製造業でIoTデバイスなどの需要が高まりつつある中、デジタルツインは、IoTと統合可能な優れた技術として、生産性及び品質を向上する同時にコストを削減するため、多くの人の注目を引いています。Gartnerの調査によると、IoT を活用している企業の 3 分の 2 以上は、少なくとも 1 つのデジタル ツインを導入するという計画があります。
1.デジタルツインとは？
デジタルツインとは、バーチャル空間で存在する、物理的な機械や製品などのレプリカを指します。デジタルツインは、仮想現実と拡張現実、および 3D グラフィックとデータ モデリングを使用して、プロセス、システム、サービス、製品、またはその他の物理オブジェクトの仮想モデルを構築します。 デジタルツインは、登場されない製品の設計モデルになることもでき、ライフサイクルの建設および運用段階で資産の完成状態を反映するように更新および維持できます。
製造業者はデジタルツインを活用することで、様々なシナリオをシミュレーションし、潜在的な改善点をテストします。これにより、製造におけるコストの削減、効率の向上、生産性の向上に役立ちます。 デジタルツインからのデータを分析することで、製造業者は物理的なオブジェクトやプロセスへの変更について情報に基づいた意思決定を行うことができます。
2．デジタルツインはどのような要素で構成されるか？
デジタル ツインは、次の 3 つの主要な要素で構成されます。
- 過去のデータ ：個々の機械、プロセス全体、および特定のシステムの履歴パフォーマンス データを含めます。
- 現在のデータ ：センサーからのリアルタイムデータ、製造階層とシステムからのアウトプット、流通チェーン全体のシステムからのアウトプット、顧客サービスや購買など、他の事業部門のシステムからのアウトプットを含めます。
- 将来のデータ： 機械学習とエンジニアからのインとプット。
3．デジタルツイン：製造業の最新動向
Research and Markets による 2020 年の調査によると：
- 2025 年までに、すべての IoT プラットフォームの最大 89% にデジタル ツインが含まれるようになります。
- デジタル ツイン化は 2027 年までに IoT の標準機能になります。
- さまざまな業界の経営幹部の約 36% がデジタル ツイン化のメリットを理解しており、そのうちの約半数が 2028 年までにデジタルツイン化を計画しています。
優れたシミュレーションとモニタリング機能を備えたデジタルツイン は、生産業務の最適化、コストと時間の削減、製品品質の向上に役立ちます。 実際、デジタル ツインは、自動車や電子機器の製造からF&B食品や飲料の製造に至るまで、多くの業界で広く適用されています。
製造業者は、以下を含むビジネスのあらゆる側面でデジタルツインを活用できます。
- さまざまなプロセスをモデル化して生産を最適化し、予防可能なリスクと改善の可能性を特定します。
- 新しい生産ラインをテストして新製品のプロトタイプを簡単に作成し、市場投入までの時間を短縮します。
- デバイスのパフォーマンスとステータスをプロアクティブに監視します。
- 修理と改善をテストしてその有効性を評価し、予知保全プロセスを完成させます。
- 成長戦略をサポートするための新しいビジネスチャンスをモデル化します。
しかし、デジタル ツインの主な用途は、製造作業をシミュレーションすることです。 実世界のデータを使用するため、シミュレーションは非常に正確かつ自動化されており、デジタ ツインはプロトタイプを構築する前に、設計を詳細なテストにかけることができます。
4．製造業におけるデジタルツインの活用
4.1.製品のデザイン
製品設計は、多くのプロトタイプの作成とさまざまなテストを必要とするため、かつては高価なプロセスでした。 デジタル ツインを使用することで、エンジニアや製造業者は、完璧な製品を作成するまで、あらゆる環境で設計モデルをテストできます。 デジタルツインを通じて、エンジニアは設計にエラーや欠陥がないことを確認できます。
4.2.プロセスの最適化
デジタルツインは、IoTセンサーから提供される実世界のデータに基づいて高度なシミュレーションを実行することで、既存の製造プロセスの改善に役立ちます。AI が十分な履歴データとリアルタイム データを持っている場合、プロセス全体をシミュレーションし、改善できる要素を特定できます。 これにより、業務効率が向上し、エラーが最小限に抑えられ、意思決定の精度が向上します。
4.3.品質管理
ラインや機械に IoT センサーを設置することで、製造企業は進行中の製造業務をリアルタイムで監視できます。 このようにして、生産の品質が簡単に管理され、必要に応じて調整が可能になります。 デジタルツインは、製造プロセスのあらゆる段階をシミュレーションし、品質に悪影響をもたらすものが見つかるまで、さまざまな材料やソリューションをテストできます。
4.4. サプライチェーン管理
現在、電子商取引をはじめとする多くの分野は、できるだけ早くお客様に製品を届けることを優先すします。お客様のニーズ、そしてお客様の期待をより迅速に満たすために、受注処理から、倉庫業務、配送業務に至るまで、全体プロセスを効率化してサプライチェーンを最適化する方法を模索しています。一方、デジタルツインを活用することで、梱包、フリート管理、最速ルートの検索などの分野でパフォーマンスを追跡、分析、改善できます。その結果、生産と流通を最適化し、倉庫コストを削減し、顧客満足度を向上させるのに役立ちます。
4.5．予知保全
予知保全は、製造において最も大きな変化をもたらすプロセスです。 企業はデジタルツインを使用してシミュレーションを実行し、機械が将来どのように動作するかを予測できるようになりました。 このテクノロジーにより、製造業者は故障による生産中断がいつ発生するかを正確に判断できるため、効果的なメンテナンスを実行し、ダウンタイムと修理コストを削減できます。
4.6.顧客体験の分析
デジタル ツインは継続的にデータを収集し、パフォーマンス、管理、監視の向上に役立つ洞察を提供します。また、このテクノロジーは、顧客満足度データを収集することもでき、それによってユーザーのレビューを特定して収集し、製品のフィードバックやその他の問題を判断することができます。その後、その情報は製品開発部に送信され、顧客の期待に合わせて製品を改善できるようになります。ある程度、デジタルツインはカスタマイズした製品を製造するのを支えるのではないでしょうか。
5．製造業でデジタルツインを構築するにはどうすればよいですか?
ステップ1：資産を特定する
まず、デジタルで複製する必要がある資産またはプロセスを特定することが重要です。 製造業の場合、これらの資産は機械、倉庫、コンポーネント、機械部品などの単純なものになる可能性があります。
ステップ2：物理的なオブジェクトをスキャンする
仮想レプリカを作成するために、デジタルツインには、現実世界でスキャンされる物理的なオブジェクト、システム、またはプロセスからのリアルタイムのデータフローが必要です。QR コードまたはマシンコードを使用してスキャンを実行できます。
ステップ3：IoTデバイス、センサーからのリアルタイムのデータフローを生成する
正確なレプリカを作成するために、物理的なオブジェクトの全てのデータを収集する必要があります。このデータは、センサー、IoT デバイス、その他のデータ収集方法など、さまざまな設備から取得できます。
ステップ4：デジタルモデルを作成する
次に、データを処理および分析して、物理的なオブジェクトを正確に表すデジタル モデルを作成する必要があります。 これには、高度なアルゴリズムとソフトウェアを使用して、物理的なオブジェクトとその動作の 3D モデルを作成することが含まれます。
ステップ5：ARグラスに3Dモデルを表示する
モデルは 3D 視覚化とAR 技術を通じて表示され、現実世界の状況をシミュレートし、スマートフォン、コンピューター、AR/VR デバイスなどのあらゆるデバイス上で結果を視覚化します。 AR はデジタル ツインを現実世界のビューにオーバーレイし、従業員が仮想モデルが物理世界とどのように相互作用するかを確認できるようにします。 これは、トレーニング目的だけでなく、テストやプロトタイピングにも特に役立ちます。
まとめ
無数のプロセス、機械、ソリューションをシミュレートする能力は、デジタルツインが提供できるものの始まりにすぎません。DXが加速する中で、デジタルツインは将来の工場の不可欠なものだと期待されています。現在時点でデジタルツインの投資額は多額かかるかもしれないが、取り残されないように、その技術を検討すればいいのではないでしょうか。
