(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された複数の固定位置及び線条材の変形係数に基づいて、それら固定位置を満足する線条材の配線形状を演算すると共に報知する演算手段を備える線条材の配線設計支援装置であって、
前記演算手段は、目的とする線条材の配線形状を演算するときに、その線条材によって前記複数の固定位置に加わる力を演算すると共に、その算出した力に関する情報を報知する
ことを特徴とする線条材の配線設計支援装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記力に関する情報として、その力の大きさ及び方向を報知する
ことを特徴とする請求項１記載の線条材の配線設計支援装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記力に関する情報を報知するときに、前記固定位置における設計強度として予め設定された所定値を越える場合には、その旨を警告する
ことを特徴とする請求項１記載の線条材の配線設計支援装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記目的とする線条材に対する前記複数の固定位置の入力項目として、それら固定位置における自由度を指定可能である
ことを特徴とする請求項１記載の線条材の配線設計支援装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記固定位置における自由度として、前記線条材の前記固定位置における法線方向回りの回転の可否を指定可能であって、
前記固定位置が回転可能に指定されたときには、前記線条材によって該固定位置に加わる力として、前記線条材が前記法線方向回りに回転しようとする力を演算する
ことを特徴とする請求項１記載の線条材の配線設計支援装置。
【請求項６】
前記演算手段は、目的とする線条材の曲げ剛性Ｅを、入力された線条材径φに基づいて、その線条材の曲率ρに関する所定の双２次関数によって算出すると共に、その算出した曲げ剛性Ｅを用いて、該線条材の配線形状を演算する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の線条材の配線設計支援装置。
【請求項７】
複数の固定位置及び線条材の変形係数に基づいて、それら固定位置を満足する線条材の配線形状を演算すると共に報知する線条材の配線設計支援方法であって、
目的とする線条材の配線形状を演算するときに、その線条材によって前記複数の固定位置に加わる力を演算すると共に、その算出した力に関する情報を報知する
ことを特徴とする線条材の配線設計支援方法。
【請求項８】
前記力に関する情報として、その力の大きさ及び方向を報知する
ことを特徴とする請求項７記載の線条材の配線設計支援方法。
【請求項９】
前記力に関する情報を報知するときに、前記固定位置における設計強度として予め設定された所定値を越える場合には、その旨を警告する
ことを特徴とする請求項７記載の線条材の配線設計支援方法。
【請求項１０】
前記目的とする線条材に対する前記複数の固定位置の入力項目として、前記線条材の前記固定位置における法線方向回りの回転の可否を指定可能に構成しておき、
前記固定位置が回転可能に指定されたときには、前記線条材によって該固定位置に加わる力として、前記線条材が前記法線方向回りに回転しようとする力を演算する
ことを特徴とする請求項７記載の線条材の配線設計支援方法。
【請求項１１】
前記目的とする線条材の配線形状は、その線条材の曲げ剛性Ｅを、入力された線条材径φに基づいて、その線条材の曲率ρに関する所定の双２次関数によって算出すると共に、その算出した曲げ剛性Ｅを用いて演算したものである
ことを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れかに記載の線条材の配線設計支援方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の線条材の配線設計支援装置としてコンピュータを動作させるプログラムコードが格納されている
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１３】
請求項７乃至請求項１１の何れかに記載の線条材の配線設計支援方法をコンピュータによって実現可能なプログラムコードが格納されている
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線条材の配線設計支援装置及び配線設計支援方法に関し、例えば、自動車等の設計現場における各種ワイヤハーネスの最適な配線設計を支援する支援装置及び配線設計支援方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両や家電製品等の各種電子機器には、ある電装品と他の電装品との間、或いは、あるパッケージと他のパッケージとの間を接続するために線条材が使用される。
【０００３】
代表的な線条材としては、複数の電線や通信線が適宜テープ等の保護部材によって１本の束にまとめられると共に、両端部に所定のコネクタが取り付けられた所謂ワイヤハーネスが挙げられ、その用途（接続先）に応じて、束ねられる電線の本数や個々の電線の太さ、分岐点の有無等が異なるので、ワイヤハーネスとしての剛性も様々である。
【０００４】
従来、このようなワイヤハーネスを多用するメーカの設計現場においては、電装品やパッケージ等の設計自体はＣＡＤ（コンピュータ支援設計）システムが早くから普及しているものの、ワイヤハーネスの配線ルート、長さ、１本にまとめるべき電線や通信線の数量等の設計については、設計者が主に勘と経験に基づいて、試作を繰り返すのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、近年においては、できるだけ実物の試作を行わないで短期間で製品を開発すべく、設計業務の一連の工程がコンピュータ等を用いた設計支援装置上において行われるようになりつつあり、上述したワイヤハーネスの配線設計においても、設計者の経験には関りなく最適な設計が容易に実現可能な支援装置が望まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなニーズを背景として、現在のＣＡＤシステムにおいては、オペレータによって２次元平面、或いは３次元空間上に定義された複数の点（座標）に基づいて、B-Spline曲線、Bezier曲線、或いは、NURBS曲面等のパラメトリックな手法により、それらの点を満足する（近似する）曲線や曲面を自動的に算出する機能も開発されている。
【０００７】
しかしながら、これらの方法による形状シミュレーションは、複数の固定点の座標データを満足するものの、幾何学的な処理によるシミュレーションであるため、例えばワイヤハーネスの配線を設計する場合に適用しようとすると、ワイヤハーネスの自重や硬さ（剛性）、並びにそれらの要因によってコネクタ等の固定位置に生じる力等の力学的な要素が考慮されていないため、生成された形状に従って実際の製品をそのまま製造することは困難（非現実的）な場合も多い。
【０００８】
また、上述したパラメトリックな手法の一例として、特開平７−１８２０１７号には、産業用ロボットのアームに沿って配設されるワイヤハーネスの形状シミュレーションを行う方法が提案されている。この方法においては、シミュレーション対象のワイヤハーネスのアーム上の複数の固定点位置、それら固定点位置における接線ベクトル、ワイヤハーネスの長さ、変形係数等のパラメータを入力することによって当該ワイヤハーネスの変形形状を自動的に算出し、周囲の他の装置との干渉をチェックを実現するものである。
【０００９】
しかしながら、上記の従来例においては、ワイヤハーネスを固定する半固定の支持部材（クリップ）や同一のワイヤハーネスに設けられた分岐、ワイヤハーネスが曲がることによって各固定点に生じる力等が考慮されていない。
【００１０】
また、自動的に算出されたワイヤハーネスの形状において、両端部のコネクタ等に加わる力が明らかではないので、固定に際してどの程度の強度が必要なのか、或いは妥当な強度であるか等を把握することが困難である。
【００１１】
そこで本発明は、線条材の固定位置に加わる力を容易に認識可能な線条材の配線設計支援装置及び配線設計支援方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る線条材の配線設計支援装置は、以下の構成を特徴とする。
【００１３】
即ち、入力された複数の固定位置及び線条材の変形係数に基づいて、それら固定位置を満足する線条材の配線形状を演算すると共に報知する演算手段を備える線条材の配線設計支援装置であって、前記演算手段は、目的とする線条材の配線形状を演算するときに、その線条材によって前記複数の固定位置に加わる力を演算すると共に、その算出した力に関する情報（力の大きさ及び方向）を報知することを特徴とする。
【００１４】
また、このとき、前記演算手段は、前記力に関する情報を報知するときに、前記固定位置における設計強度として予め設定された所定値を越える場合には、その旨を警告すると良い。
【００１５】
また、例えば前記演算手段は、前記目的とする線条材に対する前記複数の固定位置の入力項目として、それら固定位置における自由度を指定可能に構成すると良い。
【００１６】
また、前記固定位置における自由度として、前記線条材の前記固定位置における法線方向回りの回転の可否を指定可能に構成した場合に、前記固定位置が回転可能に指定されたときには、前記線条材によって該固定位置に加わる力として、前記線条材が前記法線方向回りに回転しようとする力を演算すると良い。
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明に係る線条材の配線設計支援方法は、以下の構成を特徴とする。
【００１８】
即ち、複数の固定位置及び線条材の変形係数に基づいて、それら固定位置を満足する線条材の配線形状を演算すると共に報知する線条材の配線設計支援方法であって、目的とする線条材の配線形状を演算するときに、その線条材によって前記複数の固定位置に加わる力を演算すると共に、その算出した力に関する情報（力の大きさ及び方向）を報知することを特徴とする。
【００１９】
また、上記の線条材の配線設計支援装置及び方法において、何れの場合においても、前記目的とする線条材の配線形状は、その線条材の曲げ剛性Ｅを、入力された線条材径φに基づいて、その線条材の曲率ρに関する所定の双２次関数によって算出すると共に、その算出した曲げ剛性Ｅを用いて算出すると良い。
【００２０】
更に、上記の線条材の配線設計支援装置及び配線設計支援方法を、コンピュータによって実現するプログラムコードが格納されている、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を特徴とする。
【００２１】
【発明の効果】
上記の本発明によれば、線条材の固定位置に加わる力を容易に認識可能な線条材の配線設計支援装置及び配線設計支援方法及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体の提供が実現する。
【００２２】
即ち、請求項１または請求項７の発明によれば、固定位置に加わる力の状態が、その力の大きさ及び方向（請求項２、請求項８）によって報知されるので、その力の状態を考慮した最適な設計を行うことができる。
【００２３】
また、請求項３または請求項９の発明によれば、線条材の不適切な固定を未然に防止することができる。
【００２４】
また、請求項４の発明によれば、線条材の固定方法として複数種類の選択肢を用意することができ、本配線設計支援装置の用途を広げることができる。
【００２５】
また、請求項５または請求項１０の発明によれば、線条材の固定方法として、軸回転が可能な部材を選択することができると共に、その部材に加えられる回転力を認識することができる。
【００２６】
また、請求項６または請求項１１の発明によれば、実際に実現可能な線条材の形状を正確に算出することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る線条材の配線設計支援装置及び配線設計方法を、複数の電線が１つに束ねられると共に各端部には所定のコネクタが取り付けられたワイヤーハーネスの配線設計を行う場合に適用した実施形態として、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態にて設計対象とするワイヤーハーネスの全体形状を例示する図である。図２は、図１に示すワイヤーハーネスの断面形状を例示する図である。
【００２９】
図１に示すワイヤーハーネスは、各端部に電装品１２と接続されるコネクタ１１が設けられると共に、３つの分岐箇所（分岐点）を有する。
【００３０】
このワイヤーハーネスの線材部分の断面においては、図２に示すように、複数の電線１５がテープ１６等の保護部材や、不図示の合成樹脂製の結束部材（例えば、カールやインシュロック（バインダ））等によってまとめられている。このため、図１に例示するワイヤーハーネスにおいては、基本的には図１の左側の部分ほどまとめられている電線の本数が多く、各分岐を経て右側に向かうほどまとめられている電線の本数が少ない。また、当該ワイヤーハーネスの中央部分は、外部の干渉物との接触（摩擦）による電線１５及びその内部の導線（不図示）の露出を防止すべく、他の部分より強度の高い保護部材１４によって保護されている。
【００３１】
また、図１に例示するワイヤーハーネスにおいて、各コネクタ１１は、電装品１２側に設けられたペアのコネクタ（不図示）の固定位置及びその装着方向に応じて所定の固定位置に着脱可能に固定される。図１に示すクリップ１３は、周囲の干渉物（例えば製品筐体の内面やステー等の所定位置に取り付けられると共に、その所定位置にて固定または半固定（軸回りに回転可能）にワイヤーハーネスを保持する支持部材である。
【００３２】
そして、当該ワイヤハーネス上の各分岐点は、その各部分の剛性、各コネクタ１１の固定位置、並びに各クリップ１３の固定位置及びその支持方法等に応じて、力学的に釣り合いが採れる位置に配置される。
【００３３】
図３は、本実施形態にて設計対象とするワイヤーハーネスを保持する回転クリップの形状を例示する図である。
【００３４】
クリップ１３の一例として図３（ａ）に断面、図３（ｂ）に上面図を示す回転クリップ１３Ａは、半円形状の断面を有する２つの支持脚が形成されると共に、その上部にはワイヤハーネス１７を保持可能な台座が形成された樹脂製のクリップであり、それら２つの支持脚がベース１８に設けられた円形の取り付け穴に挿入されることにより、当該円の中心を通る軸回りに回転可能である。本実施形態では、以下の説明において回転クリップ１３Ａのように回転可能な支持部材を回転クリップと総称する。
【００３５】
また、所定位置にてワイヤハーネスを回転することなく固定するクリップとしては、図示は省略するが、例えばベース１８にを四角形の取り付け穴を設けると共に、図３に示す回転クリップ１３Ａの２本の支持脚の断面を、当該四角形の取り付け穴の大きさに合わせて四角形に形成すれば、固定式のクリップを実現することができる。以下の説明においては、このようなクリップを固定クリップと総称する。
【００３６】
ここで、ワイヤハーネスを支持する支持部材と、その支持部材によって固定した場合の自由度についてまとめておく。
【００３７】
図４は、本実施形態に係るワイヤハーネスの形状算出において扱う支持部材の種類及びその自由度の一覧を示す図であり、縦の欄は、ワイヤハーネスの固定方法として、上述したコネクタ、固定クリップ、回転クリップ、そして厳密には固定方法ではないが比較対照として分岐点（自由端）を示している。また、横の欄には、３次元座標ｘｙｚにおいてそれらの支持部材によってワイヤハーネスを固定した位置において合力が存在した場合に、その合力に応じて固定位置が移動することができるか否かと、当該固定位置において合モーメント（合成モーメント）が存在した場合に、その合モーメントに応じた方向に固定位置が回転することができるか否かを示す。
【００３８】
同図から判るように、ワイヤハーネスは、コネクタ及び固定クリップによる固定位置において、何れの方向にも移動及び回転ができない（自由度０）のに対して、回転クリップによる固定位置においては、合モーメントに応じた回転が可能である（自由度２）。これに対して、分岐点においては、何れの方向にも移動及び回転ができる（自由度６）。
【００３９】
本実施形態では、このような回転または固定クリップを用いて保持しながら、上述した分岐を有するワイヤハーネスを最適に配線することを目的とするが、ここで、本実施形態の概要を説明する。
【００４０】
本実施形態に係る線条材の配線設計支援装置は、オペレータによって入力されたコネクタ及び固定クリップ等の固定点の座標を満足するワイヤハーネスの形状をシミュレーションするに際して、ワイヤハーネスの直径等に基づいてワイヤハーネスが曲げられたときの曲げ剛性Ｅを算出し、その曲げ剛性Ｅ及び捩じり剛性Ｃに基づいて当該ワイヤハーネス各部に生じる力Ｆ及びモーメントＭを算出し、これらの算出値を用いてワイヤハーネスの形状を算出する。これにより、従来は幾何学的要素のみによって行われたワイヤハーネスのシミュレーション計算とは異なり、幾何学的要素及び力学的要素を加味することにより、より現実に即したシミュレーション計算を実現するものである。
【００４１】
＜弾性体モデルの関係式＞
係る本実施形態において、太さ及び弾性を有するワイヤハーネスが曲がることにより、個々の部分に発生する力Ｆ、モーメントＥ、並びに形状の算出には、カナパソー(Konapasek)によって与えられた弾性体モデルのベクトル式を採用する。このベクトル式については、M.Konapasek 及び J.W.S Hearlによる文献(fiber Sci & Technology, 5, 1, 1972)に詳細が記載されているが、ここではその関係式について、図５を参照して概説する。
【００４２】
図５は、本実施形態において採用する弾性体モデルのベクトル式を説明するための図である。
【００４３】
カナパソーらは、上記の文献において、太さ及び弾性を有する弾性体の力Ｆ、モーメントＥ、並びに形状の算出すべく、弾性体としての細棒に太さが無いと近似すると共に、更に、幾何学的な形状解析手法を融合することにより、その細棒の大変形を、比較的少量の計算によって算出する手法を提案している。
【００４４】
この手法においては、細棒の従うべき形状は、微小な区間に着目することにより、以下の式で表わすことができる。尚、以下の説明では、ベクトルの表現を、本実施形態においては太線により表し、図面ではアッパーバーにて表わす。
【００４５】
・細棒の中心線上の位置とその位置における接線方向の関係式：
ｗ＝ｒ／ｄｓ（ｒ’）    ・・・・（１），
上記の（１）式において、ｒは、細棒の中心線上の、所定の基準点Ｏからの位置である。ｓは、細棒の始点から中心線に沿って測った距離（長さ）である。Ｗは、当該位置における細棒の向きを表わすところの接線方向を表している。以下の説明では、ｓの微小変化分（微分）ｄ／ｄｓを「 ’」にて表わす。
【００４６】
・曲率ρと方向変化量の関係式：
ｕ’＝ω×ｕ，  ｖ’＝ω×ｖ，  ｗ’＝ω×ｗ，  ω＝ｐｕ＋ｑｖ＋ｒｗ  ・・・・（２），
上記の（２）式において、ｐはｕ方向の曲率、ｑはｖ方向の曲率、ｒはｗ回りの捩じり率である。ｕ及びｖは、ｗと組み合わされる座標系ベクトルである。
【００４７】
・曲率ρとモーメントの関係式：
Ｍｕ＝Ａ・ｐ，  Ｍｖ＝Ｂ・ｑ，  Ｍｗ＝Ｃ・ｒ    ・・・・（３），
上記の（３）式において、Ａ及びＢは、曲げ剛性値である。Ｃは、捩じり剛性値である。Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗは、モーメントＭのｕ，ｖ，ｗ方向成分である。
【００４８】
・力ＦとモーメントＭとの釣り合いの関係式：
Ｍ(d+ds)−Ｍs＋ｍｄｓ＋｛ｗ×Ｆ｝ｄｓ＝０，
Ｆ(d+ds)−Ｆｓ＋ｆｄｓ＝０    ・・・・（４），
上記の（４）式において、ｍは自己モーメントである。Ｆは、細棒の始点からの距離ｓに働く力である。ｆは細棒の自重である。
【００４９】
上記の各式において、細棒の両端点の位置及び接線方向を境界条件として与えて数値解析を行えば、その細棒の中心線の形状、力Ｆ、モーメントＭを算出することができる。
【００５０】
次に、上述したカナパソーの関係式を用いてワイヤハーネスの形状を算出すべく、その関係式に代入する値について説明する。
【００５１】
＜曲げ剛性Ｅの関係式＞
上記の弾性体モデルの各関係式を、図１に例示したようなワイヤハーネスの配線設計に適用とした場合、上述したように、対象とするワイヤハーネスの部分によって太さが異なるため、曲げ剛性Ｅも異なる。そこで、本実施形態では、上記の弾性体モデルの各関係式をワイヤハーネスの形状計算に採用するにあたり、以下に示す曲率ρに関する所定の双２次関数を採用した。
【００５２】
曲げ剛性Ｅ（Ｎ・ｃｍ2）＝ｆ（φ，ρ）＝Ｇ（ａ0（φ）＋ａ1（φ）ρ＋ａ2（φ）ρ2）×Ｋ，    ・・・・（５），
上記の（５）式の双２次関数において、
ａ0（φ）＝５．７６φ＋１．０４φ2，
ａ1（φ）＝−０．２８φ−０．０５５９φ2，
ａ2（φ）＝０．００４７φ＋０．０００６３８φ2，
であり、各係数は、実験に基づいて経験的に求めた値である。また、φは、ワイヤハーネスの直径（ｍｍ）である。ρは、曲率（１／ｍｍ）×１０3であり、設定された２ヶ所の固定位置（座標値）を、対象とするワイヤハーネスの両端部分が満足すべく、当該ワイヤハーネスがなす長さ方向の形状に応じて定まる。Ｇは、重力加速度（≒９．８）（ｍ／ｓｅｃ2）である。Ｋは、保護部材の種類に応じて定まる係数（≦１．０）である。
【００５３】
上記の曲げ剛性Ｅの関係式において、ａ0（φ）乃至ａ2（φ）の各式は、太さ、電線の数量、或いは保護材の有無等が異なる複数種類のワイヤハーネスを対象とする本願出願人による実験に基づいて、経験的に求めた式であり、（５）式の双２次関数によって算出される曲げ剛性Ｅの値は、対象とするワイヤハーネスの曲率ρが大きくなるのに応じて小さくなる。
【００５４】
また、本実施形態において、（５）式によって算出される曲げ剛性Ｅは、上記の（３）式に含まれる曲げ剛性値Ａ及びＢとして共通に使用される。ここで、その理由について説明する。上記の（３）式に曲げ剛性値Ａ及びＢが含まれるのは、当該（３）式には弾性体モデルが有する曲がり易さの方向性（例えば、断面が楕円形状の材質は、長軸方向には硬く、短軸方向には柔らかいという特性等）が考慮されているためであり、本実施形態のように内部に束ねられている電線の本数が同じであれば曲げ剛性や捩じり剛性が基本的には略同じとみなすことができるワイヤハーネスを扱う場合は、曲がり易さの方向性を厳密に考慮する必要はない。
【００５５】
＜捩じり剛性値Ｃ＞
尚、上記の（３）式に代入する捩じり剛性値Ｃは、ワイヤハーネスの太さ（直径）に基づく高次式により算出することができ、本実施形態では、各種のワイヤハーネスについて行った実験値に基づいて、多変量解析等の手法によって算出した係数を含む２次の関係式を採用するが、この方法自体は一般的あるため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
＜ワイヤハーネスの重量＞
ワイヤハーネスの単位長さ当たりの重量は、ワイヤハーネスの内部に束ねられる電線（線材）の種類及び本数に応じて異なる。また、ワイヤハーネスの用途や接続先の電装品がある程度限定されているのであれば（例えば、自動車のエンジンルーム内に配設するワイヤハーネスの形状を算出する等）、採用するであろう電線の種類や束ねるべき電線の本数を限定することができるので、この電線の種類や本数のバリエーションを、ワイヤハーネスの太さ（直径）に置き換えて考えることができる。そこで、本実施形態では、係るワイヤハーネスのバリエーションについて太さと単位長さ当たりの重量との関係を予め計測しておき、その計測結果を用いて、形状を求めるべきワイヤハーネスの太さがオペレータによって入力されれば、そのワイヤハーネスの単位長さ当たりの重量が自動的に選択されるように構成する。或いは、前述したように、接続先の電装品が決まれば、使用すべきワイヤハーネスは限定することができるので、形状を求めるべきワイヤハーネスの用途や接続すべき電装品をオペレータが選択することにより、選択されるべきワイヤハーネスの単位長さ当たりの重量が自動的に選択されるように構成しても良い。
【００５７】
＜配線設計支援装置＞
ここで、上述した各値及び関係式を用いて、後述する手順に従ってワイヤハーネスの配線形状を算出するところの、本実施形態に係る配線設計支援装置の構成について説明する。
【００５８】
図１２は、本実施形態に係る線条材の配線設計支援装置のブロック構成図である。
【００５９】
図中、２２は、ＣＲＴ等のディスプレイ、２３は入力手段であるキーボードである。２４は、ブートプログラム等を記憶しているＲＯＭである。２５は、各種処理結果を一時記憶するＲＡＭである。２６は、後述する如くワイヤハーネスの配線形状を算出するためのプログラム等を記憶するハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶装置である。２７は、外部の装置と通信回線３０を介して通信するための通信インタフェースである。そして２８は、処理結果等を印刷するプリンタである。これらの各構成は、内部バス２９を介して接続されており、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１は記憶装置２６に記憶したプログラムに従って配線設計支援装置の全体を制御する。
【００６０】
当該線条材の配線設計支援装置としては、後述するワイヤハーネスの配線形状の算出処理（大別して、基本形状算出処理と釣り合い形状算出処理とからなる）を実現するソフトウエアを実行可能な汎用のコンピュータを使用することができる。
【００６１】
＜基本形状の算出処理＞
次に、上述した各関係式を用いて、両端が所定位置にて固定（自由端の場合を含む）されるべき１本の太さ（直径）が同じワイヤハーネスの形状を算出する処理について説明する。この処理（以下、基本形状算出処理）は、図１２に示す配線設計支援装置において、後述するところの、分岐を有すると共に各部の太さが異なるワイヤハーネスの配線時の形状シミュレーションや、その形状の各部が力学的に釣り合うまで再計算を繰り返す際の基本となる処理である。
【００６２】
図６は、本実施形態における基本形状算出処理において算出する１本のワイヤハーネスの形状と、その形状を算出するためにオペレータが入力すべきパラメータを説明する図である。
【００６３】
図７は、本実施形態における基本形状算出処理を示すフローチャートである。
【００６４】
同図において、ステップＳ１：基本形状算出のための所定の各種データが入力されるように、オペレータに促す。具体的には、以下の項目のデータの入力が要求される。
１：処理対象のワイヤハーネスの太さ（直径）φ（ｍｍ），
２：処理対象のワイヤハーネスの外部の干渉面に対する固定位置１のグローバル座標系における座標値，
３：固定位置１における固定方向を表わす接線方向１，
４：固定位置１の向きを表わす法線方向１（入力された接線方向１に応じて自動的に算出しても良い），
５：処理対象のワイヤハーネスの外部の干渉面に対する固定位置２のグローバル座標系における座標値，
６：固定位置２における固定方向を表わす接線方向２，
７：固定位置２の向きを表わす法線方向２（入力された接線方向２に応じて自動的に算出しても良い），
８：処理対象のワイヤハーネスを外装する保護部材（テープ等）の種類，
９：処理対象のワイヤハーネスの長さＬ（ｍｍ）（自動算出された長さを採用する場合は入力しなくても良い），
１０：処理対象のワイヤハーネスを固定位置１及び２にて固定することにより、そのワイヤハーネスに生じる捻じれ（モーメント）を考慮して形状算出を行うか否かの指定（本基本形状算出処理によって生成した複数の基本形状（複数のワイヤハーネス）を接続することによって後述する釣り合い形状を算出する場合に入力），
１１：処理対象のワイヤハーネスを固定位置１及び２にて固定する際に使用する固定部材（分岐を表わす自由端を含む）の種類，
尚、固定位置１及び２の座標値の入力の方法としては、予め別工程にて設計された干渉面（ワイヤフレームモデルやソリッドモデル等）のデータを本ステップにて読み込んでディスプレイ２２に表示させると共に、その表示されたモデル上の所望の位置をマウス等のポインティングデバイスによって選択させるように構成しても、或いは、座標値を直接入力させるように構成しても良い。
【００６５】
また、記憶装置２６には、上述した保護部材Ｋの値が保護部材の種類に応じて予め記憶されており、本ステップにて保護部材の種類が選択されることにより、使用すべき係数Ｋが決定される。
【００６６】
更に、記憶装置２６には、１本のワイヤハーネスとして束ねる電線の数量に応じて定まるワイヤハーネスの太さを予め記憶しておき、本ステップにて処理対象のワイヤハーネスに束ねるべき電線の本数を選択させることにより、そのワイヤハーネスの直径を自動的に決定しても良い。
【００６７】
また、記憶装置２６には、図４を参照して説明した各固定部材の自由度を表わすテーブルを、拘束条件として予め記憶しておき、本ステップにて固定位置１及び２に対して何れかの部材がオペレータによって選択されることにより、当該配線設計支援装置は、各固定位置の自由度を認識することができる。
【００６８】
ステップＳ２，ステップＳ３：ステップＳ１にて入力された各項目のデータには、入力項目数の確認や桁数の確認等の一般的な妥当性チェック（ステップＳ２）が行われた後、ＣＰＵ２１の主記憶に読み込まれる（ステップＳ３）。
【００６９】
ステップＳ４：ステップＳ１にて入力（または決定）された処理対象のワイヤハーネスの太さと、選択された係数Ｋを、上述した（５）式の関係式に代入することにより、曲げ剛性Ｅを算出する。このとき、代入する曲率ρとしては、処理対象のワイヤハーネスの最大曲率を使用することにより、効率的な演算を実現している。
【００７０】
更に、ステップＳ４では、処理対象のワイヤハーネスの単位長さ当たりの重量を算出する。この重量の算出は、ワイヤハーネスの太さと、単位長さ当たりの重量との関係を記憶装置２６等にルックアップテーブルとして予め格納しておき、そのルックアップテーブルを、ステップＳ１にて入力された太さに従って参照することによって求めれば良い。そして、捻じれ剛性値Ｃは、上述したように、ステップＳ１にて入力されたワイヤハーネスの直径を、実験により経験的に求めた２次式に代入することによって算出する。
【００７１】
ステップＳ５：ステップＳ１にて入力された処理対象のワイヤハーネスの固定位置１及び２における接線方向及び法線方向、並びに、ステップＳ４にて算出した値を、上述したカナパソーの関係式に代入することにより、それらの固定位置１及び２にて当該ワイヤハーネスを固定したときの弾性体モデルとしての形状及びその内部に発生する力ＦとモーメントＭとを算出する。
【００７２】
ステップＳ６：ステップＳ１にて入力された所定項目のデータと、ステップＳ５にて算出した力Ｆ及びモーメントＭを記憶装置２６に記憶する。より具体的には、少なくとも、ワイヤハーネスの太さφ、算出された（または入力された）長さＬ、固定位置１及び２の法線方向ベクトル、それら２ヶ所間の捻じれ量を表わす捻り率（ｍ／ｒａｄｉａｎ）、算出した力Ｆを保存する（尚、入力データを全て保存しても良い）。
【００７３】
ステップＳ７：算出した処理対象のワイヤハーネスの形状（基本形状）をディスプレイ２２に表示すると共に、固定位置１及び２に加わる力Ｆを、その力の大きさと向きを表わすベクトルとして表示する。
【００７４】
図１３は、本実施形態に係る基本形状算出処理において算出したワイヤハーネスの形状及び力Ｆの表示例を示す図であり、同図に示すワイヤハーネスは、一例として上側に示す固定位置１がコネクタ、下側に示す固定位置２が固定クリップの場合を示しており、各固定位置からは、図１３に示す形状に曲がったワイヤハーネスを当該固定位置１及び２にて発生する力の大きさ及び向きが表示されている。
【００７５】
上述した基本形状算出処理によれば、算出された基本形状に発生する合力Ｆが表示されるので、オペレータは、コネクタ等の固定部材を固定するために必要な力の向きと大きさ、周囲の干渉物との位置関係を視覚的に容易に認識することができ、設計時の支援性を向上することができる。
【００７６】
また、図１４は、本実施形態に係る基本形状算出処理において算出したワイヤハーネスの形状と、一般的なＣＡＤシステムによって算出したワイヤハーネスの形状とを比較例を示す図であり、一般的なＣＡＤシステムによるワイヤハーネスの形状は、曲がり剛性や自重が考慮されていないために、本実施形態に係るワイヤハーネスの形状と比較して不自然に捻じれた形状であることが判る。
【００７７】
＜釣り合い形状の算出処理＞
次に、上述した基本形状算出処理によって形状が算出されたワイヤハーネスを、その端部において固定（自由端の場合を含む）する場合の力学的な釣り合い形状を算出する処理（以下、釣り合い形状算出処理）について説明する。
【００７８】
はじめに、上述した基本形状算出処理において形状を算出したワイヤハーネスを、グローバル座標系の３次元空間に配置した場合に、そのワイヤハーネスの端部（固定位置１または２）に生じる力及びモーメントは、Ｆi、Ｍiにて表される。
【００７９】
また、ある端部が複数のワイヤハーネスによって構成され、分岐点を構成している場合、その分岐点に発生する合力及び合モーメントは、一般式として、以下の計算によって求められる。
【００８０】
力Ｆ＝ΣＦi    ・・・（６），
モーメントＭ＝ΣＭi    ・・・（７），
次に、上記のような力学的な関係にあるワイヤハーネスの端部における釣り合いの条件について説明する。
【００８１】
・分岐点（自由端）の場合：上記の（６）式及び（７）式によって算出した合力Ｆ及び合モーメントＭが共にゼロ，
・回転クリップの場合：上記の（７）式によって算出した合モーメントＭを、回転クリップの回転軸（即ち、法線方向）に射影したモーメント成分がゼロ，
尚、上記の回転クリップの場合においては、軸回転可能に拘束されるため、合力Ｆについて釣り合いの条件を考慮する必要は無い。同様に、端点がコネクタ及び固定クリップの場合は、自由度０にて拘束されるため、釣り合いの条件を考慮する必要は無い。
【００８２】
ここで、上述した力学的な釣り合いの関係について、複数のワイヤハーネスが接続された分岐点の場合の力学的な関係について具体的に説明する。
【００８３】
図８は、本実施形態における釣り合い形状算出処理の対象となる分岐を有するワイヤハーネスの形状を例示する図である。
【００８４】
同図に示すワイヤハーネスは、一例として、釣り合い形状算出処理の対象としてオペレータが選択したところの、分岐点Ｐａを１つ有するワイヤハーネスであり、例えば当該ワイヤハーネスにおいて、分岐点Ｐａを境にして左側のワイヤハーネスの内部には５本の電線が束ねられ、分岐点Ｐａを境にして右側においては、２本の電線が束ねられたワイヤハーネスと、３本の電線が束ねられたワイヤハーネスとに別れている。
【００８５】
オペレータは、このワイヤハーネス全体に釣り合い形状算出処理を施すのに先立って、そのワイヤハーネスを構成する複数の基本形状の算出を行っている。即ち、図８に例示するワイヤハーネスは、基本形状算出処理によって基本形状として算出された５本のワイヤハーネス（ワイヤハーネス１乃至５）を接続することにより形成されている。ここで、ワイヤハーネス１乃至５の構成について説明すれば、
・ワイヤハーネス１：固定位置１がコネクタ１１Ａ、固定位置２がクリップ１３Ｂ（固定クリップまたは回転クリップ）のワイヤハーネスである。
・ワイヤハーネス２：固定位置１がクリップ１３Ｂ（固定クリップまたは回転クリップ）、固定位置２が分岐点Ｐａのワイヤハーネスであり、保護部材１４によって保護されている。
・ワイヤハーネス３：固定位置１が分岐点Ｐａ、固定位置２がコネクタ１１Ｂのワイヤハーネスである。
・ワイヤハーネス４：固定位置１が分岐点Ｐａ、固定位置２がクリップ１３Ｃ（固定クリップまたは回転クリップ）である。
・ワイヤハーネス５：固定位置１がクリップ１３Ｃ、固定位置２がコネクタ１１Ｃのワイヤハーネスである。
【００８６】
図９は、図８に示すワイヤハーネスに含まれる分岐点Ｐａを構成するワイヤハーネス２乃至４に発生する力及びモーメントを説明する図である。同図に示すワイヤハーネス２乃至４の各端点は、実際には同一位置である分岐点Ｐａにて接続しているが、説明及び図示の都合上、別々に離して表現している。
【００８７】
図９に示す分岐点Ｐａにおいて、ワイヤハーネス２の固定位置２には、力Ｆ3とモーメントＭ3が発生しており、ワイヤハーネス３の固定位置１には、力Ｆ1とモーメントＭ1が発生しており、ワイヤハーネス４の固定位置１には、力Ｆ2とモーメントＭ2が発生している。これらの力及びモーメントは、ワイヤハーネス２乃至４についての基本形状算出処理によって求められた値である。
【００８８】
ここで、図９の場合を、上記の（６）式及び（７）式に当てはめて考えると、分岐点Ｐａにおける合力Ｆは、力Ｆ1、力Ｆ2、並びに力Ｆ3の各ベクトルを加算することによって得られる。また、分岐点Ｐａにおける合モーメントＭは、モーメントＭ1、モーメントＭ2、並びにモーメントＭ3の各ベクトルを加算することによって得られる。
【００８９】
そして、このような計算によって合力及び合モーメントが算出できる分岐点Ｐａが、力学的な釣り合いが成立したある形状をなすためには、グローバル座標系の３次元空間に配置された分岐点Ｐａの位置が、算出した合力Ｆ及び合モーメントＭが共にゼロとなる位置に配置される（移動する）ことによって得られる。
【００９０】
また、上記の力学的な釣り合い形状を、回転クリップについて当てはめると、回転軸上で固定された回転クリップの向き（方向）は、算出した合モーメントを、当該回転軸に射影したモーメント成分がゼロとなるまで回転することによって得られる。
【００９１】
上記の釣り合いの条件を満足する位置（または向き）を演算するには、コンピュータの演算処理で一般的に行われる最適値（最適解）の算出方法を採用することができる。即ち、本実施形態に適用すれば、例えば、ある基本形状または複数の基本形状の組み合わせによって得られる形状について上記の如く合力及び合モーメントを算出すると共に、その算出結果が当該条件を満足するか否かを判断する。そして満足しない場合は、所定量だけ対象としている端部（自由端）の回転または移動を行い、その回転または移動後の新たな位置における基本形状を算出し直し、その新たな基本形状を用いて改めて上記の如く合力及び合モーメントを算出すると共に、その算出結果が当該条件を満足するか否かを判断する。このような処理を繰り返すと共に、ある時点で算出結果が前回とは逆の判定になった場合には、今までとは逆の方向に端部（自由端）の回転または移動を少量だけ行い、当該条件を満足するまで同様な処理を繰り返す等の処理を行えば良い。
【００９２】
次に、上述した説明を実現する釣り合い形状算出処理の手順について説明する。
【００９３】
図１０は、本実施形態における釣り合い形状算出処理を示すフローチャートである。
【００９４】
同図において、ステップＳ１１：釣り合い形状算出のための所定の各種データが入力されるように、オペレータに促す。具体的には、以下の項目のデータの入力が要求される。
１：釣り合い形状を算出する基本形状、または複数の基本形状からなるワイヤハーネスの形状の指定，
２：上記１項の形状の固定位置の種類データ（回転クリップ、自由端等の識別データ），
尚、固定位置の種類データについては、個々の基本形状算出処理において既に設定されている場合には形状データと共に読み込めば良い。
【００９５】
ステップＳ１２，ステップＳ１３：ステップＳ１１にて入力された各項目のデータには、入力項目数の確認や桁数の確認等の一般的な妥当性チェック（ステップＳ１２）が行われた後、ＣＰＵ２１の主記憶に読み込まれる（ステップＳ１３）。
【００９６】
ステップＳ１４：ステップＳ１１にて指定されたワイヤハーネスについてステップＳ１３にて読み込まれた（固定位置、分岐点（自由端）における力及びモーメントに基づいて、上記の（６）式及び（７）式により、合力Ｆ及び合モーメントＭを算出する。
【００９７】
ステップＳ１５：ステップＳ１４にて算出した合力Ｆ及び合モーメントＭが、上述した所定の釣り合い条件を満足しているかを、ステップＳ１１にて入力されたワイヤハーネスに含まれる全ての端部（固定点及び自由端）について判断する。
【００９８】
ステップＳ１６：ステップＳ１５の判断でＮＯのとき（所定の釣り合い条件を満足していない端部が有るとき）にはステップＳ１６に進み、ＹＥＳのとき（所定の釣り合い条件を全ての端部が満足しているとき）にはステップＳ１８に進む。
【００９９】
ステップＳ１７：所定の釣り合い条件の制約の基に、各端点（固定点及び自由端）を、その端点について算出した合力Ｆ及び合モーメントＭの方向に所定量だけ移動及び回転させる。
【０１００】
ステップＳ１８：移動後及び回転後の各端点（固定点及び自由端）の位置に基づいて、形状及び端部に発生する力再計算し、ステップＳ１４に戻る。このとき、形状の再計算は、基本形状算出処理（図７）のステップＳ４以降の処理をコールすることによって行えば良い。
【０１０１】
ステップＳ１９：各端点が所定の釣り合い条件を満足した形状（釣り合い形状）をディスプレイ２２に表示すると共に、各端点に加わる力Ｆを、その力の大きさと向きを表わすベクトルとして表示する。このとき、コネクタ及び固定クリップに加わる力が予め設定した所定値より大きいときには、その旨を報知すべく、表示するベクトルの色を変更する、或いは文字等を併せて表示する等の処理を行うことにより、オペレータは、過大な力が自由度０の固定位置（端点）に加えられることを容易に認識することができる。
【０１０２】
図１５は、本実施形態に係る釣り合い形状算出処理において算出したワイヤハーネスの形状及び力Ｆの表示例を示す図である。
【０１０３】
同図に示すワイヤハーネスは、図示可能なサイズの関係から、分岐点を有する当該ワイヤハーネスの一方の端部だけを示しており、各固定位置には発生する力の大きさ及び向きが表示されている。
【０１０４】
ステップＳ２０：ステップＳ１１にて指定されたワイヤハーネスに分岐点が含まれる場合は、その分岐点における破断力を表示する。
【０１０５】
図１１は、分岐点における破断力の表示を説明する図であり、分岐点において釣り合い条件が成立した場合には、分岐先の細い方の２本のワイヤハーネスに当該分岐点においてそれぞれ発生している力Ｆ1とＦ2とのベクトル加算を行い、その結果を矢線や数値で表示する。図１１に示す例の場合は、力Ｆ1の方がＦ2よりかなり大きいため、そのベクトル加算の結果を表わす破断力及びその数値が、分岐先の上側のワイヤハーネスに表示される。これにより、オペレータは、分岐点が力学的に静止してはいるものの、算出された破断力があまりにも大きいときには、その分岐点において破断が生じる可能性が有ることを容易に予測することができる。
【０１０６】
上述した釣り合い形状算出処理によれば、最適な釣り合い形状が自動的に算出されると共に、各端部に発生する力の大きさが表示されるので、オペレータは、コネクタ等の固定部材を固定するために必要な力の向きと大きさ、周囲の干渉物との位置関係をを視覚的に容易に認識することができ、設計時の支援性を向上することができる。
【０１０７】
また、上述した釣り合い形状算出処理によれば、各部門において並行して設計業務が行われる所謂コンカレントエンジニアリング環境において、前工程の設計部門から最終的な干渉面の形状が入手できない場合（即ち、製品形状の細部が作り込まれていない精度の低い形状モデルしか入手できない場合）においても、取り敢えず入手した干渉面の形状（または座標値）を利用して目的とするワイヤーハーネスの釣り合い形状を把握することができ、設計効率が向上する。
【０１０８】
また、後日、前工程の設計部門にて発生した仕様変更等に応じて、使用すべき線材の変更、保護材の有無、クリップの種類変更等の変更する必要が生じた場合においても、その変更に関する設定事項を再入力し、上述した基本形状及び釣り合い形状を再計算すれば、発生した仕様変更に柔軟且つ迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にて設計対象とするワイヤーハーネスの全体形状を例示する図である。
【図２】図１に示すワイヤーハーネスの断面形状を例示する図である。
【図３】本実施形態にて設計対象とするワイヤーハーネスを保持する回転クリップの形状を例示する図である。
【図４】本実施形態に係るワイヤハーネスの形状算出において扱う支持部材の種類及びその自由度の一覧を示す図である。
【図５】本実施形態において採用する弾性体モデルのベクトル式を説明するための図である。
【図６】本実施形態における基本形状算出処理において算出する１本のワイヤハーネスの形状と、その形状を算出するためにオペレータが入力すべきパラメータを説明する図である。
【図７】本実施形態における基本形状算出処理を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態における釣り合い形状算出処理の対象となる分岐を有するワイヤハーネスの形状を例示する図である。
【図９】図８に示すワイヤハーネスに含まれる分岐点Ｐａを構成するワイヤハーネス２乃至４に発生する力及びモーメントを説明する図である。
【図１０】本実施形態における釣り合い形状算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】分岐点における破断力の表示を説明する図である。
【図１２】本実施形態に係る線条材の配線設計支援装置のブロック構成図である。
【図１３】本実施形態に係る基本形状算出処理において算出したワイヤハーネスの形状及び力Ｆの表示例を示す図である。
【図１４】本実施形態に係る基本形状算出処理において算出したワイヤハーネスの形状と、一般的なＣＡＤシステムによって算出したワイヤハーネスの形状とを比較例を示す図である。
【図１５】本実施形態に係る釣り合い形状算出処理において算出したワイヤハーネスの形状及び力Ｆの表示例を示す図である。
【符号の説明】
１１，：コネクタ，
１２，１２Ａ〜１２Ｃ：電装品，
１３，１３Ｂ，１３Ｃ：クリップ，
１３Ａ：回転クリップ，
１４，１６：保護材，
１５，：電線，
１７：ワイヤハーネス，
１８：ベース，
２１：ＣＰＵ，
２２：ディスプレイ，
２３：キーボード，
２４：ＲＯＭ，
２５：ＲＡＭ，
２６：記憶装置，
２７：通信インタフェース，
２８：プリンタ，
２９：内部バス，
３０：通信回線，
【図１】
0004164784.tif 000002
【図２】
0004164784.tif 000003
【図３】
0004164784.tif 000004
【図４】
0004164784.tif 000005
【図５】
0004164784.tif 000006
【図６】
0004164784.tif 000007
【図７】
0004164784.tif 000008
【図８】
0004164784.tif 000009
【図９】
0004164784.tif 000010
【図１０】
0004164784.tif 000011
【図１１】
0004164784.tif 000012
【図１２】
0004164784.tif 000013
【図１３】
0004164784.tif 000014
【図１４】
0004164784.tif 000015
【図１５】
0004164784.tif 000016