【デジタルツインの実用化】製造業における新たな標準

DX（デジタルトランスフォーメーション）の世界では、日々様々な技術が生まれ、進化し続けています。こうした最新技術にアンテナを張っておくことは、DXに携わる担当者として不可欠な行動です。近年では、「デジタルツイン」と呼ばれる技術が生まれ、特に製造業を中心に大きな注目を集めています。

デジタルツインとは、現実世界のリアルタイムデータをコンピューター上に構築された仮想世界に反映し、現実のオブジェクトやシステムをデジタルで再現する技術です。

本記事では、デジタルツインの基本的な概念から、その技術がどのように製造業で活用されているかを解説します。

効率化や品質向上、メンテナンスの最適化など、主に製造現場での具体的なメリットに焦点を当て、初心者向けにわかりやすく紹介します。

デジタルツインの基本的な仕組み

デジタルツインとは、現実世界にあるモノやシステムのリアルタイムデータを基に、仮想空間にその「双子」を作り出し、シミュレーションや解析を行う技術です。工場の機械や建物、あるいは飛行機や都市全体など、どんなものでもデジタルツインとして再現することができます。

この技術は、AIやIoTの進化によって、現実世界のデータを収集し、それを仮想空間に反映させることで、よりリアルで詳細なデジタルツインを構築できるようになりました。デジタルツインを活用することで、私たちは、実際にモノやシステムを動かさなくても、コンピューター上で様々なシミュレーションや解析を行うことができるからです。

例えば、新製品の設計段階でデジタルツインを作成し、性能や強度をシミュレーションすることで、開発期間の短縮やコスト削減に繋げることができます。また、工場やビルなどの設備をデジタルツインで再現し、稼働状況を監視することで、故障やトラブルを未然に防ぐこともできるでしょう。

この章では、デジタルツインがどのようにデータを収集し、どのように活用されているのか、その基本的な仕組みと活用の流れについて分かりやすく解説します。

1. データの収集

デジタルツインの最初のステップは、物理オブジェクトに取り付けられたセンサーによってリアルタイムデータを取得することです。

このデータには、温度、圧力、動作、振動などが含まれます。センサーを設置する機械や設備の特性や周辺環境などに応じたデータを収集し、詳細な情報をデジタル化します。

2. デジタル空間での再現

収集したデータを基に、仮想空間内で物理オブジェクトを忠実に再現します。収集したデータを即座に反映させることにより、物理世界の「デジタル双子（ツイン）」を形成し、デジタル環境でリアルタイムの状態を正確に映し出すことができるのです。

デジタルツインを導入することにより、対象物の動作や状態を完全に再現し、仮想空間の中に実在するかのようにシミュレーションをすることが可能となります。

3. リアルタイム解析とシミュレーション

デジタルツインは常に最新のデータをもとに更新され、物理オブジェクトの動作や性能のシミュレーションをリアルタイムで行うことを可能にします。つまり、問題の予兆を察知したり、トラブルシューティングの動作を確認をしたりすることが仮想空間で可能になるのです。これにより、実世界でのリスクやコストを大幅に軽減できるのです。

例えば、製造プロセスの最適化や、機器のメンテナンス時期を予測するための予知保全に応用されています。

4. インテリジェントなフィードバックと最適化

デジタルツインは、収集されたデータの解析をもとに、物理オブジェクトのパフォーマンスを最適化するためのフィードバックを提供してくれます。

例えば、機器の稼働率を上げたり、メンテナンスのタイミングを調整したりすることで、効率的な運用が可能になることを、「双子」で行ったシミュレーションをもとに知らせてくれるのです。

さらに、最善の方法が分からない場合においても、複数の条件を仮想空間で試行することで、現実世界でのリスクを最小限に抑えた上で、最も効果的な方法を導き出すことができます。

デジタルツインの進化と未来

今後、デジタルツインはさらなる進化を遂げ、AIや機械学習との連携が進むことで、より高度な予測や最適化が可能になると期待されています。

デジタルツインは製造業のみならず、医療や建設、都市開発など様々な分野で応用が進んでおり、効率化、品質向上、リスク管理の面で大きな役割を果たすと予想されています。

デジタルツインは、現実世界の課題の解決方法を、仮想空間で探ることができる強力なツールであり、今後ますます多くの業界でその活用が広がっていくでしょう。

製造業におけるデジタルツインのメリット

デジタルツイン技術は、製造業における生産プロセスの最適化、品質管理、コスト削減、そして持続可能な運営に大きなメリットをもたらしています。

この章では、製造業における具体的なメリットとその効果をより詳しく解説していきます。

生産性の向上

デジタルツインを活用して製造プロセス全体を仮想空間でシミュレーションすることで、無駄な工程を事前に削減し、運用を最適化することが可能になります。例えば、新製品ラインの導入時に仮想シミュレーションを行うだけで、時間やコストを大幅に削減できるでしょう。

また、デジタルツインによる予知保全でメンテナンスの最適化を図ることで、予期せぬ故障を防ぎ、機器のダウンタイムを最小限に抑えて、生産効率をさらに向上させることもできます。

デジタルツインは、これまでは当たり前だったトライアンドエラーを繰り返して最適解を見つける過程を、すべて仮想空間上で済ませてしまうことができるため、トラブル発生リスクを大幅に低減し、生産性向上に大きく貢献するのです。

品質管理の強化

デジタルツインは、リアルタイムで製造プロセスを監視し、製品の品質管理の強化も実現する技術です。

前述の通り、センサーから収集されたデータをもとに異常検知を行い、問題が発生する前に迅速に対応することで、品質のばらつきを防ぐことができるでしょう。このプロアクティブな管理により、製品の安定性を向上させ、最終的に顧客満足度を高めることができるのです。

何らかのトラブルが発生した場合でも、これらのデータを蓄積・分析することで、品質向上に向けた継続的な改善が可能となります。

デジタルデータをもとに製品の品質に影響を与えた要因を早期に特定することが可能であるため、その結果に基づいて製造工程をタイムリーに微調整できるのです。これにより、欠陥品の発生をさらに抑えて、製品クレームや返品が減少することができます。長期的には、顧客満足度の高まりだけでなく、品質管理コストの削減にもつながるでしょう。