「デジタルツイン」という新しい技術が近年注目されています。
この技術は、IoTやAI、ARなどの最新技術を用いて、物理空間の環境を再現することで、あらゆるシミュレーションを行い将来を予測することができます。
日本でもSociety5.0の一環として提唱され、国土交通省や東京都が具体的な動きを始めています。
本記事では、デジタルツインの概要やメリット、活用事例について解説していきます。
デジタルツインとは
デジタルツインの定義
デジタルツインとは、「リアル（物理）空間にある情報をIoTなどで集め、送信されたデータを元にサイバー（仮想）空間でリアル空間を再現する技術」であり、「デジタルの双子」の意味を込めてデジタルツインと呼ばれます。
現実世界の環境を仮想空間にコピーする鏡の中の世界のようなイメージであり、あらゆるシミュレートを行い将来を予測することに役立つ新しい技術です。
デジタルツインは、IoTやAI、ARなどの技術を用いて物理空間の環境を再現し、将来の予測やシミュレーションを行うことができます。
日本でも、国土交通省や東京都が具体的な動きを始めているなど、注目を集めています。
現実世界からデータを収集しての再現
デジタルツインは、現実世界の環境から収集したデータを使い、仮想空間上に全く同じ環境を再現するテクノロジーです。
コンピュータ上で収集した膨大なデータを元に、限りなく現実に近い物理的なシミュレーションが可能となり、製造業や都市開発などで注目されています。
また、デジタルツインを実現するためには、収集したデータを用いて3Dモデルを構築し、管理、運用していく技術も必要であり、3Dモデル上で、現実空間から取得したデータを配置し、関連付ける技術や、それらのデータを管理、分析、シミュレーションする技術が必要です。
このようなデジタルツインの技術を活用することで、物理空間の状況をデジタル上で再現し、将来を予測したり、不具合を事前に察知して予防することが可能になります。
デジタルツインの仕組み
デジタルツインの概要
デジタルツインとは、物理空間から取得した情報をもとに、デジタル空間に物理空間の双子（コピー）を再現する技術です。
具体的には、IoT（Internet of Things）やAI（Artificial Intelligence）などの技術を用いて、物理空間にある情報をデータとして収集し、仮想空間で収集したデータを元に物理空間を再現することができます。
デジタルツインは、製造業界では設備保全オペレーションの向上や品質・リスク管理、リードタイムの削減などさまざまなメリットが期待されています。
また、最近では、建設業界や都市計画などにも応用されています
デジタルツインの構成要素
デジタルツインの構成要素については、製品の倍率レベルによってさまざまなタイプがあります。
それぞれのタイプの最大の違いは、適用範囲です。
1つのシステムまたはプロセスの中に異なるタイプのデジタルツインが共存するのはよくあることです。
デジタルツインでは、設備の現在の状態を仮想空間内にモデルで表現します。
将来の動作予測、制御の改良、または稼働の最適化に用いることができます
デジタルツインの技術的な側面
デジタルツインは、物理的オブジェクトを正確に反映するように設計された仮想モデルです。
研究対象となるオブジェクトには、重要な機能分野に関連するさまざまなセンサーが搭載されています。
これらのセンサーでは、オブジェクトの状態を監視し、データを収集します。
そのデータは、デジタルツインの仮想モデルにフィードバックされ、オブジェクトの状態を正確に反映するように更新されます。
また、デジタルツインは、複数のソースから継続的に学習および更新して、ほぼリアルタイムのステータス、作業状態、または位置を表現します。
デジタルツインの応用例
製造業におけるデジタルツインの活用事例
製造業においては、デジタルツインを導入して、航空機に搭載されているエンジンをモニタリングする事例があります。
フライトごとに蓄積されるデータを分析して問題が起こる前に特定し防ぐことで、遅延や欠航を減らす効果が見込めます。
また、デジタルツインによって、問題を未然に予測できるため、交換するべき部品をあらかじめ用意することも可能です。
施工する建物を仮想空間上にデジタルツインとして再現し、それを利用して設計を進めることで、施工期間の大幅な短縮を実現する例も見られます。
ダイキン工業の工場では、デジタルツインシステムを本格活用して設備の保守に役立てています。
工場の停滞で生じた時間やコストを3割強削減できるようになりました。
建設業におけるデジタルツインの活用事例
建設業界でも、デジタルツインを活用した事例があります。
建物の3Dモデルを作成し、設計、施工から維持管理までの全工程で活用するBIM（Building Information Modeling）が広く利用されています。
また、デジタルツインによって、現実世界にある「モノ」「コト」の情報をリアルタイムに仮想デジタル空間に連携し、状況の可視化・予測シミュレーション等を実施、その分析結果を元に現実世界の活動を改善させていく循環を指します。
建設業界でも、デジタルツインを活用した現場の効率化が進んでいます。
例えば、LiDAR搭載スマホを使って、現場の状況をリアルタイムに把握し、デジタルツイン上で作業を進めることで、現場に行かなくても作業ができるようになりました。
デジタルツインのメリットとデメリット
デジタルツインのメリット
デジタルツインのメリットとしては、以下のようなものがあります。
- 物理的な制限がなくなるため、コストやスペースなどの制限がなくなり、さまざまな試みができること
- リードタイムを短縮できること
- 試作品作成費やマーケティング費用を削減できること
- 製造ラインで問題が発生した際の課題特定が容易になること
- 丁寧なアフターサービスが可能になること
デジタルツインのデメリット
デジタルツインのデメリットとしては、以下のようなものがあります。
- デジタルツインを作成する際の典型的な問題点として、大規模なプロジェクトを進めるとなると、それ相応のデータ量が必要となり、データの統合が困難な場合があること
- モデリングに必要なすべてのデータを収集するには長い時間がかかること（数週間から数ヶ月を考えてください）。
- デジタルツインには業務効率化などのメリットがある一方、リアルタイムでのモニタリングを可能にするため、バーチャルセンサーの導入、IoT活用が不可欠であるなど、デジタルツインの実現には費用がかかることがデメリットとして挙げられます。
デジタルツインの今後の展望
デジタルツインの今後の発展
デジタルツインは、IoTやAI、ARなどの技術を用いて仮想空間に物理空間の環境を再現し、あらゆるシミュレートを行い将来を予測することに役立つ新しい技術です。
日本でもSociety5.0の一環として提唱され、国土交通省や東京都が具体的な動きを始めています。
デジタルツインは、製造業において、製品の開発から製造、保守、廃棄までのライフサイクル全体をデジタル化し、効率化を図ることができます。
また、建設業界においては、建物の設計から建設、運用、メンテナンスまでの全工程をデジタル化し、建物の品質向上やコスト削減につながるとされています。
デジタルツインは、今後もさらなる発展が期待されています。
例えば、デジタルツインを活用したシミュレーション技術を用いて、災害時の対応や都市計画の最適化などに役立てることができるとされています。
デジタルツインがもたらす社会的な影響
デジタルツインは、町づくりへの活用が今大きな潜在的な可能性を秘めていると言われています。
例えば、都市の「デジタルツイン」を構築することで、都市の機能を最適化し、住民の生活をより豊かにすることができます。
また、デジタルツインを活用したシミュレーション技術を用いて、災害時の対応や都市計画の最適化などに役立てることができるとされています。
ただし、デジタルツインがもたらす社会的な影響については、まだ十分に議論されていないという指摘もあります。
今後、デジタルツインがどのように社会に影響を与えるのか、注目が集まっています
