デジタルツインの定義やメリット活用事例をわかりやすく徹底解説

DXに取り組んでいる経営者の方のなかには、漠然とデジタルツインを実現したがその実態がわからないという方もいらっしゃるのではないでしょうか。この記事では、デジタルツインの定義や目的、できることやメリットといった基本的な概要から、デジタルツインの実現に活用される主な技術やデジタルツインの活用事例まで解説します。デジタルツインについてしっかり理解したいという方はぜひ参考にしてください。

デジタルツインとは何か

ここではデジタルツインとは何かという定義と、使うことの目的について解説するとともに、デジタルツインを活用することでどのようなことができるのか可能性についても詳しく見ていきます。

デジタルツインの定義と目的

デジタルツインとは、現実世界の物体や環境から収集したデータを用いて、現実の物理的なシステムやプロセスをデジタル上に再現するテクノロジーのことです。現実世界と仮想空間上の3Dモデルがまるで双子であることから、デジタルツインと呼ばれています。

デジタルツインでは、現実世界でのでき事をリアルタイムでコンピュータ上に反映させることができ、現実と仮想空間の間で情報のやり取りができます。そのためデジタル上でシミュレーションや分析を行い、その結果を見て現実世界でどう動いたら良いのかという最適な意思決定をしていくことができるのです。

デジタルツインの可能性

デジタルツインはさまざまな分野で効率化や最適化、リスク低減を可能にします。具体的にできる主なことは以下です。

• 予測メンテナンス

デジタルツインを使って機械や設備の状態を監視し、将来の故障や劣化を予測できます。

• 3D設計

製品開発や建築設計をデジタル上でできるため、現物で設計するよりも効率的で、リスクが低減されます。

• 遠隔監視・操作

現場の状況を遠隔地から把握し、さらに操作も可能となります。それによって人員配置や作業効率を最適化できます。

• デジタル空間での試験・シミュレーション

仮想空間上で試験やシミュレーションを行うことで、物理的な試作品を作成する前に問題点や改善点を発見し、コストや時間を節約できます。

• スマートシティ

スマートシティとは、ICT技術を活用して、持続可能な社会を実現する都市のことを　　　指します。デジタルツインを活用することで、都市のインフラやエネルギー管理など　　　を効率的に運用・管理できます。

• トレーニングや教育

実際の現場に近い仮想環境で、トレーニングや教育を受けることができ、スキルの向上や効果的な学習が可能です。

デジタルツインのメリット

デジタルツインを使うことで、どのようなメリットがあるのでしょうか。以下の3つのメリットについて詳しく解説していきます。

• 品質の向上とアフターサービスの充実
• コストとリスクの削減
• 設備保全オペレーションの向上

品質の向上とアフターサービスの充実

デジタルツインは、製品や設備の仮想的なモデルを作成することで、品質の向上やアフターサービスの充実につながるメリットがあります。具体的には、製品の品質向上には、

デジタルツイン上で製品や設備の詳細なシミュレーションや解析をすることで、課題の把握や、改良ができ、品質の向上につなげることができます。さらにアフターサービスも充実させることが可能です。

製品の故障や不調の際には、デジタルツインを利用して原因の特定や修理ができます。またリアルタイムで監視できるため、故障を事前に検知し、適切なメンテナンスも可能です。

コストとリスクの削減

デジタルツインを使うことで、さまざまなコストとリスクを削減できます。例えば、デジタルツインで詳細なシミュレーションや解析を行えるため、実際の製品を開発するために必要な試作品作りにかかるコストやテストの回数を減らすことができます。

さらに、故障予兆の検知や予測を行うことで、故障による生産停止のリスクを回避したり、故障した際の修理にかかるコストを抑えることも可能です。

設備保全オペレーションの向上

デジタルツインを使って機械の仮想モデルを作成し、その状態をリアルタイムで監視することで、機械が故障する前に異常を検知できます。また、故障が発生した場合でも、仮想モデル上でシミュレーションや解析を行うことで、素早く原因を特定し、修理に移ることが可能です。

さらに、デジタルツインを活用すると、機械の状態やメンテナンス履歴を管理し、適切なタイミングでメンテナンスを実施できるため、機械の寿命を延ばし故障のリスクを下げたり、生産停止や修理に伴うコストを抑えたりできます。

デジタルツインの実現に活用される主な技術

デジタルツインを実現するには、さまざまなデジタル技術が使われています。これらの技術はDXの推進においても重要となる技術のため、それぞれの内容について知っておくと良いでしょう。以下でそれぞれの技術についてそれぞれ詳しく解説していきます。

IoT

IoT（Internet of Things：もののインターネット）とは、さまざまなものがインターネットに接続され、相互に情報をやり取りする仕組みを指します。インターネットに接続されることで、自動的に情報を収集・分析し、人間の介入を必要とせずに制御や判断を行うことが可能になるのです。

IoTの技術を活用することで、効率的な生産やサービス提供、エネルギー効率の向上、安全性や快適性の向上など、さまざまな分野での革新が期待されています

AI

AI（Artificial Intelligence：人工知能）とは、人工的に作られたプログラムやシステムを使って、人間の知能に近い知識や判断力を持たせる技術です。機械学習や深層学習、自然言語処理などの技術を使うことで、大量のデータから自動的に学習し、問題を解決することができます。

例えば、音声認識技術を用いて、音声入力した言葉をテキスト化したり、画像認識技術を用いて、物体を自動的に判別したりすることが可能です。AIは、社会のさまざまな分野において、生産性向上やコスト削減などの効果を生み出し、現在世界中で注目されています。

AR・VR

AR（Augmented Reality : 拡張現実）・VR（Virtual Reality：仮想現実）は、コンピュータ技術を利用して現実世界や仮想空間を拡張・再現する技術です。

ARは、スマートフォンなどのデバイスを使用して、現実の世界にCGなどの情報を重ね合わせる技術で、例えばカメラをスキャンすることで、建物の詳細な情報を表示したり、商品の見積もりをリアルタイムで表示することができます。

VRはコンピュータ技術を使って仮想空間に没入させる技術で、美術館や博物館に行ったり、遠隔地での会議やトレーニングを行うことができます。

5G

5G（5th Generation：第5世代移動通信システム）とは、高速かつ安定した通信を実現する技術規格です。5Gは、高周波数帯を活用することで、3Gや4Gよりもかなりの高速通信を可能にしました。

また、IoT機器や自動運転車などの大量のデータをリアルタイムで処理することも可能です。さらに、多数の端末を同時に接続できるため、IoTやスマートシティなど、複数のデバイスを連携させたサービスの展開も期待されています。

CAE

CAE（Computer-Aided Engineering：コンピュータ支援工学）とは、製品開発や設計工程において、コンピュータを利用してシミュレーションや解析を行う技術です。これにより、試作品の数を減らしたり、設計の最適化を行うことができ、製品の品質向上や開発期間の短縮、コスト削減につながります。

デジタルツインの活用事例

ここでは、デジタルツインが実際に活用されている事例を詳しく見ていきます。

トヨタ自動車「Woven City（ウーブン・シティ）」

トヨタ自動車が進める「Woven City」は、持続可能な未来を実現するために、デジタルツインやIoTなどのテクノロジーを活用したスマートシティの実証実験です。先進的な自動運転技術やAI、ロボット技術、水素エネルギーなどのテクノロジーを採用し、多様なライフスタイルに対応した都市設計が行われています。

「Woven City」では、建物や車両、インフラなどをデジタルツインでモデリングし、現実世界で運用や維持管理を最適化できるように、さまざまなシミュレーションや評価が行われています。具体的には、AIやIoTを活用して都市全体の運用システムやエネルギー管理システムなどを開発中です。2021年から実証実験が開始され、実際の運用に向けた取り組みが進められています。

シンガポール「バーチャル・シンガポール」

シンガポール政府は、「バーチャル・シンガポール」という国家規模のデジタルツインを作成し、都市計画や災害対策、交通調整などの分野で活用しています。より詳しくいうと、人工衛星やドローン、IoTセンサーなどを活用して、都市全体の地形や建物、道路、植生、交通などのデータを収集し、リアルタイムでモデリングされたデジタルツイン上に反映しているのです。

このデジタルツインは、都市計画や災害対策、交通調整などの分野で活用されており、例えば、災害時にはデジタルツイン上でシミュレーションをすることによって、被害状況を把握し救援活動をスムーズにできるように行われます。また、交通調整にも活用され、リアルタイムでの渋滞状況の把握や交通ルートの最適化が行われています。

さらに、シンガポール政府は、このデジタルツインを用いた都市計画で、持続可能な都市の実現を目指しており、建物の省エネルギー化や再生可能エネルギーの導入、交通の効率化などの取り組みが進められているのです。

デジタルツインをうまく活用しよう

デジタルツインを活用することによって、製品やサービスの品質を向上させたり、開発やメンテナンスの際のコストやリスクを削減したりといったメリットがたくさんあります。デジタルツインを実現してDXを推進するにあたっては、デジタルツインでできることをふまえて、自社でどのように活かせるのかのアイデアを考え、それを実践して活用できるようになることが求められます。

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