トレンド解説 2023/10/16

デジタルツインとは？わかりやすく10分で解説

コラム

デジタルツインとは？

第一に、デジタルツインとは何でしょうか？これは現実世界の物体やシステムをデジタル空間で精密に再現し、リアルタイムでデータを収集・解析し、その情報を予測や最適化に役立てるという概念です。これまでのシミュレーションとは異なり、現実世界とデジタル空間でのモデルが双子のように似ているという意味をもつデジタルツインは、現実世界のアクションをリアルタイムで同期してはかることでデータ分析を可能にし、その結果を利用する事ができます。

デジタルツインの定義

具体的に言うと、デジタルツインは現実世界の物理システムのデジタルレプリカを作成し、そのデータを活用することで現実世界の問題を予測したり、より効率的な運用が可能となる技術のことを指します。これにより、現実世界の問題を解決するためのシミュレーションが可能となります。

デジタルツインの由来

デジタルツインの起源は1960年代のペアリング・テクノロジーとされています。その後の技術的な進展により、現実世界を高解像度でデジタル再現する技術の実用化へとつながってきました。これにより、現実世界を高解像度で再現し、リアルタイムなデータ分析と予測を行うことが可能となりました。

デジタルツインの特性と役割

デジタルツインの特性としては、リアルタイムなデータ分析や予測、最適化などがあります。具体的には、設備保全の効率化、品質の向上、リスクの低減、期間の短縮、コストの削減などが可能です。これにより、例えば、製造業における製品開発の効率化や安全確保など、様々な分野での活用が期待されています。

デジタルツインと関連する用語

デジタルツインと関連して頻繁に聞く用語としては、「シミュレーション」、「メタバース」、「CPS」などがあります。「シミュレーション」は特定のシナリオや条件下での予測・再現を目的とするものであり、「メタバース」はユーザーが対話や創造、共有を行う仮想空間、そして、「CPS」は物理的なシステムとネットワークがリアルタイムでデータや情報を交換するシステムを指します。

デジタルツインの活用法

設備保全への活用

設備保全におけるデジタルツインの活用は、非常に深刻な問題である予期せぬ機器の故障を未然に防ぐ強力な手段となり得ます。デジタルツインは、リアルタイムで機器のデータを収集・解析し、その動作状況を精密に再現します。これにより、設備の異常が発生する前に警告を出す、いわゆる「予知保全」が可能となります。

またAIの機械学習技術と組み合わせることで、これまでの経験から機器の故障パターンを学び、将来の故障を予測することも可能となります。これにより、保全作業の計画性が増し、作業効率化に大いに寄与します。

さらに、IOT技術を組み合わせたデジタルツインは、遠隔地の設備の状態をリアルタイムで監視することも可能とします。これにより、遠隔からの適切なメンテナンスや故障対応が可能となり、時間や人員の節約につながります。

品質向上への活用

デジタルツインを活用することで、製品やサービスの品質向上も実現可能となります。 たとえば、製造業における製品設計や検証プロセスでは、デジタルツインを使って現実の製品を模倣したシミュレーションが可能となります。

これにより、新たな製品を実際に製造する前にデジタル空間で機能テストや性能評価を行うことが可能となり、製品開発の初期段階での失敗を未然に防ぐことができます。この結果、製品の品質向上につながります。

また、製造過程の改善提案や機械の異常発見などによる品質管理も、デジタルツインを活用することでより迅速・正確に行うことが可能となります。

リスク低減への活用

デジタルツインの活用は、ビジネスにおける様々なリスクを低減する手段ともなります。例えば、インフラ施設の管理において、デジタルツインはリアルタイムのデータ分析により施設の老朽化や破損を早期に予知し、事故や災害を未然に防ぐ役割を果たします。

また、様々なシナリオをデジタルツインで再現・予測することで、ビジネスにおける将来の不確定要素を事前に把握し、その対策を講じることも可能となります。

これらの活用により、ビジネスの継続性保護や、投資リスクの軽減など、様々な観点でのリスク管理が強化されます。

コスト削減への活用

デジタルツインの活用はコスト削減にも寄与します。

予知保全や品質管理の効率化により、メンテナンスコストや再製造コストを節減することができます。また、製品設計プロセスでの初期検証により、製造プロセスでの失敗コストを抑制することも可能です。

さらに、リスク管理における事前対策により、不測の事態から生じるコストを減らすことも可能です。これらのコスト削減は、組織の経済的なパフォーマンスを大いに向上させるでしょう。

デジタルツインのメリットとデメリット

デジタルツインは現実空間をデジタル上で再現することにより、リアルタイムでのデータ収集・解析、進化予測、リスク掌握、最適化計画等を可能にします。それでは、具体的にどのようなメリットが見込まれるのでしょうか。また、逆にどのような課題やデメリットが存在するのでしょうか。それぞれを見ていきましょう。

デジタルツインの効果とメリット

まずデジタルツインのメリットについて説明します。デジタルツインは、高度な解析や試行による設備保全の効率化、品質の向上を可能にします。これにより、リスクの低減やコストの削減といった経済的なメリットを実現できます。また、試行錯誤をデジタル空間で行うため、書類や人員のロスを防ぐことも可能です。以上のように、デジタルツインは様々な利点を有しています。

デジタルツインの課題とデメリット

次に、デジタルツインの課題やデメリットについて説明します。デジタルツインを導入するためには、技術的な知識やハードウェア、ソフトウェア等の初期投資が必要です。これには費用や時間がかかり、中小企業や始まったばかりの事業にとっては難易度が高いかもしれません。また、デジタルツインは現実世界を細かく再現するほど有用ですが、それには精緻なデータや高負荷な計算が必要となります。

デジタルツイン活用へのチャレンジ

以上のような課題にもかかわらず、デジタルツインへの期待値は高まっています。IoT、5G、AIといった新しい技術を活用して、デジタルツインのリアルタイム性や精密性を向上させる試みが進行中です。また、現在ではさまざまな業界や領域でデジタルツインの活用が見られ、それぞれが独自の最適化や効果を追求しています。

期間短縮と効率化のための措置

デジタルツインを活用することで効率化や期間短縮が期待できます。これには、IoTやAIを活用したデバイスのリアルタイム制御、5Gの高速データ通信、AR・VRの利用によりデジタルツインの体験性を向上させるなどが考えられます。このようなデジタルツインの具体的な活用方法を理解し、自身の事業や研究に活かすことで、より効率的な業務実行や革新的な価値創出が可能となります。

デジタルツインとIoT, 5G, AI

対象物やシステムをデジタルに再現し、逐一データ収集と分析を行うデジタルツインは、もはや製造業をはじめ様々な分野での活用が進む現象となっています。それに伴い、IoT（インターネット・オブ・シングズ）、5G（第5世代移動通信システム）、AI（人工知能）等の新しい技術の組み合わせによるデジタルツインの可能性は極めて大きいと言えます。

IoTとデジタルツインの関係

デジタルツインの肝となるのは、現実の対象物からリアルタイムでデータを収集することです。ここで登場するのがIoT技術です。デバイスやセンサーがインターネットに接続し、常にデータを生成・共有します。それらはデジタルツインの精度とリアルタイム性を高め、更に高度な予測や最適化を可能にします。しかしながら、大量のデータを即座に扱うには適切なネットワークが求められます。それが次に登場する5Gの役割です。

5Gとデジタルツインの関係

IoTがデータを生成し、それをデジタルツインが活用する。そのためには、大量のデータを高速かつ安定に転送する必要があります。そこで、高速データ通信が可能な5Gがここに組み合わされます。IoTデバイスから得られるデータを素早く収集・解析し、デジタルツインを通じて活用するためには、5Gの存在は不可欠と言えるでしょう。しかし、データを集めてもその価値を最大限に活用するためには、解析と予測の精度を向上させることが求められます。その解決を担うのがAIの役目です。

AIとデジタルツインの関係

AIは高度なデータ解析や予測のモデリング、自動化を可能にします。プロセスの自動化や最適化、設備の状態予測など、デジタルツイン上でAIを活用することで様々な効果が期待できるのです。これらの技術を組み合わせて利用することで、先端のデジタルツインプラットフォームが形作られ、その市場も大きく動いています。

デジタルツインの先端技術と市場動向

デジタルツインを活用する分野は広範囲に渡ります。製造業からスマートシティの設計、遠隔医療など多岐に渡る実例が存在します。また、先述したIoT、5G、AIはもちろん、AR（拡張現実）、VR（仮想現実）、CAE（コンピュータ支援工学）などといった他の先端技術との組み合わせにより、その可能性は広がり続けています。デジタルツインの市場もその技術的進歩と共に拡大の一途をたどり、数年後には莫大な規模に達すると予測されています。これに伴い、デジタルツインプラットフォームの提供企業も増え、それぞれが競って独自の特徴や強みを生かし、真新しいサービスを展開しています。デジタルツインの未来はまさに、これらの先端技術と市場動向によって描かれるものと言えるでしょう。

デジタルツインの未来

近年急速に進歩を遂げているデジタルツイン。IoTや5G、AIといった新しい技術によって、現実世界の物理的な状況をリアルタイムでデジタルワールドに再現することが可能となり、その再現性や応用性はこれまでの想像を超えるものとなっています。では、こうしたデジタルツインは、今後どのように進化し、どのような新たな利用方法が生まれるのでしょうか？

デジタルツインの進化

デジタルツインの進化は止まることを知りません。現在では、さまざまなシステムや機器の性能をリアルタイムで解析・予測することが可能になりましたが、これはデジタルツインのさらなる進化の足がかりに過ぎません。

統合されたAI技術によって、デジタルツインはより高度な解析や予知能力を手に入れることでしょう。また、5Gをはじめとするデータ通信技術の飛躍的な進展により、前例のないスケールと精度でのデータ処理が可能となります。

そして事前に予測される問題への対処、波及効果の計算、最適化された運用戦略の構築など、あらゆる局面での利用価値が拡大していくことが予想されます。

デジタルツインの新たな活用分野

デジタルツインの活用分野は今後ますます拡大していくでしょう。現行のデジタルツイン技術は製造業や建設業において大いに活用されていますが、医療や教育、エンターテイメントといった分野でもその有用性が認識され始めています。

例えば、医療の場でデジタルツインを活用すれば、個々の患者の体内状況をデジタルで再現し、リアルタイムで病状の推移を予測・管理することが可能となります。これにより、パーソナライズされた医療サービスの提供が現実のものとなります。

また、エンターテイメントの場では、VRやARの技術と連携することで、リアルな視覚体験や没入感あふれるコンテンツの提供が期待できます。

デジタルツインの将来性

デジタルツインの将来性は大いに期待できます。産業界を超えた広範な活用、そしてその結果としての経済的利益は無視できないものとなるでしょう。

工場の生産効率の向上だけでなく、デジタルツインの技術は遠隔地における状況の把握、リスクの早期発見と対策策定、リソースの最適化など、業績向上に直結する可能性を秘めています。

そして、それら全てが現実化すれば、デジタルツインは公共インフラから産業活動、私たちの日常生活まで、世界を根本から変える可能性を秘めていると言えるでしょう。

デジタルツイン技術の進歩

デジタルツインの将来は、研究開発とその技術の進歩によって大きく左右されます。新たな技術やアルゴリズムによる機能の拡大、既存技術の改良と製品化、そしてそれらの技術を活用する人材の育成は、デジタルツインの未来を創り出すための重要な要素となります。

デジタルツイン技術が進化する中で、その潜在的な価値を最大限に引き出すためには、あらゆる関係者がその可能性に焦点を当て、共通の目標に向かって努力を続けることが求められます。

現状と未来の間をつなぐデジタルツインの概念は、まさに我々が掴もうとする未来そのものです。その発展と普及は、社会全体への素晴らしい恩恵をもたらすことでしょう。

デジタルツインへのアプローチ方法

デジタルツインを活用するためのアプローチ方法を考える上で、まずはその導入に必要なステップ、導入時のメリットやコストパフォーマンス、課題とそれに対する解決策、さらに開発時のガイドラインとベストプラクティスを把握することが不可欠です。デジタルツインは革新的な技術であるため、その活用方法は定まっておらず、各組織が自身のビジネスニーズや目標に応じて最適なアプローチ方法を模索しなければなりません。