デジタルツイン徹底解説：メリット、ユースケース、産業応用

デジタルツインとは

デジタルツインは、物理的なオブジェクトやプロセスのデジタル/バーチャルな表現（レプリカ）です。これらのデジタル表現は、実プロセスに設置されたセンサーで取得した実データで供給され、人工知能（AI）技術で処理されます。つまり、これらのデータによって実プロセスをバーチャルに再現します。ここから、振る舞いのシミュレーション、オブジェクト/プロセスの動作予測などが可能になります。

産業環境では、製品デジタルツインとプロセスデジタルツインが見られます。

• 製品デジタルツインは、製品のすべての物理的構成要素（電子、機械、ソフトウェア）をバーチャルに表現します。

  このバーチャル表現により、製造プロセスと使用時のさまざまな状況をシミュレーション可能。あらゆる面で検証・テストし、製造前に問題を洗い出せます。

• プロセスデジタルツインは、すべての段階を統合した生産ラインのバーチャル再現です。プロセスが実稼働中なら実データで特定振る舞いをシミュレーション可能。逆に設計段階なら、データと状況をシミュレーションしてから稼働できます。

デジタルツインは、表現対象のプロセス/製品と利用可能なデータ量に応じて、非常に複雑なものからシンプルなものまであり得ます。

デジタルツインの仕組み

デジタルツインを開発・導入するには、物理環境で生成される情報を収集することが必要です。この情報は、センサーやその他のデバイスがプロセス/製品の状態に関する実データとして収集します。

一方、この情報を適切に処理・解析する必要があります。この膨大なデータ量を扱うため、センサーとデバイスをクラウドベースのシステムに接続し、リアルタイムでデータを受信・処理できるようにする必要があります。データ処理後、バーチャルレプリカ、すなわちデジタルツインを生成できます。

デジタルツインはセンサーからの情報をリアルタイムで受信し、現実で起きていることを模倣します。したがって、プロセスや機械の開発・運用中に発生しうる潜在的問題をバーチャルに表現でき、振る舞いの改善と機械効率の向上に非常に有用です。

したがって、プロセスのすべての段階がデジタルツイン作成に関与することが必要です。すべての段階から情報を取得すれば、このバーチャルレプリカは実プロセスをより忠実に表現します。

デジタルツインのメリット

デジタルツインは、プロセスと製品の振る舞いを改善し、一般的に効率を向上させるため、多くのメリットがあります：

• 将来発生しうる潜在的問題を予測可能。製品欠陥削減と製造時間短縮などに寄与
• 実情報による生産プロセスの改善と最適化
• 計画外ダウンタイムの削減（潜在的エラーによる）
• あらゆる状況とケースをシミュレーションできるため、事故を削減
• 予防保全タスク実施によるメンテナンスコスト削減
• シミュレーション、失敗・非効率の特定による継続的改善の機会

デジタルツインは、新技術をバーチャルでテストし、振る舞いをシミュレーション、リスクを低減する優れたインダストリー4.0ツールです。また、リアルタイムで活動を監視し、発生する振る舞いと状態を最適化できます。生産性損失を最小限に抑え、プロセス/製品のパフォーマンス評価をリアルタイムで実行可能です。

産業におけるデジタルツインの応用

デジタルツインはあらゆる産業と多様な用途に適用可能です。業界と応用例を紹介します：

• 製造業

  すべての段階を含む完全なプロセスをシミュレーション可能。これによりプロセス全体を最適化できます。設計と製造プロセスの両方で製品に直接適用可能。製品や生産プロセスの動作を稼働前に予測でき、潜在的エラーを予測しコストを削減します。

• エネルギー

  実データベースのモデルで、大量データを分析し発電活動を最適化する振る舞いを予測。デジタルツインで発電所の性能をモデリングし、状態と運転を表現。エネルギー需要の特定、新プラント導入コスト削減、エネルギー貯蔵段階での意思決定改善にも貢献。

• 自動車

  これらのバーチャル表現は、生産時とその後の車両運用の両方で、振る舞いをシミュレーションし潜在的故障を予防できます。デジタルツインでコスト削減と生産段階でのエラー減少。潜在的ボトルネック特定と開発期間短縮も可能。最終的な車両品質も向上。

• 物流

  デジタルツインは資材と人のフローをシミュレーションし、物流プロセスの改善と最適化に貢献。プロセスのすべての状態を取得し、さまざまなシナリオをシミュレーション。これらのシミュレーションは意思決定のための情報を提供し、各ケースで最適な判断を可能にします。

結論として、デジタルツインは、現実世界で実施するよりはるかにコスト効率よくバーチャルテストを実行できます。新技術のテスト、失敗の削減、あらゆるプロセスと製品の最適化を可能にします。

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