本記事では、デジタルツインについて、そのメリットや活用事例などを交えて詳しく紹介していきます。
デジタルツインとは
デジタルツインはさまざまな業界において導入されていますが、特に製造業において効果があるとされています。例えば、デジタルツインを使ってリアルタイムでトラブルに関連するデータの収集や分析をすることで、原因を素早く改善することが可能です。また、仮想空間に利用状況を反映してデータを蓄積することで、製品の改善につなげやすくなります。この章では、デジタルツインとはどのようなものか、詳しく解説します。
デジタルツインとは仮想空間に現実社会のコピーを作成する技術
デジタルツインとは、製造業界で注目されている最新の技術の1つです。この技術は、現実世界の製品や設備などの物理的な要素を、仮想的な空間に再現できます。
この技術の導入には、多くのメリットがありますが大きな点は、設備の効率性や生産性を向上させることが可能という点です。具体的には、製造ラインでのトラブルシューティングやメンテナンスの予防に役立ちます。また、製品の品質管理や新製品の開発にも活用できます。
総務省のデジタルツインに関する取り組み
総務省は地方自治体の施設や建物を対象に、デジタルツインの構築を進めています。この取り組みにより、災害時の対応や施設の効率的な管理が可能になると期待されています。
製造業においては製造プロセスの最適化に加えて、品質管理や新製品開発などのさまざまな局面で活用可能です。そのため、デジタルツインは製造業界において今後ますます重要な技術となっていくことでしょう。また、総務省の取り組みのように、公共の分野でも活用されることで社会全体の効率性の向上への貢献が期待されます。
デジタルツイン・シミュレーション・メタバースの違い
デジタルツインやシミュレーション、メタバースなど似たような概念が多く存在するため混乱する方もいるのではないでしょうか。ここからはデジタルツインとそれ以外の各概念との違いについて説明していきます。
シミュレーションとはどう違うのか
シミュレーションとは、現実空間で起きていることを他の場所で再現することを指します。一方、デジタルツインは、シミュレーションの1つの方法といえますが、違いはリアルタイム、という点です。デジタルツインでは、仮想空間にリアルタイムで再現することができます。このため、現実空間での状況を瞬時に高精度で把握し、適切なシミュレーションが可能になります。
例えば、自動車製造において走行のシミュレーションとしてデジタルツインを活用することが可能です。実際の自動車を製造する前に、デジタルツインを使用して、製品の設計や製造工程を最適化することができます。また、生産ラインの機器の設定や運用方法をシミュレーションして、生産性を向上させることも可能です。
メタバースとはどう違うのか
デジタルツインは、製品やプロセスの物理的なモデルを作成し、現実空間を忠実に再現したデジタル空間でその動作や挙動をシミュレーションすることで、製品の開発や製造、メンテナンスにおいて効率的に利用可能です。一方で、メタバースは現実の世界とは必ずしも一致しない仮想的な空間であり、ビジネスやエンターテインメントなどさまざまな目的に使用されます。
製造業においてメタバースは、製品をメタバース上で仮想設計してシミュレーションしたり、メタバース上にデジタルツイン工場を構築することで製造ラインを再現しリアルタイムにシミュレーションするなどさまざまな方法で活用されています。
製造業におけるデジタルツインの5つのメリット
デジタルツインは、製造業において次の5つのメリットをもたらしています。
- 生産効率向上
- 品質管理の強化
- 開発コスト削減
- オンデマンド生産の実現
- サプライチェーン最適化
メリット1.生産効率向上
デジタルツインの導入により、生産ラインの精度の高い仮想モデルを短時間で作成し、最適な生産プロセスを設計することが可能です。これにより、従来の試行錯誤による改善作業を時間をかけて繰り返す必要がなくなり、生産効率の向上が期待できます。また、生産ライン全体を把握できるため、工程間のスムーズな連携や作業の自動化にもつながります。
メリット2.品質管理の強化
デジタルツインの導入で、製品や製造プロセスの仮想モデルを作成し、シミュレーションすることが可能です。これにより、品質管理において異常値や欠陥部分を検知し早期に対応できます。また、従来は現地での観察や測定が必要であった品質管理作業がデジタルツインの導入により、より迅速かつ正確に行えるようになる場合もあります。
メリット3.開発コスト削減
デジタルツインの活用で、製品の開発に必要な試作品やプロトタイプを減らせます。また、製品設計や生産プロセスのシミュレーションを行うことで、開発段階での問題点を早期に発見し改善できます。これにより、開発コストの削減を可能にすることができるでしょう。
メリット4.オンデマンド生産の実現
デジタルツインを活用することで、迅速で柔軟なオンデマンド生産を実現できます。従来の製造では大量生産に向けて生産ラインを設計することが多かったため、小ロットの製品生産やカスタマイズ生産には時間やコストがかかる傾向にありました。しかし、デジタルツインを用いることで製品の設計や製造工程を仮想的に再現し、設計変更や生産ラインの最適化を迅速かつ容易におこなうことが可能です。これにより、小ロットやカスタマイズ生産にも対応可能となり、顧客ニーズにより柔軟に対応できるようになりました。
メリット5.サプライチェーン最適化
デジタルツインを活用することで、サプライチェーンの最適化が可能です。サプライチェーンは、原材料の調達から製品の出荷までの流れであり、生産ラインや物流、在庫など多数の要素が関与する複雑なプロセスです。
デジタルツインを用いることで、各要素のデータを収集し仮想的に再現することができ、在庫の最適化や生産ラインの最適化などサプライチェーン全体の効率化が実現可能となります。また、物流や在庫の可視化により需要予測や在庫管理の精度を高めることができ、コストの削減にもつながるでしょう。
製造業でのデジタルツインの活用事例
製造業においてさまざまな企業でデジタルツインを活用しています。実際にデジタルツインを導入する際に、事例を参考にするとよいでしょう。今後自社において取り入れられる点を具体的なプランと比較することが可能です。
トヨタ｜スマートシティでの実証実験に活用
トヨタ自動車では、スマートシティでの実証実験にデジタルツインを活用中です。自動車やエネルギー、建物などが連携するスマートシティの構築を目指しており、デジタルツインは、車両やエネルギーシステムなどの設備を仮想空間に再現しシミュレーションに活用されています。この結果をもとに、自動運転車の開発に取り組むことができ、トヨタの技術力を向上させることができました。
参考：メタバース総研
ルノー｜ 車両開発プロセスの効率化に活用
ルノーでは、車両開発プロセスの効率化にデジタルツインを活用しています。デジタルツインの使用で、製品の開発プロセスの中での検証や評価を仮想空間上で行うことが可能となりました。
具体的には3Dデジタルツインを用いて、製品の開発から製造・保守までを一貫して管理しています。このことにより設計や生産ラインの最適化が可能になり、開発期間の短縮やコストの削減に貢献しています。
参考：impress
ダイキン工業｜「止まらない工場」の実現に活用
ダイキン工業では「止まらない工場」（生産ラインの停滞を最小化した工場）の実現にデジタルツインを活用中です。デジタルツインを活用して、工場の生産ラインの停滞を予測・改善し、生産効率の向上に取り組んでいます。製造設備や組み立て作業などの状態を仮想空間に再現し、生産ラインのモニタリングやトラブルシューティングを実施しています。
デジタルツインの導入で、生産ラインの停止時間を最小限に抑え生産性の向上につながっているといえるでしょう。
参考：日経XTECH
デンソー｜Maasの実現に活用
デンソーは、デジタルツインを活用して、MaaS（Mobility as a Service）サービスの実現に取り組んでいます。具体的には、車両の走行データや顧客情報を基に適切なサービス提供を実現し、顧客満足度の向上を図ることが目的です。デジタルツインの活用により、より効率的な車両管理が可能となり、MaaSサービスの提供につながっています。
参考：DENSO
デジタルツインを活かしたサービス｜日立製作所が提供するサプライチェーン最適化（SCO）サービスとは
製造業において、サプライチェーンの最適化や生産効率向上を実現するための注目技術がデジタルツインです。日立が提供するサプライチェーン最適化（SCO）サービスはデジタルツインを活用してサプライチェーンにおける効率性の向上やコスト削減、リードタイムの短縮、在庫の最適化、顧客サービスの向上などを目指しています。生産単体や、物流単体ではなく、「生産・物流・販売」までを1セットとしてのシミュレーションができる点が注目されている点です。
具体的には、製品のサイクル全体をデジタルツインとして再現し、製品の設計、製造、販売、アフターサービスなどの全ての行程での最適化を実現します。また、製品の在庫や物流に関する情報をリアルタイムに収集し、デジタルツイン上でシミュレーションを行うことで、サプライチェーンの効率化やコスト削減を実現します。
デジタルツインで活用される技術
製造業におけるデジタルツインでは、IoT、AI、5G、VRなどが生産プロセスの改善に活用されています。
データ収集のための【IoT】
IoTはデジタルツインにおいて主にデータ収集を行うための技術です。製造ライン上の機械や製品にカメラやセンサーを取り付け、工場設備や機器からリアルタイムで製品の状態や生産プロセスのデータを収集できます。これにより、製品の品質管理や生産プロセスの最適化など多岐にわたる用途において活用可能です。
例えば、食品メーカーではIoTを活用して製品の温度や湿度、振動などをリアルタイムに収集し、製品の品質を確保している場合があります。
IoTの導入により、従来は手動で行っていた作業が自動化され効率的な生産プロセスを実現できます。
データ分析のための【AI】
AIは収集されたデータを収集および学習し、問題点の洗い出しや改善策の提案などに向けて、高度なデータ分析を行うための技術です。IoTで収集したデータを解析することで、生産プロセスの最適化やトラブルの予測などを行うことが可能です。
例えば、AIを活用して生産ラインのデータを分析し、不良品の発生を事前に予測して対応することで生産ラインの効率化や品質向上につながっているケースがあります。AIの導入により、データの分析や問題解決にかかる時間を大幅な短縮が可能です。
リアルタイムでデータを送受信するための【5G】
5Gは、高速で安定した通信が可能な次世代通信規格であり、高度なデータ分析を行うための技術です。製造業界では、工場内の機器やロボット、センサーなどがリアルタイムでデータを送受信することが求められる場合があるでしょう。5Gを活用することで、高速で安定した通信が可能となり、機器の遠隔操作や高度な自動化などが実現できるようになります。
例えば、5Gを活用した遠隔操作によりオフショアの油田での作業をリモートで行い、人員を削減することに成功したケースがあります。5Gの導入により製品の品質管理や生産ラインの最適化において、迅速な対応ができるようになるでしょう。
デジタル空間を視覚化するための【VR】
VRはデジタル空間を視覚化することで、デジタルツインのシミュレーションやトラブルシューティングなど、より効果的な意思決定を可能にする技術です。製造業界では、工場内の設備やプロセスを3D空間で再現し、視覚的に確認できます。
例えば、VRを活用して工場内の設備のデザインや配置をシミュレーションし生産性の向上や人員の削減につなげることが可能です。また、従来は現場での手作業が必要だったトラブルシューティングなども、リモートで行うことができるようになるでしょう。
データを安全かつ透明に保存するための【ブロックチェーン】
ブロックチェーンは、分散型台帳技術を用いて情報を安全かつ透明に保管し、改ざんを防止することができるデジタル技術です。ネットワーク上に分散している複数のコンピューターが取引情報やデータを承認し、ブロックと呼ばれるデータの集まりをつなぎ合わせたチェーン状のデータ構造に保管することにより、情報の改ざんを防止しています。
また、ネットワーク上に存在するため、中央集権的な管理者が存在しません。これにより、セキュリティや信頼性が高く、さまざまな分野で利用されています。主に仮想通貨の取引に用いられることが知られていますが、他にも契約の自動化、投票システム、供給チェーン管理など、多くの分野での応用が期待されている技術です。
デジタルツイン導入｜2つの課題
デジタルツインは、製造業界において大きな変革をもたらす技術ですが導入にはいくつかの課題があります。中でも、導入コストとROI向上のバランスおよびセキュリティ課題について考えてみましょう。
導入コストとROI向上のバランス
デジタルツインの導入には高額なコストがかかることがあります。そのため、企業が導入を決める際には、導入コストとROI（Return On Investment：投資利益率）のバランスを考える必要があります。一方で、デジタルツインの導入によって、生産性の向上や品質の向上、故障の早期発見などが可能となり長期的な視点で見ると大きな経済効果が期待できます。
セキュリティ課題
デジタルツインの導入に伴い、セキュリティの課題も浮き彫りになっています。デジタルツインは、製品やシステムのリアルタイム監視が可能なため、ハッカーやサイバー攻撃の標的となる可能性があります。
デジタルツインの今後の展望
デジタルツインが注目される製造業において、今後の展望にはデジタルツインとメタバースの連携が期待されます。また、今後の技術進歩が製造業にもたらすインパクトも大きな話題となっています。
デジタルツインとメタバースの連携
デジタルツインとメタバースの連携が期待される理由は、現実世界では実現できない大規模なシミュレーションが仮想空間で実施可能となる点です。デジタルツインの技術を使ってメタバースにおいても現実空間を仮想的に再現することができるため、リアルな製品体験が可能になると期待されているのです。
例えば、デジタルツインによる製品の詳細な設計情報とメタバースによる仮想空間上の展示や操作性が連携することで、製品のデザインや性能の改善などがより迅速かつ正確に行えるようになります。
今後の技術進歩と製造業へのインパクト
今後の技術進歩が製造業にもたらすインパクトとしては、AIやIoT、ブロックチェーン、5Gといった技術の進化によって、製造業の生産性や品質管理、サプライチェーンの改善などが進むことが期待されています。
例えば、AIを活用した自動化によって製造プロセスの効率化や品質管理の向上が実現し、ブロックチェーンを活用したサプライチェーンの透明性の向上が実現することで、サプライチェーン全体の効率化を図ることができます。
まとめ
今後、デジタルツインとメタバースの連携や、AIやIoT、ブロックチェーン、5Gといった技術の進化によって、製造業はより効率的で高品質な製品をより迅速に提供することが可能になると考えられます。しかし、技術進歩によって生じる新たな課題やリスクにも対応する必要があり、製造業界は今後も技術の進化に対応し持続可能な成長を実現していくことが重要です。
