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「デジタルツイン」という言葉を耳にする機会が増えたものの、その具体的な意味や活用方法を正確に理解している人は少ないのではないでしょうか。
デジタルツインとは、現実世界のモノや環境を仮想空間に再現したデジタルデータのことです。
本記事では、ビジネス現場で注目される「デジタルツイン」について、初心者にもわかりやすくその概念から最新の活用事例、そしてよくある誤解までを網羅的に解説しますので、是非最後までご覧ください！
製造・建設・物流業界の業務効率化と安全性を高める「デジタルツイン」
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|そもそも「デジタルツイン」とは？
デジタルツインとは、現実世界のモノや仕組みを仮想空間に双子のように再現する技術です。
センサーやIoT機器などで収集したデータをもとに、物理的な対象の状態・動き・環境などをデジタル空間で忠実に再現し、分析・予測・最適化に活用します。
たとえば、航空機エンジンの状態を常に監視して異常を検知したり、建設前にビル全体のシミュレーションを行って安全性を確認するなど、既に実用化されている分野も多数存在します。
つまり、デジタルツインは「可視化」「予測」「制御」の手段として、今後の産業や社会インフラを支える基盤技術として期待されています。
デジタルツインの身近な例
私たちの身近なもので、最も分かりやすい例えは、「車のナビゲーションシステム」です。
車のナビは、現実の道路や建物、交通状況などの情報をデジタル空間（地図データ）に取り込み、そのデジタル空間の中で、あなたの車がどこを走っているかをリアルタイムで再現しています。
これが正にデジタルツインの基本的な考え方です。
ナビゲーションシステムが「現実の道路」という物理空間のデジタルツインなのです。
さらに、より高度なナビゲーションシステムは、渋滞情報や工事情報といったリアルタイムなデータを取り込み、目的地までの最適なルートをシミュレーションしてくれます。
これも、現実の状況をデジタル空間で再現し、未来を予測しているデジタルツインの機能の一種と言えます。
|誤解しがちなデジタルツインと○○の違い
デジタルツインとは何かを解説しましたが、この分野では”メタバース”や”シミュレーション”といった言葉も多く使われます。
それぞれの違いについて、見ていきましょう。
デジタルツインとメタバースの違い
デジタルツインとメタバースはどちらもデジタル空間を使いますが、その目的が大きく異なります。
デジタルツインは、現実世界を忠実に再現し、現実の状況分析や未来予測に使われます。
例えば、現実の工場の生産ラインをデジタルツイン化し、稼働状況を監視したり、新しい設備の導入前にシミュレーションしたりします。
つまり、デジタルツインは「現実の役に立つためのツール」です。
一方、メタバースは、現実とは異なるもう一つの仮想空間を作り、アバターを通じて人々が交流したり、新しい体験をしたりすることが主な目的です。
ゲームやバーチャルオフィスなど、現実とは切り離された、独自の経済圏や文化を持つコミュニティが存在しています。
デジタルツインとシミュレーションの違い
そしてシミュレーションは、デジタルツインの中に含まれる、重要な機能の一つです。
デジタルツインは、現実世界からリアルタイムでデータを取り込み、その状態を常に反映する、いわゆる「現実世界の双子（レプリカ）」です。
例えば、現実の橋の劣化状況をセンサーデータから常に把握し、デジタルツイン上でその状態を再現したとしましょう。
このデジタルツイン上で、将来の交通量増加が橋に与える影響を予測する、といった「未来のテスト」を行うのがシミュレーションです。
シミュレーションは、現実で起こりうる様々な状況をデジタルツイン上で試すことを意味しており、問題の予測や解決策の検討を可能にします。
|デジタルツインが注目される背景
デジタルツインが注目を集めている背景には、複数の技術的・社会的要因があります。
最大の要因は、IoTや5G、AIといった先端技術の進化により、リアルタイムで大量のデータを取得・解析できる環境が整ってきたことです。
これにより、現実と仮想のシームレスな連携が可能となり、デジタルツインの活用価値が飛躍的に高まりました。
また、コロナ禍以降、非接触・リモート管理のニーズが急増したことも大きな契機です。
物理空間にアクセスしなくても、仮想空間上でモニタリングや操作、検証ができるデジタルツインは、多くの企業にとって業務継続性や効率化の強力な手段となっています。
|デジタルツインがもたらすメリット
デジタルツインは、現実世界の物理的なオブジェクトやシステムをデジタル空間に再現する技術であり、その導入によって多くの利点が得られます。
物理的な制限を超えた作業ができる
デジタルツインでは、仮想空間上にオブジェクトのコピーを作成するため、物理的な制約から解放されます。
これにより、実際の環境では困難なシミュレーションやテストが可能となり、リスクを最小限に抑えつつ新しい製品やサービスの開発を進めることができます。
コストダウンを実現できる
デジタルツインを活用することで、試作品の製作や実験にかかるコストを大幅に削減できます。
仮想空間内でシミュレーションを行うことで、物理的な試作品を必要とせず、時間的・金銭的なコストを削減できるため、効率的な開発が可能です。
リードタイムを短縮できる
生産管理や業務プロセスの最適化により、リードタイムを短縮することができます。
デジタルツインによって迅速なシミュレーションとフィードバックが可能になるため、開発から生産、流通までの全工程を効率化し、納期短縮につながります。
メンテナンスがスムーズにできる
デジタルツインはリアルタイムでデータを収集・分析するため、メンテナンスが必要な箇所を迅速に特定できます。
これにより、予防保全や故障予測が可能となり、生産ラインの稼働率向上やダウンタイムの削減が実現します。
品質保証と改善サイクルの向上
デジタルツインは、高精度なシミュレーションを通じて製品の品質保証にも寄与します。
仮想空間で試作やテストを繰り返すことで、不具合を早期に特定し改善策を迅速に反映させることができるため、品質向上につながります。
|デジタルツインの仕組み
デジタルツインの仕組みは、大きく以下の3つの要素で構成されています。
現実世界のデータ収集
まず、モノのインターネットと呼ばれるIoT（Internet of Things）技術を活用し、現実世界にあるモノや場所のデータを集めます。
例えば、工場なら機械の温度や稼働状況、街なら車の交通量や建物の劣化具合などを、センサーやカメラ、GPSといった様々なデバイスを使ってリアルタイムで収集します。
このデータが、デジタルツインの基礎となる、もっとも重要な部分です。
収集したデータの統合とデジタル空間でのモデル化
次に、集めた膨大なデータをデジタル空間に送り、統合します。
このデータをもとに、現実世界と全く同じデジタルモデルをコンピューター上に構築します。
例えば、現実の建物の形状や素材、窓の位置、さらには日照条件までを想定したデジタルデータとして再現します。
このモデルは、単なる静止画ではなく、現実世界で何かが変われば、それに合わせて自動的に変化します。
これにより、現実の「今」の状態を正確に反映する「デジタルツイン」が完成します。
シミュレーションと分析
そして最後のステップでは、完成したデジタルツインを使って分析やシミュレーションを行います。
この「デジタルツイン」の世界では、現実では試すことのできない様々なことを簡単に、何度も試すことができます。
例えば、「もし工場の機械の稼働率を20%上げたらどうなるか？」「このビルの設計を変えたら、どのくらい電力消費を抑えられるか？」「設備の配置をこのように変えてみたらどうなるか？」といった、現実では膨大なコストやリソースが掛かることを、ほとんど無視して検証できます。
そして、この分析結果を再び現実世界へとフィードバックすることで、より精度の高い効率的で安全な運用が実現できます。
❘デジタルツインで活用される主な技術
デジタルツインは、単一の技術ではなく、複数の先進技術が組み合わさることで初めて実現します。
ここでは、デジタルツインを動かすための5つの主要技術をご紹介します。
1. IoT（モノのインターネット）
IoTは、現実世界からデータを収集するための「目」であり「耳」です。
工場や建物、自動車など、あらゆる「モノ」にセンサーを取り付け、インターネットを通じてリアルタイムでデータを送受信します。
温度、湿度、位置情報、稼働状況といった膨大なデータを常にデジタルツインへと供給することで、現実世界とデジタルツインを同期させます。
IoTなくして、現実を反映するデジタルツインは成り立ちません。
2. AI（人工知能）
AIは、デジタルツインで収集された膨大なデータを分析し、未来を予測するための「頭脳」の役割を担います。
AIは、デジタルツイン上の過去のデータやリアルタイムのデータを学習し、効率の悪い部分を自動で特定したり、故障の予兆を検知したり、将来の生産性を予測したりします。
例えば、AIが「この機械は数日後に故障する可能性が高い」と予測することで、未然にトラブルを防ぐことが可能になります。
3. クラウドコンピューティング
クラウドコンピューティングは、デジタルツインを動かすための「舞台」であり、膨大なデータを保存し、処理するための基盤です。
現実世界から送られてくる大量のリアルタイムデータを安定して保存・処理するためには、高性能なサーバーやストレージが必要となります。
クラウドの活用によって、高価な設備を自社で持つことなく、必要な時に必要な分だけリソースを利用できるため、効率的かつ柔軟にデジタルツインを構築・運用できます。
4. VR（仮想現実）とAR（拡張現実）
VRとARは、デジタルツインをより直感的に「見る」「触れる」ための技術です。
VRを使えば、デジタルツインで再現された工場や建物の内部を、まるで実際にその場にいるかのように歩き回ることができます。
また、ARを使えば、現実の機械にスマートフォンやタブレットをかざすだけで、デジタルツイン上のデータ（例：稼働状況や修理方法）を現実の映像に重ねて表示させることができます。
これにより、専門家でなくても、デジタルツインの情報を簡単に活用できるようになります。
5. 5G（第5世代移動通信システム）
5Gは、デジタルツインにおけるデータの送受信を高速かつ大容量で行うための「通信網」です。
IoTデバイスから送られてくるリアルタイムの膨大なデータを、遅延なくスムーズにデジタルツインに反映させるためには、高速な通信環境が不可欠です。
5Gの普及により、より多くのセンサーを設置し、よりリアルタイム性の高いデジタルツインを構築することが可能になります。
これにより、自動運転車やスマートシティのような、高度なデジタルツインが実現しつつあります。
|【産業別】デジタルツインの活用シーン
デジタルツインは、さまざまな分野での応用が進んでおり、その中でも特に製造業、エネルギー産業、都市計画において顕著な成果を上げています。
以下に、それぞれの分野でデジタルツインがどのように活用されているかを詳しく解説します。
製造業
製造業では、工場の生産ラインや設備のデジタルツインを構築することで、生産効率の最大化を図ります。
実際の工場に設置されたセンサーから、機械の温度、振動、稼働時間などのデータをリアルタイムで収集し、デジタル空間に反映させます。
このデジタルツイン上で、例えば「新しいロボットをこの場所に導入したら、生産性がどう変わるか？」といったシミュレーションを、実際に設備を動かす前に試すことができます。
また、機械のわずかな異常をデジタルツイン内で検知することで、故障する前にメンテナンスを行う「予知保全」も可能になります。
これにより、予期せぬライン停止を防ぎ、コスト削減と生産性向上に貢献します。
自動車業界
自動車業界では、設計・開発だけでなく、日々の運用にもデジタルツインが使われています。
車両の各部に設置されたセンサーから、エンジンの状態、タイヤの摩耗、バッテリーの残量などをリアルタイムでクラウド上の車両のデジタルツインに送信します。
このデジタルツインを分析することで、車両の故障を事前に予測し、ドライバーにメンテナンスを促すことができます。
また、自動運転技術の開発では、現実では再現が難しい複雑な状況（悪天候、路面の変化など）をデジタルツイン上で無数にシミュレーションし、安全性の検証を効率的に行っています。
建築・建設業
建築・建設業界では、建物を建てる前の設計段階からデジタルツインが活躍します。
建物の形状、構造、素材、さらには周囲の気候条件なども含めて建物のデジタルツインを作成します。
このデジタルツインを使えば、建物が完成する前に、日当たりや風通しがどうなるか、空調の効率はどうか、地震発生時にどのような影響があるかといったことを正確にシミュレーションできます。
また、建設が始まった後も、現場の進捗状況をリアルタイムでデジタルツインに反映させることで、資材の管理や作業員の安全確保にも役立ちます。
完成後も建物の劣化状況を継続的に監視し、メンテナンスを効率化できます。
医療・ヘルスケア
医療分野では、患者一人ひとりの体のデジタルツインを作成し、個別化された治療を実現する研究が進んでいます。
MRIやCTスキャンといった画像データに加え、心拍数や血圧などのバイタルデータを組み合わせることで、特定の患者の臓器や体の動きをデジタル空間で忠実に再現します。
このデジタルツイン上で、新しい薬を投与した場合にどのような効果が現れるか、あるいは手術を行った場合にどのような影響があるかといったことを事前にシミュレーションできます。
これにより、患者の身体的な負担を最小限に抑えつつ、最も効果的な治療法を選択できるようになります。
まだ発展途上の分野ですが、精密医療の実現に向けた重要な一歩として期待されています。
都市計画・スマートシティ
都市開発の分野では、街全体のデジタルツインを構築し、市民の生活を豊かにするための分析を行います。
交通渋滞の状況、人々の移動パターン、電力や水の消費量などをセンサーやカメラで収集し、デジタル空間上で都市の「今」を再現します。
このデジタルツインを活用すれば、新しい道路や建物を建設した場合の交通量への影響を予測したり、災害発生時の避難シミュレーションを行ったりすることができます。
また、エネルギーの無駄をなくすための施策を検討したり、公園や商業施設の配置を最適化したりすることも可能です。
シンガポールの「Virtual Singapore」は、都市のデジタルツインを構築し、未来の都市計画に役立てている代表的な事例です。
|まとめ
デジタルツインは、現実世界の構造や動作を仮想空間に再現し、リアルタイムでモニタリングやシミュレーションを行うことで、業務の効率化や意思決定の高度化を支える革新的な技術です。
製造業、建築・都市開発、教育、医療など、あらゆる分野で応用が進んでおり、今後もその活用領域はますます広がっていくと予想されます。
今後、AIやビッグデータとの統合により、さらに精緻な予測や自律的な制御が実現される中で、デジタルツインは企業や社会にとって不可欠なインフラとなるでしょう。
いまこそ、その本質を理解し、自社の課題解決や未来戦略にどう取り入れるかを検討するタイミングです。
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