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デジタルツインとは? 定義や活用事例、メリットをわかりやすく解説

 2022.07.27  CLOUDIL 【クラウディル】

デジタルツインとは、現実にあるモノや環境のあらゆるデータを、IoTなどを用いて収集し仮想空間に反映する技術を指します。多くの分野で活用が期待され、将来的に市場規模の拡大が予想されています。この記事では、デジタルツインの定義やそれを支えるIT技術、メリット、導入事例などを解説します。

デジタルツインの定義

デジタルツインとは、実在する「モノ」や「環境」のデータを集め、IoTやAI などのテクノロジーを用いてコンピューター上に再現する技術のことです。現実にある「モノ」だけでなく、気象などの「環境」も仮想空間にリアルタイムで再現できることから、リアルな状況の把握や未来予測ができます。

デジタルツインによって「モノ」や「環境」の変化をシミュレートでき、起こり得る事態に備えられることから、製造業や建設業、物流業界など、幅広い分野での活用が期待されています。すでに世界的にも多くの企業が参入しており、今後、デジタルツインの市場規模は拡大していくと予測されているのです。

デジタルツインとシミュレーションとの違い

多くの産業分野では商品開発や技術確立など、多様な場面においてシミュレーションが必要不可欠です。デジタルツインもさまざまなプロセスを再現する技術であり、シミュレーションのひとつとして捉えられています。しかし、デジタルツインは従来のシミュレーションと異なり、現実の状況をリアルタイムに再現できるという特性を持っているのです。

これまでのシミュレーションでは、シミュレーションによって得られた変化などを確認し、その数値を入力するという手間が発生していました。一方、デジタルツインでは現実で起こった変化をリアルタイムで自動的に再現できるため、そのような手間はいりません。また、再現された仮想のデジタル上で何らかのトラブルが発生した場合、現実で行われている状況にアプローチしてトラブルを回避できるという点も、従来型と異なります。

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デジタルツイン活用のメリット

リアルタイムのデータ収集・分析・再現を可能にするデジタルツインは、活用することで多くのメリットが得られます。例えば、製造業における機械設備では、リアルタイムのデータ収集により、メンテナンスや設備保全の作業がよりスムーズに行えるでしょう。また、商品開発においても試作品をデジタル上で忠実に再現することで、通常の商品開発よりも低リスク・低コストで実施できます。

デジタルツインは、あらゆる産業において技術革新をもたらすでしょう。製造業だけでなく、建設業やエネルギー産業においても効果が期待されています。今後、デジタルツインを有効に活用できるかどうかが同業他社との競合において勝ち抜ける大きな要因になるかもしれません。

デジタルツインを支える主な技術

デジタルツインは、単一のプロダクトで行われるのではなく、さまざまなIT関連技術の連携によって成り立っています。ここでは、デジタルツインを支える技術のうち、主要なものをピックアップして解説します。

【IoT】高精度な仮想空間の実現

IoT(Internet of Things)とは、身の回りにある電化製品から工場の設備機器に至るまで、あらゆる「モノ」がネットワークによって連携される技術のことです。日本語では「モノのインターネット」と訳されており、あらゆる「モノ」のデータ収集を可能にします。

デジタルツインにおいては、現実にある「モノ」のデータが必要であり、データ数が多い分だけ高精度な仮想空間が再現できます。多くのデータを収集・送信し仮想空間に反映しつづけることができるIoTは、デジタルツインを支える大きな柱に位置づけられるでしょう。

【AI】膨大なデータの分析

AI(Artificial Intelligence:人工知能)もデジタルツインにはなくてはならない技術です。近年、AI技術は革新的な進化を遂げており、情報処理能力も向上しています。また、IoTからリアルタイムで送信される膨大な量のデータによって学習機会が増えたことで、予測も正確になりつつあります。デジタルツインにおいて、AI技術による高精度の分析能力は、仮想空間をより正確に再現したり未来を予測したりするために必要不可欠です。

【5G】現場状況のリアルタイムでの把握

端末とのネットワーク接続で用いられる通信システムである5G(5th Generation)も、デジタルツインを支える重要な技術です。5Gは、「高速大容量」「高信頼」「低遅延通信」「多数同時接続」という特性を持ち、デジタルツインだけでなくさまざまな分野において技術革新をもたらしています。

デジタルツインにおける5Gは、その特性を生かし、膨大なデータをリアルタイムで仮想空間に反映することに貢献します。例えば、建設業における現場状況の把握です。5Gの高速通信によってリアルタイムの状況をデジタル上に再現でき、刻々と変化する詳細な現場状況を即座に把握できる環境をもたらします。

【AR・VR】仮想空間で起きた問題をリアルに可視化

現実にある環境に情報を加えて拡張するAR(Augmented Reality:拡張現実)、仮想空間において現実空間を作り出すVR(Virtual Reality:仮想現実)も、デジタルツインにとってなくてはならない技術です。現実世界で起こるさまざまな情報はリアルタイムで収集・伝達されたのち、演算処理によって視覚的に再現されます。これにより空間的な把握が容易になるほか、ARの場合はそれらの情報が現実空間に投影されるため、現実の空間にリアリティーのある視覚的フィードバックが得られるのです。

デジタルツインの活用事例

多くの分野において活用が期待されているデジタルツインですが、ここでは製造業・建設業・物流業での事例を紹介します。

製造業界での事例

製造業では通常、製品設計から計画、製造、サービス提供・保守に至るまでの製造工程があります。デジタルツインを導入することで、それぞれの工程をデジタル化によって連携し、各フェーズにおいてシミュレーションとフィードバックを行うことにより、継続性のある業務最適化を実現します。加えて、新製品の開発期間短縮やコストの削減にも導くことが期待されます。

建設業界での事例

建設業界では、これまで使用していたBIM(Building Information Modeling)の3次元モデルをベースに、デジタルツインの活用が進められています。IoTによって機械の稼働状況や建設現場の気候、作業員数、配置情報などを収集し、リアルタイムで仮想空間に反映させることで、進捗状況の把握や、仮想空間と実際の施工状況との整合性の確認などが視覚的に行えます。建設業における各フェーズの業務効率化にもつながるでしょう。

物流業界での事例

物流倉庫の同線設計や運営サポートにおいてデジタルツインを導入することで、従来の表計算ソフトなどによる簡易的なシミュレーションでは実現できなかった複雑なシミュレーションが行えます。デジタル上で複数パターンのレイアウトによる仮想業務のシミュレーションを行い、作業効率を比較することで、これまでになかったパターンを発見でき、入出庫効率を向上させる効果が得られるのです。

まとめ

デジタルツインは、IoTやAI、5G、AR ・VRなどの技術によって、仮想空間に現実世界をリアルタイムで再現する技術です。従来のシミュレーションとは異なり、仮想空間から現実世界にアプローチできる特性を持っています。

さまざまな業種において、デジタルツインの活用による技術革新が期待されています。例えば製造業においては、各業務工程をデジタルツインでつなぎ、業務最適化や新製品の開発短縮、リスクやコストの削減といった成果を上げた事例もあります。デジタルツインはあらゆる分野で活用できる可能性を持った技術です。

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