デジタルツインとは｜意味と定義・DXにおける重要性を解説
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- デジタルツインはシミュレーションと異なり、予測を現実世界にフィードバックできる
- デジタルツインの活用により、コストの削減や品質向上、遠隔地からの作業指示が可能
- デジタルツインは、導入だけでなくデータ収集にも大きなコストがかかる課題がある
デジタルツインは、医療分野や都市開発といった分野にも広がっており、デジタルトランスフォーメーション（DX）を加速させる手段としても注目されています。本記事では、デジタルツインの意味や注目されている理由についての他、デジタルツインでできることを解説します。
デジタルツインとは
デジタルツインとは、現実世界で収集したデータをコンピューター上の仮想空間に移動させて、そっくりに再現する技術概念です。仮想空間上でAIの分析やシミュレーションを実施し、その結果やフィードバックを現実世界に送ります。
再現度の高さから「デジタルの双子」とも呼ばれ、企業では業務フロー・自社製品・サービスの見直しや、改善策立案のための手段として利用されています。
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デジタルツインとは
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では、設計方法に違いがあります。デジタルツインは、リアルタイムな現実世界の情報をもとに仮想空間を作り上げますが、シミュレーションシステムはシナリオをもとに設計・実験が行われます。
また、シミュレーションは、実験結果を自身で分析して対策を講じることが多いため、人手やコストがかかりやすいです。
デジタルツインはリアルタイムな情報を仮想空間に反映できるため再現性が高く、フィードバックまで受けることができます。現実世界の環境やシステムを再現する点では似ているため、デジタルツインはシミュレーションの最新版と言えるでしょう。
デジタルツインとメタバースの違い
メタバースは自身がアバターとなり、他のアバターとのコミュニケーションやイベントに参加できる仮想空間のことです。ビジネスのシーンでは主にバーチャル会議などで使われることが多いです。
メタバースは現実世界にもとづいた世界ではないため、現実を仮想空間で再現するデジタルツインとは異なります。
デジタルツインが注目される理由と市場規模
デジタルツインが注目される理由は、デジタル技術を駆使して産業を発展させる高い能力が期待されるためです。AIやIoTなどデジタル技術が進化する中、デジタルツインを利用した仮想空間を通して解決すべき課題や改善策をタイムリーに把握できます。
デジタルツインの市場は、製造メーカーを中心に急速な拡大をしていますが、すべての企業がデジタルツインを必要とするわけではありません。
複雑な機械や大型インフラ、電力設備など高度な工学が必要な場合や規模の大きなプロジェクトでデジタルツインの効果が期待できます。
デジタルツインの用途
デジタルツインは、特に大規模な製品開発やプロジェクトにおいて、すでに広く使用されています。具体的には以下のような用途で活用されています。
- 大型建造物の設計
- 発電設備の設計や運用効率の向上
- 製造業の製造ラインにおけるロス削減
- 医療における手術のシミュレーション
- 自動車工場の運用プロセス最適化
- 3D都市モデルの整備とオープンデータ化
デジタルツインの浸透に伴って、既存の運用モデルに根本的な変化が起こっています。デジタルツインは常に新しいスキルや機能を学習しているため、その可能性はさらに広がっていくでしょう。
DXにおけるデジタルツインの重要性
デジタルツインは、デジタル技術を駆使して課題解決や業務改善ができるため、DXの推進に必要な技術と言えます。
DXが目的とするのは、デジタル化ではなく、デジタル技術の蓄積や分析によって得たデータを活用し、新しい価値につなげることです。AIやIoTを活用して情報収集からフィードバックができるデジタルツインは、まさにDXを体現していると言えるでしょう。
特にシミュレーションが必要とされる製造業などにおいて、精度の高い再現性とリアルタイム性を兼ね備えた仮想空間は、産業の発展を大きく加速させることが期待されます。
デジタルツインのメリット
デジタルツインには様々なメリットがあります。メリットを理解しておくことで、自社のニーズや課題にマッチするか知ることができます。ここでは、デジタルツインのメリットを解説します。
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デジタルツインのメリット
コストの削減
デジタルツインは、コストを削減できるメリットがあります。情報をもとに仮想空間を作り上げることで、開発のシミュレーションができるためです。設計や試作品を仮想空間で作成することで、現実世界で何度もやり直すコストがかかりません。
仮想空間で再現したデータの分析結果はフィードバックされるため、開発や導入までの時間を短縮できるでしょう。
また、仮想空間でのシミュレーションにより、新製品やサービスの開発に必要なコストや携わる人員を試算できます。必要以上に人員を割くことを防げるため、効率の良い人員配置や新しいプロジェクトに関わる採用活動につなげられます。
リスクの低減
デジタルツインにより、リスクを低減することが可能です。これは、現実世界を忠実に再現した仮想空間の中で業務プロセスを作り出すことで、隠れたリスクを発見できるためです。
例えば、新製品の開発の際、試作から製造過程をイメージしても実際の流れを見なければ分からないリスクもあるでしょう。デジタルツインを活用して、仮想空間で実際の現場を具現化することで、視覚的にリスクを察知することが可能です。
また、AIの分析によりリスクの洗い出しもできるため、様々な角度からリスク対策を講じることができます。開発段階からリスクを抑えられれば、のちの修正や改善にかかる作業の発生や出荷後のトラブルの防止につながります。
製品・サービスの品質向上
デジタルツインを取り入れることで、品質の向上にも期待できます。デジタルツインでは、AIによるビッグデータの解析や分析結果を可視化できるため、多角的に問題を捉えて改善を行うことができます。
IoTセンサーが搭載された製品であれば、顧客行動や属性などの幅広いデータを収集・分析できます。そのため、収集したデータをもとに顧客ニーズを満たした製品やサービスの開発に役立てることが可能です。
また、デジタルツインは、仮想空間の中で試作やトライアルを繰り返すことができます。課題を発見して改善を行うプロセスを繰り返せば、質の高い製品やサービスの提供ができるでしょう。
製造期間の短縮
デジタルツインの活用で、最短での製品の製造が可能になります。リアルタイムで稼働状況などを収集・分析することで、人員の不足が把握しやすいためです。デジタルツインの機能を利用してスケジュールや人員配置を適切に管理し、業務プロセスを最適化できます。
また、仮想空間で実際の現場を再現できるため、改善点を効率よく発見して迅速な対応ができるでしょう。最適な人員配置や課題の解決がタイムリーに行えるため、製造が最短になるメリットがあります。
遠隔地からの作業支援
デジタルツインの活用により、遠隔地から作業指示や支援を行うことができます。例えば、現場監督などは現場に出向かなければ業務が行えず、リモートワークに移行することが難しいです。しかし、デジタルツインによってリモートで作業状況を把握できます。
また、作業内容をデジタルツインに記録して蓄積することもでき、技術者のノウハウを広く伝えることが可能になります。
アフターフォローの充実化
デジタルツインを使うことで、アフターフォローも可能です。仮想センサーなどにより出荷後の状態を把握でき、必要に応じて寿命予測やバッテリー交換など行えるためです。製品の購入後も適切なタイミングでサポートを受けられることで、顧客満足度も向上します。
デジタルツインを支える技術
デジタルツインは、様々なデジタル技術が機能して成り立っています。複雑なデータの処理や再現性の高い仮想空間は、デジタル技術を複数組み合わせることによって出来上がっています。ここでは、デジタルツインを支えている技術を解説します。
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IoT
IoTは、「Internet of Things」の略であり、モノとインターネットが接続して、相互に情報交換する仕組みです。PCやスマホだけでなく家電などのあらゆるものがインターネットに接続できることで、幅広いデータの収集が可能になります。
デジタルツインでは、主に情報収集の役割を果たします。センサーや監視カメラ、ドローンなどからデータを収集して仮想空間に送り込むことで、分析対象となるデータが用意されます。
AI
人工知能であるAIは、ビッグデータの分析などに長けており、様々な用途で利用されます。デジタルツインにおいては、情報収集により蓄積されたデータを分析し、将来の予測やリスクの洗い出しなどのフィードバックに関する内容まで提案できる機能を担います。
5G
5Gは、「第5世代移動通信システム」を意味します。従来の通信システムから進化して、大容量かつ様々なモノがネットワークに接続されることを実現しました。IoTの利用にも5Gの普及が大きく関わっています。
デジタルツインにおいては、現実世界の情報を仮想空間に送信するために通信を行う役割があります。仮想空間に送信するデータは膨大で、通信には時間がかかることが懸念されますが、5Gの場合は大容量のデータを高速で送受信することが可能です。
時間の短縮にもつながる5Gは、デジタルツインの導入に欠かせない機能です。
AR・VR
ARとVRは、どちらも仮想空間をリアルに再現する技術です。ARは現実の環境を拡張し、VRは環境全体を仮想空間に置き換えるテクノロジーです。
ARは現実世界と仮想空間を融合させて仮想空間を生成します。例えば、不具合が発生した製品にセンサーやハンドセットなどの機器を向けると、トラブルシューティングの手順が表示されるなどの使い方です。
一方、VRは完全に仮想空間を作り上げるため、目や耳を覆うヘッドセットを着用します。近年は、VRを使用して自動車や住宅の設計が行われることもあります。
ARとVRは目的に応じてどちらを使用するか異なります。デジタルツインでは、仮想空間の構築や実現、データの解析結果をフィードバックする役割を担います。
CAE
CAEは「工学支援システム」のことであり、構造力学や精密工学など、工学に関わるあらゆる問題の解消につながるサポートができるシステムです。
コンピューター上の機能を利用して、工学に関わる現象を可視化することで、従業員が分析する作業の簡略化や工学的観点の知識のサポートが可能です。デジタルツインでは、CAEで解析できる工学を利用して、仮想空間に反映させることができます。
デジタルツインの課題
デジタルツインは、コスト面や人材の面などに課題があり、導入する際はこれらの点を十分に把握しておく必要があります。ここからは、デジタルツインの課題について解説します。
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デジタルツインの課題
コストや作業に負担がかかる
デジタルツインは、コスト面や作業面で時間がかかり、導入が進まない課題があります。現場をそのまま再現しようとすると、細やかで膨大な情報が求められるため、データ収集の方法も仕組化が必要です。
また、収集したデータや仮想空間でのシミュレーションが多いほど複雑になり、高度な技術が求められます。その分かかるコストやプロセスが増えるため、予想外にコストが膨らんで実行が不可能になってしまうケースもあります。
テクノロジー人材の確保が必要
デジタルツインは、loTやテクノロジーの活用が前提です。そのため、自社にIT知識の高いテクノロジー人材がいないと、システムを導入しても十分な効果を発揮できず、失敗してしまう可能性が高いです。
デジタルツインを導入する場合は、まず自社にテクノロジー人材がどのくらいいるのかを確認し、確保や育成を行う必要があります。その際、確保や育成にはコストや時間がどのくらいかかるのかも併せて把握しておきましょう。
セキュリティリスクがある
デジタルツイン技術の進展に伴い、新たなセキュリティリスクとデータ保護の課題が浮上しています。デジタルツインは大量の機密データを扱うため、攻撃者にとって魅力的なターゲットとなり得ます。そのため、適切な管理と保護が不可欠です。
データの盗難や改ざん、虚偽情報の拡散などのリスクが懸念されるため、セキュリティ対策を強化して対応計画を策定する必要があります。デジタルツインを安全に活用するためには、組織全体でセキュリティ対策を講じることが重要です。
まとめ
デジタルツインは、蓄積されたデータをもとに現実世界をそのまま再現したような仮想空間を作ることです。仮想空間での再現を通して製品やサービスの改善点の発見や、新製品の試作ができます。産業に大きな発展をもたらす技術として注目されています。
仮想空間で繰り返しシミュレーションを行うことで品質の改善や課題の解消ができるため、顧客満足度の向上や業務改善につながります。また、実際に見なければイメージできないようなリスクも洗い出せるため、設計段階でのリスク排除も可能です。
一方で、完全に現場を再現しようとすると膨大なコストと時間がかかり、導入の中止につながることが課題とされています。デジタルツインの導入を考える際には、目的を明確にして、スモールスタートで徐々に取り入れるなどの工夫をしましょう。
