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近年、製造業において「デジタルツイン」という技術が注目を集めています。
これは、現実世界のモノや設備をデジタル空間に再構築し、リアルタイムで情報をやり取りする革新的な技術です。
現代における製造業からエネルギー、医療まで、様々な産業分野で課題解決の鍵となっています。
本記事では、デジタルツインの活用メリットと、国内外の代表的な活用事例をご紹介し、この最新技術がもたらす新たな可能性に迫ります。
目次
|デジタルツインとは
デジタルツインは、IoTなどの先進技術を活用して、現存する物理的な設備やシステムを仮想空間上にまるで双子のように正確に再現する技術です。
これを導入することで、現場の状況をリアルタイムで詳細に把握できたり、シミュレーションで問題発生を未然に防ぐことが可能になります。
製造業、建設業、インフラ管理、農業、スマートシティなど、特に産業分野での活用が進んでおり、Markets and Markets社の調査によると、2026年には市場規模が482億ドル（約5兆5000億円）に達すると予測されています。
詳しくはこちらも参考にしてくださいね。
|デジタルツインを産業分野に活用するメリット
デジタルツインは産業のあらゆる課題を解決し、競争力を強化させてくれる技術です。
今後、更なる技術革新と普及が進むことで、様々な分野で新たな価値創造が期待されています。
ここでは具体的に、デジタルツインが産業分野にもたらすメリットを解説しましょう。
人手不足の解消
従来、熟練作業員の経験や勘に頼っていた作業を、デジタルツインを用いてシミュレーションを行うことで、標準化・定型化することが可能になります。
これにより、新人や未経験者でも短期間で作業を習得し、戦力化することができます。
さらに、遠隔指導システムを導入できるようになり、場所や時間に縛られることなく、熟練作業員が遠隔地から作業員を指導することができます。
これは、人材不足に悩む地方企業や、海外拠点の立ち上げなどに特に有効なソリューションとなるでしょう。
このように、製造業をはじめ様々な産業分野で深刻化する人手不足問題を、デジタルツインが解決に導いてくれる可能性があることで注目されています。
作業効率の向上
デジタルツイン技術の導入により、試作工程の効率化とコスト削減が可能になります。
従来の製品開発では、完成までに複数回の試作が必要であり、その度に時間や費用がかかっていました。
しかし、この技術を導入して試作プロセスをデジタル上で再現することで、製作にかかる時間を大幅に短縮し、コストを節約することができます。
さらに、作業員の作業内容をデータとして記録・分析することで、作業手順の改善や作業時間の短縮につなげることができます。
また、作業員に最適な作業方法を提示することで、作業効率を最大限に高めることができます。
生産プロセス全体の最適化を図ることで、作業効率の向上に繋がります。
質の平準化
デジタルツインは、製品やプロセスのリアルタイムモニタリングを可能にし、センサーデータと実時間情報を活用して、状態を把握しながら品質異常や問題を早期に検知します。
これにより、製造プロセスの可視化が実現し、品質管理が強化され、不良品の発生を抑制することで生産性の向上に繋げます。
さらに、品質問題の早期発見と迅速な対応が可能となり、製品の品質を継続的に改善できます。
顧客からのフィードバックも反映させることで、より顧客ニーズに合った製品開発が実現し、顧客満足度の向上が図れます。
デジタルツインの導入により、企業は持続的な品質改善を追求し、競争力を高めることが可能となります。
リスク予知
従来のリスク管理では、過去の故障データに基づいて点検や整備を実施していましたが、デジタルツインを導入することで、過去のデータや振る舞いパターンから学習し、将来の故障やメンテナンスニーズを予測することが可能になります。
これにより、予期せぬ設備故障や生産ラインの停止を事前に予測し、計画的なメンテナンスや部品交換を行うことができます。
また、突発的なトラブルを防ぎ、生産性の向上やダウンタイムの削減にも繋がります。
これにより、リスクの低減と効率的な運用が可能となり、装置の信頼性向上やメンテナンスコストの削減が実現します。
|デジタルツイン×産業分野の国内活用事例
デジタルツインへの理解をより深めるために、ここでは国内における活用事例を、具体的な企業、政府の取り組みを挙げてご紹介しましょう。
国土交通省
国土交通省は、2020年より「PLATEAU（プラトー）」プロジェクトを推進し、全国56都市の3D都市モデルをデジタルツインとして整備・活用・オープンデータ化しています。
これは、仮想空間上で街を再現し、様々なデータを可視化することで、街づくりや防災、交通計画などの分野に革新をもたらす取り組みです。
具体例として、仮想空間での街歩きを楽しめる「バーチャル新宿」や、渋谷区のデータを活用してスマートシティを目指す「デジタルツイン渋谷プロジェクト」などがあります。
富士通
富士通は、製造現場における人々の動きをデジタル空間で精密に再現する独自の技術を開発しました。
この技術は、カメラの自動キャリブレーション機能を用いることで、人の動作を3D空間で簡単かつ正確に再現することができます。
これにより、作業効率の検証や危険姿勢の特定が可能です。
また、「デジタルツインコレクター」を提供し、自動車メーカーや損保会社、道路事業者向けにモビリティデータの活用も支援しています。
旭化成
旭化成はプロセス設備のデジタルツインを導入し、運転の最適化、保守の高度化、遠隔監視を実現しています。
「福島水素エネルギー研究フィールド」では、世界最大級の水素製造プラントでこの技術を活用し、リモート運転監視を行っています。
熟練者が現場に出向かずに、ウェブやスマホアプリでリアルタイムに状況を把握し、対応できる体制を整えました。
これにより、プラントの安全性と生産性が向上しています。
日立製作所
日立製作所は、デジタルツイン技術を活用した「IoTコンパス」ソリューションにより、生産現場の効率化を飛躍的に推進しています。
具体的には、約450台のビデオカメラを設置し、生産現場全体のヒトとモノの流れを可視化し、リアルタイムにデータを収集・分析することで、リードタイムを50％短縮することに成功しました。
この事例は、デジタルツインが製造業における生産現場の効率化とイノベーション創出に貢献できることを示しています。
ダイキン工業
ダイキン工業は、2020年に堺製作所臨海工場において、デジタルツイン技術を適用した新たな生産管理システムを導入しました。
各種センサーから得たデータ即座に仮想空間に反映し、異常予測機能を用いて重大インシデントを未然に防いでいます。
このシステムにより、生産ラインの停止原因を事前に予測し、迅速に対応可能となり、2021年度には2019年度比で30%以上のロス削減が見込まれています。
トヨタ
トヨタ自動車は、デジタルツイン技術を活用し、商品開発のリードタイムを大幅に短縮することに成功しました。
生産設備を3Dモデルで作成し、仮想空間内でシミュレーションを何度も行うことで、設備の最適化や自動化を実現。
これにより、生産性が3倍に向上し、リードタイムを1/3に短縮しました。
また、トヨタの「Woven City」プロジェクトでは、デジタルツインを用いて自動運転やロボット技術の検証を行い、2025年の入居開始を予定しています。
大林組
大林組は、高性能PCや専門知識がなくても簡単に建設現場を再現できる「デジタルツインアプリ」を開発しました。
このアプリは、東京大学との共同研究で培った「データ・システム連携基盤」と、ゲームエンジン「Unity」を活用することで、直感的な操作性と快適な3D表示を実現しています。
クラウド上でデータを保存し、どこからでも現場の状況を確認可能です。
また、安全指摘事項の共有や保存も容易です。
鹿島建設
鹿島建設は、大阪市中央区のオービック御堂筋ビル新築工事で、企画・設計から施工、維持管理・運営までの全情報をデジタル化し、デジタルツインを実現しました。
BIMモデルと呼ばれる3Dモデルを基盤として構築されており、各フェーズでの効率化と品質向上を図っています。
BIMモデルは建物の形状だけでなく、構造、設備、内装、施工スケジュール、維持管理情報などを含む膨大なデータが紐付けられています。
三菱電機
三菱電機が開発したMELSOFT Geminiは、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革新的なツールです。
この技術により、機器の動作を事前に確認し、生産工程を最適化し、潜在的な問題を特定できます。
設計段階や稼働前の検証プロセスの効率が向上し、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。
コマツ
コマツは、建設現場における施工全体のデジタルトランスフォーメーション（DX）を達成しました。
各プロセスをデジタル化し、調査・測量から施工計画、施工・施工管理、検査まで縦のデジタル化を実現。
そして、これらのプロセスを統合して横のデジタル化を実現し、データを迅速に伝達できるようにしました。
さらに、複数の現場をつなぐ情報もデジタル化して奥のデジタル化を図り、デジタルツインを同期させながら施工を最適化しています。
|デジタルツイン×産業分野の国外活用事例
次に、国外でのデジタルツイン事情に目を向けてみましょう。
テスラ（アメリカ）
米電気自動車メーカーのテスラは、全新車に車載AIとデジタルツイン技術を搭載し、走行状態を常に監視・修正する革新的なシステムを構築しています。
車両に搭載されたセンサーで走行状況や周辺環境データをリアルタイムに収集し、AIが分析。
問題があれば無線ソフトウェアアップデートで修正し、車両の性能を最適化します。
遠隔で車両診断が可能なため、顧客の手間やサービスセンターのコストを最小限に抑えています。
GE（アメリカ）
米GE（ゼネラル・エレクトリック）は、航空機エンジンの保守費用を節約するためにデジタルツイン技術を導入しています。
従来の保守方法では、定期点検や故障発生時にのみエンジンを分解・検査していましたが、エンジンの物理モデルとリアルタイムの稼働データを組み合わせることで、エンジンの状態を常時監視し、最適なタイミングでメンテナンスを実施できるようになりました。
エンジニアリングのノウハウとデータ分析を統合し、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ています。
シーメンス（ドイツ）
ドイツのテクノロジー企業シーメンスは、「包括的なデジタルツイン」戦略を通じてデータを活用した効率的な判断を実現しています。
この技術は設計、計画、製造、製品性能の情報を統合し、シミュレーション、予測、最適化を行います。
例えば、自転車用ヘルメットの生産では、顧客の頭部データを元に設計してシミュレーションを行った後、3Dプリンティングで生産を行います。
これにより、開発時間の大幅な短縮が実現されています。
上海儀電（中国）
中国上海のカラーフィルターメーカー、上海儀電（INESA）は、工場や設備、機器をデジタル化してデジタルツインにより表しています。
富士通の「COLMINA」の機能「Intelligent Dashboard」を活用してデータを可視化することで、工場機器に異常が発生した際も迅速に対処や改善が可能となり、遠隔地のメンテナンス担当者がリアルタイムの情報を基に指示を出すことができるようになっています。
シンガポール
シンガポール政府は、2014年から「バーチャル・シンガポール」プロジェクトを実施し、国土全体をデジタルツインによって模擬することで、都市課題の解決と効率化を実現しています。
このプロジェクトでは、公園、道路、建物など、国土上に存在するあらゆるものを再現し、都市インフラや人の流れなどをリアルタイムで可視化しています。
これにより、交通渋滞の緩和や開発計画の最適化などが可能になり、無駄な時間とコストの削減や騒音の低減にも寄与しています。
|まとめ
デジタルツインは、製造業をはじめ、あらゆる産業分野における数々の課題を解決するための強力なツールです。
本記事で紹介したように、国内外での活用事例を見ても、そのメリットは明らかであり、運用効率の向上やコスト削減、品質の改善など、多岐にわたる効果が期待できます。
企業はこの技術を積極的に取り入れ、競争力を高めていくことが求められるでしょう。
デジタルツインは未来の産業を支える重要な柱として、今後の進化から目が離せませんね！
