JP2007102676A - ワイヤー様構造物の形状計算方法、そのねじれ計算方法、その形状計算装置、その形状計算システム及びその形状計算プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の治具部品による制約も考慮にいれてワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物の形状を計算することにより、短時間で現実に則した形状モデルを設計する。
【解決手段】ワイヤーハーネス１が複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現され、ワイヤーハーネス１の物理特性の他、治具部品６、７による拘束条件が有限要素モデルに適用されて治具板展開形状モデルが計算される。治具板展開形状モデルには、ねじれゼロ面Ｐ０も付加される。設計部門は、治具部品６、７の拘束条件を盛り込んでワイヤーハーネス１の形状計算を行う形状計算装置及びこの形状計算装置で計算した治具板展開形状を電子データで出力する出力手段を備え、製造部門はこの電子データを受信し出力する受信出力手段を備えている。
【選択図】図１６

Description

本発明は、ワイヤー様構造物の形状計算方法、そのねじれ計算方法、その形状計算装置、その形状計算システム及びその形状計算プログラムに関し、特に、車両に配策されるワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物の形状計算方法、そのねじれ計算方法、その形状計算装置、その形状計算システム及びその形状計算プログラムに関する。

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、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ワイヤーハーネスとよばれるワイヤー様構造物で接続されている。このようなワイヤーハーネスは、設計時には車両への取り付けを想定した３次元空間に配策されるように設計されるが、製造時には治具板上に２次元に近い形状に展開されて製造される。

図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）はそれぞれ、設計時及び製造時のワイヤーハーネスの形状を示す図である。図２０は、従来の設計側及び製造側におけるワイヤーハーネスの形状計算に係る概略的な業務フローを示す図である。図２１は、従来の方法により計算された形状モデルを示す斜視図である。図２２は、従来の方法により計算された形状モデルの問題点を説明するための図である。

図１９（Ａ）に示すように、ワイヤーハーネスは、一般的に、幹線１ａからそれぞれ異なる方向に分岐する複数の枝線１ｂ１〜１ｂ４を有していたり、その端部や中間点にクランプ２ａ〜２ｇ等が取り付けられて（クランプの替わりにグロメットや端部にコネクタが取り付けられることもある）、例えば、車両ドアやフロア等の所定の３次元空間に配策されるように設計される。この設計は、従来、図２０の業務Ｔ１で示すように、設計部門にて行われていた。設計部門は、例えば、カーメーカであるが、同じ社内での設計部門であってもよい。

このように３次元空間に配策されるように設計されたワイヤーハーネスは、製造部門に渡され、図２０の業務Ｔ２において、図１９（Ｂ）に示すように、治具板上での製造を想定した２次元に近い形状に展開される。製造部門は、例えば、部品メーカであるが、同じ社内での製造部門であってもよい。

次に、この製造部門においては、図２０の業務Ｔ３において、治具板に取り付けられる治具部品を考慮して、治具板状での製造を前提とした形状に展開し、この後、この２次元に近い形状を上記３次元空間への配策を前提とした形状に展開して、設計側に戻す。

そして、設計部門においては、図１４の業務Ｔ４において、上記業務Ｔ１で設計した形状を、製造部門からフィードバックされた形状に基づいて修正して、最終形状、すなわち、治具要件が考慮されたＣＡＤモデルが完成する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開２００４−２２１８８号公報 特開２００４−３６２５４２号公報 特開２００５−２７４２８号公報 特開２００５−５０６０２号公報 特開２００５−８５１９１号公報 特開２００５−１００９１３号公報 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

ところが、従来、上述の製造部門における業務Ｔ２及び業務Ｔ３の検討工数が多大であった。その大きな理由は、設計部門における業務Ｔ１のモデル設計が、製造時の治具部品による制約が全く考慮されることなく行われていたためであった。例えば、図２１に示すように、設計部門において設計されたワイヤーハーネス１の形状モデルは、配策時の形状のみを前提として、枝線１ｂの方向が決定されたり、幹線１ａが折り曲げられたりしたものであった。

このように設計されたワイヤーハーネス１の形状モデルを製造するために、治具部品が取り付けられた治具板上に展開すると、例えば、図２２の１ｂ′に示すように、枝線１ｂのでる方向が治具部品としてのフォーク６に適合してなかったり、図示しないが、ワイヤーハーネス１の耐性を超えるねじれが発生したりしていた。したがって、製造部門では、治具部品を考慮しつつ、このような問題が発生しないような形状モデルを設計部門にフィードバックしなければならず、製造部門における業務Ｔ２及び業務Ｔ３の検討工数が多大になっていた。

よって本発明は、上述した現状に鑑み、製造時の治具部品による制約も考慮にいれてワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物の形状を計算することにより、上述のような製造部門における検討時間を軽減し、短時間で現実に則した形状モデルを設計することができる、ワイヤー様構造物の形状計算方法、そのねじれ計算方法、その形状計算装置、その形状計算システム及びその形状計算プログラムを提供することを課題としている。

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形状計算方法は、主電線束、この主電線束から分岐する副電線束及び／又はこの主電線束に取り付けられるクランプ等の電線束取付部品、を含んで構成されるワイヤー様構造物がこれを製造するための治具部品が取り付けられた治具板に展開されたときの形状である治具板展開形状モデルを、コンピュータを利用して計算する方法であって、前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び前記治具部品による拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記治具板展開形状モデルを計算する、ことを特徴とする。

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ねじれ計算方法は、請求項１記載の形状計算方法を用いたワイヤー様構造物のねじれ計算方法であって、前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び配策時の拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記ワイヤー様構造物の配策時の形状である配策形状モデルを計算する配策形状モデル計算工程と、前記ワイヤー様構造物の形状特性及び材料特性を参照しつつ、前記配策形状モデルを前記治具板展開形状モデルに重ね合わせる重合計算工程と、前記重合計算工程の計算結果に基づいて、前記両モデルの複数の特定部位のねじれ具合をそれぞれ計算して、前記治具板展開形状モデルの前記配策形状モデルに対するねじれを計算するねじれ計算工程と、ねじれ角計算工程の計算結果に基づいて、前記ねじれを前記治具板展開形状モデルに付加して表示するねじれ表示工程と、を含むことを特徴とする。

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形状計算装置は、主電線束、この主電線束から分岐する副電線束及び／又はこの主電線束に取り付けられるクランプ等の電線束取付部品、を含んで構成されるワイヤー様構造物がこれを製造するための治具部品が取り付けられた治具板に展開されたときの形状である治具板展開形状モデルを、計算する装置であって、前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び前記治具部品による拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記治具板展開形状モデルを計算する、ことを特徴とする。

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形状計算システムは、請求項３記載のワイヤー様構造物の形状計算装置を用いたワイヤー様構造物の形状計算システムであって、ワイヤー様構造物の設計を行う設計部門及び前記治具板を用いて該ワイヤー様構造物の製造を行う製造部門から構成され、設計部門は、前記形状計算装置及びこの形状計算装置で計算した前記治具板展開形状を電子データで出力する出力手段を備え、前記製造部門は、前記電子データを受信し出力する受信出力手段を備える、ことを特徴とする。

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形状計算プログラムは、主電線束、この主電線束から分岐する副電線束及び／又はこの主電線束に取り付けられるクランプ等の電線束取付部品、を含んで構成されるワイヤー様構造物がこれを製造するための治具部品が取り付けられた治具板に展開されたときの形状である治具板展開形状モデルを、計算するためにコンピュータを、前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び前記治具部品による拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記治具板展開形状モデルを計算する手段、として機能させる、ことを特徴とする。

請求項１、３及び５記載の発明によれば、ワイヤー様構造物が複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現され、ワイヤー様構造物の物理特性の他、治具部品による拘束条件が有限要素モデルに適用されて治具板展開形状モデルが計算される。

また、請求項２記載の発明によれば、ワイヤー様構造物が複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現され、ワイヤー様構造物の物理特性の他、治具部品による拘束条件が有限要素モデルに適用されて治具板展開形状モデルが計算される。また、ワイヤー様構造物の物理特性及び配策時の拘束条件が有限要素モデルに適用されて配策形状モデルが計算される。また、ワイヤー様構造物の形状特性及び材料特性が参照されて、配策形状モデルが治具板展開形状モデルに重ね合わせられ、両モデルの複数の特定部位のねじれ具合がそれぞれ計算されて、治具板展開形状モデルの配策形状モデルに対するねじれが計算される。そして、このねじれが治具板展開形状モデルに付加されて表示される。

また、請求項４記載の発明によれば、設計部門は、治具部品の拘束条件を盛り込んでワイヤー様構造物の形状計算を行う形状計算装置及びこの形状計算装置で計算した治具板展開形状を電子データで出力する出力手段を備え、製造部門はこの電子データを受信し出力する受信出力手段を備えている。

請求項１、３及び５記載の発明によれば、ワイヤー様構造物が複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現され、ワイヤー様構造物の物理特性の他、治具部品による拘束条件が有限要素モデルに適用されて治具板展開形状モデルが計算される。したがって、短時間で現実に則した形状モデルを設計することができるようになる。

また、請求項２記載の発明によれば、ワイヤー様構造物が複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現され、ワイヤー様構造物の物理特性の他、治具部品による拘束条件が有限要素モデルに適用されて治具板展開形状モデルが計算される。また、ワイヤー様構造物の物理特性及び配策時の拘束条件が有限要素モデルに適用されて配策形状モデルが計算される。また、ワイヤー様構造物の形状特性及び材料特性が参照されて、配策形状モデルが治具板展開形状モデルに重ね合わせられ、両モデルの複数の特定部位のねじれ具合がそれぞれ計算されて、治具板展開形状モデルの配策形状モデルに対するねじれが計算される。そして、このねじれが治具板展開形状モデルに付加されて表示される。したがって、治具板展開形状におけるねじれが、一見して確認できるため、より短時間で現実に則した形状モデルを設計することができるようになる。

また、請求項４記載の発明によれば、設計部門は、治具部品の拘束条件を盛り込んでワイヤー様構造物の形状計算を行う形状計算装置及びこの形状計算装置で計算した治具板展開形状を電子データで出力する出力手段を備え、製造部門はこの電子データを受信し出力する受信出力手段を備えている。したがって、従来、製造部門において強いられていた、配策形状モデルから治具板展開形状モデルへの展開、治具部品を考慮した治具板展開形状モデルの修正、この修正モデルに基づく配策形状モデルの再計算等の検討に係る多大な工数が軽減される。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明で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が治具板上で製造されている状態を示す部分斜視図である。

図１に示すように、ワイヤーハーネス１は、幹線（請求項の主電線束に対応）１ａ、この幹線１ａから分岐する枝線（請求項の副電線束に対応）１ｂ及び／又はこの幹線１ａに取り付けられるクランプ２、を含んで構成される。ワイヤーハーネス１は、治具板８上に取り付けられたフォーク６やクランプ受け７等の治具部品に規制されて２次元的形状に近い形状で製造されていく。治具板８において、フォーク６は主に枝線１ｂの分岐点に配置され、クランプ受け７はワイヤーハーネス１に取り付けられているクランプ２に対応する点に配置される。フォーク６及びクランプ２については後で補足説明する。

次に、図２及び図３を参照しながら、本発明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２（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（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２（Ｃ）は、図２（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３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。

まず、本発明では、上記ねじれ角を求めるために、まず、有限要素法を利用して治具板展開形状を計算するが、この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）．各梁要素に直線性が保たれるものと仮定する。
（４）．ワイヤーハーネスを一様断面であると仮定する（円形断面と仮定しているが必ずしもその必要はない）。
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。

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２（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２（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。

したがって、図２（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２（Ｂ）参照）
断面積Ａ（図２（Ｂ）参照）
断面２次モーメントＩ
断面２次極モーメントＪ（ねじり抵抗係数ともよばれている）
縦弾性係数Ｅ
横弾性係数Ｇ
なお、上記特性値に直接表されていないが、それらを求めるために密度ρやポアソン比μ等も用いられる。

なお、本明細書中、上記長さｌ、断面積Ａ、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇ、密度ρ、ポアソン比μ等を物理特性とよぶ。

そして、図３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。

なお、図中、
Ｆ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の節点力
Ｆ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の節点力
Ｆ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の節点力
Ｍ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｍ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｍ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの端モーメント（右ネジ方向を正とする）
Ｕ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
θ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
θ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの角変位（右ネジ方向を正とする）
αは左側の節点、βは右側の節点
を示す。

ところで、ワイヤーハーネス等のような大変形をともなう構造力学では一般に有限要素法の平衡方程式は次式の形となる。
（[Ｋ]＋[Ｋ_G]）｛ｘ｝＝｛Ｆ｝…（１）
ここで、[Ｋ]：全体剛性マトリックス、[Ｋ_G]：全体幾何剛性マトリックス、｛ｘ｝：変位ベクトル、｛Ｆ｝：荷重ベクトル（力ベクトルともよぶ）

但し、式（１）は代数的には非線形連立方程式となっているため、実際の数値解析においてはそのままで解くことはできない。そのため、荷重値を細分化して逐次加算していく増分方法を採ることになる（強制変位の場合も同様）。よって、式（１）の平衡方程式も下記の増分形式で表現することになる。
（[Ｋ]＋[Ｋ_G]）｛Δｘ｝＝｛ΔＦ｝−｛Ｒ｝…（１）′
ここで、｛ΔＦ｝：荷重増分の値、｛Δｘ｝：増分ステップにおける増分変位、｛Ｒ｝：荷重ベクトルの補正ベクトル

そして、各増分区間では平衡方程式は線形方程式とみなして計算し、その際、生じる不平衡力（式（１）′中のベクトル｛Ｒ｝）を次ステップに進む前に反復法により許容範囲まで減少させることになる。これら一連のアルゴリズムとしては、例えば、ニュートン・ラプソン法や弧長法といった公知の方法を利用する。

なお、形状予測のように強制変位を指定する場合には、平衡方程式左辺のうち、第２項の全体幾何剛性マトリックス[Ｋ_G]を省く場合が良性となることも多く、本ケースでも省いている。

また、左辺第１項の全体剛性マトリックス[Ｋ]は各増分ステップで時々刻々と座標値を変更させながら書き替えられる各要素の剛性マトリックスを全体座標系に変換して集計されたものである。この基本となる要素剛性マトリックスの具体的な表現内容が下記の式（２）である。

なお、式（２）において、１２行１２列のマトリクスを、４つの６行６列のマトリクスに分割し、それぞれをＫ_i（１，１）、Ｋ_i（１，２）、Ｋ_i（２，１）及びＫ_i（２，２）とする。そして、以降の説明では、簡単のために、これら６行６列のマトリクスを利用して説明する。

ここで、適合条件と釣り合い条件について図４を用いて説明する。図４（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４（Ｂ）は、図４（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。

ここでは、まず簡単のために、図４（Ａ）で示すように、ワイヤーハーネスにおいて枝線の存在しない３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３からなる部位につて考える。すなわち、この部位は、３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表されるものとする。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４（Ｂ）に示すように、結合することができる。

なお、図中、
Ｆ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の節点力
Ｆ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の節点力
Ｆ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の節点力
Ｍ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの端モーメント
Ｍ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの端モーメント
Ｍ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの端モーメント
Ｕ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸周りの角変位
θ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸周りの角変位
θ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸周りの角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３βである。

例えば、上記梁要素Ｃ１は、上記式（２）と同様の形式で示すと、以下の式（３）のように表される。

梁要素Ｃ２、Ｃ３も式（３）と同様に表し、これら梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を図４（Ｂ）に示すように結合し、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（３）と同様の形式で示すと、以下の式（４）のようになる。

ここで、式（３）中の６行６列のマトリクスＫ₁（１，１）、Ｋ₁（１，２）、Ｋ₁（２，１）及びＫ₁（２，２）は上記式（３）で示した通り梁要素Ｃ１に対応するものであり、同様に、Ｋ₂（１，１）、Ｋ₂（１，２）、Ｋ₂（２，１）及びＫ₂（２，２）は梁要素Ｃ２に対応し、Ｋ₃（１，１）、Ｋ₃（１，２）、Ｋ₃（２，１）及びＫ₃（２，２）は梁要素Ｃ３に対応するものである。但し、Ｍ１２で示すＫ₁（２，２）とＫ₂（１，１）とが重なっている部分、並びに、Ｍ２３で示すＫ₂（２，２）とＫ₃（１，１）とが重なっている部分は、それらの各構成要素が足し合わされたものとなる。

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有限要素モデルを作成することができる。

ちなみに、上記式（４）を簡単に表すと、
［Ｋ］｛ｘ｝＝｛Ｆ｝
となる。

このような考え方を、幹線から分岐する枝線や幹線に取り付けられたクランプを有するワイヤーハーネスにも応用した例を以下に図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、３つの梁要素と枝線に対応する梁要素とからなるワイヤーハーネスの一部位を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）を４つの梁要素で表した後にそれらを結合した状態を示す図である。

簡単のために、図５（Ａ）で示すように、ワイヤーハーネスにおいて梁要素Ｃ４で表される枝線が節点Ｎ１から分岐する、３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表される部位について考える。ここでも、各節点における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〜Ｃ３を、図５（Ｂ）に示すように、結合することができる。図５（Ｂ）における、３つの梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表される部位は、図４（Ｂ）で示した通りであるのでその繰り返し説明は省略する。これに加えて、節点Ｎ１から図５（Ｂ）に示すように梁要素Ｃ４が分岐することになる。梁要素Ｃ４は、後述するクランプ軸や仮想クランプ軸に対応するものである。

なお、図中、
Ｆ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の力
Ｆ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の力
Ｆ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の力
Ｍ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸周りのモーメント
Ｍ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸周りのモーメント
Ｍ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸周りのモーメント
Ｕ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の変位
Ｕ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の変位
Ｕ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の変位
θ_xi：ｉ番要素のｘｉ軸方向の角変位
θ_yi：ｉ番要素のｙｉ軸方向の角変位
θ_zi：ｉ番要素のｚｉ軸方向の角変位
を示し、
ｉ＝１α、１β、２α、２β、３α、３β、４α、４βである。

梁要素Ｃ４は、以下の式（５）のように表される。

ここで、６行６列のマトリクスＫ₄（１，１）、Ｋ₄（１，２）、Ｋ₄（２，１）及びＫ₄（２，２）は上記Ｋ₁（１，１）、Ｋ₁（１，２）、Ｋ₁（２，１）及びＫ₁（２，２）と同様である。

そして、梁要素Ｃ１〜Ｃ４を図５（Ｂ）に示すように連結し、梁要素Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における上記変位の連続性と力の釣り合いを上記式（４）と同様の形式で示すと、以下の式（６）のようになる。

ここで、式（６）中の６行６列のマトリクスＫ₁（１，１）、Ｋ₁（１，２）、Ｋ₁（２，１）及びＫ₁（２，２）は梁要素Ｃ１に対応し、Ｋ₂（１，１）、Ｋ₂（１，２）、Ｋ₂（２，１）及びＫ₂（２，２）は梁要素Ｃ２に対応し、Ｋ₃（１，１）、Ｋ₃（１，２）、Ｋ₃（２，１）及びＫ₃（２，２）は梁要素Ｃ３に対応し、Ｋ₄（１，１）、Ｋ₄（１，２）、Ｋ₄（２，１）及びＫ₄（２，２）は梁要素Ｃ４に対応するものである。但し、Ｍ１２４で示すＫ₁（２，２）とＫ₂（１，１）とＫ₄（１，１）とが重なっている部分、Ｍ２３で示すＫ₂（２，２）とＫ₃（１，１）とが重なっている部分は、それらの各構成要素が足し合わされたものとなる。

このようにして、幹線から分岐する枝線や幹線に取り付けられたクランプを有するワイヤーハーネスに対しても、有限要素モデルを作成することができる。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有限要素モデルを作成することができる。

したがって、上記（４）や式（６）に基づき、未知数である変位ベクトル｛ｘ｝を求めることにより、目的とする治具板展開形状を計算することができる。式（４）や式（６）の解を求める際には、周知の弧長法や陽解法が利用可能である。

なお、上記のような一般的なマトリックス有限要素法は上記非特許文献１に示されており、マトリックス有限要素法の応用は上記特許文献２、３及び５に示されている。

次に、本発明で適用される代表的なクランプ及び治具部材について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、ワイヤーハーネスに取り付けられる代表的なクランプと拘束自由度との関係を示す図である。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、ワイヤーハーネスの製造に用いられる代表的なフォークを説明するための図である。図８は、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）のフォークの拘束条件を示す図である。なお、本明細書中のワイヤーハーネスは車両用に限定されるものでないが、本発明の要旨を理解するために、車両に配策されるワイヤーハーネスを例示しながら説明する。

図１９（Ａ）でも示したように、対象となるワイヤーハーネスは、幹線１ａの分岐点３ａ〜３ｄからそれぞれ異なる方向に分岐する複数の枝線１ｂ１〜１ｂ４を有している。また、その端部や中間点にクランプ２ａ〜２ｇが取り付けられている。幹線１ａ及び枝線１ｂ１〜１ｂ４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。

クランプ２ａ〜２ｆは、電装品側の相手方クランプ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。この端部を完全拘束するクランプをコネクタとよぶこともある（図６参照）。また、クランプ２ｇは、通常、ワイヤーハーネスの中間部に取り付けられ、ワイヤーハーネスをボディやステー等の所定位置に完全拘束又は回転拘束する。ここでは、クランプは１個のみ示すが、通常、複数個のクランプがワイヤーハーネスに取り付けられる。なお、ワイヤーハーネスを拘束する部材には、他にプロテクタやグロメット等も挙げられる。

ここで、クランプについて説明を加える。クランプには、基本的に、長穴クランプ及び丸穴クランプがある。丸穴クランプは、回転クランプともよばれ、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。丸穴クランプは、Ｚ軸（取付部位に鉛直方向）廻りに回転可能である。

一方、長穴クランプは、固定クランプともよばれ、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。長穴クランプは、Ｚ軸廻りに回転不可能である。

更に、長穴クランプ及び丸穴クランプには、Ｘ軸（ワイヤーハーネスの長手方向）廻りに回転可能な、コルゲート長穴クランプ及びコルゲート丸穴クランプがある。このような各クランプの各軸方向及び各軸廻りの拘束自由度は図６に示す通りである。

図６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軸をクラン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計算に先立ち、各節点にそれぞれ、設定される。

また、代表的な治具部材としてのフォーク６は、図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）にそれぞれ示すように、２又フォーク６２、３又フォーク６３及び４又フォーク６４を含む。図７（Ａ）に示すように、２又フォーク６２は、治具板に取り付けられてワイヤーハーネスを支持するように、Ａピン部及びＢピン部に分岐した２又状になっている。Ａピン部及びＢピン部は、電線通過Ｒだけ離間している。同様に、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、３又フォーク６３は、治具板に取り付けられてワイヤーハーネスを支持するように、Ａピン部、Ｂピン部及びＣピン部に分岐した３又状になっており、４又フォーク６４は、Ａピン部、Ｂピン部、Ｃピン部及びＤピン部に分岐した４又状になっている。

図８に示すように、２又フォーク６２、３又フォーク６３及び４又フォーク６４は、それぞれ固有の品番、ピン径、ピッチ、ピン座標及び電線通過Ｒを有している。後述するが、これらのデータがワイヤーハーネスの形状計算のために形状計算装置に含まれる記憶装置４５（図９参照）に予め格納されている。また、図示しないがクランプ受け７に対するデータも記憶装置４５に予め格納されている。クランプ受け７に対するデータは、基本的に、各クランプ受けの品番と各クランプ受けの高さ情報の対応関係を示すものである。また、図６に示したような各クランプの拘束条件等も記憶装置に予め格納されている。更に、ワイヤーハーネスの形状計算のために必要な各特性値、例えば、計算すべきワイヤーハーネスに対応する、長さｌ、断面積Ａ及び密度ρ、縦弾性係数Ｅ、断面２次モーメントＩ、横弾性係数Ｇ、断面２次極モーメントＪ等も予め求められて記憶装置に格納されている。これらの求め方は、上記特許文献２、３及び５にも例示されている。

次に、上記理論、基本式及びデータを利用して後述するワイヤーハーネスの形状計算を行うための、本発明に係るハードウエア構成について説明する。図９は、本発明に係るハードウエア構成を示すブロック構成図である。

図９に示すように、本発明では、マイクロコンピュータ４１、入力装置４２、表示装置４３、印字装置４４、記憶装置４５、読込装置４６、及び通信インターフェース４７を含んで基本構成される、周知のパーソナルコンピュータが利用可能である。マイクロコンピュータ４１は、ＣＰＵ４１ａ（中央演算装置）、ブートプログラム等を記憶するＲＯＭ４１ｂ、各種処理結果を一時的に記憶するＲＡＭ４１ｃを含む。入力装置４２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４３は処理結果を表示するＣＲＴ等であり、印字装置４４は処理結果を印字するプリンタである。また、記憶装置４５はアプリケーションプログラムや処理結果を記憶するハードディスクドライブである。読込装置４６は、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体４８に格納される後述の処理手順を示す形状計算プログラム４８ａを読み込むための装置である。通信インターフェース４７は外部装置と、例えば、ＬＡＮ回線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。これらの各構成要素は、内部バス４９を介して接続されている。

マイクロコンピュータ４１は、読込装置４６にて読み込まれた形状計算プログラム４８ａを記憶装置４５に転送、すなわち、インストールする。また、電源投入後、マイクロコンピュータ４１は、ＲＯＭ４１ｂ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形状計算プログラム４８ａを立ちあげる。そして、マイクロコンピュータ４１は、形状計算プログラム４８ａにしたがって、ワイヤーハーネスの形状計算を行ったり、ねじれを求めたり、表示装置４３や印字装置４４から出力させたり、その結果を記憶装置４５に保存したりする。形状計算プログラム４８ａは、上記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ねじれ角計算装置として機能させる。なお、形状計算プログラム４８ａは、記録媒体４８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。

図１０は本発明の一実施形態に係る処理手順を示すフローチャートであり、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）はそれぞれ、図１０の処理手順におけるサブルーチンを示すフローチャートである。図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）はそれぞれ、図１０の処理の過程における状態を例示する図であり、図１３は、図１１（Ｃ）の処理を説明するための図である。なお、対象となるワイヤーハーネスは、枝線がなくクランプが取り付けられているものであってもよいし、枝線がありクランプが取付けられていないものでもよいし、或いは、枝線がありクランプが取付けられているものでもよいが、ここでは図１２に示すように、代表して枝線がなくクランプが取り付けられたワイヤーハーネスを用いて説明する。

まず、図１０のステップＳ１においては、配策形状が設計されて、この設計された配策形状が表示装置４３に出力される。この配策形状は、図１２（Ａ）に示すように、例えば、車両ドアやフロア等の所定の部位に配策されるように、形状設計されたワイヤーハーネス１′である。このワイヤーハーネス１′は、例えば、幹線１０ａと、この幹線１０ａの中間部及び端部に取り付けられて、幹線１０ａを所定部位に固定するためのクランプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃとを含んで構成されるものとする。図示しないが、幹線１０ａから分岐する枝線が含まれていてもよい。この配策形状の設計には、予めインストールされているＣＡＤ等のアプリケーションプログラムが利用可能であり、入力装置４２としてのマウスやキーボードを用いて表示装置４３上に描画される。この配策形状を求める手法は他の方法を用いてもよい。

次に、ステップＳ２においては、入力装置４２を用いてワイヤーハーネス１′の物理特性が設定される。また、上記配策形状及び後述の治具板展開形状にそれぞれ対応する拘束条件すなわち治具部品による拘束条件もここで設定される。物理特性は、例えば、上述した長さｌ、断面積Ａ、断面２次モーメントＩ、断面２次極モーメントＪ、密度ρ、ポアソン比μ、縦弾性係数Ｅ及び横弾性係数Ｇである。これらは、上述のようにして予め測定或いは計算されている値が利用される。これらの値は、上記式（６）中の剛性マトリクス［Ｋ］中の各要素に係わる。拘束条件は、ワイヤーハーネス１′の配策形状及び治具板展開形状に対応する座標や、図６にて示したようなクランプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの拘束自由度である。また、治具部品による拘束条件は、図８で示したデータに基づいて設定される。

次に、ステップＳ３及びステップＳ４においてはそれぞれ、上記ステップＳ２で設定された値に基づき、図１２（Ｂ）に示すように、治具板展開形状モデル１Ａ及び配策形状モデル１Ｂが作成される。但し、ここでは、これらモデル１Ａ及び１Ｂは表示装置４３上に表示させる必要はない。治具板展開形状モデル１Ａ及び配策形状モデル１Ｂは、上記図５及び式（６）に準じたものとなる。治具板展開形状モデル１Ａは、例えば、ワイヤーハーネスが治具板上に展開されるときの形状に対応するようにすると、現実に則した治具板の設計や効率的なワイヤーハーネスの製造等に有効となる。

ステップＳ３の治具板展開形状モデル１Ａの作成においては、図１１（Ａ）のサブルーチンで示すように、まず、ステップＳ３１において、ワイヤーハーネス１′の幹線１０ａを複数の梁要素Ｃ１〜Ｃ１４で表現する。なお、Ｎ０〜Ｎ１４は節点を表す。そして、ステップＳ３２において、クランプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが取り付けられている部位に対応するクランプ取付節点Ｎ０、Ｎ６、Ｎ１４にそれぞれ、基準軸ＲＸ０、ＲＸ６、ＲＸ１４が付加される。

治具板展開形状モデル１Ａは、例えば、幹線１０ａを治具板上でねじれなくのばした形状に対応する。勿論、治具板展開形状モデル１Ａは、治具部品による拘束条件も満足するものである。また、基準軸ＲＸ０、ＲＸ６、ＲＸ１４は全て、節点Ｎ０、Ｎ６、Ｎ１４から同方向に延びている。なお、幹線１０ａから分岐する枝線がある場合には、枝線分岐点に対応する節点に同様の基準軸が付加される。ここでは、幹線を梁要素で表現した後に基準軸を付加するものとして説明したが、治具板展開形状モデル１Ａの作成方法はこれに限定されない。要は、最終的に図１２（Ｂ）で示すような治具板展開形状モデル１Ａが作成されればよい。治具板展開形状モデル１Ａはここでは直線的に表現しているが、実際には、治具部品による拘束条件も満足するものであるから、一部曲線状になることもある。

また、ステップＳ４の配策形状モデル１Ｂの作成においては、図１１（Ｂ）のサブルーチンで示すように、まず、ステップＳ４１において、ステップＳ３１と同様、ワイヤーハーネス１′の幹線１０ａを複数の梁要素Ｃ１〜Ｃ１４で表す。但し、この配策形状モデル１Ｂでは、複数の梁要素Ｃ１〜Ｃ１４は、上記ステップＳ１で設計された配策形状に対応するように各節点にて結合される。

次に、ステップＳ４２において、クランプ取付節点Ｎ０、Ｎ６、Ｎ１４にそれぞれ、クランプ軸ＡＸ０、ＡＸ６、ＡＸ１４が付加される。クランプ軸ＡＸ０、ＡＸ６、ＡＸ１４とは、幹線に取り付けられたクランプ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの回転軸に対応するものである。更に、幹線１０ａから分岐する枝線がある場合には、枝線分岐点に対応する節点に上記クランプ軸に対応する仮想クランプ軸が付加される。

ここで、仮想クランプ軸について、図１１（Ｃ）及び図１３を用いて説明する。まず、ステップＳ４３１において、枝線分岐節点Ｎ６を起点とする幹線１０ａに対する接線ベクトルｖ１１（幹線接線ベクトルとよぶ）及び同じく枝線分岐節点Ｎ６を起点とする枝線１０ｂに対する接線ベクトルｖ１２（枝線接線ベクトルとよぶ）を共に含む接線平面５が作成される。

そして、ステップＳ４３２において、この接線平面５上で枝線分岐節点Ｎ６を起点として幹線接線ベクトルｖ１１に直交するベクトルが仮想クランプ軸ｖ１３として算出される。なお、ステップＳ４３１及びステップＳ４３２はそれぞれ、請求項中の接線平面作成工程及び仮想クランプ軸算出工程に対応する。このような仮想クランプ軸ｖ１３を計算することにより、枝線もクランプと同等の処理手順でねじれ角を求めることができるようになる。したがって、ねじれ角計算のための処理手順が効率化される。

ここでも、幹線を梁要素で表現した後にクランプ軸や仮想クランプ軸を付加するものとして説明したが、配策形状モデル１Ｂの作成方法はこれに限定されない。要は、最終的に図１２（Ｂ）で示すような配策形状モデル１Ｂが作成されればよい。

図１０に戻って、ステップＳ５においては、図１２（Ｃ）及び図１２（Ｄ）に示すように、上記治具板展開形状モデル１Ａが配策形状モデル１Ｂに重ね合わされる。この重ね合わせ処理には有限要素法が利用される。すなわち、治具板展開形状モデル１Ａが、上記ステップＳ２で設定された物理特性を満たしつつ、図中、点線矢印で示すように、配策形状モデル１Ｂに強制変位されるものとして、有限要素法における解が求められる。補足すると、全節点のうち、クランプが設けられたり、枝線が分岐したりするＮ０等のような特定の節点を完全拘束とし、その他の節点を全回転自由として、処理を行うようにする。ステップＳ５は、請求項中の重合計算工程及び重合計算手段に対応する。

次に、ステップＳ６においては、上記重ね合わせの結果に基づいて、ねじれ角が計算される。すなわち、図１２（Ｄ）に示すように、治具板展開形状モデル１Ａが配策形状モデル１Ｂに重ね合わせられるにともない、基準軸ＲＸ０、ＲＸ６、ＲＸ１４も回転する。そして、重ね合わせ終了時には、回転した基準軸ＲＸ０、ＲＸ６、ＲＸ１４と、クランプ軸ＡＸ０、ＡＸ６、ＡＸ１４とはそれぞれ、所定の角度θ１、θ２、θ３を成している。この角度がねじれ角として計算される。なお、枝線がある場合には、上述のようにして求めた仮想クランプ軸と基準軸とが成す角が、枝線のねじれ角として計算される。ステップＳ６は、請求項中のねじれ計算工程及びねじれ計算手段に対応する。

そして、ステップＳ７において、図１２（Ｅ）に示すように、クランプ軸ＡＸ０、ＡＸ６、ＡＸ１４を、上記計算したねじれ角θ１、θ２、θ３ぶん戻して、治具板展開形状モデル１Ａと共に表示装置４３上に表示する。各ねじれ角は、例えば、グラフィック表示された治具板展開形状と共に数字や文字等で表示させるようにする。なお、表示装置４３上への表示のみならず、印字装置４４による紙上印字を行わせてもよい。このように表示することにより、視覚的且つ直感的にねじれ角が把握できるようになり、より適確な治具板の設計やより効率的なワイヤーハーネスの製造等に有効となる。またなお、治具板展開形状は必ずしも表示させる必要はなく、少なくとも、ねじれ角が表示されればよい。

上述の例では、配策形状及び治具板展開形状を簡略化して説明したが、下記のような複雑な例でも同様に計算可能である。図１４及び図１５はそれぞれ、本発明の一実施形態に係るワイヤーハーネスの配策形状モデル及び治具板展開形状モデルを示す図である。図１６は、ねじれゼロ面を付加したワイヤーハーネスの治具板展開形状モデルを示す図である。図１７は、クランプベルトの引出方向の制約を判断するための表示例を示す図である。図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、コネクタ受けを説明するための図である。

図１４に示すワイヤーハーネスの配策形状モデル１００は、例えば、幹線１００ａと、この幹線１００ａからそれぞれ異なる方向に分岐する複数の枝線１００ｂ１〜１００ｂ３とを有し、幹線１００ａ及び各枝線１００ｂ１〜１００ｂ３の端部には、クランプ２００ａ〜２００ｇが取り付けられている。このようなワイヤーハーネスの配策形状を上述の処理手順に基づいて、治具部品が取り付けられた治具板上に展開すると、例えば図１５に示すように、幹線１００ａ′と、この幹線１００ａ′からそれぞれ異なる方向に分岐する複数の枝線１００ｂ１′〜１００ｂ３′とを有し、幹線１００ａ′及び各枝線１００ｂ１′〜１００ｂ３′の端部にクランプ２００ａ〜２００ｇが取り付けられた治具板展開形状モデル１００Ａが得られる。そして、上述のような重ね合わせ処理を施すと、各基準軸ＲＸ０〜ＲＸ２０、ＲＸ５５、ＲＸ１０３、ＲＸ１０９、ＲＸ１６７に対して、ねじれにより回転した各クランプ軸ＡＸ０、ＡＸ１３、ＡＸ２０、ＡＸ５５、ＡＸ１０９、ＡＸ１６７等が計算される。

このようなねじれにより回転した各クランプ軸ＡＸ０、ＡＸ１３、ＡＸ２０、ＡＸ５５、ＡＸ１０９、ＡＸ１６７等を繋いでいくと、例えば、図１６に示すような、ねじれゼロ面Ｐ０が付加された治具板展開形状モデルが表示可能になる。図１６は、図１に示したワイヤーハーネスをベースとして、計算により得られたねじれゼロ面Ｐ０が付加された治具板展開形状モデルである。図１６に示すように、図１５で得られたモデルにおいて、幹線１ａ、枝線１ｂ及びクランプ２が現実に近い形に肉付けされ、フォーク６やクランプ受け７等の治具部品も現実に近い形で描かれたうえで、上記ねじれゼロ面Ｐ０が付加されている。

このようにねじれゼロ面Ｐ０を付加して表示することにより、治具板展開形状におけるねじれが、一見して確認できるため、より短時間で現実に則した形状モデルを設計することができるようになる。また、図１６で示したモデルに対して側面又は断面表示させることにより、図１７に示すように、クランプ２のクランプベルト２１の引出方向の制約も判断できるようになる。

なお、治具板に取り付けられる治具部品には、上述したフォーク６やクランプ受け７の他に、例えば、図１８（Ａ）に示すようなコネクタ受け７Ａ等も含まれる。例えば、図１８（Ａ）に示すように、枝線１ｂの先端にコネクタ２ｚが取り付けている場合、これを固定するための治具として、治具板８に取り付けられたコネクタ受け７Ａが用いられる。コネクタ受け７Ａは、図１８（Ｂ）に示すように、コネクタ２ｚの形状に対応するコネクタ収容部を有し、ワイヤーハーネスの配策時に、コネクタ２ｚの向きを規制するための治具である。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、ワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、ワイヤー様構造物の物理特性の他、治具部品による拘束条件を有限要素モデルに適用して治具板展開形状モデルを計算している。したがって、短時間で現実に則した形状モデルを設計することができるようになる。また、治具板展開形状におけるねじれが、一見して確認できるため、より一層短時間で現実に則した形状モデルを設計することができるようになる。

また、上記処理手順を実行する形状計算装置を設計部門に配置し、設計部門から電子データにて計算結果を提供できるようにする。計算結果を提供は、例えば、ＬＡＮ等の通信回線や記録媒体を介して行えるようにする。そして、製造部門ではこの形状計算装置で計算された治具板展開形状を電子データで受け取り出力する出力手段を備えるようにする。そうすることにより、図２０で示したように、従来、製造部門において強いられていた、配策形状モデルから治具板展開形状モデルへの展開、治具部品を考慮した治具板展開形状モデルの修正、この修正モデルに基づく配策形状モデルの再計算等の検討に係る多大な工数を軽減することができる。

なお、本発明は、車両内に配線されるワイヤーハーネス等のワイヤー様構造物に限定されず、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、ワイヤーハーネスに取り付けられる電線束取付部品としては、上記クランプのみならず、バンドクランプやテープクランプ、コネクタ等の端末部品も含まれる。

本発明で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が治具板上で製造されている状態を示す部分斜視図である。 図２（Ａ）は、ワイヤーハーネスの外観を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（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２（Ｃ）は、図２（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。 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４（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４（Ｂ）は、図４（Ａ）の３つの梁要素を結合した状態を示す図である。 図５（Ａ）は、３つの梁要素と枝線に対応する梁要素とからなるワイヤーハーネスの一部位を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）を４つの梁要素で表した後にそれらを結合した状態を示す図である。 ワイヤーハーネスに取り付けられる代表的なクランプと拘束自由度との関係を示す図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、ワイヤーハーネスの製造に用いられる代表的なフォークを説明するための図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）のフォークの拘束条件を示す図である。 本発明に係るハードウエア構成を示すブロック構成図である。 本発明の一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１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）はそれぞれ、図１０の処理手順におけるサブルーチンを示すフローチャートである。 図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）はそれぞれ、図１０の処理の過程における状態を例示する図である。 図１３は、図１１（Ｃ）の処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤーハーネスの配策形状モデルを示す図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤーハーネスの治具板展開形状モデルを示す図である。 ねじれゼロ面を付加したワイヤーハーネスの治具板展開形状モデルを示す図である。 クランプベルトの引出方向の制約を判断するための表示例を示す図である。 図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、コネクタ受けを説明するための図である。 図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）はそれぞれ、設計時及び製造時のワイヤーハーネスの形状を示す図である。 従来の設計側及び製造側におけるワイヤーハーネスの形状計算に係る概略的な業務フローを示す図である。 従来の方法により計算された形状モデルを示す斜視図である。 従来の方法により計算された形状モデルの問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ ワイヤーハーネス（ワイヤー様構造物）
６ フォーク（治具部品）
７ クランプ受け（治具部品）
８ 治具板
４１ マイクロコンピュータ
４２ 入力装置
４３ 表示装置
４４ 印字装置
４５ 記憶装置
４６ 読込装置
４７ 通信インターフェース
４８ 記録媒体
４８ａ 形状計算プログラム
４９ 内部バス
Ｃ０〜Ｃ７ 梁要素
Ｎ０〜Ｎ７ 節点

Claims (5)

1. 主電線束、この主電線束から分岐する副電線束及び／又はこの主電線束に取り付けられるクランプ等の電線束取付部品、を含んで構成されるワイヤー様構造物がこれを製造するための治具部品が取り付けられた治具板に展開されたときの形状である治具板展開形状モデルを、コンピュータを利用して計算する方法であって、
   前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び前記治具部品による拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記治具板展開形状モデルを計算する、
   ことを特徴とするワイヤー様構造物の形状計算方法。
2. 請求項１記載の形状計算方法を用いたワイヤー様構造物のねじれ計算方法であって、
   前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び配策時の拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記ワイヤー様構造物の配策時の形状である配策形状モデルを計算する配策形状モデル計算工程と、
   前記ワイヤー様構造物の形状特性及び材料特性を参照しつつ、前記配策形状モデルを前記治具板展開形状モデルに重ね合わせる重合計算工程と、
   前記重合計算工程の計算結果に基づいて、前記両モデルの複数の特定部位のねじれ具合をそれぞれ計算して、前記治具板展開形状モデルの前記配策形状モデルに対するねじれを計算するねじれ計算工程と、
   ねじれ角計算工程の計算結果に基づいて、前記ねじれを前記治具板展開形状モデルに付加して表示するねじれ表示工程と、
   を含むことを特徴とするワイヤー様構造物のねじれ計算方法。
3. 主電線束、この主電線束から分岐する副電線束及び／又はこの主電線束に取り付けられるクランプ等の電線束取付部品、を含んで構成されるワイヤー様構造物がこれを製造するための治具部品が取り付けられた治具板に展開されたときの形状である治具板展開形状モデルを、計算する装置であって、
   前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び前記治具部品による拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記治具板展開形状モデルを計算する、
   ことを特徴とするワイヤー様構造物の形状計算装置。
4. 請求項３記載のワイヤー様構造物の形状計算装置を用いたワイヤー様構造物の形状計算システムであって、
   ワイヤー様構造物の設計を行う設計部門及び前記治具板を用いて該ワイヤー様構造物の製造を行う製造部門から構成され、
   設計部門は、前記形状計算装置及びこの形状計算装置で計算した前記治具板展開形状を電子データで出力する出力手段を備え、
   前記製造部門は、前記電子データを受信し出力する受信出力手段を備える、
   ことを特徴とするワイヤー様構造物の形状計算システム。
5. 主電線束、この主電線束から分岐する副電線束及び／又はこの主電線束に取り付けられるクランプ等の電線束取付部品、を含んで構成されるワイヤー様構造物がこれを製造するための治具部品が取り付けられた治具板に展開されたときの形状である治具板展開形状モデルを、計算するためにコンピュータを、
   前記ワイヤー様構造物を複数の梁要素の結合体から構成される有限要素モデルとして表現し、前記ワイヤー様構造物の物理特性及び前記治具部品による拘束条件を前記有限要素モデルに適用することにより前記治具板展開形状モデルを計算する手段、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形状計算プログラム。

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