デジタルツインとは？活用事例やメリットについて紹介
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デジタルツインとは、物理的なプロセスをシミュレーションするテクノロジーです。現実世界をloTなどの技術を用いて、仮想空間上に双子（ツイン）のように再現することに由来し、精度の高いシミュレーションを可能にします。
製造業・物流業・建設業などの産業界で、近年注目を集めるデジタルツイン。その恩恵は計り知れませんが、実際に活用されている事例が表立つ場面は少なく、あまりよく知らない方もいらっしゃるのではないでしょうか。
そこで本記事では、デジタルツイン導入のメリットや、業界ごとの活用事例についてご紹介します。
デジタルツインとは？
デジタルツインは、現実世界に存在する物理的な対象物やプロセスを、デジタル空間上で再現する技術です。この技術は、IoTセンサーやクラウドコンピューティングを活用することで、リアルタイムに現実世界の情報を取得し、仮想空間上でその状態を忠実に再現します。
これにより、現実の状況を可視化し、予測や最適化を行うことが可能となり、製造業や都市計画などの分野で活用されています。
さらに、デジタルツインを活用すれば、リスクを伴う実験を仮想空間内で行えるため、効率的で安全な意思決定が可能になります。
デジタルツインの定義と意味
デジタルツインとは、現実世界の物理的な対象物やシステムをデジタル空間で模倣する技術のことを指します。この技術では、現実のオブジェクトが持つ特性や動作をリアルタイムでデータ化し、仮想モデルとして再現します。デジタルツインは、単なるデジタルコピーに留まらず、物理的な対象と仮想モデルが相互に影響し合う点が特徴的です。たとえば、製造業では、生産ライン全体をデジタルツインで再現することで、稼働状況を監視し、機械の故障予測や効率化を実現しています。また、都市計画では、建物や交通インフラのデジタルツインを用いて、効率的な設計や運用が進められています。このように、デジタルツインはリアルタイム性と高い精度を持ち合わせ、現実世界の問題を効率的に解決するための強力なツールとなっています。
デジタルツインが注目される背景
デジタルツインが注目を集める背景には、現代の課題解決に寄与する大きな可能性があることが挙げられます。特に製造業や建設業では、生産効率を向上させるための手段としてその価値が高まっています。
たとえば、生産ラインや設備の稼働状況をリアルタイムで監視し、故障を未然に防ぐ仕組みは、コスト削減や生産性向上に直結します。また、都市開発やインフラ整備の分野では、デジタルツインを用いることで、交通渋滞の軽減やエネルギー効率の最適化が可能になります。
さらに、IoT技術やクラウドコンピューティングの発展に伴い、これまで取得が難しかった膨大なデータが簡単に収集できるようになり、そのデータを活用する場としてデジタルツインが注目されています。こうした背景のもと、デジタルツインは単なる技術の一つにとどまらず、企業や自治体にとって新たな価値創造の基盤として重要性を増しています。
デジタルツインのメリット
デジタルツイン導入のメリットは、時間や人員コストの制限を受けずに、さまざまな環境でのシミュレーションができる点です。現実でプロセスを試作するには相応の時間が必要ですが、仮想空間に制限はありません。加えてシミュレーションが容易になれば、それに付随して得られる利益も存在します。以下では、詳細なメリットをご紹介します。
試作期間やコスト削減
従来では、試作・実験するとなると事前に人員や時間、コストを確保する必要がありました。しかしデジタルツインでは、現実世界を再現した仮想空間でシミュレーションをおこなえるため、より短期間かつ、低コストで試作が可能になります。工程の見直しや工数の削減、業務の効率化が進み、課題解決にも繋がるでしょう。
品質の向上
試作のハードルが下がれば、必然的に試作をおこなう機会をより多く得られます。細部にまで注目し、課題をひとつでも多く洗い出すことで、結果的に品質の向上・最適化、さらに企業の競争優位性にも繋がる可能性があります。また人員の配置やプロセスの変更も容易になり、全工程の終了までにかかる期間を短縮できる点もメリットです。
予知保全の実現
デジタルツインでメリットが得られるのは、試作の場面だけではありません。工場設備や生産ラインで異常が発生した場合、各所に取り付けられたセンサーが発信する状況によって、迅速な原因特定・究明がおこなえます。情報はリアルタイムで反映されるため、遠隔地でも正しい状況判断を下せる点もメリットでしょう。集めた情報により、メンテナンス時期の判断にも役立ちます。
デジタルツインの活用事例
国内外で積極的に導入が進むデジタルツイン。製造業・物流業・建設業などがメインですが、その業種は多岐にわたり、多くの可能性を秘めていることがわかります。以下では、単に仮想空間に3Dで再現するだけでなく、現場の効率化や課題解決、コスト削減につながったデジタルツインの活用事例をご紹介します。
ダイキン工業
空調・化学・フィルタを軸に事業を展開するダイキン工業では、2018年より大阪府堺製作所臨海工場にてデジタルツインの導入を開始しました。2020年に稼働が始まった新生産管理システムでは、製造設備にセンサー・カメラを設置し、仮想空間に再現した工程で管理をおこなっています。この仕組みにより得られた各工程の情報は、異常予測機能によって重大インシデント防止・作業の停滞予測に貢献しており、「止まらない工場」を実現させる結果となりました。ダイキン工業は2021年に、前年比約3割のロス削減が見込めると発表しています
旭化成
化学・住宅・ヘルスケアの分野を主軸とした総合化学メーカー旭化成は、2021年1月に福島の水素製造プラントにデジタルツインを導入しました。この背景には、各プラントによって求められる専門性が異なり、それぞれの熟練した技術者の人員確保が不可欠であったことがあります。
デジタルツインの特性を活用すれば、ベテラン技術者が現場にいなくても設備異常の対応や遠隔からの支援が可能になります。技術者の不在や定年退職に対応できるだけでなく、将来的には海外のプラントを日本から遠隔支援することも視野に入れています。
テスラ
アメリカに本社を構えるテスラは、世界でも有数の電気自動車メーカーです。テスラが製造する車には、デジタルツインシステムが標準搭載されています。さらに、車両の走行状況だけでなく周辺環境や天候状況に至るまでのデータを収集・分析し、ソフトウェアを自動でアップデートすることで、問題がある場合の修正や、車両診断も遠隔で行うことが可能となっています。これにより、顧客・サービスセンターともに対応コストの削減にも成功しています。テスラの電気自動車は、デジタルツインとソフトウェアを組み合わせたプロセスコスト削減の成功例のひとつです。
トヨタ自動車
国内自動車メーカーのトヨタは、2021年2月にモビリティの常識に挑戦する「Woven City」プロジェクトをスタートしています。ヒト中心の街・実証実験の街・未完成の街をコンセプトにしたWoven Cityは、モノやヒト、サービスがデジタルツインで繋がり、未来の当たり前を創造するテストコースの街です。機動性や流動性を意味する本来のモビリティの定義を拡張するため、仮想空間上でシミュレーションした街では、すべての情報を連携させ、社会問題の解決にも取り組んでいく予定です。東京ドーム15個分に相当するエリアには、最終的には2,000人が居住予定と発表されています。
富士通
コンピューター機器や通信システムなどを手掛ける総合エレクトロニクスメーカーの富士通では、デジタルツインを活用し、製造現場で働く人の動きを仮想空間に反映しています。これにより、特定の場所・装置の作業性を検証するだけでなく、作業する人の危険姿勢の特定が可能になり、事故を未然に防ぐ役割も果たしています。映像から人の動きを認識するAI「行動分析技術Actlyzer（アクトライザー）」の研究も進めており、カメラの自動キャリブレーション技術や3次元行動認識技術が開発されました。コア技術の一部は実際に商品化されています。
三菱電機
三菱グループの大手総合電機メーカー、三菱電機は「MELSOFT Gemini」というツールによって設計・実機立上の効率化を図っています。デジタル上での製造ラインや装置のシミュレーションに加えて、このツールでは人・ロボット・AGVの導線・稼働率のシミュレーション、機器同士が干渉しないかどうかの事前検証も可能です。装置の動作や制御プログラムは実機がない状態で検証できるため、工程別の最適化、問題点の事前洗い出しが実現し、実際の立上まで効率よく進められるようになりました。
日立製作所
日本を代表する総合電機メーカーの日立製作所では、生産現場の効率化を図る目的でデジタルツインが導入されています。問題点が見えないのが「問題」であるという考え方のもと、現状を把握し、可視化させることと、それらを改善し、改革を起こしていくことに役立っています。生産現場、ヒト、モノ全体を俯瞰することで工場の「見える化・分析・対策」の循環システムが確立し、代表製品の生産リードタイムの50％短縮に成功したと発表しています。
東京都
東京都が取り組むデジタルツイン実現プロジェクトは、防災・まちづくり・モビリティ・環境・産業などに役立てること、技術を応用し、都政のQoS・都民のQoL向上へと繋げることを目的としています。2030年の実現を目指す当プロジェクトは都内のあらゆるデータを収集し、現在は東京都の3D都市モデルに、河川のリアルタイムデータや避難情報、都バスのリアルタイム位置情報など、さまざまなデータを重ねて表示できます。地震・水害などの災害時や日常生活だけでなく、社会的な課題解決においても活用が期待されます。
国土交通省
デジタルツインは、国土交通省でも導入が進んでいます。老朽化が進む道路や橋にセンサーを設置し、リアルタイムで状況を観測することで、品質の監視だけでなく、仮想空間上に再現することで、メンテナンスの効率化や、修繕が必要な個所を事前に把握する役割も担っています。
2020年度に開始した、日本全国の都市デジタルツイン実現プロジェクト「PLATEAU（プラトー）」では、実際に役立つサービスの実装に向けて進行中です。国土交通省がさまざまなプレイヤーと連携し、ソリューション開発・コミュニティ育成・技術開発に取り組んでいます。
デジタルツインが注目を集める理由
デジタルツインは、現実世界の課題解決や効率化を支援する革新的な技術として、さまざまな業界で注目を集めています。その注目の背景には、現代社会が抱える複雑な問題に対応し、よりスマートな運用や意思決定を可能にする特性があります。以下では、具体的な理由を掘り下げて解説します。
現実世界の課題に直接対応できる技術
デジタルツインが注目される大きな理由の一つは、現実世界で発生する課題を仮想空間上で再現し、解決策を見出せる点です。たとえば、製造業では、機械や設備のデータをリアルタイムで収集し、仮想空間上で生産プロセスを最適化することが可能です。このように、デジタルツインは従来の方法では見逃されがちな微細な問題を発見し、効率的な対応を実現します。
また、都市計画やインフラ管理においては、交通渋滞やエネルギー消費の問題を仮想空間でシミュレーションすることで、実際の社会インフラに適用可能な改善策を導き出すことができます。これにより、現実のプロジェクトにおける試行錯誤のコストを削減し、成功率を高めることが可能となります。
リアルタイム性とデータ活用の可能性
デジタルツインは、IoTセンサーやクラウドコンピューティングなどの先端技術を活用することで、リアルタイムでのデータ収集と分析を可能にしています。このリアルタイム性により、現場の状況を即座に把握し、問題が発生する前に予防的な対応ができるのです。
例えば、老朽化した橋梁や道路の状態をデジタルツインで常時監視することで、劣化箇所を早期に発見し、事故や災害を未然に防ぐことができます。このような活用例は、安全性の向上だけでなく、メンテナンス費用の削減にも寄与しています。
多様な業界での応用可能性
デジタルツインのもう一つの強みは、その応用範囲の広さです。製造業やインフラ管理だけでなく、医療や教育、エンターテインメントなど、さまざまな分野での活用が進んでいます。たとえば、医療分野では「ヒューマンデジタルツイン」を活用して患者のデータを再現し、個別化医療を提供する取り組みが行われています。
また、エンターテインメントやメタバースの分野では、仮想空間でのユーザー体験を向上させるための基盤技術としても注目されています。このように、デジタルツインは特定の業界に限定されず、幅広い分野での応用が期待されています。
まとめ
メタバースとデジタルツインは、これからの社会やビジネスに大きな影響を与える技術です。仮想空間での体験を広げるメタバースと、現実世界の課題解決を支援するデジタルツインが、それぞれの特徴を活かして新しい価値を創造しています。そして、これらの技術が融合することで、私たちの生活や産業にさらなる革新をもたらす可能性があります。
これからのビジネスシーンでは、これらの技術をいかに活用するかが重要な鍵となるでしょう。
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