急速的な進化を遂げているAIやIoTにより、さまざまな事象をデジタル化して効率的なデータ収集を実現しているソリューションがデジタルツインです。本記事ではデジタルツインを詳しく解説し、CPSとの関係性や導入のメリット、成功事例を紹介します。
デジタルツインとは？
デジタルツインは現実世界で実在するあらゆる事象を、リアルタイムに仮想空間内に再現するデジタルソリューションです。従来は仮想空間に現実空間の事象を再現するために膨大なデータ入力が必要で、作業に大変な時間と労力がかかっていました。
しかし近年急速的な進化を遂げているAIやIoTの登場により、データ収集・分析効率が大幅に向上し、製造業をはじめさまざまな業種で導入されています。
デジタルツインとCPSの関係を解説
デジタルツインと類似した概念として、サイバーフィジカルシステム（Cyber Physical System）が挙げられます。サイバーフィジカルシステム自体は画期的な機能を有したソリューションではなく、収集したデータを有効活用するためのサイクルです。
一方のデジタルツインは仮想空間内に現実の事象を再現するデジタルソリューションで、さまざまなビジネスをサポート可能なサービスのことを指します。両者は「機能」か「サイクル」という点が相違点ですが、近い意味を有した概念・機能として認識されています。
デジタルツインが必要とされる背景とは？
デジタルツインは実は1960年代から普及している古い概念ですが、一時期は現在ほど注目されていませんでした。しかし近年のIoTやAI、VRなどの先進技術の進化により、仮想空間に再現されるデータ精度の向上に伴ってデジタルツインの必要性も高まりました。
その結果として現在では製造業を中心に多くの業界で成果を収め、さまざまな企業が導入を進めているのが現状です。
デジタルツインの導入のメリット
デジタルツインは仮想空間内にあらゆる事象を再現可能なデジタルソリューションですが、導入すれば具体的にどのようなメリットを得られるのでしょうか。ではデジタルツインの導入のメリットを紹介します。
生産性の向上
生産性を向上させることができる点も、デジタルツイン導入のメリットの1つです。デジタルツインを活用すれば、仮想空間内で何度も生産シミュレーションを反復可能になり、事前に生産効率の最適化を図ることができます。
仮想空間内で事前の生産シミュレーションを行うことにより、実際の生産時間の短縮に繋がって最終的に生産コスト削減も可能です。またデジタルツインを導入すれば、遠隔での生産データの確認やライン操作も可能になり、省人化を実現した効率的な生産が実現されます。
アフターサービスの拡充
生産現場にデジタルツインを導入すれば、ユーザーへのアフターサービスを拡充できるのもメリットです。具体例として、ユーザーに出荷した製品にバッテリー残量などを確認できるセンサーを取り付けたとします。
そしてデジタルツインで出荷製品のデータを管理すれば、ユーザーに最適なバッテリーの修理・交換時期をアナウンスできます。このようにデジタルツインを導入すれば多様な管理も実現され、その機能を活用すれば顧客へのアフターサービスも充実させることも可能です。
設備保全の精度の向上
生産設備の保全精度の向上に繋がるのも、デジタルツインを導入するメリットの1つです。従来までは生産トラブルなどが発生した際に、現場や顧客からの情報共有やフィードバックにより改善活動が行われていました。
しかしデジタルツインを導入すれば、生産トラブルなどもリアルタイムでデジタル化されるので、迅速に改善策を立案できます。さらにデジタルツインで取得したトラブル対応などのデータを分析すれば、最適な設備保全計画を立案することも可能です。
作業時間短縮やコスト削減が可能
デジタルツインを導入すれば、作業時間短縮やコスト削減に繋がるのもメリットです。例えば試作品などを作成する際には、人的・材料などのコストがかかります。一方デジタルツインを活用し、仮想空間内で試作品を作成すればコストを削減した試作品の作成が可能です。
またデジタルツインを導入して生産に関わるさまざまなデータを検出・分析すれば、効率的な人員配置や作業工程を短縮することもできます。下記の記事にはデジタルツインと同様に、生産現場のコスト削減や作業時間短縮を可能にできる製造業DXを詳しく解説しているので参考にして下さい。
リモート作業や効率的な技能継承を実現
生産におけるリモート作業や、効率的な技能伝承を実現できる点もデジタルツインを導入するメリットの1つです。デジタルツインを活用すれば、現場監督者はデジタル化されたデータを確認・分析し、そのデータを参考にして現場作業員に最適な支持を与えることができます。
また熟練者のスキルをデジタル化したデータをデジタルツイン内に記録し、そのデータを活用すれば未習熟者に対しての効率的な技能継承も可能です。
デジタルツインを支える技術
デジタルツインは多様な技術との連携によりその効果を発揮します。デジタルツインを支える技術には
- 5G
- AI
- IoT
- AR・VR
- CAE
など先進的なソリューションが挙げられます。ではそれぞれの技術を詳しく解説するので導入時の参考にして下さい。また下記の記事には上記の技術のほかに、デジタルツインとの効率的な連携が可能なOpen AIを詳しく解説しますので参考にして下さい。
リアルタイムなデータの反映が可能な5G
リアルタイムなデータ反映を実現する5Gも、デジタルツインを支える重要な技術の1つです。5Gは膨大なデータを高速での送受信を実現する優れた技術で、活用すればあらゆる事象の仮想空間内での投影効率が向上します。
日本では2,020年から本格的な商用化が開始し、今後もますますデジタルツインとの連携が深まる動向が強いです。
収集データを効率的に分析するAI
デジタルツインを支える重要な技術の1つが、収集データを効率的に分析可能なAIです。AIを直訳すると「人工知能」と訳され、その名の通り本来備わった知能により膨大なデータ分析を行います。
デジタルツインの効率的な運用には、AIにより仮想空間内のデータの高精度な分析が欠かせません。さらに現在はAI自体が情報処理向上機能を有している場合や、IoTの発展に伴いAIの自己学習能力も向上してその精度がさらに高まっています。
このような観点からも、AIの活用が高度な分析が必要なデジタルツインに欠かせない要素の1つといっても過言ではありません。
仮想空間内に物理空間の事象を再現するIoT
仮想空間内に物理空間の事象を再現するIoTも、デジタルツインを支える重要な技術の1つです。IoT（Internet of Things）はパソコンやスマホなどのデジタル製品をはじめ、さまざまな商品がインターネットと接続して通信を行う技術を指します。
デジタルツインを導入し、仮想空間内でのリアルなデータ再現を行うためには膨大なデータが必要です。そこで優れたデータ収集技術を持つIoTを活用し、そのデータを仮想空間内にデジタル化することでデジタルツインの効果が最大化されます。
デジタルデータを現実空間に再現可能なAR・VR
デジタルツインを支える重要な技術の1つに挙げられるのが、デジタルデータを現実空間に再現可能なARやVRです。ARは物理空間に情報を加えて拡張する技術を指します。一方のVRは仮想空間をまるで現実空間のように再現可能な技術で、デジタルツインの運用に関して重要な役割を担っています。
ARやVRの技術を導入すれば、仮想空間内に現実の事象を再現したデータを投影して将来的な予測を立てることも可能です。仮想空間内で発生したトラブルやミスをデータ化して、現実空間での適切なフィードバックを行えばデジタルツインの運用効率を高めることができます。
仮想空間でのシミュレーションを実現するCAE
仮想空間内でのシミュレーションを実現する概念である、CAE（Computer Aided Engineering）もデジタルツインを支える重要な技術の1つです。CAEを活用すれば試作品などを実際に作成する手間やコストを削減できるため、製造業においては早い段階から導入されてきました。
CAEはデジタルツインで収集した膨大なデータのシミュレーション化を可能にした専用のツールで、現在は多くの業界から注目を集めています。
デジタルツインの成功事例を紹介
デジタルツインは製造業をはじめ、さまざまな業界で注目されている画期的な技術ですが、実際にどのように導入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や効果を表記し、それぞれの事例を紹介するので自社導入時の参考にして下さい。
| 導入方法 | 導入による効果 | |
| 国土交通省の事例 | 多様な都市データであるProject PLATEUのオープンデータ化 | 各都市のさまざまなデータを検出可能 |
| 大林組の事例 | 4D施工管理システムの開発・導入 | 施工効率の向上 |
| コマツの事例 | 遠隔管理システムのデジタルツインを導入 | さまざまな場所の状況管理が実現 |
| 富士通の事例 | 世界中の工場にデジタルツインによる管理システムを導入 | 企業全体の生産性向上 |
| ゼネラル・エレクトリック（GE）の事例 | 風力発電インフラへのデジタルツインの導入 | 風車の劣化・寿命測定の効率化 |
国土交通省の事例
引用：国土交通省
国土交通省も都市づくりに活用できる「Project PLATEU」と呼ばれるツールにより、デジタルツインの導入に成功した事例の1つです。Project PLATEUは日本全国の都市を3D化したツールで、オープンデータ化により多様な都市データへのアクセスが実現され、都市に関するさまざまな情報を取得できます。
また3D化された都市データは、交通・人の流れや渋滞情報、過去の自然災害状況など、さまざまな情報のデジタル化が可能です。このような都市の詳細なデジタルデータを活用し、現在は都市開発や今後の開発計画の立案など、多様な分野における導入が期待されています。
大林組の事例
引用：大林組
デジタルツイン導入による成功事例の1つとして、大林組の「4D施工管理システム」の開発・導入が挙げられます。このシステムは2023年に開業した、「エスコンフィールド HOKKAIDO」の建設現場で活用されました。
具体的な機能としてクレーンに方角や位置を検出できる特殊センサーを設置し、クレーンの動作のリアルタイムなデータを収集してデジタルツインに投影しました。この導入により施工効率が向上し、各作業者の作業ボリュームの検出も可能です。
コマツの事例
引用：コマツ
総合機械メーカーであるコマツも、デジタルツインの導入により成果を収めた事例の1つです。建物の図面データと資材や建設機械、作業員の稼働データの連携可能な遠隔管理システムのデジタルツインを導入しました。
この導入により施工管理者は本社や現場事務所など、さまざまな場所の状況の詳細確認が可能です。
富士通の事例
仮想空間内に世界中の自社工場を再現し、成果を収めたのが富士通のデジタルツインの導入事例です。デジタルツインで世界中の工場の詳細を把握・管理することにより、各工場の細かな稼働状況の分析が可能になりました。さらに細かな分析を行うことで、各部門別の最善策の検討にも繋がりました。
またその最善策を他工場にも導入し、企業全体の生産性を向上させた成功事例です。今後はさらに運用効率を高め、工程・資材管理の効率化や資材・機材などのレンタル費用の削減などが期待されています。
ゼネラル・エレクトリック（GE）の事例
ゼネラル・エレクトリック（GE）も、風力発電インフラにデジタルツインを導入して成果を得た成功事例です。風力発電に欠かせない風車にデジタルツインを導入し、風車の寿命や劣化測定を可能にしました。
さらにリモートによる遠隔操作で風向きに合わせた効率的な運転を実現し、発電量の最大化にも成功しました。
デジタルツイン導入で生産の最適化を図ろう
本記事ではデジタルツインを詳しく解説し、CPSとの関係性や導入のメリット、成功事例を紹介しました。デジタルツインは現在製造業をはじめ、さまざまな業界で注目を集めている画期的なデジタルソリューションです。自社の生産の最適化を実現し、収益性を高めるためにもデジタルツインの効率的な導入を検討してください。
