デジタルツイン技術の基礎とスマートものづくりへの応用

デジタルツイン技術とは何か

デジタルツイン技術は、物理世界のオブジェクトやプロセスを仮想的に再現する技術のことを指します。
これにより、製品やシステムの設計、製造、運用、保守を仮想空間でリアルタイムにモニタリングし、分析することが可能になります。
物理的なオブジェクトのデータをインターネットを介して仮想モデルに送ることで、リアルタイムの動作を把握し、改善点を見つけ出すことができます。

元々はNASAが宇宙探査機の地上シミュレーションでの応用のために発案された技術であり、現在では製造業をはじめとした多くの分野で応用されています。

デジタルツイン技術の基本的な構成要素

物理的オブジェクト

デジタルツインの第一の要素は、実際の物理的オブジェクトです。
これには製品であったり、機械設備、もしくはその一部の部品などが当てはまります。
この物理的オブジェクトからのデータがデジタルツインを構成する際の基礎となります。

デジタルモデル

デジタルモデルは、その物理的オブジェクトの仮想表現です。
このモデルはCADデータから起こされることもあれば、センサー情報から動的に生成されることもあります。
デジタルモデルは様々な分析や最適化のために役立ちます。

双方向のデータ通信

デジタルツインが機能するためには、物理的オブジェクトとデジタルモデルの間で双方向のデータ通信が必要です。
この通信により、リアルタイムのデータの更新やフィードバックを行うことができます。
このプロセスはIoT技術を活用して実現されることが一般的です。

スマートものづくりへの応用

設計とエンジニアリングの改善

デジタルツイン技術は設計やエンジニアリングプロセスの改善に大きな影響を与えます。
新たな製品の設計段階でデジタルツインを活用することで、設計の不備や課題を早期に発見しやすくなります。
設計変更の影響を仮想空間でシミュレーションし、実際に形にする前に最適化できるため、開発コストと時間を大幅に削減できます。

生産プロセスの最適化

生産工程においても、デジタルツイン技術の導入は大きなメリットをもたらします。
生産ラインの効率をリアルタイムでモニタリングし、稼働状況を俯瞰することで生産効率を向上させることができます。
また、機械の状態を予測し、メンテナンスが必要な箇所を事前に発見することで、予期せぬダウンタイムを防止することが可能です。

品質管理の向上

デジタルツインは品質管理にも有効です。
製品の全製造プロセスをデジタルツインで追跡し、リアルタイムで品質を監視することで、品質不良発生率を抑えることができます。
加えて、不具合が発生した場合にも迅速に問題の原因を特定し、解決する手段を提供します。

昭和から抜け出せないアナログ業界でも強く根付いている業界動向

製造業界は伝統的には保守的な側面を持ち、今でも多数の工場がアナログ的な方法を採用しています。
しかし、ここ数年でデジタルツイン技術が業界全体で注目されるようになった背景には、市場の変化が大きく関係しています。

グローバル化による競争激化、消費者の多様化するニーズ、エネルギー資源の節約、環境配慮など、これらの課題に対応するため、多くの企業がデジタル化を進めています。
デジタルツイン技術を導入することで、これまでのアナログプロセスの限界を打破し、競争力を高めようとしています。

IoTとAIの進化

デジタルツイン技術はその特性からIoT(モノのインターネット)とAI(人工知能)の進化と大きく結びついています。
これらの技術はデジタルツインにリアルタイムなデータを供給する基盤として機能し、デジタルツイン自体もまたデータ解析やシミュレーションの精度を高める手段としてさらに活用されるようになってきています。

人材の育成と組織の変革

デジタルツインを活用するためには、新たなスキルセットが必要とされます。
特に、データ解析やIT技術に精通した人材の育成は急務です。
同時に、組織としてもデジタル技術を取り入れるための変革が求められます。
歴史ある製造業においては、このような変革に対する懸念があるかもしれませんが、時代の流れに即応するためには不可欠です。