デジタルツイン：運用から設計までのループを閉じる

デジタルツインテクノロジーの力は、ディスクリートデバイスのモデルをシステムレベルの操作ビューに組み合わせると増幅されます。

インダストリアルIoT（IIoT）の大規模な採用により、デジタルツインテクノロジーへの関心が高まっています。 IIoTは、組織がシステムとプロセスに関する貴重な新しい洞察を監視、収集、交換、分析、および提供できるように、接続されたインテリジェントデバイスと分析を統合します。これらの洞察は、よりスマートで迅速なビジネス上の意思決定を促進するのに役立ちます。

物理システムをデジタル表現と組み合わせると、得られた洞察は、スマート製造からサプライチェーンの最適化、製品やサービスの革新に至るまで、製造業者の業務のさまざまな側面に追加のメリットをもたらすことができます。

デジタルツインテクノロジーへの関心は、多くの業界で活況を呈しています。 2020年に31億ドルと評価される市場は、2026年までに482億ドルに達すると予想され、2020年から2026年までの年平均成長率（CAGR）は58％になります。このような成長は、設計にデジタルツインが使用されると予想されるためです。 MarketsandMarketsによると、シミュレーション、MRO（メンテナンス、修理、オーバーホール）、生産、およびアフターサービス。産業企業は、パンデミックから抜け出すにつれて、デジタルツインソリューションの高い成長を経験することが期待されています。多くの人が、パンデミックによる損失を最小限に抑えるために、エンドツーエンドの運用にこのようなソリューションを採用しています。

幅広い産業用デジタルツインアプリケーション分野

デジタルツインモデルは、IoTデバイスやその他のセンサーからのデータを使用して、デバイスまたは機器の状態を資産化します。これらのモデルから得られた洞察は、次のようないくつかの方法で使用できます。

運用上の双子： 多くの場合、機器の問題は誤った使用法が原因です。たとえば、デバイスが通常の温度または圧力範囲外で動作している場合や、推奨よりも高速で動作している場合があります。対処しないと、問題がデバイス自体に影響を及ぼし、予期しない故障や深刻な劣化につながる可能性があります。パーツのデジタルツインを使用して、デバイスの現在の状態のデータ分析は、そのような仕様外の動作条件を特定するのに役立つ場合があります。シミュレーションは、デバイスのパフォーマンスを向上させるか、現在の環境で実行しても問題がないかどうかを調べるのに役立ちます。そうでない場合は、作業環境でのデバイスの現在のパフォーマンスを最適化するために変更を加えることができます。

予測ツイン： デジタルツインは、what-if分析を行うために使用できます。たとえば、製造元はトレードオフを検討する場合があります。速度を上げると、デバイスはで動作します。これは、出力の即時の改善です。次に、同じシミュレーションを使用して、その速度の増加が機器に与える影響を把握します。もっと頻繁なサービスが必要でしょうか？それはもっと早く失敗するでしょうか？次に、コスト分析を行って、デバイスをより高いレートで実行することによる生産促進の純収益の増加と、機器の保守または交換の頻度の増加に伴うコストの増加を比較できます。

製品の設計とマーケティングへのループバック： 製品設計チームは、現場で使用されている機器について収集されたデータを使用して、製品を改善または微調整したり、現在の使用に基づいて新しい機能を追加したりする場合があります。予想よりもパフォーマンスが優れていますか？おそらく、より経済的に設計されたバージョンで十分でしょう。同様に、特定の環境のデバイスが規定の仕様を上回っていることが判明する場合があります。マーケティングと販売は、同じ環境の他の顧客とその情報を共有する可能性があります。

接続されたデジタルツイン： デジタルツインテクノロジーの力は、ディスクリートデバイスのモデルをシステムレベルの操作ビューに組み合わせると増幅されます。たとえば、航空業界では、製造業者は、さまざまなエンジンコンポーネントの個々のデジタルツインの代表と、これらの要素がどのように連携するかをシミュレートおよび観察できるモデルを持っている場合があります。スマートビルディングは、スマートスペース、スマートエレベータ、スマートHVACシステムなどの組み合わせを頻繁に使用します。開発者または建物の所有者が、これらのシステムが互いに補完し合い、連携する方法を理解できると、相乗効果が得られます。

システムレベルのモデルとツイン

製造業で接続されたデジタルツインは、2つの経路を取る可能性があります。 1つは、システムを構成する部品のモデルを統合することにより、複雑な機器がどのように動作するかに焦点を当てることです。このようなモデルは、部品のモデルからエンジン全体をシミュレートする航空機エンジンの製造に相当します。

メーカーは、システム内のシステムからリアルタイムの洞察を収集して、エンジニアが隠れた相互依存関係を見つけやすくし、機器を再調整する手順を推奨することができます。機器が実際の環境でどのように動作するかについて得られた洞察は、エンジニアやメンテナンスチームが調整を行い、機器のパフォーマンスを最適化するために使用できます。

もう1つの注目すべき分野は、生産ラインで使用されるさまざまな機器用に双子を作成する製造プロセスのシミュレーションとモデリングです。たとえば、複雑な組立ラインには、ベルトコンベアにアイテムを配置するロボットシステムのデジタルツイン、ミル用、溶接ツール用などが含まれる場合があります。

これらの要素を備えた複合デジタルツインにより、メーカーはエンドツーエンドのプロセスについてより深い洞察を得ることができます。仮想モデルで調整を行って、変更が完成品、生産率、品質などにどのような影響を与えるかを確認できます。

インダストリー4.0への道のり

接続技術と収集されたデータは、機器またはデバイスのメーカーがインダストリー4.0などの将来の業界イニシアチブに参加するために不可欠です。スマート製造イニシアチブは、工場の可視性、予知保全、モデリング、およびシミュレーションを組み合わせて、機器が現在どのように動作しているか、その動作をどのように改善できるか、およびエンドツーエンドの主要なパフォーマンス指標にどのように影響するかについてのリアルタイムの洞察を得ることができます。