デジタルツインとは、物理的なオブジェクトやプロセスの仮想的な複製をリアルタイムで作成し、監視や解析を行う技術です。
この技術を活用することで、製品開発の加速、運用の効率化、保守の最適化など、多岐にわたるビジネスプロセスに革命的な改善をもたらすことが期待されます。
しかし、デジタルツインの導入には高い初期投資が必要であり、データ管理の複雑性やセキュリティリスクなど、いくつかの課題も存在します。
そこで本記事では、デジタルツインの基本概念、活用例、技術が注目される背景、シミュレーションの違い、メリットとデメリット、導入の流れなどの情報を一挙に紹介します。
デジタルツインの可能性に興味がある方は、ぜひご一読ください。
目次
デジタルツインとは
デジタルツインは、物理的なオブジェクトやシステムのデジタルレプリカを作成し、それを用いてリアルタイムでデータを分析し、予測やシミュレーションを行う技術です。
この技術は、実際のオブジェクトのパフォーマンスを向上させ、潜在的な問題を事前に識別することが可能になります。
デジタルツインは、センサーから収集されるデータを活用して、物理的なオブジェクトの正確なデジタルコピーを作成します。これにより、製品の開発、運用、メンテナンスの各段階で、実際の性能データに基づく意思決定を行うことができるようになります。
たとえば、航空機のエンジンや大型機械のデジタルツインを用いることで、故障の早期発見や保守計画の最適化、さらには製品の設計改善が可能になります。
この技術は、現実世界の複雑なシステムやプロセスをデジタル上で可視化し、試行錯誤が可能な環境を提供するため、製造業をはじめとする多くの業界で注目されています。
デジタルツインは、単なるシミュレーションツール以上のものであり、持続可能な運用と効率的なシステム管理を実現するための強力な手段です。
デジタルツインがどのように活用されているか
デジタルツインは多様な業界でその効果を発揮しており、製造から医療、都市計画に至るまで、各分野で具体的な改善と効率化を実現しています。ここでは4つの業界での例を紹介します。
1．製造業での活用例
製造業界では、デジタルツインを用いて製品の設計とテストを行います。これにより、物理的なプロトタイプの作成回数を減らし、コストと時間を節約できます。
また、製品のリアルタイムパフォーマンス監視により、故障率を低減し品質を向上させることが可能です。
2．建設業での活用例
建設業界では、デジタルツイン技術を活用して建物やインフラの3Dモデルを作成し、計画段階でシミュレーションを行います。
これにより、建設前に設計の最適化を実現し、コスト削減とプロジェクトの効率化が図られます。
3．医療分野での活用例
医療分野では、患者の体のデジタルツインを作成して病気の進行を予測したり、治療法をシミュレーションします。
これにより、個別化された治療計画を提供し、患者の回復率を向上させます。
4．都市計画での活用例
都市計画では、デジタルツインを利用して都市のインフラや交通システムをモデル化し、都市の持続可能性や住民の生活の質向上を目指した計画を立案します。
もっと事例を知りたい方は、下記の記事をご覧ください。
参考：デジタルツイン事例10選！国内外の事例をまとめてご紹介│LISKUL
デジタルツインが注目されるようになった背景にある4つの要因
デジタルツイン技術が注目されている背景には、産業界全体でデジタル化と効率化が進んでいることがあります。
データ駆動型の意思決定が増え、リアルタイムでの運用最適化が必要とされる中、デジタルツインはその強力なツールとしての役割を果たしています。
1．IoTの発展とデータ収集能力の向上
インターネットオブシングス（IoT）の技術進化は、センサーやデバイスからの膨大なデータ収集を可能にしました。これらのデバイスは、工場の機械、自動車、さらには都市のインフラに至るまで、様々な物理的資産に取り付けられ、運用データをリアルタイムで提供します。
このように収集されたデータはデジタルツインの基盤となり、現実世界の正確なデジタルレプリカを構築・維持するために利用されます。
これにより、システムやプロセスのパフォーマンスを継続的に監視し、最適化することが可能となり、運用効率の向上や故障予防などの実質的なビジネス価値を提供します。
2．データ分析技術の進歩による精度向上
ビッグデータ解析技術と機械学習の進歩により、収集されたデータをより高速かつ効果的に分析できるようになりました。
デジタルツインは、この分析結果を活用して、シミュレーションや予測モデリングを行い、より正確で信頼性の高い意思決定を支援します。
たとえば、製品開発の初期段階で仮想環境上で多数のテストを実施することで、実際のプロトタイプ作成前に設計を最適化し、製品の市場投入までの時間とコストを大幅に削減できます。
3．持続可能性と効率の追求
現代のビジネス環境では、持続可能性が重視されています。デジタルツインは、資源の使用効率を高め、エネルギー消費を削減するための洞察を提供します。
また、予測保全やエネルギー管理といった領域での応用により、長期的なコスト削減と環境への影響軽減を実現しています。
特にスマートシティのプロジェクトでは、交通流の最適化やエネルギー分布の効率化など、都市全体の持続可能な運用を支援する重要なツールとされています。
参考：【5分で学ぶ】SXとは？持続可能性をビジネスの中心に│LISKUL
GX（グリーントランスフォーメーション）とは？環境保全と経済成長を両立する取り組み│LISKUL
CSR調達とは？実現に向けてガイドラインや企業事例を丁寧にご紹介│LISKUL
4．リモート作業とデジタルトランスフォーメーションの推進
コロナウィルスパンデミックの影響でリモートワークが一般化したことも、デジタルツイン技術への関心を高める一因となりました。
デジタルツインは遠隔地からでも設備の監視や制御が可能であり、物理的なプレゼンスなしに運用の継続性を保つことができます。
特にグローバルに分散した製造拠点やサプライチェーンを管理する企業にとって、極めて価値のある能力です。
参考：デジタルトランスフォーメーション（DX）とは？基本から取り組み方までわかる保存版│LISKUL
デジタルツインとシミュレーションの違い
デジタルツインとシミュレーションは共に重要な技術ツールですが、目的や活用方法が異なります。
デジタルツインはリアルタイムデータを活用して、物理的なオブジェクトやプロセスの動的なデジタルレプリカを作成することに特化しています。
一方、シミュレーションは特定の条件やシナリオ下での振る舞いを予測することを目的としています。
| 項目 | デジタルツイン | シミュレーション |
| データの利用 | リアルタイムデータを用いて常に更新 | 事前に定義されたパラメータに基づく |
| 目的 | 実物のオブジェクトの現状を正確に反映し継続的に監視 | 特定の条件下での振る舞いや結果を予測 |
| 更新の頻度 | 継続的（リアルタイム） | 必要に応じて（主に事前に計画されたテストの際に使用） |
| 利用シナリオ | 運用中のシステムやプロセスの監視、予測、最適化 | 設計段階での性能評価、リスク分析 |
| 利点 | 現実のシステムと同期しながら予測と反応が可能 | 安全な環境で多様なシナリオを試すことができる |
| 主な応用分野 | 製造業、医療、都市計画など | 製品設計、安全評価、学術研究など |
デジタルツインの特徴
デジタルツインは、センサーからのリアルタイムデータを用いて、対象となるオブジェクトの現在の状態を正確に反映したデジタルモデルを作成します。
このモデルは常に最新の状態に更新され、物理的なオブジェクトが経験する変化をリアルタイムで模倣します。
これにより、運用中の機械やシステムの効率的な監視と管理が可能となり、メンテナンスの最適化や故障予防に直接貢献します。
デジタルツインはまた、将来のパフォーマンスや潜在的な問題点を予測するのにも用いられ、実際の介入前に様々な解決策を試すことが可能です。
シミュレーションの特徴
シミュレーションは、あらかじめ定義されたパラメータや変数を基にして、特定のシナリオや条件下でのシステムの振る舞いを予測します。
これは主に設計段階で用いられ、新しい製品やプロセスが理論上どのように機能するかを評価するために利用されます。
シミュレーションにより、実際の物理的なテストを行う前に多くの異なる条件を試すことができ、時間とコストを節約しながら、製品やプロセスの設計を改善できます。
シミュレーションはまた、リスクの高い状況や実現不可能な条件を探索するための安全な方法を提供します。
主な違い
デジタルツインの主な利点は、リアルタイムデータを基にした継続的な更新と現実のオブジェクトとの同期にあります。
これに対し、シミュレーションは特定の問題解決や設計検証のために、事前に定義された条件でのみ実行されます。デジタルツインは実運用の最中にも価値を提供し続けるのに対して、シミュレーションは主に計画段階やトラブルシューティングでその価値を発揮します。
デジタルツインのメリット4つ
デジタルツイン技術は多くの産業に革命的なメリットをもたらします。具体的には、効率化、リスク管理、コスト削減、イノベーションの加速などが挙げられます。
1．効率化と運用の最適化
デジタルツインは、リアルタイムデータを利用して物理的なオブジェクトやプロセスの正確なデジタルレプリカを提供します。
これにより、企業はシステムのパフォーマンスをリアルタイムで監視し、必要に応じて迅速に調整を行うことができます。
たとえば、製造ラインのデジタルツインを利用することで、潜在的な問題を事前に特定し、ダウンタイムを最小限に抑え、生産性を向上させることが可能です。
2．リスク管理と予測
デジタルツインは、将来のリスクや問題を予測する能力に優れています。システムの動作をシミュレーションし、潜在的な問題が発生する前に対策を講じることができます。
これは、特に複雑な機械やシステムが関わる産業で価値があります。たとえば、航空宇宙産業では、エンジンのデジタルツインを使用して、フライト中の異常を事前に検知し、安全性を大幅に向上させることができます。
3．コスト削減
デジタルツインを活用することで、物理的なテストやプロトタイピングの必要性が減少します。これにより、開発コストと時間が削減され、市場への導入時間が短縮されます。さらに、予測保守を行うことでメンテナンスコストを削減し、全体的な運用コストの削減に寄与します。
4．イノベーションの促進
デジタルツインは新しいアイデアやソリューションのテストを可能にし、イノベーションのプロセスを加速します。
実世界でのリスクを伴うことなく、新しい概念やプロセスをデジタル環境で試すことができます。これにより、より創造的で革新的な製品の開発が促進されます。
デジタルツインのデメリット5つ
デジタルツイン技術は多くの利点を提供しますが、その導入と運用にはいくつかのデメリットや課題も存在します。これらのデメリットを理解し、適切に対処することが成功への鍵となります。
1．初期コストの高さ
デジタルツインの開発と導入には、高度な技術と専門知識が必要です。これには、センサーやデータ収集システムの設置、データストレージと処理能力の確保、専門スタッフのトレーニングや雇用が含まれます。
初期段階での投資コストが高く、企業にとっては大きな負担となることがあります。
2．データの複雑性と管理
デジタルツインは膨大な量のデータを扱いますが、このデータの管理と分析は複雑で時間を要する作業です。
データの品質や整合性の問題が生じると、デジタルツインの精度や有用性が低下するため、適切なデータ管理と分析能力が必要です。
3．セキュリティリスク
デジタルツインを通じて収集されたデータは、多くの場合、敏感な情報を含んでいます。このため、データ漏洩やサイバー攻撃のリスクが常に存在します。
セキュリティ対策が不十分な場合、企業の評判や顧客の信頼を損なうことにつながりかねません。
4．技術的依存と柔軟性の欠如
デジタルツインは先進技術に依存しているため、技術の進化に対応する必要があります。また、システムが特定の技術やプラットフォームに強く依存している場合、将来的にそれが陳腐化した際に更新や移行が困難になる可能性があります。
これにより、長期的な柔軟性が損なわれることがあります。
5．変化への対応
デジタルツインの導入は組織の運用や文化に大きな変化をもたらします。従業員のスキルセットの変化や新しい作業プロセスの導入が必要となるため、抵抗感を持つスタッフも出てくるかもしれません。適切な変更管理と教育が不可欠です。
デジタルツインを活用する流れ5ステップ
デジタルツインを導入する際には、計画段階から実装・運用まで、各ステップで連携する必要があります。
本章では、デジタルツインを効果的に活用するための5つのステップについて、具体例を交えながら解説します。
1．計画と目標設定
デジタルツインの導入を成功させるためには、明確な目標と計画が不可欠です。どのプロセスや製品をデジタルツインでモデル化するかを決定し、それによって解決を目指す具体的な問題を特定します。
また、達成したい成果とそれに必要なリソースを明確にすることがスタートポイントとなります。
たとえば、自動車メーカーであれば、エンジンの性能を向上させることを目標に設定することなどします。デジタルツインを使用して、エンジンの耐久性と燃費の最適化を図るためのモデルを構築します。ここでのキーポイントは、どの性能指標が最も改善が必要かを事前に識別し、そのデータを収集するセンサーを選定することです。
2．データ収集とインフラ構築
デジタルツインの精度は収集されるデータの質に大きく依存します。センサーやIoTデバイスを用いてリアルタイムデータを収集し、データストレージと処理のためのITインフラを構築します。この段階では、データの安全性とアクセス管理にも注意を払う必要があります。
たとえば石油精製プラントが、プラント全体の効率を監視するためには、温度、圧力、流量などのデータをリアルタイムで収集するセンサーネットワークの設置が必要となります。収集されたデータはクラウドベースのストレージに保存され、処理と分析のための強力な計算リソースが確保されます。
3．デジタルツインの開発
収集したデータを基に、対象となる物理的オブジェクトやプロセスのデジタルツインを作成します。この際、専門のソフトウェアやプラットフォームを用いて、詳細なモデリングとシミュレーションを行い、実際の性能とほぼ同等のデジタルモデルを構築します。
たとえば、電力会社が風力タービンのデジタルツインを開発し、実際のタービンから収集したデータに基づいて、風の流れやタービンの動作状況をシミュレートし、エネルギー生成の効率を最大化するための最適な設定を見つけ出します。
4．統合と実装
作成したデジタルツインを実際の運用環境に統合します。このプロセスには、既存のシステムやプロセスとの連携を確保するための技術的調整が含まれます。デジタルツインを用いて、実運用中のパフォーマンス監視や意思決定支援を行う体制を整えます。
たとえば、製薬工場でデジタルツインを導入し、実際の製造プロセスとデジタルツインを連携させ、品質管理と効率の向上を図ります。このステップでは、既存の生産管理システムとの統合が鍵となります。
5．モニタリングと最適化
デジタルツインは継続的な監視と分析を通じてその価値を発揮します。実際の運用データを用いてデジタルツインの精度を定期的に評価し、必要に応じてモデルを調整します。
このフィードバックループにより、継続的な改善と最適化が可能となり、運用の効率化や予測精度の向上を図ることができます。
たとえば、スマートシティプロジェクトで、交通流のデジタルツインを使用して交通の流れをモニタリングする場合には、リアルタイムデータを使用して交通信号のタイミングを調整し、渋滞を解消するための最適なルートを提案するなどが考えられます。このフィードバックループを通じて、交通管理の効率を継続的に向上させます。
デジタルツインに関するよくある誤解4つ
最後に、デジタルツインに関する一般的な誤解を4つ紹介します。
誤解1：デジタルツインは大企業のためだけのもの
多くの人々がデジタルツインを大規模な企業や高度な技術を要する業界に限定されたものと考えがちですが、これは正しくありません。中小企業でも、製品の開発、プロセスの最適化、または顧客体験の向上を目的としてデジタルツインを有効に利用することが可能です。たとえば、小規模な製造業者が機械のメンテナンスを予測するためにデジタルツインを使用するケースがあります。
誤解2：デジタルツインは完璧なシミュレーションを提供する
デジタルツインは非常に正確なデータを提供することが可能ですが、「完璧」ではありません。
この技術は使用するデータの質と範囲に依存するため、データが不完全または古い場合、シミュレーションの正確性に影響を与えることがあります。デジタルツインはあくまで補助的なツールであり、データと現実世界の連携には常に注意が必要です。
誤解3：デジタルツインの導入は簡単
デジタルツインの概念は魅力的ですが、その導入と実装は複雑で時間を要するプロセスです。
適切なデータ収集、高度な分析、システム統合が必要であり、これらすべてが専門知識を要します。多くの場合、成功するためには戦略的な計画と段階的な実装が必要となります。
誤解4：デジタルツインは人間の専門家を置き換える
デジタルツインは強力なツールですが、専門家の知識や判断を完全に置き換えるものではありません。
この技術は専門家がより情報に基づいた意思決定を行うためのサポートを提供することを目的としています。実際、デジタルツインの最も効果的な使用例は、人間の専門家と協働する形で行われます。
デジタルツインに関するよくあるご質問
デジタルツインでお悩みの方に役立つQ＆Aをまとめています。
Q.デジタルツインが製造業での生産効率向上にどう役立つか？
A.デジタルツインを使うことで、生産ラインの仮想モデルを作成し、リアルタイムでの最適化が可能になります。無駄な作業の削減や稼働率の向上が期待されるでしょう。
Q.建築・土木分野でのデジタルツインの活用方法は？
A.建築や土木の分野では、デジタルツインを使って建築物をシミュレーションし、品質向上や維持管理、リノベーションの最適な計画を立てることができます。作業員の仕事の進め方をデジタルツイン上に残すことで、技術の共有・継承にも役立てられます。
Q.ヘルスケア分野でのデジタルツインの活用方法は？
A.デジタルツインを使って患者の身体状態を仮想的に再現し、治療のシミュレーションを行うことができます。これにより、個別化医療が進み、治療の精度が向上します。
Q.デジタルツインを用いた物流の最適化事例は？
A.物流業界では、倉庫や配送ルートのデジタルツインを作成し、効率的な在庫管理や配送プランのシミュレーションを行えます。運営コストを削減するうえでの重要な参考になるでしょう。
Q.農業分野でのデジタルツインの活用方法は？
A.デジタルツインは農地や作物のシミュレーション・モニタリングなどに活用可能です。たとえば、リアルタイムで畑をモニタリングし、AIを組み合わせた適切な農業用水・肥料の使用量を算出すれば、コストの最適化ができるでしょう。
まとめ
本記事では、デジタルツインの基本や、具体的な活用例、注目される背景、シミュレーションの違い、メリットとデメリット、活用の流れ等の情報を一挙に紹介しました。
デジタルツインとは、物理的なオブジェクトやプロセスの仮想的な複製をリアルタイムで作成し、監視や解析を行う技術です。これにより、製品開発、運用の効率化、保守の最適化など、多岐にわたる分野での利用が可能になります。
デジタルツインの技術は、その精度の高いデータに基づく予測能力により、特に複雑なシステムや大規模なインフラの管理において大きなメリットを提供します。
一方で、高い初期コストやデータ管理の複雑さ、セキュリティリスクなど、いくつかのデメリットも存在します。
ビジネスにおいてデジタルツインを活用することは、リアルタイムでの洞察と迅速な意思決定を可能にし、市場における競争力を大きく向上させるひとつの手段です。
そしてデジタルツインは今後もさらなる進化が期待されている技術であり、その潜在的な可能性を最大限に活用するためには、継続的な学習と適応が求められます。
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