デジタルツインとは？意味や活用事例について解説

テクノロジーが進化し、現実世界と仮想世界が連携する新たな方法として「デジタルツイン」が注目されています。この言葉について耳にしたことがあるかもしれませんが、その意味やどのようなシチュエーションで活用されているのか具体的に理解するのは難しいかもしれません。

そこでこの記事では、「デジタルツイン」が何なのかを詳しく解説します。まずはその基本的な部分の理解から始めましょう。

デジタルツインとは？

デジタルツインとは、現実空間の物理情報をIoTなどの技術を通じてデジタルデータとして取得し、それを仮想空間に再現する技術を指します。これにより、デジタルデータのダブル、つまり「デジタルの双子」が生まれます。デジタルツインの概念はまるで鏡に映る別世界を思わせるもので、現実空間の詳細な反映を可能にします。

何故デジタルツインが注目されているのかと言えば、それはこの技術が産業革新を引き起こす大きな力を持っているからです。特に製造業はもちろん、エネルギー産業にとっても大きなメリットがあります。IoTやAI、VRなどの進化した技術を活かし、リアルタイムでの高精度なシミュレーションを実現することは、製品開発や設備保全の面では大きな期待をされています。

デジタルツインのメリット

デジタルツインの導入により、多くの利点が得られます。この章では、デジタルツインの主なメリットをご紹介します。

設備保全

製造業において、デジタルツインは設備保全にとても有用な新技術として注目を集めています。

デジタルツインの介入により、リアルタイムに収集されるデータを利用することで、短時間で原因を特定し、問題解決に向けた試作を実施し、改善につなげることが可能となりました。

設備のリモートモニタリングも可能になり、大規模な試験や修理が必要だった場合でも、これに伴う時間やコストの削減を見込むことができます。

品質向上

デジタルツインの技術は、実際の製品やシステムの仮想版を作成し、その動きを予測可能にします。デジタルツインを利用すれば、各製品の設計と応用の機能を事前にテストし、最良の手法を見つけ出すことが可能となります。

不具合や性能不足の早期発見も可能となり、特定の問題に対する改善が素早く行えます。さらに、デジタルプロセス化によって、時間とコストが削減されます。

製品に内蔵されたIoTセンサーの存在により、ユーザの使用感をきめ細やかに把握することが可能になります。これまではアンケートやヒアリング、クレーム’対応など、手間のかかる方法を用いて収集していた情報が、一瞬でビッグデータとして手に入るようになるのです。

さらにデジタルツインを活用して未来の環境変化やリスクを予測し、適切な対策を講じることも可能となります。これにより、製品の寿命を長くし、最大限の価値を引き出すことができます。

リスク低減

デジタルツインの利活用がリスク軽減に繋がる一つの主要な要因は、製品開発フェーズでのリスク低減です。通常、新たな製品開発には、何度も物理的なプロトタイプを作り上げる際に時間と経費が必要とされます。しかし、デジタルツインを運用すれば、仮想空間で幾度でも試作・確認が実現可能です。これにより、開発の初期段階での設計変更や予期しない問題を事前に阻止可能とします。

さらに、実時間で運用データをフィードバックし、必要とされるチェックやメンテナンスのタイミングを予見できるため、予防保全につながります。これが劇的に突然の機械トラブルによる生産停止リスクを減少させ、稼働率の向上にも貢献します。

期間短縮

デジタルツインの利点の一つは、製造プロセスのリードタイムを短縮できることです。

デジタルツインは、リアルタイムで人員の稼働状況や負荷などのデータを収集し、効果的な分析を可能にします。これにより、最適なスケジュールで適切な人員を配置し、製造プロセスを最適化できます。結果として、製造のリードタイムを短縮し、生産効率を向上させることが期待されます。

コストダウン

デジタルツインの技術を用いることでコストダウンが実現可能です。

具体的には、まず製品設計や開発段階において、物理空間と同じ仮想空間をデジタルツインで作り出すことで、物理的なプロトタイプの作成や再作成を何度も繰り返す必要がなくなります。これにより多額の設計変更費用を大幅に節減可能となります。またデジタル空間で行われる試行錯誤を通じて、迅速かつ経済的に最良の設計を導き出すことができます。

製品運用やメンテナンス段階においても、デジタルツインはマシンの早期故障検知や先行保全といった要素への対応を可能にします。これにより、機器の突然の故障以外のダウンタイムや修理費用の軽減にも繋がります。

アフターサービスの充実

デジタルツインの活用により、出荷後の製品のリアルタイムな状態を具体的に把握することができます。これにより、予期せぬ故障を防ぎ、バッテリー消耗具合や摩擦状況などを観察した上で、部品やバッテリーの交換等のアフターサービスを適切な時期に行うことができます。

これまでのメンテナンスは、製品の推定耐用年数を基に行われてきましたが、デジタルツインの利用により、製品の現行稼働状態に基づいた最良のメンテナンスタイミングを見つけることができます。

デジタルツインのデメリットとは

デジタルツインにはデメリットも存在します。

まず最初に挙げられるのが、データセキュリティの問題です。デジタルツインの利便性は、リアルタイムなデータの取得とその分析によりもたらされます。大量のデータがクラウドにアップロードされる必要があり、ハッキングのリスクを引き上げます。そのため、セキュリティ対策は不可欠です。

次に、デジタルツインの運用には、専門知識が必要というデメリットもあります。この領域では高度な技術スキルが要求されます。故に、その専門性を持つ人材不足や教育に伴うコスト問題も課題となります。

さらに、デジタルツインの設計と構築には多額の投資と時間が必要となります。製品やシステムに準ずるデジタルツインを作るためには、膨大なデータを集め、それをモデリングする必要があります。これは簡単な作業ではなく、費用と時間が大いにかかります。

これらのデメリットを理解し、それらを考慮した上でデジタルツインの導入を検討する事が重要となるでしょう。金銭面を含め、どの程度リアルなシステムを構築するべきかを考えるべき課題が存在します。

DXにおけるデジタルツインの重要性

DX（デジタルトランスフォーメーション）とは、幅広い企業が新たなビジネスの展開や既存業務の効率化に取り組む上で、中心の役割を持っています。その一環として、「デジタルツイン」が注目を浴びているのが現状です。

デジタルツインとは、産業設備から製品、さらには提供サービスまでをデジタルデータとして作り直し、セカンドライフ（仮想空間）でその動作や性能をリアルタイムでモニタリングすることができる技術のことを表します。

新型コロナウイルスのパンデミックが引き金となり、テレワークやオンラインショッピング、テレヘルスサービスなどDXがさらに重要視されるようになりました。これに伴い、デジタルツインの利用が急速に広がっています。

デジタルツインの利用は、製品設計の試作フェーズから設備の保全・効率化、サービスの改善に至るまで、多岐にわたる業務領域でその有効性が認められているからです。遠隔地からでも精確な作業が可能なのも、この技術の大きな魅力と言えるでしょう。

ビジネスのDX推進において、デジタルツインは革新的な手法として企業によって活用されています。従来は「模倣」の段階であったデジタルツインですが、現在では「予測」する機能まで備えるように発展しています。これにより、パフォーマンスの改善や新たなビジネスプロセスの創出につながる、企業や業界全体にとっての革新が期待されています。

デジタルツインを支える技術とは

デジタルツインを支える技術について、詳しく解説します。

AI

AIはデジタルツインが持ち得る可能性を最大限に引き出し、適確なデータ分析と予測をもたらします。デジタルツインは現実空間のデータを取り込み、詳細なデジタルモデルへと組み込むことで、生成される情報量は巨大になります。全ての情報を取り扱い、的確な判断をするためにはAIを活用することが求められます。

AIアルゴリズムは、膨大なデータを即座に解析し、相関関係やパターンを見つけ出し、現実世界で生じ得る未来のシナリオを想定します。これによって、問題を予見し、効率化や経費削減を現実化します。

IoT

IoTは「Internet of Things」の頭文字を取ったもので、あらゆるものが（製品やセンサーなど）インターネットを通じて情報を交換するシステムを表しています。

デジタルツインの運用には、物理的な世界での製品の働きやパフォーマンスを真実に反映するためのデータが必要です。それがIoTの大切な機能です。特に、センサーから得られるデータをIoTを用いて集約し、そのデータをクラウド上で分析・管理することで、デジタルツインが必要とするデータを効率よく集めることができます。

5G

5Gは従来の通信技術よりも大幅に高速で安定し、大量のデータを一瞬で処理し、リアルタイムで情報を仮想空間に反映する能力を持っています。遅延の少ない通信を可能にし、リアルタイムのシミュレーションや遠隔操作を可能にします。これにより、例えば製造業の現場では品質や効率の改善が見込めますし、建設や運輸業などの現地作業が多い分野でも、リスクを抑えつつ作業の効率を上げることができます。

AR・VR

ARは現実世界に加えられるデジタル情報で、視覚的な拡張をもたらします。VRは完全にデジタルの世界を作り上げ、現実では試みられない体験を提供できます。

デジタルツインはこれらAR・VRの進歩を活用して、製品の設計から評価、試作のプロセスをデジタル空間で行う可能性を開拓しています。設計段階では、デジタルツインとVRの結合で、未完成の製品をデジタル空間で確認し、必要な改善を行うことができます。また、製品が稼働する段階では、ARの力を利用して、製品状況をリアルタイムで視覚化したり、適切なメンテナンスやアップデートを行うことも可能となります。

CAE

デジタルツインで重要な役割を果たすのが、CAE（Computer Aided Engineering）というキーテクノロジーです。

CAEは、コンピュータ支援工学を表し、製品の設計から製造、運用、保守までの一連の流れをシミュレーションすることが可能です。これにより、デジタルツインの再現性が向上し、リアルタイムでの分析や予想ができるようになります。

CAEは、データの生成や管理、計算、視覚化といった要素を強化する点が挙げられます。結果として、デジタルツインは製品開発の時間や費用を削減し、製品の質と性能を向上させる役割を果たします。機械の故障予測やエネルギー効率の最大化など、ライフサイクルを通じた製品の意思決定プロセスを支援します。

デジタルツインの事例

デジタルツインはさまざまな分野で活用されています。ここでは、デジタルツインの活用事例をご紹介します。

製造業

デジタルツインは、製造業を中心に導入が加速しています。例としては自動車製造分野での活用が挙げられます。デジタルツインは設計段階から製造工程全てを仮想空間上に再現し、特定のパーツ如くエンジンやシャーシの特性検証から組み立てラインの改善まで、幅広く分析することが可能です。これにより、試作品のコストと生産時間の削減が実現できます。

また、航空機製造業界においてもデジタルツインの有益性が注目されています。各部品ごとにデジタルツインを作り出すことで、部品の損耗や破損予測ができるようになり、重大事故の未然防止に寄与します。

さらに、製造した製品が顧客の手に渡った後でも、デジタルツインを活用することで製品の実運用状況をリアルタイムに把握し、早期のメンテナンスや対応計画を立案できます。

モビリティ

自動車の自動運転の開発などにおいては、リアルな運転状況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、さまざまなアクシデントを前もって予測できます。安全性を高めると同時に開発費用を下げることも見込めます。

更に例を挙げると、バス運行システムにおけるデジタルツインの応用では、実際のバスの動きをデジタル化し、それにより交通状況や気象条件等を考慮に入れた運行計画を策定できます。

これらの事例から、デジタルツインがモビリティ分野で革新的な価値を創り出せることが示唆されています。

都市計画

活用例として注目を集めているのが、東京都における「デジタルツイン実現プロジェクト」です。

東京都は、都市の形状や動向をデジタル上で正確に反映するデジタル都市の構築により、「建物の追加や人口変動が都市に及ぼす影響」を疑似体験できるような環境を醸成しています。その結果、より具体的な都市計画が可能となり、現実世界と連動した未来形成に一役買っています。

東京都の取り組みは、人口増減や気候変動等の未来の問題に対しても、デジタルツインを活用することで予測し、それに対応する策を練ることが可能となります。これは現実世界での問題を未然に防ぎ、持続可能な都市開発を実現する重要なステップとなります。

デジタルツインを活用すれば、都市インフラの最適化や運用コストの削減など、広範な領域でその利点を享受することができます。これにより、一方で事業の効率化、他方では住民の生活改善という二方向に向けた効果をもたらし得ます。

防災

デジタルツインの活用の一例として、NTTコミュニケーションズが東京理科大学と協力して実施している「デジタル防災訓練」が挙げられます。この訓練では、デジタルツインが仮想空間上に再現する街に市民がアバターとして参加し、水害が発生するシナリオをシミュレーションします。そして、このシミュレーションにおける市民の行動データを収集し、分析します。この実証実験は、災害時のリスクの可視化や安全な避難策の評価に役立ち、防災の向上に寄与しています。

まとめ

デジタルツインとは、現実世界の物体やシステムをデジタルで仮想空間に再現し、最適化や改善策を模索する技術です。製造業や都市開発など、幅広いフィールドで既にデジタルツインの活用がされており、金銭的損失を防ぎつつ効率的な運営を可能にしています。

よくある質問

デジタルツインとはどういう意味ですか？

デジタルツインとは現実の物理的な対象やプロセスを、デジタル環境で詳細にモデル化し、そのデジタルモデルを用いてリアルタイムで監視、分析、および最適化を行う技術のことです。デジタルツインは、物理世界の実体と対応した仮想的な対象であり、現実世界の情報を仮想空間にリアルタイムで反映することで、より効率的な運用や問題の予防・解決を支援します。

デジタルツインとメタバースの違いは何ですか？

メタバースは、完全な仮想世界で、現実世界とは独立して存在できるデジタル空間です。そのため、メタバース内では現実世界の物理法則にとらわれない独自の世界が構築されることがあります。一方、デジタルツインは現実世界の対応物であり、現実の物理的対象やプロセスをデジタル環境でモデル化しているため、現実世界との連動が前提となります。デジタルツインは物理的なオブジェクトやプロセスのデジタルな表現である点で、メタバースと異なります。

デジタルツインで何ができる？

デジタルツインは、現実世界の情報をデジタル上に再現し、リアルタイムモニタリング、シミュレーション、予測分析、メンテナンス計画、データ共有と協力などの目的で活用できるテクノロジーです。さまざまな産業で使用され、効率向上や問題の早期発見に役立っています。

デジタルツインとシミュレーションの違い

デジタルツインとシミュレーションの違いは、デジタルツインが現実の要素をデジタル空間に再現するのに対し、シミュレーションはデジタル手法に限定されない点です。また、デジタルツインは現実空間のデータを収集、デジタル化し、AIがデジタル上で分析して現実にフィードバックする双方向性を持つ技術であるのに対し、シミュレーションは模型やレプリカなど、デジタル手法以外のさまざまな手法も使用できる点が異なります。

サイバー空間とは？

サイバー空間またはサイバースペースは、主にコンピューターやネットワークによって構築された仮想空間を指します。 現代では、インターネットが代表例であり、サイバーという用語は「コンピューターの」や「インターネットの」などを指す接頭辞として使用されています。