本記事では、製造業でのデジタルツイン技術について解説します。

デジタルツインとは、現実の製品や設備を仮想空間に再現する技術で、生産効率の向上やコスト削減に大きなメリットがあります。

本記事では、その具体的なメリットや実際の活用事例をわかりやすく紹介します。

デジタルツインの効果を理解し、製造現場での活用を検討するための参考にしてください。

|デジタルツインとは

デジタルツインとは、現実世界に存在する人やモノを、IoT技術やセンサーで取得したデータを活用して、そっくりそのまま仮想空間に再現したデジタルモデルのことです。

まるで双子の兄弟のように、現実世界と仮想世界は常に同期されており、リアルタイムで情報をやり取りすることができます。

例えば、工作機械のデジタルツインであれば、機械の稼働状況や回転速度、振動などのデータをセンサーやIoT技術でリアルタイムに収集し、そのデータを仮想空間のデジタルモデルに反映させることが可能です。

さらに、シミュレーション機能を活用することで、まだ実際に作っていない製品の動作を検証したり、工具の摩耗を予測して交換時期を決定したりすることも可能です。

デジタルツインについては、詳細は以下の記事もご覧ください。

デジタルツインとは？メリットや活用事例をご紹介

|製造業でデジタルツインを行うメリット

デジタルツインを導入することで、製造業はどのような効果を得られるのでしょうか？

次項では、デジタルツインがもたらす4つの主要なメリットを詳しく解説していきます。

品質向上

1つ目のメリットは品質向上です。

新製品や生産プロセスの設計検討をする際、仮想空間で事前に形状や動作などのシミュレーションを行うことで、設計段階で品質を検証できます。これにより、製品の欠陥や不具合を事前に発見し、開発段階で改善が可能です。

さらに、生産段階になるとリアルタイムで生産プロセスを監視し、製造中の問題を迅速に検出して対策を講じることができます。

また、予測分析シミュレーションにより工具の摩耗や故障といった将来的な問題を予見し、事前に防止することも可能です。

これらの設計検討やリアルタイム監視、予知保全により不良品の発生率を大幅に減少させ、製品の信頼性を高めることができます。

業務効率化

2つ目のメリットは業務効率化です。

新たな生産ラインを立ち上げる際、実装前にデジタルツイン上でシミュレーションすることにより、ボトルネックや無駄な工程を特定し、効率的な生産計画を立てることが可能です。

また、実装後は新しいレイアウトやプロセスを試行し、その効果を事前に評価することで、リスクを最小限に抑えた改善が実現します。

他にも、デジタルツインは設備の稼働状況をリアルタイムで監視し、予知保全を行うことで、突発的な故障や生産停止を防ぎます。これにより、設備の稼働率を最大化し、ダウンタイムを削減します。

さらに、プロセスの最適化により、作業者の負担を軽減し、人的ミスの発生を減少させることができます。

コスト削減

3つ目のメリットはコスト削減です。

まず、デジタルツイン上で製品やプロセスの詳細なシミュレーションを行うことで、現実世界での試作費用やテストの回数、時間が削減されます。不良品の発生も減少するため、廃棄コストも抑えることができます。

さらに、リアルタイムで設備の状態を監視し、予知保全を行うことで、突発的な故障による生産停止を防ぎ、修理費用やダウンタイムのコストを抑えることができます。

加えて、生産プロセスの最適化によりエネルギー消費や作業時間、作業人数の効率化が図れます。これにより、エネルギーコストや人件費も削減できます。

技術伝承

4つ目のメリットは技術伝承です。

従来の技術伝承方法は、熟練技術者の指導を受けるために実際の作業現場に赴く必要がありました。

しかし、熟練技術者の高齢化や人材不足が進む中、この方法は時間とコストがかかり、効率的な技術伝承が困難となっていました。

一方、デジタルツインであれば、作業現場そっくりの環境を仮想空間に再現し、その空間内で様々な作業トレーニングをVRで行うことができます。

これにより、後継者は実際に危険な作業現場に行くことなく、安全に効率的に技術を学ぶことができます。

例えば、インタラクティブな操作シミュレーションや故障事例などを仮想空間上で体験することで、従来のテキストや動画を用いた研修と比べて、より実践的かつ効果的な学習が可能になります。

|製造業でデジタルツインの活用事例

ここまでで製造業におけるデジタルツイン活用のメリットについてご理解いただけたかと思います。

ここからは、実際の製造現場においてデジタルツインがどのように活用されているのかについて、4つの事例をもとにご説明します。

日立

出典：日立製作所「いま注目を集める『デジタルツイン』とは？　日立の活用事例も紹介」

日立の大みか事業所は、世界経済フォーラム（WEF）による「Lighthouse」に日本企業として初めて選出された工場です。

この工場では、約8万枚のRFIDタグと約450台のRFIDリーダー、ビデオカメラを使用して、人やモノの流れのデータを自動収集しています。

このデータをもとにデジタルツインを構築し、生産の進捗把握や品質改善、設備不良の自動検出に活用しています。これにより、リードタイムを50%短縮することに成功しました。

さらに、大みか事業所では製造現場以外でもデジタルツインを活用しており、日立が開発した列車の運行管理システムでは、電車の位置情報や速度情報、乗車人数などを自動的に取得し、運行状況をひと目で把握できるようにしています。

ダイキン

ダイキン工業では、「止まらない工場」を実現し、ロスを低減するためにデジタルツイン技術を本格的に導入しています。

大阪府の堺製作所臨海工場では、新生産管理システムを開発し、センサーやカメラから収集したデータを基に部品の流れや工程の状況を仮想空間に再現しています。

これにより、製造設備の異常や作業の遅れを予測し、現場改善や生産技術の向上を実現。2019年度と比べ、2021年度にはロスを3割以上削減する見込みです。

具体的には、製造設備の異常予測のためにセンサーから電流値やポンプの脈動値などのデータを収集し、異常が発生しそうな場合に警告を出す機能を備えています。

さらに、加工中のデータも収集して異常予測に活用することで、従来気付きにくかった異常も早期に発見できるようになりました。

テスラ

電気自動車（EV）を手がけるテスラの全車両にはセンサーが組み込まれており、走行データやバッテリー消費状況などのデータを詳細に計測しています。

このデータを基に、各車両のデジタルツインを構築し、リアルタイムで車両のパフォーマンスを監視・分析しています。

これにより、バッテリーの劣化状況や走行性能の予測が可能となり、オーナーに対して最適なメンテナンス時期を提案することができます。

また、集積されたデータを分析することで、車両の設計改善やソフトウェアアップデートを迅速に行い、ユーザー体験の向上を図っています。

このように、テスラはデジタルツイン技術を活用し、車両の性能と信頼性の向上に努めています。

シーメンス

出典：シーメンス「シーメンス、デジタルエンタープライズエクスペリエンスセンター DEX Tokyoを東京に開設」

シーメンスの「DEX Tokyo」という施設では、製造業向けにデジタルツインのデモやバーチャルコミッショニング、マシンアナリティクス、ファクトリーオートメーションなどを体験できます。

具体的には、シーメンスのPLC組み立て工場の一部を再現した製造ラインのデジタルツインを展示し、仮想環境でのシミュレーションを通じて、装置構成やプログラムの確認を行います。

また、ロボットのデジタルツインを用いて、複数のロボットプログラムの統合とエンジニアリング時間の短縮を実現します。

さらに、AGV（無人搬送車）のシミュレーションや、バーチャルトレーニングも提供し、企業が短期間で効率的にシステムを立ち上げられるよう支援します。

|まとめ

本記事では、デジタルツインの基本から導入メリット、具体的な活用事例まで詳しく紹介しました。

デジタルツイン導入によって、品質向上、業務効率化、コスト削減、技術伝承などのメリットが期待できます。

また、取り上げた事例からは、デジタルツインが工場全体の可視化、作業効率向上、製品品質向上、新サービス創出など、様々な課題解決に貢献することを示しています。

今後、多くの製造現場でデジタルツインが活用され、業界が変革していくことでしょう。未来の製造がどのような姿になっているのか楽しみです。