デジタルツインテクノロジーが製造業の才能のギャップをどのように埋めているか

組織が事業運営の仮想表現を作成するデジタルツインの概念は、何十年にもわたってさまざまな形で存在していましたが、近年、大きな変化を遂げています。

以前は、スプレッドシートを使用してデータを入力し、さまざまなシナリオの潜在的な結果を確認することで、デジタルツインが作成されていました。人工知能とバーチャルリアリティの進歩のおかげで、デジタルツインテクノロジーは、世界中のどこからでもアクセスできる無限のデータストリームに基づいて、より速く、より正確な予測で進歩しました。これは本質的に、製造会社の「メタバース」を作成することです。

データの直接フィードを使用し、機械学習を適用することで、デジタルツインテクノロジーにより、製造工場はデータをリアルタイムで利用して、よりスマートで効率的になります。これは、製造プロセスのギャップを特定し、情報を収集する際の精度を高めて、メンテナンスまたは障害生成の問題のタイミングを予測することによって行われます。これらの問題を早期または発生前に管理することで、ダウンタイムと生産性の損失を防ぎます。

製造業が熟練した労働力の不足に取り組んでいるため、デジタルツインテクノロジーは、リソースの制限にもかかわらず、リーダーが生産的で安全な工場フロアを維持するのに役立っています。

リーンオペレーションのサポート

経験豊富な製造業労働者が引退し、彼らを置き換えるために利用できる熟練労働者がほとんどいないため、米国の産業部門は数年間スキル不足に直面しています。 COVID-19のパンデミックに後押しされた大量退職は、挑戦に加わっただけです。

メーカーが新しい才能を引き付け、採用し、訓練するのに苦労しているため、デジタルツインテクノロジーは多くのメーカーの生命線として機能しています。企業はこれを使用してさまざまな機器のセットアップをテストし、最も生産的なオプションを見つけてダウンタイムを防ぎます。さらに、自動化により、利用可能な労働力が減少しても、多くの製造工場が生産を継続できるようになります。デジタルツインがデータを分析して、さまざまな入力とプロセスが生産性にどのように影響するかを確認するため、1人のマシンオペレーターが複数のマシンを自律的に実行できます。

デジタルツインテクノロジーは、製造のプロトタイピング段階で特に役立ちます。この段階では、チームが製品の複数の反復を開発して、どの設計と材料が最良の最終部品を生成するかを決定します。デジタルツインは、プロトタイピングプロセスを合理化して、コストを削減しながら市場投入までの時間を短縮できます。デジタルツインプロトタイプはデジタルレンダリングであり、設計チームは、材料や製造時間を複数の可能な反復に費やすことなく、現実の世界でさまざまなモデルがどのように機能するかを確認できます。プロトタイプには、物理​​的属性、プロパティ、動作パラメータ、部品表、部品番号などに関する情報を含めることができます。デジタルプロトタイプを使用すると、プロセスのかなり早い段階で製品を構築でき、仮想現実を使用してシミュレーションを実行できます。物理的なマシンを構築する前に、設計を改善するためにすばやく変更を加えることができます。

従来の市場投入までの時間に2〜3回のプロトタイピングサイクルが必要な場合、初期から中期にデジタルツインを使用すると、プロトタイピングサイクル全体を1つ排除でき、時間、リソース、およびコストを削減できます。

職場の状況を最適化する

デジタルツインは、特定の時間に働く従業員の数、およびスキルレベルと機器のニーズを考慮に入れることで、特定の従業員を別のエリアに移動することによって生産性がどのように影響を受けるかをシミュレートできます。ワークフローのバランスを取り、作業者と機器のどの組み合わせが最も生産性が高いかを予測できます。

デジタルツインは、機器の使用年数、使用された材料、保守記録、その他のデータポイントなどの要因に基づいて障害を予測することもできるため、作業者は予防保守を優先して不要なダウンタイムを回避できます。

機器が故障した場合、デジタルツインにより仮想トラブルシューティングが可能になり、スタッフは障害の原因と考えられる解決策を調査できます。これにより、問題を診断して手動で解決策を見つけるために必要な不必要な時間と労力が削減されます。リーダーは、潜在的な機器の問題を1つずつ確認するのではなく、適切な専門家の助けを借りて問題を解決できます。デジタルツインは高性能のコンピューターで実行されるため、分析とシミュレーションは数時間または数日ではなく、数分で実行できます。

実装の手順

シニアリーダーがデジタルツインテクノロジーの潜在的な利益に参加すると、製造リーダーは実装プロセスを進めることができます。新しいテクノロジーが導入されると、次の重要なステップを踏むことが重要になります。

• 目標を設定します。 デジタルツインを作成する技術的なプロセスを開始する前に、デジタルツインが何をするかを確立します。どのようなビジネス関連の問題を解決することを意味しますか？障害を報告するのは監視装置ですか？障害を予測し、予防保守を推奨しますか？または、シミュレーションを実行して、さまざまなアクティビティが生産性にどのように影響するかを確認しますか？デジタルツインデータは、予防保守の予測など、組織が必要とする問題を解決するのに役立ちますが、デジタルツインデータがよりスマートになり、より多くのデータが収集されるため、他の改善領域を示すこともできます。何を監視する必要があるかという問題もあります。 1台のマシンまたは生産ラインにデジタルツインが必要ですか、それともプラント全体のより大きなものが必要ですか？プラントのあらゆる側面を監視したくなるかもしれませんが、投資収益率が最大になる領域に焦点を合わせてください。デジタルツインはいつでも後で拡張できます。
• 適切なソフトウェアを見つけます。 メーカーにとって、デジタルツインクリエーターを選択することは、ショップ内の他のツールを選択することと同じです。アプリケーション、目標、およびそれらを達成するために必要なものについて考えてください。機器の運用効率を監視するだけの場合は、限られたデジタルツインで十分ですが、シミュレーションを実行するには、より高度なテクノロジーが必要になります。
• CADモデルとデータをインポートします。 これは物事が本当に一緒になり始めるところです。コンピューター支援設計（CAD）モデルやその他のデータストリームをソフトウェアにインポートすると、デジタルツインを構築できます。デジタルツインの複雑さ（監視とシミュレーション、単一マシンとフル稼働プラント）に応じて、正確な仮想表現を作成するために必要なデータは大きく異なります。一般に、最良の結果を得るには、できるだけ多くのデータストリームをエクスポートすることを期待してください。
• 安全な接続を作成します。 デジタルツインはシステム間でデータを絶えず転送する必要があるため、主要な製造工場をハッキングやその他の干渉から保護するには、安全なネットワークが不可欠です。デジタルツインプラットフォームを選択するときは、リスクを最小限に抑えるために実施されているセキュリティ対策について質問してください。
• 規模を計画します。 たった1台のマシンまたはライン用のデジタルツインから始めたとしても、必要なコンピューティング能力は、店内の標準的なシステムを超える可能性があります。ツールとプラットフォームを検討するときは、スケールを計画し、クラウドテクノロジーを利用して、後で他のマシンラインを追加することを選択した場合に成長の余地があることを確認してください。

デジタルツインを設定すると、製造業者は製造現場の生産性と安全性を向上させることができますが、成功するにはいくつかの条件を満たす必要があります。安全なネットワークを確保するのと同様に、正確なデータへのアクセスを提供することは非常に重要です。技術仕様を超えて、リーダーは、すべての従業員がプロセスに参加していることを確認するために、十分なトレーニング、コミュニケーション、およびインセンティブを提供する必要があります。効果的な変更管理は、実装を成功させるための鍵です。プロバイダーは、プラットフォームの使用方法についてスタッフをトレーニングしながら、デジタルツインの利点を示す必要があります。精度が常に100％であるとは限りませんが、特に最初は、80％から90％でも、デジタルツインは簡単に結果を改善でき、より多くのデータを受信して​​分析するにつれて、さらに向上し続けることを理解することが重要です。

この分野で経験豊富なパートナーと協力することは、メーカーが価値を実現するのにも役立ちます。特定のプラントの設置方法、使用されている機器の種類、および業界固有の課題の詳細を理解しているデジタルツインプロバイダーは、会社のニーズと目標を満たすデジタルツインをより適切に作成できるようになります。

CV Ramachandranはデジタルトランスフォーメーションと運用改善の専門家であり、VigneshRameshはPAコンサルティングのデジタルヘルスの専門家です。