デジタルツインとは、実際のものや場所などの物理的なオブジェクトをデジタル環境で再現したモデルのことです。
物体をデジタル環境に再現することで、デジタル環境上で様々な実験や分析を行うことができます。
このデジタルツインの技術は、すでに製造業、建築、ヘルスケア、都市計画など、様々な分野で利用されています。しかし、概要は知っているものの具体的にどのような事例があるのか知らない方も多いのではないでしょうか。
そこで本記事では、デジタルツインの基礎のおさらいから、国内事例、海外事例、課題、展望などの情報を一挙にご紹介します。
デジタルツインの基礎をおさえたい方は、ぜひご覧ください。
デジタルツインとは（おさらい）
デジタルツインとは、建築物や車などの物理的なオブジェクトをデジタルで再現したモデルのことです。
デジタルツインを用いることで、実際に物を作ったり変更したりする前に、コンピューター上でいろいろな実験や分析を行うことが可能となり、製品の設計改善、運用効率の最適化、予防保全、顧客体験の向上など、様々な分野でビジネスプロセスの革新を実現しています。
おさえておくべきデジタルツイン２つの特徴
事例のご紹介の前に、最低限おさえておくべきデジタルツインの特徴を２つ説明します。
1．実世界のオブジェクトと同期できる
デジタルツインの大きな特徴のひとつとして実際の世界とデジタル世界が連動していることが挙げられます。
例えば、工場の機械や車といった現実世界のオブジェクトが動くと、デジタル上の機械や車もまったく同じように動きます。このリアルタイムな同期により、現実の変化を即座に把握し、迅速な処理や対応が可能となります。
2．仮想空間でシミュレートできる
デジタルツインを用いることで、実世界のデータを基にしたシミュレーションや予測分析を仮想空間で行うことができます。
これにより、新しい製品の設計を実際に製品を作る前に試したり、機械部品の消耗に伴う故障を事前に予測したり、車のエンジンの動作をシミュレートし、効率の良い設計を考えるなどのことができます。
デジタルツインの国内事例５つ
次に、デジタルツインの事例を紹介します。
まずは、国内の５つの事例から見ていきましょう。
1．デジタルツインで生産性を向上／トヨタ自動車
トヨタ自動車は、商品開発のリードタイムを短縮することを目的にデジタルツイン技術を活用しました。
具体的には、生産設備を設計段階から3Dモデルで作成し、仮想空間上で作業をシミュレートを繰り返すことで、設備を最適化したり、自動化を行いました。
こうして得た学びを実際の設備に反映することで、結果として生産性は3倍となり、リードタイム1/3を実現しました。
参考：未来を支えるモノづくり技術 | コーポレート | グローバルニュースルーム | トヨタ自動車株式会社 公式企業サイト
2．生産現場の進捗・稼働監視システムを構築／日立製作所
日立製作所は、生産現場を効率化するためにデジタルツインの技術を活用しました。
具体的には、工場の「見える化」「分析」「対策」の循環システムを生み出すために、約450台のビデオカメラを導入し、生産現場全体のヒトとモノの流れを可視化し、進捗と稼働を監視するシステムを構築しました。
結果として、ヒトが行う作業の多い非量産品を扱う工場で、リードタイムを50％に短縮することに成功しています。
参考：徹底討論！デジタルツインの成長は不確実な世の中への光明か
3．人の行動をシミュレータ上で再現／富士通
富士通が開発した新たなデジタルツイン技術は、製造現場における人々の動きをデジタル上で精密に再現することに特化しています。
この技術の中核をなすのは、カメラの自動キャリブレーション機能を利用した人の動作のマッピングです。
これにより、人間の行動を3D空間内で簡単かつ正確に再現することが可能になり、特定の作業領域や装置に対する作業効率の検証、さらには危険な姿勢の特定などが実現可能となりました。
参考： 映像を用いて製造現場における人の行動のデジタルツインを簡単・高精度に実現する新技術を開発
4．機械や装置の機能を事前にテスト／三菱電機
三菱電機が開発した技術では、MELSOFT Geminiと名付けられたツールを活用し、工場や設備のライン上で使用される機械や装置の機能をデジタル環境で事前にテストすることが可能です。
この技術を用いることで、機器の動きを前もって確認し、生産工程の最適化や潜在的な問題点の特定が行えるようになります。
これは設計段階や稼働前の検証プロセスの効率を大きく向上させるもので、工場や設備の運用における時間とコストの節約に寄与します。
5．鉄道の運行情報と気象・防災情報をリアルタイム表示／JR東日本
JR東日本は、鉄道の運行情報と気象・防災データを融合させるためのデジタルツインシステム、「JEMAPS」を構築しました。
このシステムは、鉄道の現在の運行状況と気象情報を地図上でリアルタイムに表示し、災害時の運行調整や、顧客および社員の安全を確保するための意思決定を支援します。
JEMAPSは、さまざまな情報源からの大量のデータを集約し、安定した輸送体験を提供することに貢献しています。
参考： JR東日本、鉄道の運行情報と気象・防災情報を扱うデジタルツインを構築
デジタルツインの海外事例５つ
次に、海外のデジタルツインの技術活用事例を５つご紹介します。
1．航空機エンジン性能をモニタリング／GE
GE（ゼネラル・エレクトリック）は、デジタルツイン技術を用いて航空機エンジンの保守コストを削減することに成功しました。
この技術では、理想的な物理モデルと現実データを組み合わせ、エンジンのパフォーマンスをリアルタイムで分析し、メンテナンスの効率化を実現しています。
GEのアプローチは、エンジニアリングのノウハウ、データ分析、経験に基づいた知見の統合に重点を置いており、これにより、航空機エンジンの運用状況に適したメンテナンス計画を策定し、実施しています。
この技術の導入により、GEはデジタルツインの産業応用において画期的な成果を示しています。
参考：デジタル・ツインとは何か？ GEが航空機エンジンの保守費用を大幅削減した方法
2．風力タービンの効率と風力発電所の設計効率を50%向上／SANY Heavy Energy
世界トップクラスの風力タービンメーカーのSANY Heavy Energyは、デジタルツインの仮想環境でテストを行うことで効率の大幅な向上に成功しました。
風力タービンの構造は複雑で、設計時に高精度を求められます。しかしデジタルツインを活用してシミュレートを行うことで、この問題をクリアしました。
参考：Executable Digital Twin for Energy & Utilities | Siemens Software
3．航空機の設計のシミュレーションとテストを強化／ボーイング
ボーイングは、航空機の設計プロセスにデジタルツイン技術を導入しています。
デジタルツイン技術を駆使することで、航空機の各コンポーネントのパフォーマンスを、製品のライフサイクルを通じてシミュレートし、コンポーネントの故障時期を事前に予測することが可能となりました。
結果として、ボーイングは部品の品質向上を実現し、設計上の修正回数の削減に成功しました。
参考：DIGITAL TWINNING: THE LATEST ON VIRTUAL MODELS | Aerospace Tech Review
4．宇宙船や惑星探査車のミッション計画とリスク管理／NASA
NASAは、宇宙船や惑星探査車の任務計画とリスク管理においてデジタルツインの技術を活用しています。
具体的には、デジタルツインの環境を用意することでミッションのリスクを識別したり、対処するためのシミュレーションに使用されており、デジタルツイン技術が宇宙船の任務遂行を支援しています。
5．メンテナンスやサポートを効率化／ABB
ABBはインダストリー4.0の枠組みの下で、デジタルツイン技術を工場のロボットや機器に応用しています。
デジタルツインの活用により、設備のデータを一元管理し、運用とメンテナンスをより効率的に行うことができます。
その結果として、工場の運用時間が最大限に活用され、生産プロセスが改善され、稼働効率が高まっています。
参考：The digital twin: from hype to reality
デジタルツイン３つの課題
デジタルツインは多くの可能性を秘めていますが、同時にいくつかの課題も抱えています。
ここでは、ビジネスでデジタルツインを活用する際に直面する主な課題を３つご紹介します。
1．データ収集と管理のコスト
デジタルツインを効果的に活用するためには、正確なデータを大量に収集する必要があります。
また、古くなったり不正確なデータを更新するための継続的な管理も必要です。
この収集と管理には、高度な技術と資源が必要となります。
2．セキュリティとプライバシーの保護
デジタルツインでは、企業や顧客に関する秘匿性の高い情報を扱う場合があるため、データのセキュリティとプライバシーの保護が重要です。
しかし、サイバー攻撃の手口も巧妙になっているため企業は継続的なセキュリティ対策の強化が求められています。
3．組織的な課題への対応
デジタルツインを活用するためには、技術的な知識だけでなく、組織全体の協力も必要となります。
従業員の研修や、異なる部門間でのコミュニケーションの活性化といった組織内の調整は、大企業ほど大きなコストを要する課題といえます。
デジタルツイン３つの展望
デジタルツイン技術は今後も進化し、ビジネスや社会に影響を与えることが予想されます。
ここでは、デジタルツインの未来について、注目すべき３つの展望をご紹介します。
1．IoTやAIの発展に伴いデジタルツインの活用も進む可能性がある
デジタルツインの進化には、IoT（モノのインターネット）、AI（人工知能）、そしてクラウドコンピューティングの発展が欠かせません。
IoTの発展は、より精密で、より多くの現実世界のデータをデジタルツインへと提供し、AIの発展は、膨大なデータの分析速度や制度の向上をもたらします。
クラウドコンピューティングの発展は、データの効率的な管理や、アクセシビリティの向上へとつながります。
これらの技術の進歩に伴い、デジタルツインはより実用的なツールへと進化していくでしょう。
2．多方面での導入が進む可能性がある
デジタルツインは、現在でも多様な業界に影響を及ぼしています。製造業では、製品の設計などのプロセスを効率化したり、建設業界では、建築物の設計の最適化に貢献しています。
デジタルツインの精度が向上することで、医療分野や、エネルギー、交通、都市計画など、様々な分野でデジタルツインの活用が進むことが期待されています。
3．ビジネスや都市の持続可能を高める可能性がある
デジタルツインは、エネルギー消費の削減、リソースの効率的利用、廃棄物の減少などに貢献する可能性がある技術です。
例えば、製造業界では、デジタルツインを用いて現実世界での試験を減らすことで、無駄な資源の使用を削減することができます。
また、車のモニタリングを通じて交通システムを最適化してエネルギー消費量を削減するなどスマートシティの実現にも貢献しうるものです。
このように、デジタルツインはビジネスだけでなく、都市や社会の持続可能性を高めることが期待されています。
まとめ
本記事では、デジタルツインの基礎のおさらいから、国内事例、海外事例、課題、展望などの情報をご紹介しました。
デジタルツインとは、物理的なオブジェクトをデジタル化することを指す技術のことです。デジタルツインを用いることで、現実正解での動きをトレースしたり、仮想空間上でシミュレートを行うことができます。
デジタルツインの技術は国内外で導入されており、生産現場の効率化や、開発時間の短縮、現場進捗の監視など様々な方面で活躍しています。
残課題としては、データを収集するコストや、データを取り扱う際のセキュリティ体制などが挙げられます。しかし将来的にはIoTやAIの進歩に伴いさらなる発展が期待されており、今後もデジタルツインの動向からは目が離せません。