア構成の一例を示すブロック構成図である。
【図８】本実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｄ）はそれぞれ、図８に示す各処理の過程における出力結果を例示する図である。
【符号の説明】
【００７５】
　１　ワイヤーハーネス（ワイヤー様構造物）
　２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ　コネクタ
　３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ　クリップ
　４　分岐点
　２１　マイクロコンピュータ
　２２　入力装置
　２３　表示装置
　２４　印字装置
　２５　記憶装置
　２６　通信インターフェース
　２７　リードライト装置
　２８　内部バス
　Ｃ１〜Ｃ７　梁要素
　Ｎ１〜Ｎ８　節点（ノード）
【図１】
2004139568.tif 000005
【図２】
2004139568.tif 000006
【図３】
2004139568.tif 000007
【図４】
2004139568.tif 000008
【図５】
2004139568.tif 000009
【図６】
2004139568.tif 000010
【図７】
2004139568.tif 000011
【図８】
2004139568.tif 000012
【図９】
2004139568.tif 000013