デジタルツインとシミュレーションは仮想的な立案をして細かなデータ検証を行う点が類似点ですが、具体的にどのような違いがあるのでしょうか。
本記事ではデジタルツインを詳しく解説し、シミュレーションとの違いや活用事例を紹介します。
デジタルツインとは？
3Dの仮想空間内にさまざまな用途で使用する人やプロセス、資産やシステムなどを再現し、仮想的な立証を可能にした技術をデジタルツインといいます。デジタルツインを活用すれば仮想空間で得られた情報をもとに、さまざまな事象に関する予測やデータを立案可能です。
仮想空間内に現実世界を投影する働きから、「デジタルの双子（ツイン）」という呼ばれ方が定着しています。デジタルツインは現実世界との連動性が高い観点から、主に製造業を中心に多くの企業で導入されています。
デジタルツインが重要視される背景
デジタルツインは製造業を中心にさまざまな分野に導入されており、IoTとの連動性の高さが重要視される背景として挙げられます。近年はIoTの急速的な進化に伴い、あらゆる情報の収集や数値化が可能です。
しかしIoTは優れた情報収集能力を有しているものの、収集した情報を活用できる特化した機能は有していません。そこでIoTで収集した多くの情報を、連動性の高いデジタルツインに転換・活用すれば、多くの情報を仮想空間内に再現してデータ・事案を検証できます。
このような手法でIoTとデジタルツインを併用し、製造業やさまざまな産業に導入すれば製造効率が向上してコスト削減を実現することも可能です。下記の記事ではIoT同様に製造業との効率的な連動が可能な、Open AIを詳しく解説していますので参考にして下さい。
デジタルツインとシミュレーションの違いを解説
デジタルツインは仮想空間でのさまざまな検証を実現していますが、従来は仮想的なデータ検出方法としてシミュレーションが多用されていました。では現在効率的な検証ツールとして多用されているデジタルツインと、従来活用されていたシミュレーションの違いを解説します。
リアルタイム性能
リアルタイム性能の違いも、デジタルツインとシミュレーションの違いの1つです。シミュレーションは実際に実験などを行い、そのデータをもとに今後の対策や改善を行うので、データ収集までに多くの時間がかかります。
データ収集に時間がかかれば、当然ながら検証したい事象に対してのリアルタイム性も低下します。一方のデジタルツインは仮想空間に現在のリアルな情報を投影できるので、現実を想定したあらゆる検証が可能です。
そして仮想空間で即座に実験可能なので、そのリアルタイム性の高さが特徴といえます。
アプローチ性の高さ
デジタルツインとシミュレーションの違いには、アプローチ性の高さも要因の1つとして挙げられます。デジタルツインを活用すれば、現実空間で起こり得る事象を仮想空間内でリアルタイムに再現できます。
そしてそのデータをネットワークによる共有で即座に発信できるので、現実世界へのスピーディーなアプローチが可能です。このような機能を持つデジタルツインは未来に発生しかねない事象に対しての予測も可能ですが、シミュレーションではそのような予測は不可能な点が双方の違いともいえます。
現実世界と3Dの連動性の高さ
現実世界と3Dとの連動性の高さも、デジタルツインとシミュレーションの違いの1つです。従来使用されてきたシミュレーションでは事前にシナリオを想定し、さまざまな実験や設計を行います。
したがってシミュレーションには、実験や設計に伴う人手や設備も必要な場合があります。一方のデジタルツインは仮想空間内に現実世界を投影してあらゆる検証を行うので、現実的な事象をもとにリアルなシミュレーションを実現可能です。
このような現実世界と3Dの連動性の高さの違いが、デジタルツインとシミュレーションの相違点ともいえます。
デジタルツインの導入用途を紹介
デジタルツインは製造業をはじめとしたさまざまな産業に導入されている画期的なツールですが、実際にどのような用途で導入されているのでしょうか。ではデジタルツインの導入用途を紹介します。
システムや構造物への導入
現在は多様なシステムや、大型の構造物などにデジタルツインが多数導入されています。特に大型ビルや海洋掘削プラットフォームなどの設計段階においても、仮想空間を活用して今後の工程策定に関する施策を立案可能です。
またデジタルツインの導入により、大型構造物内で稼働するHVACシステム設計に役立てることもできます。
自動車業界における導入
デジタルツインは画期的なツールとして、自動車業界にも多数導入されています。近年製造されている自動車は非常に高性能で、複雑な構造・機能を有している車両が多数生産されています。
高機能な自動車の生産性を高めるために各工程をデジタル化し、生産における事象を仮想空間内に投影して工程のシミュレーションを行います。このような用途で自動車業界ではデジタルツインを導入し、生産品質を高めて高性能・高品質な生産を可能にしているのが現状です。
発電設備での導入
デジタルツインはジェットエンジンや発電タービン、機関車エンジンなどの保守機関設定にも導入されています。デジタルツインの仮想空間内に各エンジンの作動状況を投影し、IoTから取得した稼働データを連動させてエンジンの状況を検証可能です。
IoTとデジタルツインを連携させたデータ収集・検証により、発電設備をはじめとした各種エンジンの保守期間設定も実現されています。
製造業の操業のための導入
デジタルツインを製造業における、効率的な操業を促進するために導入しているケースも多く見受けられます。デジタルツインによる仮想空間内に設計から完成品までのさまざまな工程を投影し、取得したデータを実際の工程に活用して生産性を高めることも可能です。
そして各工程に活用されたデータは、今後の操業における明確な指針になります。また下記の記事には製造業の製造効率向上に欠かせない、製造業DXを詳しく解説していますので参考にして下さい。
医療機関での導入
医療機関においては、デジタルツインを患者の病状・特性などを反映するためのツールとしての導入が進んでいます。特別なセンサーを活用して患者の病状や特性をデジタルに反映し、デジタルツインの仮想空間内に投影します。
このような手法により患者の健康指標が明確に投影され、今後の治療方針に関しての重要な考察を得ることも可能です。
都市計画振興のための導入
都市計画振興のための画期的な技術として、デジタルツインは多数導入されています。都市開発に欠かせない土木事業の工程を3D・4Dを活用した仮想空間内に投影し、今後の工程を仮想的に検証することも可能です。
また建物が建造済みの空間に拡張現実システムを組み込み、仮想空間内で多用なシミュレーションを手掛けることができます。
デジタルツインのメリット
デジタルツインは製造業をはじめ、さまざまな業界で導入されている画期的なツールで、導入により
- 製造リードタイムの短縮
- 事前のトラブル予防を実現
- 社会的問題の解決に繋がる
などのメリットを得ることも可能です。ではそれぞれのメリットを詳しく解説・検証します。
製造リードタイムの短縮
デジタルツインを導入すれば、製造にかかるリードタイムを短縮できるのもメリットの1つです。デジタルツインを活用すれば仮想空間内に製造プロセスに関連する人員配置や工程を投影し、最適な生産ラインをシミュレーションすることができます。
また従来の製造工程に関するデータのモニタリングを行い、今後の生産における改善点も検出可能です。
事前のトラブル予防を実現
生産ラインにおける、事前のトラブル予防ができるのもデジタルツインを導入するメリットの1つです。デジタルツインを導入すれば、生産ラインでトラブル発生時にもラインに設置されたセンサーにより即座にデータ検出され、デジタルツイン内に投影します。
その後にIoT内の膨大なデータとトラブルに関するデータを重ねて分析し、今後のトラブル予測も含めた判断を即座に下します。デジタルツインを導入すればデータ採取からの立案も効率化され、最適なトラブル予測・対策が実現可能です。
このような施策が可能なデジタルツインを導入すれば、リードタイムが短縮されるうえに生産の効率化も実現されます。
社会的問題の解決に繋がる
デジタルツインは製造業をはじめとした産業の活性化だけでなく、下記のような社会問題解決のための画期的なツールとしての導入が期待されています。
- 自然災害への対策：デジタルツイン内に実在の都市を投影し、仮想空間内の避難シミュレーションを繰り返す計画
- 食糧問題の解決：デジタルツインの仮想空間内に農場シミュレーションモデルを構築し、農作物の生産・収穫量をシミュレーション
- 労働力不足への対策：労働現場におけるさまざまな事象をデジタル化し、最少に人数で業務可能なシミュレーションを展開
デジタルツインの成功事例
デジタルツインは多くの産業で活用されている画期的なシミュレーションツールですが、実際にどのように使用されているのでしょうか。ではデジタルツインの成功事例を下記に表記し、それぞれの事例を詳しく紹介します。
| 導入の手法 | 導入による効果 | |
| NTT | 医療関連への導入 | 患者の病状や状態の可視化を実現 |
| Happy Qualityとフィトメトリクス | 仮想空間内での農作物栽培シミュレーション | 作業効率向上とコスト削減 |
| フィリップス | 患者のデータをデジタル化 | 治療の効率化による早期回復 |
NTTの事例
引用：NTT
NTTもデジタルツインを導入により、医療関連の事象の効率化を進めています。下記に現在デジタルツインの導入により、NTTが進めている医療関連の事象を表記します。
- 患者の病状のデジタル化による効率的な診察シミュレーション
- 臓器機能のデジタル化による健康状態の把握
- 心電・心音・血糖値などのデジタル化による測定効率化
- 要介護者や障害者支援活動の促進
- 体内の超ミクロ領域における診断と治療を実現
このような活動を展開することで、従来までは解明できなかった事象のデジタル化が可能になり、医療体制の活性化を進めているのが現状です。
Happy Qualityとフィトメトリクスの事例
引用：Happy Quality
Happy Qualityとフィトメトリクスは、合同で農業用デジタルツインの開発に成功した事例です。この開発で現状の農作物やハウス設備、環境データなどを参考にして、仮想空間内での農作物作成シミュレーションを実現しました。
この開発・導入は効率的な農薬の配分や的確な収穫量の予測が可能にし、そのデータを現実世界に反映してコスト削減を実現した成功事例です。
フィリップスの事例
医療機器やヘルスケア製品製造・販売を手掛けるフィリップスは、患者のあらゆるデータを解析してデジタル化することに成功しました。このデジタルツインの導入は、仮想空間内での患者の具体的な病状・体調管理が可能になり、効率的な治療による早期回復を可能にした成功事例です。
デジタルツインの今後の課題
デジタルツインの今後の課題として挙げられるのが、費用面の削減です。デジタルツインの導入ではIoT機器との効率的な連携が必須ですが、データ処理に必要なシステム導入や機器購入にも多額のコストがかかります。
またデジタルツインの仮想空間をより現実に近づけるためのデータ取得にも多額の費用がかり、今後は費用面をいかに削減できるかも今後の課題として挙げられます。
デジタルツインを有効活用しよう
本記事ではデジタルツインとシミュレーションの違いを解説し、活用事例も紹介しました。デジタルツインはシミュレーションを超える再現ができるうえに、リアルタイムなデータを反映できる画期的なツールです。
またデジタルツインは幅広い産業に導入できるので、今後自社の生産性を高めるために有効活用してください。
