製造業におけるデジタルツイン活用：メリット、ユースケース、課題

エンタープライズクラスのインフラストラクチャが、デジタルツインイニシアチブの効果を高め、革新的なアプリケーションを可能にする

デジタルツインは、メーカーに製品と施設の設計、監視、管理の新たな方法を提供する。基本的なデジタルツイン概念は10年以上前から存在するが、Edge Compute、IoT、5Gなどの接続技術とサービスの最近の導入と大規模利用により、デジタルツインが産業アプリケーションで実用的になった。

しかし、商用現場での新技術活用と同様、克服すべき課題、定義すべきユースケース、学ぶべきベストプラクティス、デジタルツイン活用のビジネス価値実証の必要性がある。これらを整理するため、RTInsightsはDell TechnologiesのインダストリアルIoT・エッジ戦略ディレクター、Todd Edmunds氏に話を聞いた。

製造業でのデジタルツインへの高い関心の理由、イネーブリング技術、ユースケース、障壁、デジタルツイン活用の始め方について探った。

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製造業におけるデジタルツイン

RTInsights: デジタルツインとは何か。なぜ製造業で関心が高いのか？

Edmunds: デジタルツインは、実際の物理オブジェクト、システム、組織のバーチャルコピーだ。そしてリアルタイムデータと組み合わせると、そのオブジェクト、システム、組織の運用に関する貴重なインサイトを提供できる。製造業では複数の異なるタイプのデジタルツインがあり得るが、業界はまだ何と呼ぶべきか合意形成中だ。まずは運用デジタルツインから始めよう。運用デジタルツインでは、「今何が起きているか？」という問いに答えられる。例えば、工場のロボットに何が起きているか。このタイプのデジタルツインでは、「今工場で何をすべきか？」も問える。これらロボットに予知保全をすべきか？自分が生産する製品に関連する長期品質メトリクスを、そのデジタルツインでどう見るか？

次は次世代のデジタルツイン、より高度なシミュレーションツインだ。これは「もし〜ならどうなるか？」という問いに答える。ライン速度を25%上げたらどうなるか？その製造ラインのロボットとその他資産が早期故障するか？もしそうなら、修理コスト増大しても、今すぐ工場からより多くの生産が得られ、利益率が高まるなら、それは価値があるか？これら次世代・包括的デジタルツインは、インダストリー4.0、スマートマニュファクチャリング、産業IoTアプリケーションでほぼ無限の可能性を秘めている。

適切なデジタルツインと、それをホストする適切なインフラがあれば、ほぼ全てのインダストリー4.0ユースケース、最新スマートマニュファクチャリングイニシアチブで実現可能な全効率化を、そのデジタルツイン実装に統合できる。ここに真の価値がある。予知保全、工場可視化、分析、AI、さらにはAR/VRまでを単一ソリューションで統合。プラントマネージャーがバーチャルに製造フロアを歩き回り、工場全体、さらにはロボットや機械など全設備の内部で何が起きているか即座に把握できることを想像してほしい。

イネーブリング技術

RTInsights: デジタルツイン活用に必要なイネーブリング技術は？

Edmunds: エッジコンピューティング（データ生成・処理場所にコンピュートパワーを近づける）は、組織がより迅速な意思決定とクラウドコスト削減を目指す中、業界全体で現在最もホットなトピックだ。また、デジタルツインに必要な技術を実装する効率的な方法でもある。具体的に製造業と産業向けには、デジタルツイン導入に非常に有用な2種類のエッジコンピューティングがある。

第一はインダストリアルエッジでのコンピューティングだ。インダストリアルエッジは、プラントフロアに設置され、ほとんどの製造施設で見られる極端な温度、高振動、過酷な環境で動作する堅牢デバイスを含む。インダストリアルエッジコンピュートは、データを容易に共有しないプラントフロアデバイスに接続し、データを取り出すのに使用される。例えば、ロボットのデジタルツインには、精度と運用価値を維持するためにリアルタイムステータスデータの継続的な流れが必要だ。インダストリアルエッジコンピュートデバイスを用いて、関連する制御、センサー、環境情報を取り込み処理する。

第二に重要なのはエンタープライズエッジだ。シックエッジとも呼ばれ、オンプレミスのエンタープライズグレードのコンピュート、ストレージ、ネットワークインフラストラクチャであり、真のデジタルツイン実装に必要なデータとワークロードを処理するために必要だ。大規模工場の数百・数千のプラントフロア資産を考えると、それら多数のデジタルツイン実装に必要な全データをクラウドのみに保存することは不可能だ。帯域幅要件、レイテンシ制約、セキュリティポリシー、データ量、データ主権問題、クラウドとのデータ転送にかかる多額のコストが、全て proibitively 高すぎる。

したがって、オンプレミスのエンタープライズグレードインフラストラクチャが、工場に存在する多数のデジタルツインのデータとワークロードを処理するために不可欠だ。さらに5Gと今後のWi-Fi 6接続を加えると、この分散エッジコンピュートアーキテクチャにより、これら新技術が可能にする新たな情報ストリームへのアクセスと活用が格段に容易になる。

デジタルツインのメリット

RTInsights: 製造業でデジタルツインはどう活用され、メリットは何か？

Edmunds: 3つの広いカテゴリーがあり、最後にいくつか例を挙げる。第一に、デジタルツインは製品のエンドツーエンド設計とエンジニアリングへのインサイトを提供できる。メーカーは、製品に関する全情報を一箇所に保持するバーチャル製品開発環境を構築でき、製造組織に典型的に存在するデータサイロ問題を解決できる。

第二に、デジタルツインは高価値生産資産の現在のステータスと条件へのインサイトを提供するために使用できる。デジタルツインを用いて、資産のリアルタイムステータスとトレンド、それが工場全体の運用にどう影響しているかを監視・反応できる。分析とAIを適用することで、デジタルツインを用いて生産中に資産がいつ故障するかを予測し、スループットメトリクスに影響する前に通常ダウンタイム中にメンテナンスをスケジュールできる。

第三のカテゴリーが次世代ユースケースで、将来の意思決定へのインサイトを与える。こうしたデジタルツインは、より高度なAIと分析を適用し、資産の機能性を最適化する。コスト、メンテナンス時間、ダウンタイムも削減する。例えば、有名なF1レーシングチームMcLarenは、デジタルツイン能力を用いて、F1レーシングカーの製造期間を通常42ヶ月から24ヶ月に短縮した。同じデジタルツイン技術を適用し、市販ハイパーカーP1を、業界標準の半分の時間とコストで開発した。

もう一つの例は、米軍向けに開発中で、デジタルツインを用いて軍用車両の異なるイテレーションを構築し、生存性を最適化・テストするものだ。デジタルツイン技術により、数百・数千の異なる攻撃シナリオでの車両性能をシミュレートし、複数箇所への異なる種類の兵器着弾をシミュレートできる。デジタルツインを用いることで、より安全で、より生存性の高い車両を構築できる。

デジタルツインの課題

RTInsights: デジタルツインの導入と活用における課題は？

Edmunds: デジタルツインには、データとワークロードを処理するエンタープライズグレードのインフラストラクチャが必要だ。そのエンタープライズインフラは、セキュリティ、スケーラビリティ、信頼性を中心に設計される必要がある。デジタルツインデータの価値が見え始めると、信頼性とスケーラビリティが鍵となり、それには適切なインフラへの先行投資が必要だ。これにより、最高価値のデジタルツインイニシアチブを特定し、ROIを定量化して、最も効率的なアーキテクチャ実装の価値を正当化する必要性が生じる。そうすることで、デジタルツインを最初から正しく、ROIを実現するために必要なエンタープライズグレードインフラで実装できる。

もう一つの課題は、今日のデジタルツインがかなり新しい段階、かなり新しい概念だということだ。デジタルツインは数十年前から存在するが、プラントフロアの資産、システム、システムオブシステムの正確なレプリカという点まではまだ到達していない。それが業界の向かう先であり、一部のトップ企業がその真のデジタルツインを実装できるソフトウェアとアプリケーション構築にしのぎを削っている。まだ誰も完全には到達していない。このデジタルツインエコシステムの様々な部分を扱える非常に優れた企業とアプリケーションは多数存在する。しかし、エンドツーエンドの単一究極ソリューションはまだ存在しない。

デジタルツインを始めるには

RTInsights: 企業はデジタルツインをどう始めればよいか？

デジタルツインから得たい価値、目標を見極め、インフラ投資の準備をすることだ。最初からフルエンドツーエンドインフラで始める必要はない。しかし、インフラは、ROIを実現する形でデジタルツインを作成するために必要なデータとコンピュートワークロードを処理できるよう、広く深くスケール可能に設計されていなければならない。

したがって、初期のデジタルツイン実装で小さく始めることができる。適切なインフラなら、その上に複数のデジタルツインを追加し、あらゆるタイプの数百・数千のデジタルツインまでスケールできる。

もう一つの始め方は、急速に形成されつつあるデジタルツインエコシステムに参加することだ。最良の一つがDigital Twin Consortiumだ。Digital Twin Consortiumは、デジタルツイン技術のイノベーションを推進する協調組織で、Dell Technologies、Ansys、GE、Microsoft、Lendleaseによって設立され、産業IoTとインダストリー4.0空域の内外を問わず主要技術プレーヤーが参加している。製造ワーキンググループのほか、インフラ・建築、天然資源、航空宇宙・防衛向けの業界特化グループがある。誰でも参加可能だ。参加は、デジタルツインについて学び、他社の取り組みを知り、デジタルツインの用語・技術・タクソノミーとその可能性の未来を形作る素晴らしい方法だ。