布線設計方法、布線シミュレーション装置及びプログラム
【課題】ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる布線設計方法を提供する。
【解決手段】布線シミュレーション装置１の制御部１１は、初期設計情報を取得すると（ステップ１０１）、取得された初期設計情報を制約条件とする解析モデルを用いて、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線の布線作業を模擬する（ステップ１０２）。また、制御部１１は、ステップ１０２における模擬結果に基づいて、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線のパッキング作業を模擬する（ステップ１０３）。そして、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２、１０３における模擬結果を表示部１６等に出力する（ステップ１０４）。
【解決手段】布線シミュレーション装置１の制御部１１は、初期設計情報を取得すると（ステップ１０１）、取得された初期設計情報を制約条件とする解析モデルを用いて、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線の布線作業を模擬する（ステップ１０２）。また、制御部１１は、ステップ１０２における模擬結果に基づいて、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線のパッキング作業を模擬する（ステップ１０３）。そして、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２、１０３における模擬結果を表示部１６等に出力する（ステップ１０４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーハーネスの製造工程を模擬するための布線設計方法等に関する。特に、電線が１本ずつ布線され、パッキングされるまでの製造工程を模擬することができる布線設計方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーハーネスは、車両等に搭載される電線をコンパクトに装着することを目的として、関連部品とともに束ねられるものである。ワイヤーハーネスは、比較的フレキシブルな性質を持つことから、製造盤（ＡＳＳＹ盤、治具盤とも言う。）と呼ばれる平面上で製造されている。このようにして製造されたワイヤーハーネスは、車両等に搭載されたときに予想以上の逃げや捻りが生じて、製品として機能しなくなってしまう場合がある。その為、ワイヤーハーネスの設計においては試作が必要不可欠であった。しかしながら、試作による方法だけでは時間とコストがかかる為、従来からワイヤーハーネスの解析、設計等を行うシミュレーション装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、ワイヤーハーネスの拘束点間の特定部位を移動させた場合において、解析対象のワイヤーハーネス全体の変形を有限要素法により解析して画面上で確認可能にする変形解析装置が開示されている。特許文献１の変形解析装置では、ワイヤーハーネスの物性データ、形状データ及び拘束条件を制約条件として、画面上で指示された特定部位及び移動位置の三次元座標値データに応答して、有限要素法により特定部位の移動に伴って初期状態の解析モデルが変形するのを解析して変形解析モデルを作成する。
【０００４】
特許文献２では、ワイヤーハーネスへの負荷の少ない最適な結束の位置を自動的に設計可能とするハーネス設計装置が開示されている。特許文献２のハーネス設計装置は、ワイヤーハーネス上の結束の位置、あるいは、ワイヤーハーネス自身が満たすべき制約条件を取得する条件取得手段と、該条件取得手段で示された結束の位置の条件の下に結束の位置を可変し、ワイヤーハーネス全体の力学的エネルギーが最小になるような位置を結束の位置として取得する結束位置取得手段とを備える。これによって、ワイヤーハーネスへの負荷の少ない最適な結束の位置を得ることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２６６７８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１３４３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ワイヤーハーネスの製造では、製造盤に埋設された複数の治具に電線を１本ずつ布線していく。より詳細には、複数の電線の組（ワイヤーハーネスの製品形態となる前であれば、「サブ単位」と言う。）を作り、その組み合わせを配置していく。そして、サブ単位を束ねてテープ等でパッキングしていく。従って、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬するためには、製造盤に布線される各電線の初期状態の形状から模擬する必要がある。
しかしながら、特許文献１が採用する有限要素法では、いくつかの問題がある。１つ目の問題は、正確な初期位置が定まってからでないと対応できないことである。また、２つ目の問題は、有限要素法の制限によって、電線が交差すると正確な解析が出来ない為、交差を外す必要があることである。また、３つ目の問題は、模擬結果を出力するまでにかなりの時間がかかることである。
【０００７】
また、特許文献２を含めて、従来技術においては、複数本の電線が束ねられた束（ワイヤーハーネスの製品形態を意味する。以下では、ワイヤーハーネスの製品形態の一部を意味する用語として、「サブハーネス」を用いる。）を最小単位として各種の解析を行っている。従って、サブハーネスとして束ねられる前の状態、即ち電線を１本ずつ布線していく状態を模擬することができない。具体的には、サブハーネスとして束ねる電線の選択、サブハーネスとして電線を束ねていく順序などの影響を解析することができない。
また、従来技術においては、同一のサブハーネスに含まれる電線は、全て同一の線長、同一の剛性として表現されてしまうので、実物において発生する各電線の線長やレイアウトのばらつきを表現することができない。
また、サブハーネスを最小単位とした従来技術による解析では、サブハーネスの形状、位置などが製品寸法を満たすように模擬を行う為、分岐箇所などの寸法を現実に即して正確に表現することができず、製品寸法の公差を満たすかどうか検証することができない。
【０００８】
以上の通り、従来技術では、電線が１本ずつ布線され、パッキングされるまでのワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができていない。
【０００９】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる布線設計方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために第１の発明は、ワイヤーハーネスの布線設計を行う布線設計方法であって、製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得し、取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬し、前記電線の布線作業の模擬結果を出力する布線設計方法である。
【００１１】
治具の形状情報とは、電線を支持する平面（＝治具平面）の形状等である。例えば、治具が製造盤に埋設される支持柱と、支持柱の上端に配置されるＵ型の支持部とによって構成される場合、治具平面はＵ型の支持部の内側の領域となる。
治具の配置情報とは、治具の配置位置、治具平面の法線方向等である。
電線の物性情報とは、電線の径、剛性値、線長等である。
電線の経路情報とは、電線に接続されるコネクタやクリップ等の位置（固定位置）、電線が通過すべき治具の順序等である。また、電線の経路情報は、サブハーネスとして束ねる電線のグループ、サブハーネスとして束ねていく順序等も含むものとする。
【００１２】
第１の発明によって、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
また、第１の発明では、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求めるので、製造現場での利用に耐えられる程度の処理速度で電線の布線作業を正確に模擬することができる。すなわち、各治具の治具平面は２次元空間であるため、最適化問題の算出時間を短縮することができる。更に、各治具の治具平面でエネルギーを考慮した結果が治具間にも反映されるため、電線の経路全体でエネルギーを考慮した形状を算出することができる。
また、第１の発明では、第１ステップと第２ステップとを複数回繰返し実行するので、各電線の配置位置を現実に即して精度良く決定することができる。
【００１３】
第１の発明は、更に、前記電線の布線作業の模擬結果を初期状態として取得し、同一のパッキング対象となる複数の電線の集合であるサブハーネスの情報を取得し、前記サブハーネスごとに、前記サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第３ステップと、前記解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第４ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線のパッキング作業を模擬し、前記電線のパッキング作業の模擬結果を出力することが望ましい。
これによって、電線１本ずつ布線してパッキング作業を模擬することができ、現実のパッキング作業において発生する寸法のばらつきを表現できる。
また、第３ステップと第４ステップとを複数回繰返し実行するので、電線の布線作業の模擬結果の精度を維持して、電線のパッキング作業を模擬することができる。
【００１４】
第１の発明における前記第２ステップ及び前記第３ステップでは、配置位置の決定対象の電線が、周辺の電線又は治具と干渉する場合には、更に、配置位置の決定対象の電線に対して、前記周辺の電線又は治具から受ける力を作用させることが望ましい。
これによって、周辺の電線又は治具の影響を考慮して、電線の布線作業やパッキング作業を模擬することができる。
【００１５】
また、前記解析モデルは、各電線の対向する治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結されるようにモデル化されていることが望ましい。
各電線の治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結される解析モデルとすることで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。
【００１６】
また、前記電線ごとに加わるエネルギーは、曲げエネルギー、張力エネルギー、重力エネルギーの和であることが望ましい。
これによって、電線を布線したときに負荷の少ない経路を正確に模擬することができる。
【００１７】
第２の発明は、ワイヤーハーネスの布線設計を行うための布線設計装置であって、製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動するように各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬する模擬手段と、前記模擬手段によって模擬される前記電線の布線作業の模擬結果を出力する出力手段と、を具備する布線シミュレーション装置である。
第２の発明によって、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
【００１８】
第３の発明は、コンピュータを第２の発明の布線シミュレーション装置として機能させるためのプログラムである。
第３の発明のプログラムをコンピュータにインストールすることで、第２の発明の布線シミュレーション装置を得ることができ、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる布線設計方法等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】布線シミュレーション装置１のハードウエア構成図
【図２】布線設計処理の概要を示す図
【図３】治具の形状情報を説明する図
【図４】治具の配置情報を説明する図
【図５】電線の物性情報、経路情報を説明する図
【図６】電線の布線作業を模擬する処理の流れを示すフローチャート
【図７】エネルギー最小スプライン計算の処理の流れを示すフローチャート
【図８】電線の治具間の取扱いについて説明する図
【図９】治具平面内における電線同士の取扱いについて説明する図
【図１０】電線の位置座標を説明する図
【図１１】電線の自重を定義するための座標系を説明する図
【図１２】曲率に基づく電線の配置位置の変更を説明する図
【図１３】電線の布線作業の模擬結果を説明する図
【図１４】電線のパッキング作業を模擬する処理の流れを示すフローチャート
【図１５】電線のパッキング作業の模擬結果を説明する図
【図１６】電線と治具との干渉に基づく外力計算を説明する図
【図１７】布線作業の模擬結果の一例を示す図
【図１８】図１７のＡ−Ａ断面図
【図１９】パッキング作業の模擬結果の一例を示す図
【図２０】図１９のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、布線シミュレーション装置１のハードウエア構成図である。尚、図１のハードウエア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００２２】
布線シミュレーション装置１は、制御部１１、記憶部１２、メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、表示部１６、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７等が、バス１８を介して接続される。
【００２３】
制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００２４】
ＣＰＵは、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１８を介して接続された各装置を駆動制御し、布線シミュレーション装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２５】
記憶部１２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部１１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００２６】
メディア入出力部１３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）等のメディア入出力装置を有する。
通信制御部１４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。ネットワークは、有線、無線を問わない。
【００２７】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
表示部１６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００２８】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
バス１８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００２９】
図２は、布線設計処理の概要を示す図である。本実施の形態に係る布線設計処理では、例えば、自動車メーカ等の顧客が作成した初期設計情報（ＣＡＤ情報）に基づいて、最適な布線設計を行う。
【００３０】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、初期設計情報を取得する（ステップ１０１）。初期設計情報は、治具の形状情報、治具の配置情報、電線の物性情報、電線の経路情報等である。制御部１１は、入力手段（メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、周辺機器Ｉ／Ｆ部１６等）を介して入力される初期設計情報を取得しても良いし、記憶部１２に記憶されている初期設計情報を取得しても良い。初期設計情報の詳細については後述する。
【００３１】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、取得された初期設計情報を制約条件とする解析モデルを用いて、電線の布線作業を模擬する（ステップ１０２）。制御部１１は、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線の布線作業を模擬する。電線の布線作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００３２】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２における模擬結果に基づいて、電線のパッキング作業を模擬する（ステップ１０３）。制御部１１は、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線のパッキング作業を模擬する。電線のパッキング作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００３３】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２、１０３における模擬結果を表示部１６等に出力する（ステップ１０４）。模擬結果の表示処理の詳細については後述する。
【００３４】
設計者は、模擬結果を確認し、布線設計を終了するかどうか判断する（ステップ１０５）。布線設計を続行する場合、設計者は、初期設計情報を適宜変更し、布線シミュレーション装置１に対して、初期設計情報を入力する。布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２からステップ１０４を繰り返す。
【００３５】
次に、図３から図５を参照し、初期設計情報について説明する。
治具の形状情報とは、電線を支持する平面（＝治具平面）の形状等である。例えば、治具が製造盤に埋設される支持柱と、支持柱の上端に配置されるＵ型の支持部とによって構成される場合、治具平面はＵ型の支持部の内側の領域となる。
【００３６】
図３は、治具の形状情報を説明する図である。図３は、製造盤の水平方向から見た図である。図３では、治具２１を太線によって示し、治具平面２３を斜線によって示している。実際の製造盤では、電線が治具平面２３を通過する場合、電線は治具２１に支持される。一方、電線が治具平面２３を通過しない場合、電線は治具２１に支持されない。すなわち、治具平面２３は電線が治具２１に支持される状態を維持して自由に動ける範囲を示している。このことを模擬するために、本解析モデルでは、治具平面２３を制約条件として扱う。
【００３７】
治具の配置情報とは、治具の配置位置、治具平面の法線方向等である。治具の配置位置は、製造盤に配置する治具の間隔に基づいて算出するようにしても良い。この場合には、初期設計情報として、製造盤に配置する治具の間隔を入力すれば良い。
【００３８】
図４は、治具の配置情報を説明する図である。図４は、製造盤の垂直方向から見た図である。図４では、一例として、治具２１ａ〜２１ｅ、コネクタ２５ａ〜２５ｃを示している。
【００３９】
治具の点線部分は、治具平面の上端となる辺を示している。コネクタの矢印は、電線が接続されたときの伸長方向を示している。
実際の製造盤では、治具平面の法線方向は様々である。また、コネクタに対して電線が接続可能な位置が限定される。このことを模擬する為に、本解析モデルでは、治具平面の法線方向、コネクタに対して電線が接続可能な位置を制約条件として扱う。
【００４０】
電線の物性情報とは、電線の径、剛性値等である。
電線の経路情報とは、電線に接続されるコネクタやクリップ等の位置（固定位置）、電線が通過すべき治具の順序、電線を布線していく順序、サブハーネスとして束ねる電線のグループ等である。
【００４１】
図５は、電線の物性情報、経路情報を説明する図である。図５は、図４に示す治具の配置に対して電線の経路を示したものである。図５では、一例として、電線２７ａ、２７ｂを示している。電線２７ｂの径は、電線２７ａの径よりも大きい。
【００４２】
電線の経路情報は、リスト形式となっている。図５に示す例では、電線２７ａの経路情報は（コネクタ２５ａ、治具２１ａ、治具２１ｂ、治具２１ｃ、コネクタ２５ｂ）、電線２７ｂの経路情報は（コネクタ２５ａ、治具２１ａ、治具２１ｂ、治具２１ｄ、治具２１ｅ、コネクタ２５ｃ）である。
また、電線の経路情報は、電線２７ａと電線２７ｂのどちらを先に布線するか、電線２７ａと電線２７ｂは同じサブハーネスとして束ねるかなどの情報も有する。
実際の製造盤では、電線ごとに通過する治具２３が異なる。また、電線を布線していく順序によって最終的な製品形態が変わる。また、電線の径、剛性なども電線ごとに異なる。このことを模擬する為に、本解析モデルでは、電線ごとに物性情報、経路情報を与える。
【００４３】
次に、図６〜図１３を参照しながら、電線の布線作業を模擬する処理について説明する。
図６は、電線の布線作業を模擬する処理の流れを示すフローチャートである。
図６に示すように、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、エネルギー最小スプライン計算によって全ての電線の仮布線を行う（ステップ２０１）。
【００４４】
図７は、エネルギー最小スプライン計算の処理の流れを示すフローチャートである。図７では、電線の変数をＬとし、電線の布線順序を示す添え字をｉとして説明する。
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｉに１を代入し（ステップ３０１）、電線Ｌ（ｉ）が通過する各治具平面内の配置点を決定する（ステップ３０２）。配置点の決定は、後述するエネルギー最小原理スプライン手法に基づく。
【００４５】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ３０２において決定した各治具平面内の配置点を通る曲線を補間し、電線Ｌ（ｉ）の経路を決定する（ステップ３０３）。経路の決定は、後述するエネルギー最小原理スプライン手法に基づく。
【００４６】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｉにｉ＋１を代入し（ステップ３０４）、全ての電線の経路を決定済であるかどうか確認する（ステップ３０５）。
全ての電線の経路を決定していない場合（ステップ３０５のＮｏ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ３０２から繰り返す。
全ての電線の経路を決定済の場合（ステップ３０５のＹｅｓ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、処理を終了する。
【００４７】
このように、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、後述するエネルギー原理スプラインに基づいて、電線の経路を１本ずつ決定し、電線の布線作業を模擬する。
【００４８】
図８から図１１を参照しながら、エネルギー最小原理スプライン手法について説明する。エネルギー最小原理スプライン手法とは、スプライン関数を拡張し、エネルギー最小原理を適用するものである。
【００４９】
図８は、電線の治具間の取扱いについて説明する図である。図８では、一例として、コネクタ２５ａ〜２５ｂ、治具２１ａ〜２１ｃ、電線の配置点３１ａ〜３１ｅ、ばね要素３３ａ〜３３ｄを示している。配置点３１ａ、３１ｅは、コネクタ２５ａ、２５ｂと電線の接続点である為、固定である。配置点３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、治具２１ａ、２１ｂ、２１ｃの治具平面内で自由に移動できる。前述のステップ３０２では、電線ごとに、移動可能な配置点の位置を決定する。ここで、配置点の位置は、治具平面上の２次元座標として表現される。
【００５０】
全ての対向する治具間は、有限要素法で一般に用いられるばね要素で連結されているものとする。例えば、配置点３１ａと配置点３１ｂは、ばね要素３３ａで連結されている。ばね要素３３ａ〜３３ｄは、電線が変位したときの復元力をモデル化する為のものである。治具間をばね要素として計算に組み込むことで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。例えば、ある治具において電線に力が加えられた場合、他の治具の配置点も連動して変更されることを模擬することができる。
【００５１】
図９は、治具平面内における電線同士の取扱いについて説明する図である。図９では、一例として、治具２１ｆ、治具平面２３ｆ、配置点３１ｆ〜３５ｈ、ばね要素３５ａ〜３５ｃを示している。
【００５２】
前述のステップ３０２において、２本目以降の電線を布線するときには、治具平面内に既に他の電線の配置点が存在する場合がある。このような場合を考慮し、治具平面内における電線同士は、有限要素法で一般に用いられるばね要素で連結されているものとする。例えば、配置点３１ｆと配置点３１ｇは、ばね要素３５ａで連結されている。ばね要素３５ａ〜３５ｃは、治具平面内における電線同士の接触力をモデル化する為のものである。治具平面内において電線同士が重なり合って配置された場合には、重なり合った面積に応じた接触力を双方の電線に作用させて配置位置を補正する。電線同士の接触力をばね要素として計算に組み込むことで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。例えば、２本目以降の電線を布線するときに、既に配置された電線の領域と重ならないように配置できる。
また、配置点は、電線の径を直径とする円で表現される。これによって、電線ごとに径が異なることを考慮できるので、現実に即した結果が得られる。
【００５３】
以下では、エネルギー最小原理スプライン手法の定式化について説明する。
エネルギー最小原理スプライン手法では、電線にかかる力として、例えば剪断力、張力、重力を考える。そして、これらの３つの力によるエネルギーを最小とする電線の配置点の位置を算出する。また、算出された配置点の位置を通るように曲線を補間し、電線の経路を算出する。
【００５４】
図１０は、電線の位置座標を説明する図である。
エネルギー最小原理スプライン手法では、電線上の位置座標（３次元座標）を（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））で表す。
図１０に示す例では、電線２７ｃのｔ＝ｔ１での位置座標が（ｘ（ｔ１）、ｙ（ｔ１）、ｚ（ｔ１））＝（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、電線２７ｃのｔ＝ｔ２での位置座標が（ｘ（ｔ２）、ｙ（ｔ２）、ｚ（ｔ２））＝（ｘ２、ｙ２、ｚ２）となっている。
【００５５】
電線の曲げ剛性をＥＩ、曲げ歪をεｂ、剪断力によるエネルギー（曲げエネルギー）をＥ１とする。曲げ剛性ＥＩは、電線ごとに与えることができる。
曲げ歪εｂは次式で定義される。
【数１】
曲げエネルギーＥ１は次式で定義される。
【数２】
【００５６】
電線の張力をＴ、伸び歪（グリーンの歪）をεｅ、張力Ｔが関係するエネルギー（張力エネルギー）をＥ２とする。張力Ｔは、電線ごとに与えることができる。
伸び歪εｅは次式で定義される。
【数３】
張力エネルギーＥ２は次式で定義される。
【数４】
【００５７】
図１１は、電線の自重を定義するための座標系を説明する図である。図１１では、一例として、製造盤４１が示されている。製造盤４１は、座標Ｘ−Ｙ−Ｚ系に対して角度θだけ傾斜しているものとする。
座標Ｘ−Ｙ−Ｚ系における電線の自重をｗ、座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｙ方向の自重をｗｙ、座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｚ方向の自重をｗｚ、自重に関係するエネルギー（自重エネルギー）をＥ３とする。自重ｗは、電線ごとに与えることができる。
座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｙ方向の自重ｗｙは次式で定義される。
【数５】
座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｚ方向の自重ｗｚは次式で定義される。
【数６】
自重エネルギーＥ３は次式で定義される。
【数７】
【００５８】
以上から、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が定義され、全エネルギーの凡関数Ｅ（ｔ、ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３が定義される。
電線の形状関数ｃ（ｔ）＝（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））は、エネルギー最小となるオイラー・ラグランジェ方程式で表すことができる。そこで、あるｃの成分を改めてｃと記述すると、支配方程式は定数係数の４階微分方程式である次式で定義される。
【数８】
但し、σ１２＝Ｔ／ＥＩ、σ２＝ｗ／ＥＩ、ｗ＝ｗｙまたはｗｚである。
式（８）の支配方程式の解は、次式を満たす解である。
【数９】
但し、ａ、ｂは定数である。
【００５９】
ここで、形状関数ｃ（ｔ）は、スプラインの条件を仮定し、区間（治具間）ごとに定義される区間関数Ｃｉ（ｔ）（ｉ＝１、２、・・・）で表す。スプラインの条件とは、治具平面上の点における区間関数同士の接続が滑らかであることである。すなわち各区間関数はＣ２級の関数であって、隣り合う区間関数の２回微分が等しいことである。
式（９）の定数ａ、ｂは、スプラインの条件から区間（治具間）ごとに決定することができる。また、未定係数法によって式（９）の非斉次方程式の特解を求めることで、式（９）の非斉次方程式の一般解が求まる。すなわち、電線の形状関数ｃ（ｔ）の一般解が導出される。そして、ｃ´（ｔ）に基づいてエネルギーが最小となる形状関数ｃ（ｔ）が決定される。
【００６０】
以上の通り、式（９）の解として導出される電線の形状関数ｃ（ｔ）は、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数で表され、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る。このように電線の形状関数ｃ（ｔ）を区間関数で表現して治具ごとに形状を決定できるのは、図８を参照して説明したように治具間をばね要素として計算に組み込んでいるので、ある治具の最適化結果が隣接する治具に伝播する為である。
【００６１】
実際の製品の治具の形成面は３次元形状であるが、本発明の実施の形態では、計算を効率的に行う為に、各治具平面が２次元の平面空間上に構成されていると仮定する。そして、各治具平面（２次元のローカル座標系、図３の治具平面２３を参照）において解（配置位置）を算出した後、算出した解を製造盤（３次元のグローバル座標系、図１１の製造盤４１を参照）の座標点に変換し、製造盤における解（電線の形状）を算出する。これによって、直接３次元空間において解（電線の形状）を算出するよりも最適化問題の算出時間を短縮することができる。更に、治具平面内における電線の配置挙動を解析することも可能となる。
尚、前述の説明では、電線にかかる力として、剪断力、張力、重力の３つを考慮したが、いずれか１つまたは２つとしても良い。
【００６２】
図６の説明に戻る。
次に、制御部１１は、各治具平面における各電線の曲率を算出し、曲率に基づく粒子計算を行い、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各電線の配置位置を変更する（ステップ２０２）。より詳細には、制御部１１は、ステップ２０１における仮布線によって求められる電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出する。次に、制御部１１は、各電線を分子動力学法における粒子と見立てて、粒子の運動を模擬する粒子計算を実行する。粒子計算では、各電線の曲率に応じた粒子の加速度を定義し、粒子間の衝突（電線間の干渉に相当する。）や粒子と境界物との衝突（電線と治具との干渉に相当する。）を考慮して、粒子の運動（電線の配置位置の最適化プロセスに相当する。）が模擬される。１回の繰返し計算ごとの粒子の運動時間（電線の移動量）については、粒子同士の衝突（電線同士の干渉）が検知できる程度とする。例えば、制御部１１は、１回の繰返し計算ごとに、各電線の曲率が小さくなる方向に、電線の最小径の半分ずつ移動させると、互いに正反対の方向に移動する最小径の電線同士であっても、干渉を確実に検知することができる。
【００６３】
ここで、図１２を参照しながら、曲率に基づいて各電線の配置位置を変更することの技術的意義について説明する。
図１２は、曲率に基づく電線の配置位置の変更を説明する図である。図１２における電線２７ａは、ステップ２０１における仮布線によって求められる電線の形状関数に基づいて布線されている。
ステップ２０１では、制御部１１は、初期設計情報（電線を布線していく順序など）に応じて、各電線の配置位置を仮決めして、エネルギー最小スプライン計算を行うので、電線は治具平面内に静的に配置される。しかしながら、静的に電線が配置されると、曲率が比較的大きい経路の電線は、先に配置されている他の電線群に邪魔されて、ゆとりがある位置（電線がピン張りとならない位置）に配置することができない場合がある。そこで、全ての電線をゆとりがある位置に配置する為に、ステップ２０２において、制御部１１は、曲率に基づく粒子計算を行い、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各電線の配置位置を変更する。
図１２における電線２７ｂは、ステップ２０２の処理によって、矢印３７の方向（曲率が小さくなる方向）に配置位置が変更されている。
【００６４】
図６の説明に戻る。
次に、制御部１１は、ステップＳ２０２によって変更された各電線の配置位置に基づくエネルギー最小スプライン計算によって全ての電線の再布線を行う（ステップ２０３）。エネルギー最小スプライン計算の詳細は、前述した通りであり、制御部１１は、各電線にかかる力として、剪断力、張力、重力なども計算する。
【００６５】
次に、制御部１１は、収束計算の終了条件を満たすか否か確認する（ステップ２０４）。
終了条件を満たさない場合（ステップ２０４のＮｏ）、制御部１１は、ステップ２０２から処理を繰り返す。
終了条件を満たす場合（ステップ２０４のＹｅｓ）、制御部１１は、処理を終了する。
【００６６】
収束計算の終了条件について説明する。収束計算の終了条件としては、例えば、以下の例が考えられる。
（１）繰返し計算の回数が、予め定められた回数に達したか。
（２）全ての電線の曲率の変化量（又は大きさ）が、予め定められた閾値よりも小さくなったか。
（３）全ての電線の張力の変化量（又は大きさ）が、予め定められた閾値よりも小さくなったか。
（４）全ての電線の剪断力の変化量（又は大きさ）が、予め定められた閾値よりも小さくなったか。
【００６７】
前述の（２）〜（４）は、ステップ２０２及び２０３の処理を複数回繰り返すことによって、各電線の曲率、張力、剪断力が次第に小さくなり、一定の値に収束していくことを仮定している。収束計算の終了条件については、計算時間と精度とのトレードオフによって適宜決定される。
【００６８】
図１３は、電線の布線作業の模擬結果を説明する図である。図１３に示す例では、配置点３１ｉ〜３１ｌに対応する電線の曲率は小さく、配置点３１ｍに対応する電線の曲率は大きいものとする。また、配置点３１ｍに対応する電線の曲率が小さくなる方向は、紙面右から紙面左の方向とする。この場合、紙面左側にコネクタ２５が存在することになる（不図示）。
図１３（ａ）は、ステップ２０１による仮布線の状態を示している。また、図１３（ｂ）は、ステップ２０３による再布線がなされ、終了条件を満たした状態を示している。
制御部１１が、図６に示すフローチャートに従って収束計算を行うことによって、配置点３１ｍは、次第に紙面右から紙面左の方向に移動していき、図１３（ａ）の状態から図１３（ｂ）の状態に変化する。
【００６９】
このように、曲率に応じて電線の配置位置を変更することによって、図１３に示すように、実際の布線作業において発生する電線の沈み込みを精度良く模擬することができる。ここで、電線の沈み込みとは、曲線的に布線される電線が、先行して直線的に布線されている複数の電線の間に沈み込んでいくことを意味する。
【００７０】
次に、図１４、図１５を参照しながら、電線のパッキング作業を模擬する処理について説明する。
図１４は、電線のパッキング作業を模擬する処理の流れを示すフローチャートである。図１４では、サブハーネスの変数をＳとし、サブハーネスを識別する添え字をｊとする。尚、一つの治具平面に対して複数のサブハーネスが存在する場合もある。
【００７１】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｊに１を代入し（ステップ４０１）、サブハーネスＳ（ｊ）について、パッキング力と、曲率に応じた保持力に基づく粒子計算を行い、各電線の配置位置を変更する（ステップ４０２）。より詳細には、制御部１１は、電線の布線作業の模擬結果を初期状態として各電線の曲率を算出する。次に、制御部１１は、各電線を分子動力学法における粒子と見立てて、粒子の運動を模擬する粒子計算を実行する。
【００７２】
電線の布線作業の模擬計算では、前述したように、制御部１１は、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力（以下、「吸着力」という。）を作用させる。一方、電線のパッキング作業の模擬計算では、制御部１１は、サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力（以下、「保持力」という。）を作用させる。パッキング力は、人間の平均的な力や外装部材などを考慮して設定されるものである。外装部材としては、例えば、チューブ、シート、テープ等がある。
【００７３】
次に、制御部１１は、ステップＳ４０２によって変更された各電線の配置位置に基づくエネルギー最小スプライン計算によって全ての電線の再布線を行う（ステップ４０３）。エネルギー最小スプライン計算の詳細は、前述した通りであり、制御部１１は、各電線にかかる力として、剪断力、張力、重力なども計算する。
【００７４】
次に、制御部１１は、収束計算の終了条件を満たすか否か確認する（ステップ４０４）。収束計算の終了条件については、電線の布線作業の模擬計算の説明と同様である。
終了条件を満たさない場合（ステップ４０４のＮｏ）、制御部１１は、ステップ４０２から処理を繰り返す。
終了条件を満たす場合（ステップ４０４のＹｅｓ）、制御部１１は、ステップ４０５に進む。
【００７５】
次に、制御部１１は、添え字ｊにｊ＋１を代入し（ステップ４０５）、全てのサブハーネスに対して模擬済であるかどうか確認する（ステップ４０６）。
全てのサブハーネスに対して模擬していない場合（ステップ４０６のＮｏ）、制御部１１は、ステップ４０２から繰り返す。
全てのサブハーネスに対して模擬済の場合（ステップ４０６のＹｅｓ）、制御部１１は、処理を終了する。
【００７６】
図１５は、電線のパッキング作業の模擬結果を説明する図である。図１５に示す例では、配置点３１ｏに対応する電線の保持力は大きく、それ以外の電線の保持力は小さいものとする。
【００７７】
図１５では、例として、４本の電線を束ねるサブハーネス４３ａ、３本の電線を束ねるサブハーネス４３ｂを示している。また、４５ａ、４５ｂは、それぞれサブハーネス４３ａ、４３ｂに含まれる電線群の重心を示している。
制御部１１は、同一のパッキング対象となる複数の電線群の重心を算出する。複数の電線群の重心は、電線の曲率によって重み付けして算出される。これによって、保持力が収束計算に反映される。そして、制御部１１は、サブハーネスごとに、収束計算を行う。
【００７８】
図１５（ａ）は、電線の布線作業の模擬計算が終了した状態を示している。また、図１５（ｂ）は、ステップ４０３による再布線がなされ、終了条件を満たした状態を示している。
制御部１１が、図１４に示すフローチャートに従って収束計算を行うことによって、配置点３１ｏがほとんど移動せず、それ以外の電線の配置点がパッキング力に応じて移動していき、図１５（ａ）の状態から図１５（ｂ）の状態に変化する。
【００７９】
図１５（ｂ）に示すように、電線のパッキング作業を模擬した後の状態では、サブハーネスの断面形状は円形に限らず、パッキング対象の電線が布線された位置、電線の剛性などに応じて、楕円形、多角形など様々な形状となる。従って、現実に即した模擬結果を得ることができる。
また、図１５（ｂ）に示すように、保持力が大きい電線の配置位置は、電線の布線作業の模擬計算からほとんど変更されないので、電線の布線作業の模擬結果の精度を維持することができる。
【００８０】
次に、図１６を参照しながら、電線同士の干渉や電線と治具との干渉について詳細に説明する。
前述した通り、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、収束計算を行うことによって電線の布線作業及び電線のパッキング作業を模擬する。これらの収束計算の中で各電線の配置位置を変更する際、制御部１１は、電線同士の干渉や電線と治具との干渉についても考慮する必要がある。そこで、電線の布線作業及びパッキング作業の両方の模擬計算において、制御部１１は、配置位置の決定対象の電線が、周辺の電線又は治具と干渉する場合には、更に、配置位置の決定対象の電線に対して、周辺の電線又は治具から受ける力（外力）を作用させる。
以下では、１例として、電線のパッキング作業の模擬計算における電線と治具との干渉に基づく外力計算について説明する。
【００８１】
図１６は、電線と治具との干渉に基づく外力計算を説明する図である。
図１６（ａ）は、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ）における電線３１ｎと治具２１ｂとの位置関係を示している。図１６（ｂ）は、ローカル座標系（Ｘｌｏｃａｌ、Ｙｌｏｃａｌ）における電線３１ｎと治具２１ｂとの位置関係を示している。
【００８２】
治具２１ｂは、複数の区間に分割され、治具棒の集合として表現される。例えば、（ｘｉ、ｙｉ）から（ｘｊ、ｙｊ）までの区間の治具棒の区間セグメント長Ｌは、次式によって求まる。
【数１０】
【００８３】
また、治具と電線との反発方向（ｌ、ｍ）を次式によって定義する。
【数１１】
【００８４】
また、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ）におけるサブハーネスの半径をｒｃ、中心座標を（ｘｃ、ｙｃ）とする。更に、治具棒の軸方向をＸｌｏｃａｌ、治具棒の軸方向と直交する方向をＹｌｏｃａｌとするローカル座標系（Ｘｌｏｃａｌ、Ｙｌｏｃａｌ）を考える。式（１１）より、サブハーネスのローカル座標位置（ｘｌ、ｙｌ）は次式によって定義される。
【数１２】
【００８５】
０≦ｘｌ≦Ｌの場合、このサブハーネスは、（ｘｉ、ｙｉ）から（ｘｊ、ｙｊ）までの区間の治具棒から受ける外力計算の対象となる。
更に、ｙｌ≧ｒ＋ｒｃの場合は外力を０とし、ｙｌ＜ｒ＋ｒｃの場合は次式の通り外力を与えて粒子計算を行う。尚、ｋｓは電線と治具の物性に応じた係数である。
【数１３】
【００８６】
以上の通り、制御部１１は、電線のパッキング作業の模擬計算において、電線と治具との干渉に基づく外力を粒子計算に反映する。
また、制御部１１は、同様の考え方によって、電線の布線作業の模擬計算において、電線と治具との干渉に基づく外力を粒子計算に反映する。
また、制御部１１は、同様の考え方によって、電線の布線作業及びパッキング作業の両方の模擬計算において、電線同士の干渉に基づく外力を粒子計算に反映する。
【００８７】
次に、図１７〜図２０を参照しながら、模擬結果の表示処理の詳細について説明する。
図１７は、布線作業の模擬結果の一例を示す図である。尚、図１７はカラー画像をグレースケール化したものであり、原図は電線が色分けされている。
【００８８】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、布線作業の模擬結果として、電線の曲線形態を１本ずつ３次元で表現したＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示部１６に表示する。本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１は、電線を１本ごとにリアルに表現することができる。また、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、電線ごとに線長を算出し、表示部１６に表示することもできる。
【００８９】
図１７を見ると分かるように、例えば、全ての電線が治具間を結ぶ仮想的な直線上に布線されるのではなく、治具間を結ぶ仮想的な直線上から外れて大きく湾曲して布線される電線も存在することが表現されている。
【００９０】
図１８は、図１７のＡ−Ａ断面図である。図１８を見ると分かるように、同じ治具を通過する場合でも、電線ごとに治具平面内を通過する位置が異なることが表現されている。また、電線の径もそれぞれ異なることが表現されている。このように、布線シミュレーション装置１では、実物において発生するレイアウトのばらつきを表現することができる。
【００９１】
図１９は、パッキング作業の模擬結果の一例を示す図である。図１９はカラー画像をグレースケール化したものであり、原図はサブハーネスが色分けされている。
【００９２】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、パッキング作業の模擬結果として、パッキングした後のサブハーネスを３次元で表現したＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示部１６に表示する。本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１は、サブハーネスの製品形態をリアルに表現することができる。
【００９３】
図１３と図１５を比較すると分かるように、電線を布線してパッキングする前の状態（布線状態）と、電線をパッキングしてサブハーネスとした状態（製品状態）との違いが表現されている。
【００９４】
図２０は、図１９のＡ−Ａ断面図である。図２０を見ると分かるように、径や剛性の異なる電線を束ねることによってサブハーネスが構成されていることが表現されている。前述した通り、サブハーネスの断面形状はパッキング作業の模擬結果に基づいて算出されるので、正円に限らず、楕円形、多角形など様々な形状となることを表現することができる。
【００９５】
サブハーネスごとに模擬する従来の技術では、サブハーネスの形状が製品寸法を満たすように模擬を行っていた為、寸法のばらつきを表現できていなかった。つまり、従来の技術のように、バンドル束でしか表現できない場合、車種ごとの仕様差の影響に関係無く、正しい寸法（正寸）によって表現するしかない為、製品公差を検証することができなかった。従って、実際に製造盤上で電線を１本ずつ布線してパッキングをしたときに、サブハーネスの形状が製品寸法の公差を満たさないという事態が生じていた。
一方、本発明の実施の形態では、電線１本ずつ布線してパッキング作業を模擬しているので、実際に発生する寸法のばらつきを表現できる。従って、製品寸法の公差を満たすまで設計を繰り返すことで、ワイヤーハーネスの品質を向上することができる。つまり、本発明の実施の形態では、電線単位によって表現している為、シミュレーションによって治具のアンマッチや位置補正を早い段階で検討し、製造時の手戻りをなくすことによって、品質を向上することができる。
【００９６】
以上では、治具の配置情報、治具の形状情報、電線の物性情報、電線の経路情報を固定し、電線ごとのレイアウトと線長を出力する布線設計について説明した。しかしながら、本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１を用いた布線設計は、これに限定されるものではない。
【００９７】
設計者は、例えば、電線にかかるエネルギーについて所定の許容範囲を入力し、入力された許容範囲内のエネルギーで全ての電線の線長の総和が最小となるように電線の布線作業を模擬するようにしても良い。これによって、製品として機能する範囲で、コストを抑えた布線設計を行うことができる。
【００９８】
以上説明した通り、本発明の実施の形態における布線シミュレーション装置は、解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求めるステップと、電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更するステップと、を複数回繰返し実行する（収束計算する）ことによって電線の布線作業を模擬する。また、布線シミュレーション装置は、サブハーネスごとに、サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更するステップと、解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求めるステップと、を複数回繰返し実行する（収束計算する）ことによって電線のパッキング作業を模擬する。
【００９９】
エネルギー最小スプライン計算は、各治具平面における各電線の配置位置が決定されて、更に治具間の経路を算出するものである。従って、仮にエネルギー最小スプライン計算を１回だけ行い、電線の布線作業やパッキング作業を模擬すると、最初の各電線の配置位置が現実に即していない場合でも、そのまま治具間の経路が模擬されてしまう。一方、本発明の実施の形態では、曲率に応じて各電線の配置位置を変更し、エネルギー最小スプライン計算を行うという処理を複数回繰り返すことから、最初の各電線の配置位置が現実に即していない場合でも、各電線の配置位置は次第に現実に即した位置に移動し、電線の布線経路を精度良く模擬することができる。
【０１００】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る布線設計方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０１】
１………布線シミュレーション装置
２１………治具
２３………治具平面
２５………コネクタ
２７………電線
３１………配置点
３３、３５………ばね要素
４１………製造盤
４３………サブハーネス
４５………電線群の重心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーハーネスの製造工程を模擬するための布線設計方法等に関する。特に、電線が１本ずつ布線され、パッキングされるまでの製造工程を模擬することができる布線設計方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーハーネスは、車両等に搭載される電線をコンパクトに装着することを目的として、関連部品とともに束ねられるものである。ワイヤーハーネスは、比較的フレキシブルな性質を持つことから、製造盤（ＡＳＳＹ盤、治具盤とも言う。）と呼ばれる平面上で製造されている。このようにして製造されたワイヤーハーネスは、車両等に搭載されたときに予想以上の逃げや捻りが生じて、製品として機能しなくなってしまう場合がある。その為、ワイヤーハーネスの設計においては試作が必要不可欠であった。しかしながら、試作による方法だけでは時間とコストがかかる為、従来からワイヤーハーネスの解析、設計等を行うシミュレーション装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、ワイヤーハーネスの拘束点間の特定部位を移動させた場合において、解析対象のワイヤーハーネス全体の変形を有限要素法により解析して画面上で確認可能にする変形解析装置が開示されている。特許文献１の変形解析装置では、ワイヤーハーネスの物性データ、形状データ及び拘束条件を制約条件として、画面上で指示された特定部位及び移動位置の三次元座標値データに応答して、有限要素法により特定部位の移動に伴って初期状態の解析モデルが変形するのを解析して変形解析モデルを作成する。
【０００４】
特許文献２では、ワイヤーハーネスへの負荷の少ない最適な結束の位置を自動的に設計可能とするハーネス設計装置が開示されている。特許文献２のハーネス設計装置は、ワイヤーハーネス上の結束の位置、あるいは、ワイヤーハーネス自身が満たすべき制約条件を取得する条件取得手段と、該条件取得手段で示された結束の位置の条件の下に結束の位置を可変し、ワイヤーハーネス全体の力学的エネルギーが最小になるような位置を結束の位置として取得する結束位置取得手段とを備える。これによって、ワイヤーハーネスへの負荷の少ない最適な結束の位置を得ることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２６６７８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１３４３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ワイヤーハーネスの製造では、製造盤に埋設された複数の治具に電線を１本ずつ布線していく。より詳細には、複数の電線の組（ワイヤーハーネスの製品形態となる前であれば、「サブ単位」と言う。）を作り、その組み合わせを配置していく。そして、サブ単位を束ねてテープ等でパッキングしていく。従って、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬するためには、製造盤に布線される各電線の初期状態の形状から模擬する必要がある。
しかしながら、特許文献１が採用する有限要素法では、いくつかの問題がある。１つ目の問題は、正確な初期位置が定まってからでないと対応できないことである。また、２つ目の問題は、有限要素法の制限によって、電線が交差すると正確な解析が出来ない為、交差を外す必要があることである。また、３つ目の問題は、模擬結果を出力するまでにかなりの時間がかかることである。
【０００７】
また、特許文献２を含めて、従来技術においては、複数本の電線が束ねられた束（ワイヤーハーネスの製品形態を意味する。以下では、ワイヤーハーネスの製品形態の一部を意味する用語として、「サブハーネス」を用いる。）を最小単位として各種の解析を行っている。従って、サブハーネスとして束ねられる前の状態、即ち電線を１本ずつ布線していく状態を模擬することができない。具体的には、サブハーネスとして束ねる電線の選択、サブハーネスとして電線を束ねていく順序などの影響を解析することができない。
また、従来技術においては、同一のサブハーネスに含まれる電線は、全て同一の線長、同一の剛性として表現されてしまうので、実物において発生する各電線の線長やレイアウトのばらつきを表現することができない。
また、サブハーネスを最小単位とした従来技術による解析では、サブハーネスの形状、位置などが製品寸法を満たすように模擬を行う為、分岐箇所などの寸法を現実に即して正確に表現することができず、製品寸法の公差を満たすかどうか検証することができない。
【０００８】
以上の通り、従来技術では、電線が１本ずつ布線され、パッキングされるまでのワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができていない。
【０００９】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる布線設計方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために第１の発明は、ワイヤーハーネスの布線設計を行う布線設計方法であって、製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得し、取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬し、前記電線の布線作業の模擬結果を出力する布線設計方法である。
【００１１】
治具の形状情報とは、電線を支持する平面（＝治具平面）の形状等である。例えば、治具が製造盤に埋設される支持柱と、支持柱の上端に配置されるＵ型の支持部とによって構成される場合、治具平面はＵ型の支持部の内側の領域となる。
治具の配置情報とは、治具の配置位置、治具平面の法線方向等である。
電線の物性情報とは、電線の径、剛性値、線長等である。
電線の経路情報とは、電線に接続されるコネクタやクリップ等の位置（固定位置）、電線が通過すべき治具の順序等である。また、電線の経路情報は、サブハーネスとして束ねる電線のグループ、サブハーネスとして束ねていく順序等も含むものとする。
【００１２】
第１の発明によって、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
また、第１の発明では、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求めるので、製造現場での利用に耐えられる程度の処理速度で電線の布線作業を正確に模擬することができる。すなわち、各治具の治具平面は２次元空間であるため、最適化問題の算出時間を短縮することができる。更に、各治具の治具平面でエネルギーを考慮した結果が治具間にも反映されるため、電線の経路全体でエネルギーを考慮した形状を算出することができる。
また、第１の発明では、第１ステップと第２ステップとを複数回繰返し実行するので、各電線の配置位置を現実に即して精度良く決定することができる。
【００１３】
第１の発明は、更に、前記電線の布線作業の模擬結果を初期状態として取得し、同一のパッキング対象となる複数の電線の集合であるサブハーネスの情報を取得し、前記サブハーネスごとに、前記サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第３ステップと、前記解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第４ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線のパッキング作業を模擬し、前記電線のパッキング作業の模擬結果を出力することが望ましい。
これによって、電線１本ずつ布線してパッキング作業を模擬することができ、現実のパッキング作業において発生する寸法のばらつきを表現できる。
また、第３ステップと第４ステップとを複数回繰返し実行するので、電線の布線作業の模擬結果の精度を維持して、電線のパッキング作業を模擬することができる。
【００１４】
第１の発明における前記第２ステップ及び前記第３ステップでは、配置位置の決定対象の電線が、周辺の電線又は治具と干渉する場合には、更に、配置位置の決定対象の電線に対して、前記周辺の電線又は治具から受ける力を作用させることが望ましい。
これによって、周辺の電線又は治具の影響を考慮して、電線の布線作業やパッキング作業を模擬することができる。
【００１５】
また、前記解析モデルは、各電線の対向する治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結されるようにモデル化されていることが望ましい。
各電線の治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結される解析モデルとすることで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。
【００１６】
また、前記電線ごとに加わるエネルギーは、曲げエネルギー、張力エネルギー、重力エネルギーの和であることが望ましい。
これによって、電線を布線したときに負荷の少ない経路を正確に模擬することができる。
【００１７】
第２の発明は、ワイヤーハーネスの布線設計を行うための布線設計装置であって、製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動するように各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬する模擬手段と、前記模擬手段によって模擬される前記電線の布線作業の模擬結果を出力する出力手段と、を具備する布線シミュレーション装置である。
第２の発明によって、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
【００１８】
第３の発明は、コンピュータを第２の発明の布線シミュレーション装置として機能させるためのプログラムである。
第３の発明のプログラムをコンピュータにインストールすることで、第２の発明の布線シミュレーション装置を得ることができ、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる布線設計方法等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】布線シミュレーション装置１のハードウエア構成図
【図２】布線設計処理の概要を示す図
【図３】治具の形状情報を説明する図
【図４】治具の配置情報を説明する図
【図５】電線の物性情報、経路情報を説明する図
【図６】電線の布線作業を模擬する処理の流れを示すフローチャート
【図７】エネルギー最小スプライン計算の処理の流れを示すフローチャート
【図８】電線の治具間の取扱いについて説明する図
【図９】治具平面内における電線同士の取扱いについて説明する図
【図１０】電線の位置座標を説明する図
【図１１】電線の自重を定義するための座標系を説明する図
【図１２】曲率に基づく電線の配置位置の変更を説明する図
【図１３】電線の布線作業の模擬結果を説明する図
【図１４】電線のパッキング作業を模擬する処理の流れを示すフローチャート
【図１５】電線のパッキング作業の模擬結果を説明する図
【図１６】電線と治具との干渉に基づく外力計算を説明する図
【図１７】布線作業の模擬結果の一例を示す図
【図１８】図１７のＡ−Ａ断面図
【図１９】パッキング作業の模擬結果の一例を示す図
【図２０】図１９のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、布線シミュレーション装置１のハードウエア構成図である。尚、図１のハードウエア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００２２】
布線シミュレーション装置１は、制御部１１、記憶部１２、メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、表示部１６、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７等が、バス１８を介して接続される。
【００２３】
制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００２４】
ＣＰＵは、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１８を介して接続された各装置を駆動制御し、布線シミュレーション装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２５】
記憶部１２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部１１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００２６】
メディア入出力部１３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）等のメディア入出力装置を有する。
通信制御部１４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。ネットワークは、有線、無線を問わない。
【００２７】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
表示部１６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００２８】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
バス１８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００２９】
図２は、布線設計処理の概要を示す図である。本実施の形態に係る布線設計処理では、例えば、自動車メーカ等の顧客が作成した初期設計情報（ＣＡＤ情報）に基づいて、最適な布線設計を行う。
【００３０】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、初期設計情報を取得する（ステップ１０１）。初期設計情報は、治具の形状情報、治具の配置情報、電線の物性情報、電線の経路情報等である。制御部１１は、入力手段（メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、周辺機器Ｉ／Ｆ部１６等）を介して入力される初期設計情報を取得しても良いし、記憶部１２に記憶されている初期設計情報を取得しても良い。初期設計情報の詳細については後述する。
【００３１】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、取得された初期設計情報を制約条件とする解析モデルを用いて、電線の布線作業を模擬する（ステップ１０２）。制御部１１は、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線の布線作業を模擬する。電線の布線作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００３２】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２における模擬結果に基づいて、電線のパッキング作業を模擬する（ステップ１０３）。制御部１１は、所定の処理を複数回実行する収束計算を行うことによって、電線のパッキング作業を模擬する。電線のパッキング作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００３３】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２、１０３における模擬結果を表示部１６等に出力する（ステップ１０４）。模擬結果の表示処理の詳細については後述する。
【００３４】
設計者は、模擬結果を確認し、布線設計を終了するかどうか判断する（ステップ１０５）。布線設計を続行する場合、設計者は、初期設計情報を適宜変更し、布線シミュレーション装置１に対して、初期設計情報を入力する。布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２からステップ１０４を繰り返す。
【００３５】
次に、図３から図５を参照し、初期設計情報について説明する。
治具の形状情報とは、電線を支持する平面（＝治具平面）の形状等である。例えば、治具が製造盤に埋設される支持柱と、支持柱の上端に配置されるＵ型の支持部とによって構成される場合、治具平面はＵ型の支持部の内側の領域となる。
【００３６】
図３は、治具の形状情報を説明する図である。図３は、製造盤の水平方向から見た図である。図３では、治具２１を太線によって示し、治具平面２３を斜線によって示している。実際の製造盤では、電線が治具平面２３を通過する場合、電線は治具２１に支持される。一方、電線が治具平面２３を通過しない場合、電線は治具２１に支持されない。すなわち、治具平面２３は電線が治具２１に支持される状態を維持して自由に動ける範囲を示している。このことを模擬するために、本解析モデルでは、治具平面２３を制約条件として扱う。
【００３７】
治具の配置情報とは、治具の配置位置、治具平面の法線方向等である。治具の配置位置は、製造盤に配置する治具の間隔に基づいて算出するようにしても良い。この場合には、初期設計情報として、製造盤に配置する治具の間隔を入力すれば良い。
【００３８】
図４は、治具の配置情報を説明する図である。図４は、製造盤の垂直方向から見た図である。図４では、一例として、治具２１ａ〜２１ｅ、コネクタ２５ａ〜２５ｃを示している。
【００３９】
治具の点線部分は、治具平面の上端となる辺を示している。コネクタの矢印は、電線が接続されたときの伸長方向を示している。
実際の製造盤では、治具平面の法線方向は様々である。また、コネクタに対して電線が接続可能な位置が限定される。このことを模擬する為に、本解析モデルでは、治具平面の法線方向、コネクタに対して電線が接続可能な位置を制約条件として扱う。
【００４０】
電線の物性情報とは、電線の径、剛性値等である。
電線の経路情報とは、電線に接続されるコネクタやクリップ等の位置（固定位置）、電線が通過すべき治具の順序、電線を布線していく順序、サブハーネスとして束ねる電線のグループ等である。
【００４１】
図５は、電線の物性情報、経路情報を説明する図である。図５は、図４に示す治具の配置に対して電線の経路を示したものである。図５では、一例として、電線２７ａ、２７ｂを示している。電線２７ｂの径は、電線２７ａの径よりも大きい。
【００４２】
電線の経路情報は、リスト形式となっている。図５に示す例では、電線２７ａの経路情報は（コネクタ２５ａ、治具２１ａ、治具２１ｂ、治具２１ｃ、コネクタ２５ｂ）、電線２７ｂの経路情報は（コネクタ２５ａ、治具２１ａ、治具２１ｂ、治具２１ｄ、治具２１ｅ、コネクタ２５ｃ）である。
また、電線の経路情報は、電線２７ａと電線２７ｂのどちらを先に布線するか、電線２７ａと電線２７ｂは同じサブハーネスとして束ねるかなどの情報も有する。
実際の製造盤では、電線ごとに通過する治具２３が異なる。また、電線を布線していく順序によって最終的な製品形態が変わる。また、電線の径、剛性なども電線ごとに異なる。このことを模擬する為に、本解析モデルでは、電線ごとに物性情報、経路情報を与える。
【００４３】
次に、図６〜図１３を参照しながら、電線の布線作業を模擬する処理について説明する。
図６は、電線の布線作業を模擬する処理の流れを示すフローチャートである。
図６に示すように、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、エネルギー最小スプライン計算によって全ての電線の仮布線を行う（ステップ２０１）。
【００４４】
図７は、エネルギー最小スプライン計算の処理の流れを示すフローチャートである。図７では、電線の変数をＬとし、電線の布線順序を示す添え字をｉとして説明する。
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｉに１を代入し（ステップ３０１）、電線Ｌ（ｉ）が通過する各治具平面内の配置点を決定する（ステップ３０２）。配置点の決定は、後述するエネルギー最小原理スプライン手法に基づく。
【００４５】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ３０２において決定した各治具平面内の配置点を通る曲線を補間し、電線Ｌ（ｉ）の経路を決定する（ステップ３０３）。経路の決定は、後述するエネルギー最小原理スプライン手法に基づく。
【００４６】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｉにｉ＋１を代入し（ステップ３０４）、全ての電線の経路を決定済であるかどうか確認する（ステップ３０５）。
全ての電線の経路を決定していない場合（ステップ３０５のＮｏ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ３０２から繰り返す。
全ての電線の経路を決定済の場合（ステップ３０５のＹｅｓ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、処理を終了する。
【００４７】
このように、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、後述するエネルギー原理スプラインに基づいて、電線の経路を１本ずつ決定し、電線の布線作業を模擬する。
【００４８】
図８から図１１を参照しながら、エネルギー最小原理スプライン手法について説明する。エネルギー最小原理スプライン手法とは、スプライン関数を拡張し、エネルギー最小原理を適用するものである。
【００４９】
図８は、電線の治具間の取扱いについて説明する図である。図８では、一例として、コネクタ２５ａ〜２５ｂ、治具２１ａ〜２１ｃ、電線の配置点３１ａ〜３１ｅ、ばね要素３３ａ〜３３ｄを示している。配置点３１ａ、３１ｅは、コネクタ２５ａ、２５ｂと電線の接続点である為、固定である。配置点３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、治具２１ａ、２１ｂ、２１ｃの治具平面内で自由に移動できる。前述のステップ３０２では、電線ごとに、移動可能な配置点の位置を決定する。ここで、配置点の位置は、治具平面上の２次元座標として表現される。
【００５０】
全ての対向する治具間は、有限要素法で一般に用いられるばね要素で連結されているものとする。例えば、配置点３１ａと配置点３１ｂは、ばね要素３３ａで連結されている。ばね要素３３ａ〜３３ｄは、電線が変位したときの復元力をモデル化する為のものである。治具間をばね要素として計算に組み込むことで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。例えば、ある治具において電線に力が加えられた場合、他の治具の配置点も連動して変更されることを模擬することができる。
【００５１】
図９は、治具平面内における電線同士の取扱いについて説明する図である。図９では、一例として、治具２１ｆ、治具平面２３ｆ、配置点３１ｆ〜３５ｈ、ばね要素３５ａ〜３５ｃを示している。
【００５２】
前述のステップ３０２において、２本目以降の電線を布線するときには、治具平面内に既に他の電線の配置点が存在する場合がある。このような場合を考慮し、治具平面内における電線同士は、有限要素法で一般に用いられるばね要素で連結されているものとする。例えば、配置点３１ｆと配置点３１ｇは、ばね要素３５ａで連結されている。ばね要素３５ａ〜３５ｃは、治具平面内における電線同士の接触力をモデル化する為のものである。治具平面内において電線同士が重なり合って配置された場合には、重なり合った面積に応じた接触力を双方の電線に作用させて配置位置を補正する。電線同士の接触力をばね要素として計算に組み込むことで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。例えば、２本目以降の電線を布線するときに、既に配置された電線の領域と重ならないように配置できる。
また、配置点は、電線の径を直径とする円で表現される。これによって、電線ごとに径が異なることを考慮できるので、現実に即した結果が得られる。
【００５３】
以下では、エネルギー最小原理スプライン手法の定式化について説明する。
エネルギー最小原理スプライン手法では、電線にかかる力として、例えば剪断力、張力、重力を考える。そして、これらの３つの力によるエネルギーを最小とする電線の配置点の位置を算出する。また、算出された配置点の位置を通るように曲線を補間し、電線の経路を算出する。
【００５４】
図１０は、電線の位置座標を説明する図である。
エネルギー最小原理スプライン手法では、電線上の位置座標（３次元座標）を（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））で表す。
図１０に示す例では、電線２７ｃのｔ＝ｔ１での位置座標が（ｘ（ｔ１）、ｙ（ｔ１）、ｚ（ｔ１））＝（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、電線２７ｃのｔ＝ｔ２での位置座標が（ｘ（ｔ２）、ｙ（ｔ２）、ｚ（ｔ２））＝（ｘ２、ｙ２、ｚ２）となっている。
【００５５】
電線の曲げ剛性をＥＩ、曲げ歪をεｂ、剪断力によるエネルギー（曲げエネルギー）をＥ１とする。曲げ剛性ＥＩは、電線ごとに与えることができる。
曲げ歪εｂは次式で定義される。
【数１】
曲げエネルギーＥ１は次式で定義される。
【数２】
【００５６】
電線の張力をＴ、伸び歪（グリーンの歪）をεｅ、張力Ｔが関係するエネルギー（張力エネルギー）をＥ２とする。張力Ｔは、電線ごとに与えることができる。
伸び歪εｅは次式で定義される。
【数３】
張力エネルギーＥ２は次式で定義される。
【数４】
【００５７】
図１１は、電線の自重を定義するための座標系を説明する図である。図１１では、一例として、製造盤４１が示されている。製造盤４１は、座標Ｘ−Ｙ−Ｚ系に対して角度θだけ傾斜しているものとする。
座標Ｘ−Ｙ−Ｚ系における電線の自重をｗ、座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｙ方向の自重をｗｙ、座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｚ方向の自重をｗｚ、自重に関係するエネルギー（自重エネルギー）をＥ３とする。自重ｗは、電線ごとに与えることができる。
座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｙ方向の自重ｗｙは次式で定義される。
【数５】
座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｚ方向の自重ｗｚは次式で定義される。
【数６】
自重エネルギーＥ３は次式で定義される。
【数７】
【００５８】
以上から、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が定義され、全エネルギーの凡関数Ｅ（ｔ、ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３が定義される。
電線の形状関数ｃ（ｔ）＝（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））は、エネルギー最小となるオイラー・ラグランジェ方程式で表すことができる。そこで、あるｃの成分を改めてｃと記述すると、支配方程式は定数係数の４階微分方程式である次式で定義される。
【数８】
但し、σ１２＝Ｔ／ＥＩ、σ２＝ｗ／ＥＩ、ｗ＝ｗｙまたはｗｚである。
式（８）の支配方程式の解は、次式を満たす解である。
【数９】
但し、ａ、ｂは定数である。
【００５９】
ここで、形状関数ｃ（ｔ）は、スプラインの条件を仮定し、区間（治具間）ごとに定義される区間関数Ｃｉ（ｔ）（ｉ＝１、２、・・・）で表す。スプラインの条件とは、治具平面上の点における区間関数同士の接続が滑らかであることである。すなわち各区間関数はＣ２級の関数であって、隣り合う区間関数の２回微分が等しいことである。
式（９）の定数ａ、ｂは、スプラインの条件から区間（治具間）ごとに決定することができる。また、未定係数法によって式（９）の非斉次方程式の特解を求めることで、式（９）の非斉次方程式の一般解が求まる。すなわち、電線の形状関数ｃ（ｔ）の一般解が導出される。そして、ｃ´（ｔ）に基づいてエネルギーが最小となる形状関数ｃ（ｔ）が決定される。
【００６０】
以上の通り、式（９）の解として導出される電線の形状関数ｃ（ｔ）は、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数で表され、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る。このように電線の形状関数ｃ（ｔ）を区間関数で表現して治具ごとに形状を決定できるのは、図８を参照して説明したように治具間をばね要素として計算に組み込んでいるので、ある治具の最適化結果が隣接する治具に伝播する為である。
【００６１】
実際の製品の治具の形成面は３次元形状であるが、本発明の実施の形態では、計算を効率的に行う為に、各治具平面が２次元の平面空間上に構成されていると仮定する。そして、各治具平面（２次元のローカル座標系、図３の治具平面２３を参照）において解（配置位置）を算出した後、算出した解を製造盤（３次元のグローバル座標系、図１１の製造盤４１を参照）の座標点に変換し、製造盤における解（電線の形状）を算出する。これによって、直接３次元空間において解（電線の形状）を算出するよりも最適化問題の算出時間を短縮することができる。更に、治具平面内における電線の配置挙動を解析することも可能となる。
尚、前述の説明では、電線にかかる力として、剪断力、張力、重力の３つを考慮したが、いずれか１つまたは２つとしても良い。
【００６２】
図６の説明に戻る。
次に、制御部１１は、各治具平面における各電線の曲率を算出し、曲率に基づく粒子計算を行い、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各電線の配置位置を変更する（ステップ２０２）。より詳細には、制御部１１は、ステップ２０１における仮布線によって求められる電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出する。次に、制御部１１は、各電線を分子動力学法における粒子と見立てて、粒子の運動を模擬する粒子計算を実行する。粒子計算では、各電線の曲率に応じた粒子の加速度を定義し、粒子間の衝突（電線間の干渉に相当する。）や粒子と境界物との衝突（電線と治具との干渉に相当する。）を考慮して、粒子の運動（電線の配置位置の最適化プロセスに相当する。）が模擬される。１回の繰返し計算ごとの粒子の運動時間（電線の移動量）については、粒子同士の衝突（電線同士の干渉）が検知できる程度とする。例えば、制御部１１は、１回の繰返し計算ごとに、各電線の曲率が小さくなる方向に、電線の最小径の半分ずつ移動させると、互いに正反対の方向に移動する最小径の電線同士であっても、干渉を確実に検知することができる。
【００６３】
ここで、図１２を参照しながら、曲率に基づいて各電線の配置位置を変更することの技術的意義について説明する。
図１２は、曲率に基づく電線の配置位置の変更を説明する図である。図１２における電線２７ａは、ステップ２０１における仮布線によって求められる電線の形状関数に基づいて布線されている。
ステップ２０１では、制御部１１は、初期設計情報（電線を布線していく順序など）に応じて、各電線の配置位置を仮決めして、エネルギー最小スプライン計算を行うので、電線は治具平面内に静的に配置される。しかしながら、静的に電線が配置されると、曲率が比較的大きい経路の電線は、先に配置されている他の電線群に邪魔されて、ゆとりがある位置（電線がピン張りとならない位置）に配置することができない場合がある。そこで、全ての電線をゆとりがある位置に配置する為に、ステップ２０２において、制御部１１は、曲率に基づく粒子計算を行い、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各電線の配置位置を変更する。
図１２における電線２７ｂは、ステップ２０２の処理によって、矢印３７の方向（曲率が小さくなる方向）に配置位置が変更されている。
【００６４】
図６の説明に戻る。
次に、制御部１１は、ステップＳ２０２によって変更された各電線の配置位置に基づくエネルギー最小スプライン計算によって全ての電線の再布線を行う（ステップ２０３）。エネルギー最小スプライン計算の詳細は、前述した通りであり、制御部１１は、各電線にかかる力として、剪断力、張力、重力なども計算する。
【００６５】
次に、制御部１１は、収束計算の終了条件を満たすか否か確認する（ステップ２０４）。
終了条件を満たさない場合（ステップ２０４のＮｏ）、制御部１１は、ステップ２０２から処理を繰り返す。
終了条件を満たす場合（ステップ２０４のＹｅｓ）、制御部１１は、処理を終了する。
【００６６】
収束計算の終了条件について説明する。収束計算の終了条件としては、例えば、以下の例が考えられる。
（１）繰返し計算の回数が、予め定められた回数に達したか。
（２）全ての電線の曲率の変化量（又は大きさ）が、予め定められた閾値よりも小さくなったか。
（３）全ての電線の張力の変化量（又は大きさ）が、予め定められた閾値よりも小さくなったか。
（４）全ての電線の剪断力の変化量（又は大きさ）が、予め定められた閾値よりも小さくなったか。
【００６７】
前述の（２）〜（４）は、ステップ２０２及び２０３の処理を複数回繰り返すことによって、各電線の曲率、張力、剪断力が次第に小さくなり、一定の値に収束していくことを仮定している。収束計算の終了条件については、計算時間と精度とのトレードオフによって適宜決定される。
【００６８】
図１３は、電線の布線作業の模擬結果を説明する図である。図１３に示す例では、配置点３１ｉ〜３１ｌに対応する電線の曲率は小さく、配置点３１ｍに対応する電線の曲率は大きいものとする。また、配置点３１ｍに対応する電線の曲率が小さくなる方向は、紙面右から紙面左の方向とする。この場合、紙面左側にコネクタ２５が存在することになる（不図示）。
図１３（ａ）は、ステップ２０１による仮布線の状態を示している。また、図１３（ｂ）は、ステップ２０３による再布線がなされ、終了条件を満たした状態を示している。
制御部１１が、図６に示すフローチャートに従って収束計算を行うことによって、配置点３１ｍは、次第に紙面右から紙面左の方向に移動していき、図１３（ａ）の状態から図１３（ｂ）の状態に変化する。
【００６９】
このように、曲率に応じて電線の配置位置を変更することによって、図１３に示すように、実際の布線作業において発生する電線の沈み込みを精度良く模擬することができる。ここで、電線の沈み込みとは、曲線的に布線される電線が、先行して直線的に布線されている複数の電線の間に沈み込んでいくことを意味する。
【００７０】
次に、図１４、図１５を参照しながら、電線のパッキング作業を模擬する処理について説明する。
図１４は、電線のパッキング作業を模擬する処理の流れを示すフローチャートである。図１４では、サブハーネスの変数をＳとし、サブハーネスを識別する添え字をｊとする。尚、一つの治具平面に対して複数のサブハーネスが存在する場合もある。
【００７１】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｊに１を代入し（ステップ４０１）、サブハーネスＳ（ｊ）について、パッキング力と、曲率に応じた保持力に基づく粒子計算を行い、各電線の配置位置を変更する（ステップ４０２）。より詳細には、制御部１１は、電線の布線作業の模擬結果を初期状態として各電線の曲率を算出する。次に、制御部１１は、各電線を分子動力学法における粒子と見立てて、粒子の運動を模擬する粒子計算を実行する。
【００７２】
電線の布線作業の模擬計算では、前述したように、制御部１１は、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力（以下、「吸着力」という。）を作用させる。一方、電線のパッキング作業の模擬計算では、制御部１１は、サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力（以下、「保持力」という。）を作用させる。パッキング力は、人間の平均的な力や外装部材などを考慮して設定されるものである。外装部材としては、例えば、チューブ、シート、テープ等がある。
【００７３】
次に、制御部１１は、ステップＳ４０２によって変更された各電線の配置位置に基づくエネルギー最小スプライン計算によって全ての電線の再布線を行う（ステップ４０３）。エネルギー最小スプライン計算の詳細は、前述した通りであり、制御部１１は、各電線にかかる力として、剪断力、張力、重力なども計算する。
【００７４】
次に、制御部１１は、収束計算の終了条件を満たすか否か確認する（ステップ４０４）。収束計算の終了条件については、電線の布線作業の模擬計算の説明と同様である。
終了条件を満たさない場合（ステップ４０４のＮｏ）、制御部１１は、ステップ４０２から処理を繰り返す。
終了条件を満たす場合（ステップ４０４のＹｅｓ）、制御部１１は、ステップ４０５に進む。
【００７５】
次に、制御部１１は、添え字ｊにｊ＋１を代入し（ステップ４０５）、全てのサブハーネスに対して模擬済であるかどうか確認する（ステップ４０６）。
全てのサブハーネスに対して模擬していない場合（ステップ４０６のＮｏ）、制御部１１は、ステップ４０２から繰り返す。
全てのサブハーネスに対して模擬済の場合（ステップ４０６のＹｅｓ）、制御部１１は、処理を終了する。
【００７６】
図１５は、電線のパッキング作業の模擬結果を説明する図である。図１５に示す例では、配置点３１ｏに対応する電線の保持力は大きく、それ以外の電線の保持力は小さいものとする。
【００７７】
図１５では、例として、４本の電線を束ねるサブハーネス４３ａ、３本の電線を束ねるサブハーネス４３ｂを示している。また、４５ａ、４５ｂは、それぞれサブハーネス４３ａ、４３ｂに含まれる電線群の重心を示している。
制御部１１は、同一のパッキング対象となる複数の電線群の重心を算出する。複数の電線群の重心は、電線の曲率によって重み付けして算出される。これによって、保持力が収束計算に反映される。そして、制御部１１は、サブハーネスごとに、収束計算を行う。
【００７８】
図１５（ａ）は、電線の布線作業の模擬計算が終了した状態を示している。また、図１５（ｂ）は、ステップ４０３による再布線がなされ、終了条件を満たした状態を示している。
制御部１１が、図１４に示すフローチャートに従って収束計算を行うことによって、配置点３１ｏがほとんど移動せず、それ以外の電線の配置点がパッキング力に応じて移動していき、図１５（ａ）の状態から図１５（ｂ）の状態に変化する。
【００７９】
図１５（ｂ）に示すように、電線のパッキング作業を模擬した後の状態では、サブハーネスの断面形状は円形に限らず、パッキング対象の電線が布線された位置、電線の剛性などに応じて、楕円形、多角形など様々な形状となる。従って、現実に即した模擬結果を得ることができる。
また、図１５（ｂ）に示すように、保持力が大きい電線の配置位置は、電線の布線作業の模擬計算からほとんど変更されないので、電線の布線作業の模擬結果の精度を維持することができる。
【００８０】
次に、図１６を参照しながら、電線同士の干渉や電線と治具との干渉について詳細に説明する。
前述した通り、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、収束計算を行うことによって電線の布線作業及び電線のパッキング作業を模擬する。これらの収束計算の中で各電線の配置位置を変更する際、制御部１１は、電線同士の干渉や電線と治具との干渉についても考慮する必要がある。そこで、電線の布線作業及びパッキング作業の両方の模擬計算において、制御部１１は、配置位置の決定対象の電線が、周辺の電線又は治具と干渉する場合には、更に、配置位置の決定対象の電線に対して、周辺の電線又は治具から受ける力（外力）を作用させる。
以下では、１例として、電線のパッキング作業の模擬計算における電線と治具との干渉に基づく外力計算について説明する。
【００８１】
図１６は、電線と治具との干渉に基づく外力計算を説明する図である。
図１６（ａ）は、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ）における電線３１ｎと治具２１ｂとの位置関係を示している。図１６（ｂ）は、ローカル座標系（Ｘｌｏｃａｌ、Ｙｌｏｃａｌ）における電線３１ｎと治具２１ｂとの位置関係を示している。
【００８２】
治具２１ｂは、複数の区間に分割され、治具棒の集合として表現される。例えば、（ｘｉ、ｙｉ）から（ｘｊ、ｙｊ）までの区間の治具棒の区間セグメント長Ｌは、次式によって求まる。
【数１０】
【００８３】
また、治具と電線との反発方向（ｌ、ｍ）を次式によって定義する。
【数１１】
【００８４】
また、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ）におけるサブハーネスの半径をｒｃ、中心座標を（ｘｃ、ｙｃ）とする。更に、治具棒の軸方向をＸｌｏｃａｌ、治具棒の軸方向と直交する方向をＹｌｏｃａｌとするローカル座標系（Ｘｌｏｃａｌ、Ｙｌｏｃａｌ）を考える。式（１１）より、サブハーネスのローカル座標位置（ｘｌ、ｙｌ）は次式によって定義される。
【数１２】
【００８５】
０≦ｘｌ≦Ｌの場合、このサブハーネスは、（ｘｉ、ｙｉ）から（ｘｊ、ｙｊ）までの区間の治具棒から受ける外力計算の対象となる。
更に、ｙｌ≧ｒ＋ｒｃの場合は外力を０とし、ｙｌ＜ｒ＋ｒｃの場合は次式の通り外力を与えて粒子計算を行う。尚、ｋｓは電線と治具の物性に応じた係数である。
【数１３】
【００８６】
以上の通り、制御部１１は、電線のパッキング作業の模擬計算において、電線と治具との干渉に基づく外力を粒子計算に反映する。
また、制御部１１は、同様の考え方によって、電線の布線作業の模擬計算において、電線と治具との干渉に基づく外力を粒子計算に反映する。
また、制御部１１は、同様の考え方によって、電線の布線作業及びパッキング作業の両方の模擬計算において、電線同士の干渉に基づく外力を粒子計算に反映する。
【００８７】
次に、図１７〜図２０を参照しながら、模擬結果の表示処理の詳細について説明する。
図１７は、布線作業の模擬結果の一例を示す図である。尚、図１７はカラー画像をグレースケール化したものであり、原図は電線が色分けされている。
【００８８】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、布線作業の模擬結果として、電線の曲線形態を１本ずつ３次元で表現したＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示部１６に表示する。本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１は、電線を１本ごとにリアルに表現することができる。また、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、電線ごとに線長を算出し、表示部１６に表示することもできる。
【００８９】
図１７を見ると分かるように、例えば、全ての電線が治具間を結ぶ仮想的な直線上に布線されるのではなく、治具間を結ぶ仮想的な直線上から外れて大きく湾曲して布線される電線も存在することが表現されている。
【００９０】
図１８は、図１７のＡ−Ａ断面図である。図１８を見ると分かるように、同じ治具を通過する場合でも、電線ごとに治具平面内を通過する位置が異なることが表現されている。また、電線の径もそれぞれ異なることが表現されている。このように、布線シミュレーション装置１では、実物において発生するレイアウトのばらつきを表現することができる。
【００９１】
図１９は、パッキング作業の模擬結果の一例を示す図である。図１９はカラー画像をグレースケール化したものであり、原図はサブハーネスが色分けされている。
【００９２】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、パッキング作業の模擬結果として、パッキングした後のサブハーネスを３次元で表現したＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示部１６に表示する。本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１は、サブハーネスの製品形態をリアルに表現することができる。
【００９３】
図１３と図１５を比較すると分かるように、電線を布線してパッキングする前の状態（布線状態）と、電線をパッキングしてサブハーネスとした状態（製品状態）との違いが表現されている。
【００９４】
図２０は、図１９のＡ−Ａ断面図である。図２０を見ると分かるように、径や剛性の異なる電線を束ねることによってサブハーネスが構成されていることが表現されている。前述した通り、サブハーネスの断面形状はパッキング作業の模擬結果に基づいて算出されるので、正円に限らず、楕円形、多角形など様々な形状となることを表現することができる。
【００９５】
サブハーネスごとに模擬する従来の技術では、サブハーネスの形状が製品寸法を満たすように模擬を行っていた為、寸法のばらつきを表現できていなかった。つまり、従来の技術のように、バンドル束でしか表現できない場合、車種ごとの仕様差の影響に関係無く、正しい寸法（正寸）によって表現するしかない為、製品公差を検証することができなかった。従って、実際に製造盤上で電線を１本ずつ布線してパッキングをしたときに、サブハーネスの形状が製品寸法の公差を満たさないという事態が生じていた。
一方、本発明の実施の形態では、電線１本ずつ布線してパッキング作業を模擬しているので、実際に発生する寸法のばらつきを表現できる。従って、製品寸法の公差を満たすまで設計を繰り返すことで、ワイヤーハーネスの品質を向上することができる。つまり、本発明の実施の形態では、電線単位によって表現している為、シミュレーションによって治具のアンマッチや位置補正を早い段階で検討し、製造時の手戻りをなくすことによって、品質を向上することができる。
【００９６】
以上では、治具の配置情報、治具の形状情報、電線の物性情報、電線の経路情報を固定し、電線ごとのレイアウトと線長を出力する布線設計について説明した。しかしながら、本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１を用いた布線設計は、これに限定されるものではない。
【００９７】
設計者は、例えば、電線にかかるエネルギーについて所定の許容範囲を入力し、入力された許容範囲内のエネルギーで全ての電線の線長の総和が最小となるように電線の布線作業を模擬するようにしても良い。これによって、製品として機能する範囲で、コストを抑えた布線設計を行うことができる。
【００９８】
以上説明した通り、本発明の実施の形態における布線シミュレーション装置は、解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求めるステップと、電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更するステップと、を複数回繰返し実行する（収束計算する）ことによって電線の布線作業を模擬する。また、布線シミュレーション装置は、サブハーネスごとに、サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更するステップと、解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求めるステップと、を複数回繰返し実行する（収束計算する）ことによって電線のパッキング作業を模擬する。
【００９９】
エネルギー最小スプライン計算は、各治具平面における各電線の配置位置が決定されて、更に治具間の経路を算出するものである。従って、仮にエネルギー最小スプライン計算を１回だけ行い、電線の布線作業やパッキング作業を模擬すると、最初の各電線の配置位置が現実に即していない場合でも、そのまま治具間の経路が模擬されてしまう。一方、本発明の実施の形態では、曲率に応じて各電線の配置位置を変更し、エネルギー最小スプライン計算を行うという処理を複数回繰り返すことから、最初の各電線の配置位置が現実に即していない場合でも、各電線の配置位置は次第に現実に即した位置に移動し、電線の布線経路を精度良く模擬することができる。
【０１００】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る布線設計方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０１】
１………布線シミュレーション装置
２１………治具
２３………治具平面
２５………コネクタ
２７………電線
３１………配置点
３３、３５………ばね要素
４１………製造盤
４３………サブハーネス
４５………電線群の重心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤーハーネスの布線設計を行う布線設計方法であって、
製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得し、
取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬し、
前記電線の布線作業の模擬結果を出力する
布線設計方法。
【請求項２】
前記電線の布線作業の模擬結果を初期状態として取得し、同一のパッキング対象となる複数の電線の集合であるサブハーネスの情報を取得し、
前記サブハーネスごとに、前記サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第３ステップと、前記解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第４ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の
パッキング作業を模擬し、
前記電線のパッキング作業の模擬結果を出力する
請求項１に記載の布線設計方法。
【請求項３】
前記第２ステップ及び前記第３ステップでは、配置位置の決定対象の電線が、周辺の電線又は治具と干渉する場合には、更に、配置位置の決定対象の電線に対して、前記周辺の電線又は治具から受ける力を作用させる
請求項２に記載の布線設計方法。
【請求項４】
前記解析モデルは、各電線の対向する治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結されるものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の布線設計方法。
【請求項５】
前記電線ごとに加わるエネルギーは、曲げエネルギー、張力エネルギー、重力エネルギーの和である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の布線設計方法。
【請求項６】
ワイヤーハーネスの布線設計を行うための布線設計装置であって、
製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動するように各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬する模擬手段と、
前記模擬手段によって模擬される前記電線の布線作業の模擬結果を出力する出力手段と、
を具備する布線シミュレーション装置。
【請求項７】
コンピュータを請求項６に記載の布線シミュレーション装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１】
ワイヤーハーネスの布線設計を行う布線設計方法であって、
製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得し、
取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動する力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬し、
前記電線の布線作業の模擬結果を出力する
布線設計方法。
【請求項２】
前記電線の布線作業の模擬結果を初期状態として取得し、同一のパッキング対象となる複数の電線の集合であるサブハーネスの情報を取得し、
前記サブハーネスごとに、前記サブハーネスに含まれる電線群の重心に向けてパッキング力を作用させるとともに、各電線の曲率に応じて各電線が現在位置を保とうとする力を作用させることによって各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第３ステップと、前記解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第４ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の
パッキング作業を模擬し、
前記電線のパッキング作業の模擬結果を出力する
請求項１に記載の布線設計方法。
【請求項３】
前記第２ステップ及び前記第３ステップでは、配置位置の決定対象の電線が、周辺の電線又は治具と干渉する場合には、更に、配置位置の決定対象の電線に対して、前記周辺の電線又は治具から受ける力を作用させる
請求項２に記載の布線設計方法。
【請求項４】
前記解析モデルは、各電線の対向する治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結されるものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の布線設計方法。
【請求項５】
前記電線ごとに加わるエネルギーは、曲げエネルギー、張力エネルギー、重力エネルギーの和である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の布線設計方法。
【請求項６】
ワイヤーハーネスの布線設計を行うための布線設計装置であって、
製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、電線の経路情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された情報を制約条件とする解析モデルにおいて、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通り、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数として、電線の形状関数を求める第１ステップと、前記電線の形状関数に基づいて各電線の曲率を算出し、各電線の曲率が小さくなる方向に各電線が移動するように各治具の治具平面内における各電線の配置位置を変更する第２ステップと、を複数回繰返し実行することによって電線の布線作業を模擬する模擬手段と、
前記模擬手段によって模擬される前記電線の布線作業の模擬結果を出力する出力手段と、
を具備する布線シミュレーション装置。
【請求項７】
コンピュータを請求項６に記載の布線シミュレーション装置として機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２０８９０３（Ｐ２０１２−２０８９０３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７６０３４（Ｐ２０１１−７６０３４）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【出願人】（５９８０１８７８６）古河インフォメーション・テクノロジー株式会社 (9)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【出願人】（５９８０１８７８６）古河インフォメーション・テクノロジー株式会社 (9)
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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