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デジタルツインとは、現実のモノやプロセスを仮想空間で再現し、リアルタイムでデータを反映させる技術です。
この技術を活用することで、生産プロセスの効率化やコスト削減、データ活用による予知保全や品質向上などが実現され、製造業において競争力を強化することが可能です。
本記事では、デジタルツインの基本概念から製造業での具体的な活用事例、そして製造業における活用メリット、事例までを詳しく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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資料をダウンロードする|製造業のデジタルツインとは
デジタルツインとは、物理的資産やプロセスをデジタル空間に再現する技術であり、リアルタイムデータを基にした仮想モデルのことを指します。
この技術は、IoT（モノのインターネット）やAI（人工知能）と組み合わせることで、現実世界の状況を正確にシミュレーションし、さまざまな分析や予測を行うことが可能です。
デジタルツインは、物理モデルとその仮想モデルとの接続が重要であり、この接続はセンサーによって生成されるリアルタイムデータによって確立されます。
これにより、製品ライフサイクル全体にわたる動的な仮想表現が実現し、製造業や都市計画などのさまざまな分野で活用されています。
デジタルツインとメタバースの違いとは
デジタルツインとメタバースは、いずれも現実世界をデジタル空間に再現する点では共通していますが、その目的と用途に明確な違いがあります。
デジタルツインは、現実の物体やシステムを精緻に再現し、そこで得られるデータを分析・活用することで、現実世界での課題解決やプロセスの改善を目指します。
あくまで物理的な世界に主軸を置いた、現実の「双子」としての役割が強いのが特徴です。
一方、メタバースは、ユーザー同士がアバターを介して交流したり、経済活動を行ったりする、仮想空間そのものに価値を創出することを目的としています。
現実世界と完全に同期する必要はなく、より自由な創造性やエンターテイメント性が重視されます。
簡単に言えば、デジタルツインが「現実の課題解決のためのツール」であるのに対し、メタバースは「新たなコミュニケーションや経済圏を創出する場」と言えるでしょう。
|製造業におけるデジタルツインの活用シーン
製造業において、デジタルツインは製造プロセスや製品ライフサイクルの効率化、品質向上を目的とした幅広い活用が進められています。
主な活用シーンを見ていきましょう。
製造プロセスの最適化
製造現場では、デジタルツインの活用により、生産プロセス全体の最適化が可能になります。
物理的な製造ラインをデジタル上で仮想再現し、生産シミュレーションを行うことで、ボトルネックの特定や生産性の改善点を事前に見つけ出せます。
例えば、特定の製品を製造する際の機械の配置や作業員の動線を仮想空間で何度も試すことで、最も効率的なレイアウトを導き出せます。
また、IoTセンサーからリアルタイムで送られるデータをデジタルツインに反映させれば、現在の生産状況を可視化し、リアルタイムでの問題解決や生産計画の調整も可能です。
これにより、生産効率を最大化し、リードタイムを短縮できます。
製品設計と開発の効率化
デジタルツインは、製品の設計・開発プロセスにもメリットがあります。
試作品を何度も作り直す従来の開発手法に対し、デジタルツインを活用すれば、仮想空間でのプロトタイプやモックアップを何度でも作成・テストできます。
これにより、物理的な試作にかかるコストや時間を大幅に削減し、より高品質な製品をスピーディーに市場へ投入できます。
また、製品が市場に出た後も、デジタルツインを通じてユーザーの使用状況をモニタリングし、フィードバックを設計改善に活かすことも可能です。
設備のメンテナンスと予知保全
設備の故障や事故を防ぐメンテナンス、予知保全に対してもデジタルツインを活用できます。
設備に設置されたIoTセンサーから、温度、振動、稼働時間などのデータを収集し、デジタルツイン上でその状態を常時監視できます。
これらのデータをAIで分析することで、故障の兆候を早期に検知し、実際に問題が発生する前にメンテナンスを行う「予知保全」が可能になります。
これにより、計画外のダウンタイムを削減し、メンテナンスコストを最適化できます。
また、遠隔地からでも設備の状況をリアルタイムで確認できるため、迅速な対応にも繋がります。
サプライチェーンの最適化
製造業におけるデジタルツインは、サプライチェーン全体を可視化し、その最適化にも貢献します。
サプライヤーからの部品供給、自社工場での生産、そして顧客への配送まで、サプライチェーンの各段階をデジタルツインとして再現することで、全体像を俯瞰的に把握できます。
これにより、特定のサプライヤーからの部品供給遅延が生産計画に与える影響や、在庫状況の変動をリアルタイムでシミュレーションできます。
災害や予期せぬトラブルが発生した際にも、デジタルツイン上で影響を分析し、迅速な代替ルートの検討やリスク軽減策を講じることが可能になります。
|デジタルツインが製造業にもたらすメリット
デジタルツインを製造業に活用するメリットは多岐にわたります。
以下に主なメリットを詳しく解説します。
1. 品質の向上・リスクの削減
まず一つ目のメリットとして、品質向上とリスクの削減です。
現実の物理的な世界を仮想空間に再現することで、不良品が発生する可能性のある工程や、製品の潜在的な欠陥を事前に特定できます。
これにより、試作段階で設計や製造方法を改善し、製品の不具合やリコールといったリスクを未然に防ぐことができます。
また、製造ライン全体をリアルタイムで監視することで、品質のばらつきを減らし、安定した品質の製品を供給することが可能になります。
2. オペレーションの効率化・標準化
デジタルツインを活用することで、製造ライン全体のオペレーションを効率化・標準化できます。
例えば、新しい製造ラインを立ち上げる前に、仮想空間で機械の配置や作業員の動線をシミュレーションし、最も効率的なレイアウトを導き出せます。
また、熟練技術者の作業をデータ化して分析することで、そのノウハウを標準的な手順として確立し、経験の浅い作業員でも質の高い作業を再現できるようになります。
これにより、作業員のスキルレベルに依存しない、安定した生産体制を構築できます。
3. シミュレーションによるリードタイムやコストの削減
製品開発や生産計画の段階でデジタルツインを活用すれば、物理的な試作を減らし、仮想空間でのシミュレーションを繰り返すことができます。
通常では、異なる素材や部品の膨大な組み合わせを作り、耐久性のシミュレーションなどを何度も試すことはリソースの観点で困難ですが、仮想空間で繰り返し行うことで、最適な設計を短期間かつ省リソースで見つけ出せます。
物理的な試作品の材料費や製造にかかる人件費、設備の稼働時間といったコストも削減でき、開発全体の経済性を高めることが可能です。
4. アフターサービスの充実
デジタルツインは、製品が顧客の手に渡った後も価値を発揮します。
IoTセンサーを通じて製品の使用状況や状態をリアルタイムで把握することで、故障の兆候を早期に検知し、実際に問題が発生する前にメンテナンスを促す予知保全が可能になります。
これにより、顧客のダウンタイムを最小限に抑え、アフターサービスの満足度を向上させることができます。
また、顧客ごとの利用状況に合わせた最適なメンテナンスプランを提案するなど、パーソナライズされたサービス提供にも繋がります。
5. 技術の継承
製造業では、熟練技術者の引退に伴う技術継承が大きな課題となっています。
デジタルツインを活用すれば、熟練技術者の作業手順や勘といった暗黙知を、IoTセンサーやAIを用いてデジタルデータとして記録・分析できます。
これにより、長年の経験から培われたノウハウを形式知に変換し、マニュアル化や研修プログラムに活用することが可能です。
結果として、貴重なスキルや知識を次世代の若手に引き継ぎ、組織全体の生産性や競争力を維持できます。
|製造業のデジタルツイン活用事例
デジタルツインは、製造業のさまざまな分野で導入が進んでおり、各企業が独自の方法でこの技術を活用しています。
BMW：3Dスキャンによる工場メタバース化
この事例は、BMWがNVIDIA社と連携して進めている「Omniverse（オムニバース）」というデジタルツイン構築プロジェクトで、現実の工場を仮想空間に精巧に再現している点が特徴です。
現実の工場とデジタルツインを同期させることで、生産ラインの変更やロボットの動作シミュレーションを現実世界で行う前に、仮想空間で試行錯誤することが可能になります。
これにより、物理的な時間とコストを大幅に削減しています。
旭化成：遠隔指導による従業員負担軽減
この事例は、旭化成のグループ会社である旭化成エンジニアリングが、水素製造プラントの遠隔監視システムにデジタルツインを活用しているものです。
プラントの設備状態をリアルタイムで遠隔地からモニタリングできるため、現場に行かなくても状況を把握し、トラブル発生時の対応を迅速に行えるようになりました。
これにより、従業員の移動時間や負担を軽減し、オペレーションの効率化を実現しています。
テスラ：車両自動アップデートシステム
テスラは、車両に搭載されたセンサーから収集した膨大なデータを活用して、各車両のデジタルツインを構築しています。
これにより、ソフトウェアの自動アップデートだけでなく、遠隔での診断や性能改善、故障の予知なども行っています。
特に、不具合の修正や新機能の追加をディーラーに行かなくても遠隔で行える点は、従来の自動車業界にはなかった画期的なモデルです。
ダイキン：製造ラインのロス削減事例
この事例は、ダイキンが「デジタルツイン工場」と称して進めている取り組みの一つです。
大阪府堺市の臨海工場では、製造ラインのすべての工程をデジタル化し、リアルタイムでデータを分析することで、ロスや非効率な部分を特定しています。
これにより、生産性や品質の向上、コスト削減に繋がっています。
日立：生産時間短縮を実現したデジタルツイン構築
日立は、多品種少量生産を行う大みか事業所で、製造工程のデジタルツインを構築し、生産シミュレーションに活用しています。
この取り組みによって、生産工程におけるボトルネックを解消し、特定の製品の生産リードタイムを50%短縮するなどの成果を上げています。
トヨタ自動車：デジタルツインによる生産性向上
トヨタは、長年培ってきた「トヨタ生産方式」とデジタルツイン技術を融合させています。
特に、貞宝工場では金型加工におけるロボットティーチングの最適化にデジタルツインを活用しており、生産性を3倍に向上させた事例が報じられています。
人手不足の課題解決にも繋がる先進的な取り組みとして注目されています。
シーメンス：デジタルエンタープライズの実現
シーメンスは、製造業向けの包括的なソフトウェアポートフォリオを通じて「デジタルエンタープライズ」というコンセプトを提唱しています。
これは、製品の設計・開発から生産、販売、保守に至るまで、すべてのバリューチェーンをデジタルツインでつなぎ、一元管理することで、業務全体の効率化と持続可能性を高めることを目指しています
デンソー：自動車部品のデジタルツイン活用
デンソーは、主に製造現場のデジタルツインに注力しています。
特に、自社で開発する産業用ロボットや製造設備を仮想空間で再現し、稼働シミュレーションやプログラミングを事前に行うことで、実際の設備導入にかかるコストや時間を大幅に削減しています。
実機レスでの開発は、スピーディーな新製品導入に不可欠な要素となっています。
|まとめ
いかがでしたでしょうか。
製造業におけるデジタルツインの活用は、企業に多くのメリットをもたらしています。
現実世界のデータを仮想空間に反映することで、製品設計から製造、運用、保守に至るまで、あらゆるプロセスの効率化と最適化を可能にします。
デジタルツインは今後も進化し続け、多くの企業でさらなる活用が期待されるでしょう。
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