「デジタル ユニバース」はどこへ向かうのか (そして今日、大幅な節約が可能な場所)

製造業が大ヒット映画のシリーズである場合、最新の劇場のマーキーは「近くのサプライ チェーンに近日公開:デジタル スレッド」となるかもしれません。そして、ジョン・ビッカーズは、チケットを購入する最初の列の1人になるでしょう.ワシントン D.C. にある NASA 本部の宇宙技術ミッション総局の主任技術者である彼は、高度な製造活動に対して機関全体の責任を負っており、ますますデジタル化が進む世界で組織を前進させる上で重要な役割を果たしています。

ただし、Vickers 氏が「デジタル スレッド」というフレーズを使用することはめったにありません。代わりに、彼はより包括的なフレーズ「デジタル ツイン」を好みます。この用語は、あらゆるデジタル トランスフォーメーションの中心にあると彼は言いました。

「デジタル スレッドは、現在 NASA やその他の製造業界で進行中のデジタル トランスフォーメーションのほんの一部に過ぎません」と彼は言いました。 「これの多くは、デジタル ツイン、またはより広義には、『モデルベースのすべて』と呼ばれる概念の使用を中心に展開しています。」

ケンブリッジ グループへの最近のプレゼンテーションで彼が説明したように、デジタル ツインは、「デジタル コンバージェンスを活用し、ミッションとミッション サポートのプロセス、製品、および機能を再発明する」ことにより、NASA のミッションへの影響を劇的に高めます。ただし、ここでもまた、彼のデジタル ツインおよびその他の業界標準用語の定義は、同僚の定義と常に一致しているわけではありません。

「誰もが非常に規範的な用語でデジタルツインを定義しようとしているようですが、私はそれを拒否します」とビッカースは言いました。 「たとえば、私は物理的な資産を必要としないことを提案します。これは、最近デジタル ツインに関する論文を発表した AIAA [アメリカ航空宇宙学会] の友人の何人かが同意しない視点です。また、MBSE [モデルベース システム エンジニアリング] や、既に述べたようにデジタル スレッドなどの他のテクノロジと同義ではありませんが、それぞれの要素が含まれています。」

設計、構築、運用

デジタルツインは学際的なアプローチであり、製造業者が分野間のリンクを分析、統合、調和させて、調整された一貫した全体にすることを可能にするものである、と彼は説明しました。

それは「協調的、予測的、記述的、調査的、認知的、および修正的」です。

ビッカースのバージョンのデジタル ツインは確かにモデルベースですが、ユーザーが独自のサイロ化された環境内に情報を保持する傾向がある従来の学際的なモデルのように、ユーザーが「壁を越えてそれを投げる」ことを防ぐのは、その最初の部分 (共同作業) です。

これは、設計および製造段階で現在使用されているデジタル ツインが、いつの日か企業全体を動かすことを意味します。これには、マーケティング、管理、生産、および財務グループが含まれ、最終的には製品のエンドユーザー (NASA の場合、これらの製品を月またはその先に持っていく可能性があります) が含まれます。

双子の誕生

ビッカース氏は、NASA のコンサルタントであるマイケル・グリーブス氏 (現在はフロリダ工科大学の先端製造部門の主任科学者) と 2010 年に「デジタル ツイン」という言葉を作り出したと指摘しました。過去 10 年間で大きく進化しました。

たとえば、今日では、機械学習や人工知能だけでなく、はるかに高度なシミュレーションおよび分析システムが利用可能です。

現在、すべてのデジタル トランスフォーメーション イニシアチブで重要な役割を果たしています。

拡張現実、ハイブリッド、仮想現実のツールも同様です。これらは、人間が仮想製品を視覚化してテストするのに役立ち、展開された物理バージョンの操作方法を教えることができます。

そしてもちろん、NASA や他の多くの企業にとって、より迅速で費用対効果の高い製品設計を可能にする重要な要素である積層造形があります。

ドン・キナードは、テキサス州フォートワースにあるロッキード・マーチン航空製造事業のシニア・フェローです。彼はまた、F-35 共同攻撃戦闘機プログラムの初期に本格的に始まったモデルベース エンジニアリングの数十年の経験を持っています。

「F-35 は、当社のデジタル変革の始まりを意味しました」と彼は言いました。

「まだ紙ベースだった前身のF-22とは異なり、それは最初の完全にデジタルエンジニアリングの航空機プログラムでした。私たちはすべてにしっかりしたモデルを持っていました。」

パラダイムを破る

それは 2004 年のことです。それ以来、デジタル化はロッキード マーチンに数え切れないほどの利益をもたらしてきました。

より効率的な設計やエンジニアリング プロセスなどの明らかな改善に加えて、製造現場でも大幅な改善が可能になりました。

これには、自動化された穴あけとファスナーの取り付け、機械加工プロセスの改善、保護コーティングのロボットによるスプレー、コンピューター制御によるチューブのレーザー切断、そして最近では非接触計測が含まれます。これらはすべてデジタル データによって推進されます。

非接触計測は多くの点で重要であると Kinard 氏は述べています。 3D ソリッド モデルを航空機の構造とサブアセンブリの構造化された光スキャンと比較することで、製造業者は、設計時と製造時に関する質問にすばやく簡単に答えることができます。

「製造現場が何を必要とし、自動化の機会がどこに存在するかを特定し、費用対効果が高く、確実な投資収益率でそれらを実装する方法を見つけ出すことが、技術グループとしての私たちの仕事です」と彼は言いました。 「多くの場合、解決策はデジタルです。」

これは何も新しいことではない、と彼は付け加えた。変化したのは、今日メーカーが利用できる豊富なツールです。それは、前述の構造化されたレーザー光スキャナーであろうと、航空機の設計を分析するために使用される高度な分析ソフトウェア ツールとシステムであろうと、

「F-35 プログラムに参加して数年が経ちましたが、航空機の初期設計から現場でのサポート方法に至るまで、モデルベースのエンジニアリングがどれほどの違いをもたらすかを非常に明確に理解することができました。」

マトリックスに入る

また、航空機の部品や材料の調達方法にも影響を与えています。

キナードは、空軍の調達、技術、兵站担当次官であるウィル・ローパーの業績を指摘した。 「スプーンを曲げる」論文の中で、ローパーは次のように書いています。商業産業とはまったく対照的であり、わが軍はうさぎの穴の「不思議な」終わりに置かれています。」

ローパー氏によると、このうさぎの穴から抜け出す方法は、デジタル エンジニアリングによるものです。これは、完全にデジタル基盤で設計および製造された航空機、衛星、および兵器システムに対する USAF の「e シリーズ」指定につながった一連のテクノロジーです。

この急速に成長しているクラブの最初のメンバー? eT-7A レッド ホークは、わずか 36 か月で設計および製造されたジェット練習機で、タスキーギ エアメンにちなんで名付けられました。

「開発段階の早い段階で仮想プロトタイプを開発できることで、実際に金属を切断して複合材料を敷設する前に、設計が顧客の要件を満たすかどうかを知ることができるため、生産のリスクが軽減されます。ましてや、飛行に何年も費やすことは言うまでもありません。構造テスト」と Kinard 氏は述べています。 「今日、それが本当に強調されており、そのほとんどはシミュレーション モデリングを中心に展開しています。これらのテクノロジーがより洗練され、3D モデルの忠実度が向上するにつれて、私たちの世界は今後 10 年ほどで劇的に変化するでしょう。」

Bell (Textron の一部門) で製造およびプロセス開発のテクニカル フェローおよび主任技術リソースを務める Paul Oldroyd 氏は同意しましたが、注意点が 1 つあります。

「『変革』という言葉は、ダイナミックな環境を暗示しています。つまり、私たちは前進し続けなければならないということです」と彼は言いました。 「それでも、私たちは皆、完全なデジタル アーキテクチャに向けて前進しています。」

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Bell は、最初の FBW (フライ バイ ワイヤ) 航空機である V-22 以来、確かに長い道のりを歩んできました、と彼は説明しました。

さらに、525 Relentless は完全に FBW 商用回転翼航空機になります。 FLRAA (将来の長距離突撃航空機) や FARA (将来の攻撃偵察航空機) を含む統合多用途 (JMR) 航空機は、デジタル ツインを使用して開発されており、デジタル スレッドの組み込みによる大きなメリットを実現しています。

「利点の個別の例として、JMR Valor V-280 ナセル油圧システムは、V-22 の同様のシステムと比較してエンジニアリング労力の 90% 削減を実現し、同時にデジタル アーティファクトを同様に、工場開発の時間と労力を削減しました。」

それは彼らが終わったという意味ではありません。モデルベースのエンジニアリングは常に改善されており、デジタル スレッドはライフ サイクル全体を通じて継続的かつ堅牢である必要があると彼は指摘しました。

「これは、車両のパフォーマンスを管理および伝達するだけでなく、サプライ チェーン全体を通じて、製造、メンテナンス、および維持の指標に変換します。デジタル エンタープライズは、物理学に基づく分析、設計、仮想検証、製造、準備、ヘルス モニタリング、維持、フリートの認識を通じて、航空機からの継続的なフィードバックを表しています。」

Oldroyd 氏は、「次世代航空」は、製品とプロセスの両方が同時に成熟し続けると説明しています。

「私たちは、リアルタイムのデータを交換するオープン アーキテクチャのデジタル ツインを利用します」と彼は言いました。 「この機能により、すべての利害関係者 (プログラム マネージャー、内部チーム メンバー、パートナー、顧客) が、エンジニアリング分析、パフォーマンス特性、その他の関連指標など、同じ情報にほぼリアルタイムでアクセスできるようになります。」

高度にインタラクティブなエンタープライズ レベルのデジタル ツインの利点の 1 つは、製造スペースが設計および分析スペースと同時に進化し、本質的にデジタル スレッドを実現できることです。

これを達成するために、Bell は専用の Manufacturing Technology Center を作成しました。これは、Oldroyd 氏が「モノのインターネット中心のデジタル哲学に基づいて構築された製造革新環境」であると述べています。

この目的のために、同社は、CNC 機器と作業セルからセンサーベースの製造データを取得して、デジタル ツインに情報を提供し、改良する方法を模索しています。

これにより、製造プロセス自体に関するフィードバックが提供され、会社が生産性を最適化し、潜在的な品質問題を回避し、運用チームを含むコネクテッド エンタープライズの各航空機コンポーネントの製造履歴を作成するのに役立ちます。

「私たちはそうします。」オールドロイドは言った。 「デジタル ツインは、変化する状況に適応できる生物でなければなりません。そうすることで、製造プロセスは日を追うごとに堅牢になっていきます。

「最終的に、作業セルは全知の要素になり得ます。自己評価します。彼らは健康ではないときに私たちに知らせます。そして最終的には、環境レベルで健康になるための行動を起こすことさえあります.進化はまだ終わっていませんが、『デジタル ユニバース』はそこに向かっています。」