デジタルツイン統合による産業用IoTの変革

産業用モノのインターネット（IIoT）は、データを監視、収集、分析、共有するインテリジェントなセンサーとアクチュエーターを使用しています。 IIoTとインダストリー4.0は、センサーを使用してプロセスを自動化し、人間の干渉を減らすことで効率を高めるスマート機械の使用を増やしています。これらのセンサーによって生成された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。さまざまなAI/MLベースのモデルがこのデータでトレーニングされ、これらのモデルの出力は、効率を向上させるためにシステムに加えることができるアップグレードと変更の形式になります。これらのアップグレードと実際のシステムへの変更の実装には、ミッションクリティカルなシステムとプロセスの障害または損傷のリスクが伴います。ミッションクリティカルなシステムの障害は、業界と一般市民の両方に多大な損害をもたらす可能性があります。また、伝送システムなどの重要なサービスは、変更によってシステムが崩壊しないことを確認せずに、直接アップグレードまたは変更することはできません。これは、業界がより安全で効率的な方法でこれらの変更を実装するのを支援するためにDigitalTwinが介入する場所です。

デジタルツインは、デジタル世界の物理システムのプロキシとして理解できます。これは、特定の業界が持つ資産のデジタルレプリカです。物理属性をデジタル属性に結合するリンクは、デジタルスレッドと呼ばれます。産業用セットアップのさまざまなセンサーやアクチュエーターから収集されたデータは、デジタルレプリカを構築するために使用されます。これにより、ユーザーは物理的な資産の構造、コンテキスト、および動作にアクセスできます。システムの過去と現在の状態を観察し、それに基づいて、システムにアップグレードまたは変更を加えた場合の将来の動作を予測できます。これにより、時間と費用を節約できるだけでなく、実際のシステムへの損傷を防ぐことができます。デジタルツインは、継続的なプロセスの改善、設計の改善、効率的な運用、予知保全、および機械の条件付き状態を可能にします。

デジタルツインが業界をどのように変革しているか

インダストリー4.0は、データの収集、処理、管理を高速化することによる自動化とデジタル化がすべてです。エッジセンサーは、データのより高速な処理とより迅速な共有を容易にするために、従来のセンサー技術に取って代わりつつあります。 5Gのようなテクノロジーは、データ転送速度と異なるノード間の接続性を改善するためにゆっくりとペースを上げています。このようなテクノロジーの統合には、高い投資コスト、センサーの互換性、データセキュリティ、スケーラビリティなど、さまざまな課題があります。これらの課題により、事業主はデジタル化に巨額の投資を行うことが困難になっています。

上記の欠点の大部分は、デジタルツインテクノロジーによって解決されます。既存の物理的なセットアップは、デジタルスレッドを介して実際のマシンに接続されるデジタル形式に変換されます。 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、およびオープンソースデータを取り込むことにより、マシンの完全な動作をデジタル形式にマッピングすることができます。このプロキシマシンは、変更が加えられたときに実際のマシンがどのように応答するかを予測するために使用されます。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を統合するために、実験は仮想世界で実施され、最良のソリューションのみが現実世界で実装されます。完全なプロセスにより、時間とコストが節約され、さらにデジタル化に使用できるマシンのデジタルコピーが作成されます。

デジタルツインは、製造、エネルギー、輸送、建設など、さまざまな業界で使用されています。さまざまなメーカーやサービスプロバイダーが、航空機エンジン、機関車、オフショアプラットフォーム、風力タービンのプロキシを構築するためにデジタルツインを使用しています。これらのセクターの企業は、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つの主要分野で業界に並外れた価値を提供します。 1つ目は、製造プロセスの改善を推進することです。製品のプロトタイピングや設計から物理的な製造に至るまで、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成するために変更を加えることができます。製造業務は、ライン障害を予測し、必要な目標を達成するために必要な手順を実行することで最適化できます。

2つ目の領域は、デジタルツインを使用して過去のデータを分析し、実際のシステムからリアルタイムの入力を取り込んで障害を予測し、障害を防ぐための予防保守を提案できる予防保守です。技術者はリモートで分析して予防調整を行うことができ、物理的な調整が必要な場合は、技術者が事前にリモートで部品を分析して注文することで時間を節約できます。

第3の分野は、顧客による既存の製品やサービスの使用に基づいて、新製品を開発し、新しい市場に参入することです。デジタルツインは、製品が顧客によってどのように使用されているか、および市場浸透を改善し、新しい市場を獲得し、顧客満足度を向上させるために、新製品の設計と製造にどのような変更を加えることができるか、または行う必要があるかについての洞察を提供するのに役立ちます。これにより、企業が市場調査や顧客からのフィードバックに費やす金額を大幅に削減できます。

デジタルツインとIoTの今後の展望

飛行機のエンジンや複雑な機械を製造ユニットからデジタルでツイン化することは、終わりではなく、テクノロジーがもたらしようとしている革命の始まりにすぎません。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は、プライベート5Gなどの高度なネットワークシステムによって接続されている業界に導入されており、デジタルツインの相互接続を可能にします。その結果、接続された機器の完全なチェーンがデジタルファクトリーを構成します。

たとえば、シンガポールは、交通、汚染、気候、都市のレイアウトを追跡するために、都市の完全なデジタルツインを作成しました。これにより、都市の管理者は、アクセシビリティオプションをテストし、新築の潜在的な影響を確認し、緊急対応を管理し、都市の健康状態を監視できます。一方、医師は、COVID-19患者を治療する際の人工呼吸器の使用に関する決定を支援するために、患者固有の肺のデジタルツインを作成しています。

まだ新しいテクノロジーですが、デジタルツインが未来であることは間違いありません。運用、保守、財務、販売、マーケティングの各部門にまたがる無限のアプリケーションがあり、実際のデータの統一されたソースにアクセスして、保守を予測し、設計を改善し、使用法を理解し、価格を調整します。