デジタルツイン統合による産業IoTの革新

産業用Internet of Things（IIoT）は、インテリジェントなセンサーとアクチュエータを使用して、データを監視、収集、分析、共有します。IIoTとインダストリー4.0の進展により、センサーを使用してプロセスを自動化し、人的介入を減らすことで効率を高めるスマート機械の利用が増加しています。これらのセンサーによって生成される膨大な量のデータは、産業プロセスへの重要な洞察を得るために使用されます。このデータを用いてさまざまなAI/MLベースのモデルが訓練され、その出力はシステムの効率を改善するためのアップグレードや変更の形で現れます。これらのアップグレードや変更を実際のシステムに導入するには、ミッションクリティカルなシステムやプロセスへの障害や損傷のリスクが伴います。ミッションクリティカルシステムの障害は、産業界と一般市民の双方に多大な損害を与える可能性があります。また、送電システムのような不可欠なサービスは、システムを崩壊させないことが確実になるまで、直接アップグレードや変更を行うことはできません。ここでデジタルツインが、産業界がこれらの変更をより安全かつ効率的に実装するのを支援します。

デジタルツインは、物理システムのデジタル世界におけるプロキシ（代理）として理解できます。これは、特定の産業が保有する資産のデジタルレプリカです。物理属性とデジタル属性を結ぶリンクは「デジタルツイン（デジタルスレッド）」と呼ばれます。産業現場のさまざまなセンサーとアクチュエータから収集されたデータを使用してデジタルレプリカを構築し、物理資産の構造、文脈、振る舞いへのアクセスを提供します。システムの過去と現在の状態を観察し、それに基づいてアップグレードや変更を加えた場合の将来の振る舞いを予測できます。これは時間とコストを節約するだけでなく、実際のシステムへの損傷も防ぎます。デジタルツインは、継続的なプロセス改善、設計改善、効率的な運用、予知保全、機械の条件ベース監視を可能にします。

デジタルツインが産業を変革する仕組み

インダストリー4.0は、データのより高速な収集、処理、管理による自動化とデジタル化がすべてです。エッジセンサーが従来のセンサー技術に取って代わり、より高速な処理とデータ共有を促進しています。5Gのようなテクノロジーも徐々に普及し、データ転送速度とノード間の接続性を向上させています。しかし、このようなテクノロジーの統合には、高額な投資コスト、センサーの互換性、データセキュリティ、スケーラビリティといった課題が残っています。これらの課題により、事業主がデジタル化に巨額を投資することは困難です。

上記の欠点の大半は、デジタルツインテクノロジーによって解決されます。既存の物理セットアップを、デジタルツイン（デジタルスレッド）を通じて実世界の機械と接続されたデジタル形式に変換します。AI/MLモデルの助けを借りて、センサーからのデータ、過去の統計、オープンソースデータを取り込み、機械の完全な動作をデジタル形式にマッピングできます。このプロキシマシンを使用して、実際の機械に変更を加えた際の反応を予測します。したがって、エッジセンサーや5G互換性などの新しいテクノロジーの統合では、実験を仮想世界で行い、最良のソリューションのみを現実世界に実装します。この完全なプロセスは時間とコストを節約し、さらなるデジタル化に利用できる機械のデジタルコピーも作成します。

デジタルツインは、製造、エネルギー、輸送、建設など、さまざまな産業で使用されています。さまざまなメーカーとサービスプロバイダーが、航空機エンジン、鉄道車両、洋上プラットフォーム、風力タービンのプロキシ構築にデジタルツインを活用しています。これらの分野の企業は、これらの製品の運用と保守を最適化するためにデジタルツインに投資しています。

デジタルツインは、3つの主要領域で産業に例外的な価値を提供します。第一は、製造プロセスへの改善の推進です。プロトタイピングと設計から物理的な製造まで、企業は実際の出力と期待される出力を継続的に監視し、ほぼ完璧な製品を作るために変更を加えられます。ライン障害を予測し、必要な措置を講じて目標達成を図ることで、製造オペレーションを最適化できます。

第二の領域は予防保全です。デジタルツインを使用して過去データを分析し、実際のシステムからのリアルタイム入力を取り込み、故障を予測して予防保全を提案し、故障を未然に防ぎます。技術者はリモートで分析し、予防的な調整を行い、物理的な調整が必要な場合は、事前に部品を注文して時間を節約できます。

第三の領域は、既存製品・サービスの顧客利用状況に基づく新製品開発と新市場参入です。デジタルツインは、顧客が製品をどのように使用しているか、新製品の設計と製造において何を変更すべきか、市場浸透の向上、新市場の獲得、顧客満足度の改善につながる洞察を提供します。これにより、企業が市場調査と顧客フィードバックに費やすコストを大幅に削減できます。

デジタルツインとIoTの未来

航空機エンジンや製造現場の複雑な機械をデジタルツイン化することは、このテクノロジーがもたらす革命の終わりではなく、始まりに過ぎません。エッジコンピューティングの進歩と強力なエッジデバイスが産業に導入され、プライベート5Gのような高度なネットワークシステムで接続されることで、デジタルツイン相互の接続が可能になります。その結果、接続された機器の完全なチェーン、すなわちデジタルファクトリーが形成されます。

例えば、シンガポールは都市全体のデジタルツインを作成し、交通、汚染、気候、都市レイアウトを追跡しています。都市管理者はアクセシビリティオプションのテスト、新築の潜在的影響の把握、緊急対応の管理、都市の健全性監視が可能です。一方、医師はCOVID-19患者の治療において、患者固有の肺のデジタルツインを作成し、人工呼吸器の使用判断を支援しています。

まだ新興テクノロジーではありますが、デジタルツインが未来であることは疑いようがありません。運用、保守、財務、営業、マーケティングなど、部門を超えて統一された実世界データソースにアクセスし、予知保全、設計改善、利用状況の理解、価格調整に活用できる無限の応用可能性を秘めています。