近年IoTやAIなどの関連技術の進化などを背景に、デジタルツインの活用が幅広い業界から注目を集めています。

　

デジタルツインの活用には、設備・製品の品質・効率向上はもちろん、技術継承や新たな収益機会の獲得など様々なメリットが存在します。

　

そんななか、「農業分野のビジネスにデジタルツインの活用を検討している」、「農業分野で具体的にどのような活用が進んでいるのか知りたい」という方も多いのではないでしょうか？

　

本記事は、以下のような方におすすめの記事となっています。

　

• 農業分野でのデジタルツインの活用を検討している
• 農業分野でデジタルツインを活用するメリットを知りたい
• 農業分野でデジタルツインを活用している先端事例を抑えておきたい

　

本記事を読めば、農業分野におけるデジタルツインの活用の全体像を効率良くキャッチアップできると思いますので、ぜひ最後までご一読ください。

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そもそもデジタルツインとは

デジタルツインとは一言でいうと、リアル空間から収集したデータをもとに、バーチャル空間上に全く同じ環境をまるで双子のように再現する技術のことです。

　

建物や設備に搭載されたIoTなどから集約した様々なデータをもとに、リアル空間に存在する都市全体や建物、設備をバーチャル空間上に再現し、AIなどを用いた分析を行うことで、効率的かつ正確なシミュレーションを行うことができます。

　

デジタルツインは幅広い対象や用途で活用が進んでおり、都市や建物、製品などの計画/設計・製造・運用・アフターフォローといった各プロセスのシミュレーションに活用されています。

　

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農業分野にデジタルツインを活用する３つのメリット

農業分野にデジタルツインを活用するメリットとして主に以下の3つが挙げられます。

　

• ①生育シミュレーションによる農作物の生産性向上
• ②農業用水・肥料使用量のシミュレーションによる農作物の生産コスト削減
• ③リスクシミュレーションによる病害虫・気候変動リスクの軽減

　

それぞれについて、わかりやすく紹介していきます。

①生育シミュレーションによる農作物の生産性向上

1つ目は、農作物の生産性向上です。センサーやカメラなどで土壌や温度、生育状況などのデータを収集し、デジタルツイン上で外部環境が農作物の生育に与える影響をシミュレーションできます。

　

シミュレーションに基づいて、農家は、どの作物をいつ植えるのがよいか、どのように生育していくのがよいかを判断することができ、収穫量の向上を実現できます。

②農業用水・肥料使用量のシミュレーションによる農作物の生産コスト削減

2つ目は、農作物の生産コスト削減です。例えば、作物の生育状況データをセンサーやカメラで取得し、デジタルツイン上で確認できるようにすることで、従来必要だった人による確認作業が不要になります。

　

また、リアルタイムでの土壌の状態や生育状況のモニタリングに基づき、AIによって適切な農業用水・肥料の使用量をシミュレーションすることもできます。農業用水・肥料の使用量を最適化することで、大きなコスト削減につながります。

③リスクシミュレーションによる病害虫・気候変動リスクの軽減

3つ目は、病害虫・気候変動リスクの軽減です。デジタルツイン上で病害虫が発生しやすい環境要因の特定や、気候変動が農作物収穫に及ぼす影響のシミュレーションを行うことで、病害虫・気候変動リスクを把握し、適切な対策を行うことができます。

農業分野にデジタルツインを活用する４つの方法

農業分野にデジタルツインを活用する方法として主に以下の4つが挙げられます。

　　

• ①生産計画のシミュレーションによる生産計画立案
• ②生育状況の自動モニタリングによる人件費削減
• ③農業用水・肥料の使用量のシミュレーション・最適化
• ④リスクシミュレーションによる生産リスクの予測・評価

　

それぞれの活用方法について、わかりやすく紹介していきます。

　

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①生産計画のシミュレーションによる生産計画立案

1つ目は、生産計画のシミュレーションです。デジタルツイン上で外部環境が農作物の生育に与える影響をシミュレーションすることで、どの作物をいつ植えるのがよいか、どのように生育していくのがよいかの判断に役立てることができます。これにより、収穫量向上に向けた生産計画を立てることに活用することができます。

②生育状況の自動モニタリングによる人件費削減

2つ目は、生育状況のモニタリングです。作物の生育状況データをセンサーやカメラで取得し、デジタルツイン上で可視化することができます。

　

自動的に生育状況をデジタルツイン上で確認できるようになるため、従来大きな人手をかけて行っていた目視確認などの作業が不要になります。

③農業用水・肥料の使用量のシミュレーション・最適化

3つ目は、農業用水・肥料の使用量の最適化です。センサーやカメラによる土壌の状態や生育状況のモニタリングに基づき、AIによる農業用水・肥料の使用量のシミュレーション・最適化のために活用することができます。

④リスクシミュレーションによる生産リスクの予測・評価

4つ目は、生産リスクの予測・評価です。デジタルツインによって病害虫が発生しやすい環境要因の特定や、気候変動が農作物収穫に及ぼす影響のシミュレーションを行うなど、病害虫・気候変動リスクの把握に活用することができます。

農業分野でのデジタルツインの活用事例３選

農業分野のデジタルツインの活用事例として以下の3事例が挙げられます。

　

• ①カゴメ：トマト農園のデータ可視化・生産シミュレーションを実現
• ②NTT西日本：農園の土壌・作物データ収集・解析の実証研究を実施
• ③プラスプラス：農園を仮想空間上で再現し、収穫シミュレーションサービスを提供

　

それぞれの事例についてわかりやすく紹介していきます。

　

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①カゴメ：トマト農園のデータ可視化・生産シミュレーションを実現

カゴメは、NECと連携しデジタルツインを活用した農園の可視化・シミュレーション、営農支援サービスを提供しています。サービスにはNECのAI解析技術が活用されています。

　

センサーに取得したデータや衛星写真など、さまざまなデータを組み合わせて可視化・シミュレーションを行うことで、収穫量を増やすだけでなく、水や肥料を節約した効果的な育成を行うことが可能になります。

②NTT西日本：農園の土壌・作物データ収集・解析の実証研究を実施

NTT西日本は、土壌と微生物が果樹の収量や品質に影響を及ぼす要因を明らかにするために、理化学研究所や東京大学ら8つの組織とデジタルツインを活用した共同研究を行っています。

　

土壌と微生物および作物データを収集し統合的に分析をしていくことで、熟練農家の優れた技術を可視化し、農業の再現性を高めることを目的としています。

③プラスプラス：農園を仮想空間上で再現し、収穫シミュレーションサービスを提供

プラスプラス社は、農作業用ロボットなどの開発支援にデジタルツインを活用しており、農業シミュレーター「Smart3tene」を提供しています。

　

「Smart3tene」は、仮想空間に農園を再現し、その中で仮想のロボットを動作させて機械学習を実施することで、実際の農作業ロボットの挙動を開発していくことが可能となります。3DCGで表現した仮想空間に多様な樹木・果実・野菜を大量に生成したバーチャル農園環境を再現し、ロボットを用いての摘果や収穫のシミュレーションを行うことができます。

　

「Smart3tene」により、現実世界では得難い条件を網羅した膨大な数の育成データ環境を再現・作成しつつ、仮想空間でのシミュレーション環境を構築することで、効率的で低予算なロボット開発が可能になります。

企業がデジタルツインを活用する５つのメリット

デジタルツインを活用するメリットとして主に以下の5つが挙げられます。

　

• ①品質の向上・リスクの削減
• ②オペレーションの効率化・標準化
• ③シュミレーションのリードタイムやコストの削減
• ④アフターサービスの充実
• ⑤技術の継承

　

それぞれのメリットについてわかりやすく解説していきます。

①品質の向上・リスクの削減

デジタルツインは、生産管理の最適化や業務効率の向上に活用することができます。物理的な製品を仮想的に表現したもので、物理的なシステムと統合し、継続的なデジタル上での実験が可能です。これにより、需要に応じた人員の再配置や、リードタイム短縮のためのプロセスの置き換えなど、さまざまな方法で最適化を図ることができます。

また、物理的な試験より先にデジタルな試験を行い、多くの関係者が視覚的に確認をすることができるため、製品の品質の向上やリスクの削減に寄与します。

②オペレーションの効率化・標準化

デジタルツインは、生産ラインの運用における重要なソリューションの１つです。常時あるいは一定の間隔でセンサー情報をデジタルツインに送ることで、トラブルの予測や故障の予防に役立てることができます。

また、現場の状況が変化した際にも、迅速なシュミレーションに基づく対応が可能となるため、最小限の時間・リソースで現場での対処を実施できます。加えて、定期メンテナンスの頻度を減らし、ダウンタイムのリスクを低減することも可能です。

③シュミレーションのリードタイムやコストの削減

デジタルツインの活用により、デジタル上で仮説検証を行うことで、これまで物理的な試作品や試作ライン、物理的な検証に費やしていた時間を最小限に抑え、さらにコストも抑えながらシュミレーションのスピードを向上させることができます。

④アフターサービスの充実

デジタルツインを活用することで出荷後の製品に関する情報収集、シュミレーションを行う事が可能です。この情報があれば、仮に製品に問題があったとしても、サプライヤーは適切なタイミングでアフターサービスを提供しやすく、お客様のニーズに迅速に対応することができます。これが顧客満足度の向上につながり、LTVの最大化が期待できます。

⑤技術の継承

デジタルツインを活用し、卓越した技術を持つ作業員が遠隔地から作業指示を行ったり、各作業員の仕事の進め方のデータが可視化・集約されることで、今まで共有されていなかった価値あるノウハウを、デジタルツインを通じて他社員に継承していくことができます。

デジタルツインを導入するための４ステップ

デジタルツインを導入するためのステップとして以下の4ステップが挙げられます。

　

• ①データ収集
• ②モデル作成
• ③システム構築
• ④シミュレーション・最適化

　

それぞれのステップについてわかりやすく紹介していきます。

　

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①データ収集

1つ目のステップは、データ収集です。デジタルツインは収集データをもとにシミュレーションを行います。既存のデータの中から必要なデータを特定し、新たに必要なデータを収集する方法を検討し、その後、IoT機器などを通じてデータの収集を実施します。

　

精度の高い分析・シミュレーションを行うためには、様々なデータを収集し統合していくことが必要であり、いかにデータを集め整理するかが鍵となってきます。

②モデル作成

2つ目のステップは、モデル作成です。収集データをもとに、現実世界の環境をデジタル上で再現するための作業をする工程です。完全に現実世界を再現するためには、目に見える3Dモデルだけでなく、現実世界の気温や設備の状況など様々なデータを取り込み、複合的なモデルを作っていくことが必要になります。

③システム構築

3つ目のステップは、システム構築です。作成したモデルをデジタルツインのシステムとして運用できるようにする工程です。3Dモデルを扱う専門ツールはAutodesk やBlender、Unreal Engineなど様々ありますが、企業の現場担当者がこれらすべてに習熟することは難しいと想定されます。

　

そこで、NVIDIA Omniverseなどのデジタルツインプラットフォームを活用することで、3Dモデルをリアルタイムに共有・閲覧・編集することが可能となり、シームレスな運用とパフォーマンスの強化を実現できます。

④シミュレーション・最適化

4つ目のステップは、シミュレーション・最適化です。構築したシステムで製品設計や生産プロセスのシミュレーションを行い、実際の設計や業務プロセスの改善を図っていく工程です。

　

現実世界の状況やプロセスをモデル化し、様々なシナリオでシミュレーションを行うことで、業務課題に対する最適な解決策を導き出すことができます。

企業がデジタルツイン活用で成果を上げるための５つのポイント

企業がデジタルツイン活用で成果を上げるためのポイントとして以下の５つが挙げられます。

　

• ①最先端の市場動向・ノウハウのキャッチアップ
• ②活用目的の明確化と骨太な戦略策定
• ③目的から逆算したシンプルなモデル設計
• ④アジャイルアプローチによるプロジェクトの推進
• ⑤強力な開発・運用体制の構築

　

それぞれについて分かりやすく紹介していきます。

①最先端の市場動向・ノウハウのキャッチアップ

１つ目のポイントは、最先端の市場動向・ノウハウのキャッチアップです。

各領域における先進的なデジタルツイン活用事例をキャッチアップし、自社が取り組むべき活用方法や成果に繋がる活用のポイントを抑えた上で活用に着手しましょう。

　

デジタルツイン活用には取り組むのに一定の予算や工数が必要となるため、自社にとって重要な最新動向や活用のノウハウを抑えておくことが、成功確度の高い戦略・企画立案の大前提となります。

②活用目的の明確化と骨太な戦略の立案

２つ目のポイントは、デジタルツインを活用する目的の明確化と骨太な戦略の策定です。

現在デジタルツイン活用に取り組む企業には、デジタルツイン活用によって解決したい課題・目的を明確にしないまま取り組みが進んでしまっている企業が見受けられます。

その結果、活用のPDCAが回らないなど大きな効果に繋がらないという結果に終わってしまいます。

　

自社の経営課題を踏まえ、「活用によりどのような経営課題を解決したいのか？」「課題解決の打ち手としてなぜデジタルツインではないといけないのか？」といった明確な活用目的を整理した上で、中長期で目指す事業の姿や自社の強みの活用の仕方などの実現に向けた戦略を立案しましょう。

③目的から逆算したシンプルなモデル設計

3つ目のポイントは、目的から逆算したシンプルなモデル設計を行うことです。

デジタルツイン利用の目的から逆算されたミニマムのモデル設計が行えないと、現実世界を忠実に再現するために必要な莫大なデータが必要となり、そのデータの収集にかかるリソース不足によって企画倒れとなってしまう懸念があります。また、過剰なデータ分析や複雑なモデル構築により、シミュレーションに非常に時間がかかる可能性もあります。

　

そのため、まずは目的を明確にし、必要なデータの種類と粒度を定義してシンプルなモデルを構築することが重要です。それがクリアできた上でより高度化されたモデルに移行していきましょう。

④アジャイルアプローチによるプロジェクトの推進

４つ目のポイントは、アジャイルアプローチによるプロジェクトの推進です。

デジタルツインは今後大きな成長が予想されているものの、いまだ成長期にあり、様々な業界の企業が最適な活用を模索している段階にあります。

　　

そのため、計画と実行のプロセスを短いスパンで回し、仮説立案・実行・検証・施策立案のサイクルを何度も繰り返すことが、プロジェクトを机上の空論で終わらせないために重要です。

⑤強力な開発・運用体制の構築

５つ目のポイントは、強力なデジタルツイン開発・運用体制の構築です。

迅速な意思決定を可能にするとともに、高いスケーラビリティを実現するデジタルツインの開発・運用を実施しましょう。

　

デジタルツインの開発・運用には幅広い領域の知見や技術スタックが求められるため、外部のベンダーなどを活用し、不足するケイパビリティやリソースを補完することも有効です。

企業のデジタルツイン活用における5つの課題・注意点

デジタルツイン活用における課題・注意点として主に以下の5つが挙げられます。

　

• ①高い予測・シミュレーション精度の実現
• ②既存システム・データとの連携
• ③テクノロジー人材の育成・確保
• ④導入・運用コストの大きさ
• ⑤セキュリティ・プライバシーリスクの発生

　

それぞれの課題・注意点についてわかりやすく解説していきます。

　

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①高い予測・シミュレーション精度の実現

1つ目の課題は、高い予測・シミュレーション精度の実現です。デジタルツインの導入にあたって、大量かつ高品質なデータの収集が必要になります。センサーなどで取得したデータの量と質が不十分の場合、モデルの精度が低下し、不正確な予測をしてしまう可能性があります。

　

また、デジタルツインは対象が限定的であれば効果を期待できる反面、モニタリングされていない周辺環境との相互関係を観測・予測することは困難です。関連データを漏れなく収集するには技術的なハードルが高いという現状もあります。

②既存システム・データとの連携

2つ目の課題は、既存システム・データとの連携です。既存システムやデータが様々な形式・規格で存在する場合、それらを連携・統合するためには決して簡単ではないデータの標準化が必要です。また、従前のシステムを運用している場合、新たなシステムとの互換性が低い場合があり、デジタルツインへと統合する上で大きな課題となる可能性があります。

③テクノロジー人材の育成・確保

3つ目の課題は、テクノロジー人材の育成・確保です。デジタルツインはIoTテクノロジーの活用を前提としたソリューションであり、ユーザー側の体制・導入方法次第で十分な効果を発揮できない可能性があります。

　

そのため、デジタルツインの技術とその使い方を理解できるテクノロジー人材の確保が必須となりますが、そのような人材の育成・確保は難しい現状があります。

④導入・運用コストの大きさ

4つ目の課題は、導入・運用コストの大きさです。デジタルツインの構築にあたっては、リアルタイムでのデータのモニタリングを可能とするための、センサーなどのIoT機器や、データ分析・処理を担うAIシステムの構築・メンテナンスが必要であり、大きなコストが想定されます。

　

そのため、デジタルツインの導入に当たっては、導入・運用コストに対して十分なリターンを得られるかどうか十分に検討した上で導入する必要があります。

⑤セキュリティ・プライバシーリスクの発生

5つ目の課題は、セキュリティ・プライバシーリスクの発生です。デジタルツインは大量かつセンシティブな取り扱いが必要なデータを扱うため、不適切なセキュリティ管理は情報漏洩のリスクを高め、企業の評判や法的責任を問われる可能性があります。

　

例えば、医療において患者個人のデータを利用し、デジタルツインを再現し、治療方法の効果をシミュレーションする場合には、非常にセンシティブな個人情報を取り扱うことになるため、情報セキュリティにはより注意が必要です。

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