現在は製造業をはじめ多様な業種でデジタルツインを導入され、生産性が向上する事例が増加しています。特に近年のIoTやAIの進化に伴い、多くの企業が工場にデジタルツインを導入して生産性を高めていますが、具体的にどのような手法で取り組まれているのでしょうか。
そこで本記事では、工場のデジタルツイン導入事例3選や、導入方法やメリットも紹介します。
工場のデジタルツインとは
デジタルツインとは現実ではないデジタル空間の中に、本物同様のリアルなデータを反映させてリアルに再現する技術を指します。その技術を活用して製造業の生産拠点である工場にデジタルツインを導入し、生産性を高める動きが工場のデジタルツインです。
この取り組みではデジタルツインで取得したデジタルデータを、AIやIoTで分析を行って業務効率化のための参考データとします。そして工場のデジタルツインのシミュレーションで取得・分析したデータをもとにさまざまな検証を行い、生産の省人化や工程短縮に成功している企業も多いです。
下記にデジタルツインで工場を再現する方法を解説した記事を掲載するので参考にしてください。
工場のデジタルツインの導入方法
工場にデジタルツインを導入すれば、さまざまなプラスの効果を取得できますが、具体的にどのような目的で導入を進めるのでしょうか。ここからは工場のデジタルツインの導入方法を詳しく解説します。
製品設計
工場のデジタルツインにおいては、画期的な3DCADであるAutodesk Fusion などの製品の解析が可能なソフトを使用し、流体や熱、強度などの側面から解析します。その解析データを生産データとして活用することにより、理想的な製品製造のための設計が実現されます。
また最適なデジタルツインにおける効率的な製品の解析、最適な製品設計の立案により、高精度な生産計画立案によるコスト削減や生産性向上も実現可能です。工場のデジタルツインの高効率的な製品解析においては、CADのほかにCAE解析やCAMなど幅広い業務に対応可能な3DCADソフト、Autodesk Fusionの導入を検討してみてはいかがでしょうか。
またAutodesk Fusionのスキルを高め、工場のデジタルツインにおける解析制度を高めたい方は2日間で実務的なスキルを取得できる、Fusion 360 3DCAD入門セミナーをご利用ください。
資材調達
従来の生産工程においては、生産管理者が過去の生産データをもとに生産に必要な資材の大まかな量を算出・発注していました。この計算法では人が行う計算なので正確性に欠けるうえに、算出者による発注量のバラつきなども多く見受けられ、必要なコストを安定させることも困難でした。
一方工場にデジタルツインを導入すれば、取得したデータをもとにAIやIoTが生産に必要な資材の量を計測・発注します。その結果により、AIやIoTによる算出で資材調達が自動化されると同時に、必要なコストの安定化に成功させることも可能です。
生産計画立案
デジタルツインを活用し、仮想空間内に指定の製品の生産が可能な工場をデジタル化し、そのデータをもとに実際の工場を建造した後の生産計画を立案する動きも増加しています。そして実際に工場が建てられ、生産開始後に生産データを取得してデジタルツインで生産状況を再現し、さらなる効率化を図る動きがサイクル化しているのも現状です。
総合メンテナンス
デジタルツインで仮想空間内にデジタル化された工場を再現し、そのデータをもとに設備の稼働状況など推測して、予備的なメンテナンス計画を立てることもできます。また出荷後の製品の稼働状況などもデジタルツインで推測し、客先における最適なタイミングでのアフターサービスの計画も立案可能です。
このような活用方法により、メンテナンスコストを必要最低限に抑え、最適なメンテナンスを実現できます。
3Dを活用した作業指示
工場にデジタルツインを導入すれば、MR（複合現実）などの3D技術を活用した効率的な生産が可能です。この技術を導入した工場で作業者は専用のMRゴーグルを装着し、各生産設備に向かいます。
するとMRゴーグル内に投影された設備に、稼働させなければいけないスイッチやハンドル、バルブなどの各種器具の操作指示が表示される仕組みです。この仕組みにより作業の標準化が実現され、現場指導（OJT）のコスト削減にも成功しました。
運用最適化
工場へのデジタルツインの導入においては、前述のように生産やメンテナンス、資材調達やアフターサービスなどの幅広い分析が可能です。そこから得られる総合的なデータをもとに、今後の運用を最適化するのもデジタルツインの導入の目的として含まれています。
このような活動を継続することで、生産プロセスの効率化が可能になり、バリューチェーン全体の最適化も実現可能です。
工場にデジタルツインを導入するメリット
工場デジタルツインでは生産最適化や省人化の実現など、さまざまなメリットを取得できます。そして工場のデジタルツインにおける具体的なメリットには、以下の点が挙げられます。
- 生産効率向上
- 品質向上
- コスト削減
- 技能伝承の効率化
では工場にデジタルツインを導入するそれぞれのメリットを詳しく解説します。また下記にデジタルツインと混同されやすい技術である、シミュレーションとの違いを記載した記事を掲載するので参考にしてください。
生産効率向上
工場にデジタルツインを導入し、仮想空間内の工場に実際の生産データを送信すれば、最適な生産計画を立案して生産効率が向上します。また生産効率向上だけでなく、設備トラブルなどの事前予測も可能になり、トラブル発生時の迅速な対応も可能になります。
その結果として設備稼働効率が向上し、メンテナンスの頻度も削減できるため、工場全体の生産効率を向上できる点もメリットです。
品質向上
前述のように、デジタルツインを導入した工場においては事前に製品の解析などを行い、その結果に基づいて最適な生産計画を立案します。そのためデジタルツインを活用したこのような取り組みにより、高品質な製品の生産が実現され、品質向上に繋がるのもメリットの1つです。
そのほかにもデジタルデータによる事前の解析により、より良い生産プロセスを改変させるなど、品質向上のサイクル化も実現されます。
コスト削減
デジタルツインによる生産工程の見直しなどにより、生産ラインの省人化も実現されるなど、コスト削減できるのもメリットです。また省人化の実現により人件費などのコストを削減できるうえに、適正量の資材が自動調達され、資材調達に必要な人件費や資材のロスも削減できます。
技能伝承の効率化
従来の技能伝承は、高度な技術を持つ熟練者が弱経験者に付き添い、共に業務をこなしながら技能継承を行っていました。一方デジタルツインを導入すれば、熟練者のスキルをデータ化し、AIやIoT内にデータとして残すことができます。
そしてそのデータをもとにして、効率的に技能伝承を行える点もデジタルツインのメリットです。
工場のデジタルツインの導入事例3選
工場にデジタルツインを導入すれば、生産性向上やコスト削減などさまざまなメリットを取得できますが、具体的にどのような導入が行われているのでしょうか。そこでここからは、工場のデジタルツインの導入事例3選を下記に表記し、それぞれを詳しく解説します。
| 導入事例 | 内容 |
| ①BMW | 生産プロセスのDX化を進めるための戦略である「BMW iFACTORY」のメイン事業として、工場にデジタルツインを導入する「バーチャル工場」への取り組みを実施 |
| ②東芝デジタルソリューションズ | 紙などでの溶接個所の確認作業が不要になり、作業工程もスムーズになると同時に溶接精度も向上 |
| ③トヨタ自動車 | 都市全体が完全なデジタルツインである「Woven city（ウーブン・シティ）」でさまざまな検証・開発を実施 |
①BMW
引用：BMW iFACTORY
世界的な自動車メーカーであるBMWは、生産プロセスのDX化を進めるための戦略である「BMW iFACTORY」のメイン事業として、工場にデジタルツインを導入する「バーチャル工場」に取り組みました。この取り組みでは、全工場を可搬式3Dレーザースキャナーやドローンを利用してスキャンを行いました。
そしてそのデータをNVIDIA社が提供するメタバース空間ツールを利用し、リアルなバーチャル工場を設立して高精度な生産データを取得した画期的な取り組みです。この取り組みにより、生産におけるデータ活用や工場間のコミュニケーションが円滑化され、企業全体の生産性の向上に繋がりました。
②東芝デジタルソリューションズ
東芝デジタルソリューションズは工場にデジタルツインを導入し、MRを活用して生産性を高めた事例の1つです。従来は自動車製造現場の溶接作業において、所定の溶接個所に穴を開けた紙を貼り付け、手作業で溶接個所を確認していました。
そこでデジタルツイン導入によるMRを活用し、作業者は専用のゴーグルをつけて溶接作業を行います。そこでゴーグル内に投影される溶接箇所に関するガイダンスに従い、スムーズな溶接作業を行うことに成功しました。
この取り組みにより、紙などでの溶接個所の確認作業が不要になり、作業工程もスムーズになると同時に溶接精度も向上しました。
③トヨタ自動車
引用：豊田Woven city
2021年にトヨタ自動車が着工した「Woven city（ウーブン・シティ）」は、都市全体が完全なデジタルツインによる仮想空間です。デジタル空間の都市内ではさまざまな検証・開発が可能で、自動運転やロボットなど、さまざまな領域に関するシミュレーションが行われます。
トヨタ自動車はこの取り組みを、自動車業界のみならずさまざまな社会問題解決のために利用する方針を明らかにしています。
工場のデジタルツイン化で成果を上げよう
本記事では工場のデジタルツイン導入事例3選や、導入方法やメリットも紹介しました。近年の製造業においては少子高齢化に起因する人材不足や、労働者の高齢化により廃業・倒産する企業も多く見受けられます。
そのような状況において、先進技術を導入したデジタルツインを導入すれば生産の省人化や生産性を高めることも可能です。今後自社の生産性をさらに高め、収益改善化を図るためにも本記事を参考にして頂き、工場への効率的なデジタルツインの導入で成果を上げてください。
