デジタルツインの工場での活用事例7選|5大メリットも紹介

デジタルツイン 工場

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。

 

そんな中、現実世界のシミュレーションというデジタルツインの機能を活かし、日立や川崎重工など、デジタルツインを工場に活用する企業が増えています。

 

そこで今回は、デジタルツインの工場への活用事例7選について、メリットや費用相場、成功のポイントなどとともにわかりやすくご紹介します。

 

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。

 

  • 工場へのデジタルツインの活用を検討している
  • 工場にデジタルツインを活用するメリットを知りたい
  • 工場にデジタルツインを活用している企業の事例を押さえておきたい

 

本記事を読めば、工場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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目次

そもそもデジタルツインとは

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。

デジタルツインを工場に活用する5つのメリット

デジタルツインを工場に活用する5つのメリット

デジタルツインを工場に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紹介していきます。

 

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①品質の向上・リスクの削減

デジタルツインは、工場での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、工場での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強化

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。

デジタルツインの工場における活用事例7選

デジタルツインの工場における活用事例7選

デジタルツインの工場における活用事例として以下の7つが挙げられます。

 

  • ①BMW:世界中の自動車工場を3Dスキャンしメタバース化
  • ②テスラ:車両を遠隔で自動アップデート
  • ③東芝デジタルソリューションズ:MR活用による現場作業の効率化
  • ④川崎重工:工場を丸ごとメタバース化する計画を発表
  • ⑤ダイキン:デジタルツインを活用し製造ラインのロス削減へ
  • ⑥日立:製造ラインのデジタルツイン構築で生産時間を50%短縮
  • ⑦旭化成:遠隔地からの指導により従業員の負担軽減

 

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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①BMW:世界中の自動車工場を3Dスキャンしメタバース化

BMW:世界中の自動車工場を3Dスキャンしメタバース化
(画像:BMW)

BMWは世界各地の自動車向上を3Dスキャンし、デジタルデータ化することを発表しました。
工場の生産ラインにデジタルツインを活用することで、生産効率の向上を図ります。

BMWは生産プロセスのDXを進める戦略的な取り組みである「BMW iFACTORY」の中核に工場にデジタルツインを活用する「バーチャル工場」を位置づけています。

 

工場の敷地内の全領域を可搬式3Dレーザースキャナーやドローンを用いてスキャン予定で、2023年の上半期に完了予定とのこと。

その後、NVIDIAの提供するメタバース空間ツールである「Omniverse」によってスキャンしたデータを使ってバーチャル工場を作成します。

 

同社はバーチャル工場の取り組みを数年前から実施しており、データを活用した設備改善、複数の関係者がリアルタイムCGによるコミュニケーションの円滑化、最新データの多くの関係者への共有などにより生産ラインの生産性向上に繋がっているとのことです。

 

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②テスラ:車両を遠隔で自動アップデート

テスラの販売する車両にはデジタルツインを活用したシステムが標準搭載されており、車両が自動でアップデートされる仕組みを構築しています。各車両に搭載されたセンサーが車両の状態や走行状況、周辺環境などのデータを基に車両にとって最適な走行方法を分析し、自動でソフトウェアがアップデートされる仕組みとなっています。

 

この仕組みにより、車両診断を店舗で行う必要がなくなり、ユーザーは店舗に出向く手間、テスラは車両診断にかかるコストの大幅な削減に成功しています。

③東芝デジタルソリューションズ:MR活用による現場作業の効率化

東芝デジタルソリューションズ:MR活用による現場作業の効率化
(画像:東芝デジタルソリューションズ)

東芝デジタルソリューションズのMRソリューションは、2019年より自動車業界の企業で活用されています。

 

例えば、溶接作業において、従来は溶接箇所に穴を開けた紙を重ね合わせて、溶接箇所がずれていないかを手作業で確認する必要がありました。また、設計に変更があった場合にも、紙を作り直した上で再度確認する必要がありました。

 

そこで、MRを活用することで、設計変更のたびに用紙を作り直す手間を省くことができます。また、現場の作業員はデジタルガイダンスを見ながら、直感的に溶接箇所が正しいかどうかを確認することができます。その結果、溶接作業のスピードと精度の向上に繋がっています。

 

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④川崎重工:工場を丸ごとメタバース化する計画を発表

川崎重工:工場を丸ごとメタバース化する計画を発表
(画像:川崎重工)

川崎重工はマイクロソフト社のカンファレンス「Build2022」にて、工場を丸ごとメタバース化する「インダストリアルメタバース」の構築に取り組むことを発表しました。この取り組みにより、工場における全工程をバーチャル空間上でシュミレーションできるデジタルツインの構築を目指すとのことです。

 

同社は、マイクロソフトのクラウド/IoT管理ソリューション「Azure IoT」、エッジAIソリューション「Azure Percept」、MRデバイス「HoloLens 2」を採用し、生産ラインや製造現場の管理を行うことになりました。これにより、ロボットの障害発生時の迅速な対応、トラブルを未然に防ぐ予知保全、複数拠点で同時にリアルタイムに遠隔地の専門家からアドバイスや支援を受けることができるようになりました。

 

また、「Azure Digital Twins」を用いることで、過去・現在・未来の稼働状況を仮想空間上で把握することで、物理的に離れた場所にある問題の原因を特定し、解決することを可能にします。

⑤ダイキン:デジタルツインを活用し製造ラインのロス削減へ

ダイキン:デジタルツインを活用し製造ラインのロス削減へ
(画像:ダイキン)

空調製品を生産するダイキン工業は、堺製作所臨海工場(大阪府堺市)向けに、デジタルツイン機能を搭載した新しい生産管理システムを開発しました。デジタルツインでは、部品の流れや組み立て、塗装、プレスなどの工程状況を再現します。

 
この工場では、デジタルツインを活用することで、生産ラインの停止原因を事前に予測し、迅速に対応することができます。このシステムは、製造設備や組立作業、ワークフローなどの状態を監視し、仮想空間上に再現します。そして、過去に発生した事象を詳細に分析し、将来起こりうる事象をシミュレーションすることで、潜在的な問題を予測します。

 
デジタルツイン生産管理システムの導入の結果として、2021年度には2019年度比で30%以上のロス削減を見込んでいるとのことです。

⑥日立:製造ラインのデジタルツイン構築で生産時間を50%短縮

日立:製造ラインのデジタルツイン構築で生産時間を50%短縮
(画像:日立)

日立の大みか事業所では、製造現場においてデジタルツインを生産の進捗把握や品質改善、設備不良の自動検出などに活用し生産性を向上させています。

 

工場の進捗管理などのソフトウェアとハードウェアの設計・開発・製造を行う同工場では、非接触で人やモノの個々の情報を識別・管理できるRFIDタグ約8万枚と約450台のRFIDリーダー、ビデオカメラを導入しました。これにより、製造ライン上の人とモノの流れをデータで可視化した「製造ラインのデジタルツイン」を構築しています。その結果、同工場で代表製品の生産のスタートから出荷までにかかる時間が50%短縮されました

 

また、大みか事業所では製造現場以外でもデジタルツインを活用しています。日立が開発した列車の運行管理システムでは、走行中のすべての電車の位置情報や速度情報、乗車人数などの情報を自動的に取得し、モニターにマッピングされるため、運行状況をひと目で瞬時に把握できるようになっています。

 

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⑦旭化成:遠隔地からの指導により従業員の負担軽減

旭化成:遠隔地からの指導により従業員の負担軽減
(画像:旭化成)

旭化成はプロセス設備のデジタルツインにより運転の最適化、保守保全の高度化と遠隔監視を実現しています。

 

同社のプロジェクト「福島水素エネルギー研究フィールド」では、世界最大級の水素の製造プラントにデジタルツインを導入し、リモートで運転監視を行っています。旭化成はプラントごとに製造する化学製品が異なり、それぞれの専門性を持った熟練者が必要です。

 

そこで同社は、熟練者が現場に出向かずとも遠隔で対応できる体制づくりを目指し、デジタルツインを活用し、熟練者がウェブアプリケーションやスマホのアプリケーションから作成したデジタルツインへとアクセスし、離れた場所からでも現場の状況をリアルタイムに把握できるシステムを開発しました。このシステムにより、旭化成はプラントの安全性と生産性の改善を実現しています。

工場ヘの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

工場ヘの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

工場への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。

 

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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。

デジタルツインの活用にかかる費用相場

デジタルツインの活用にかかる費用相場

デジタルツインの活用は業界やユースケースなどによって、開発の内容や開発工程が異なるため、費用が大きく変わってきます。今回は一般的な費用感として、目的別に以下2つの費用相場を紹介します。

 

  • ①設計・運用の最適化のための工場・施設全体の3D再現:500万円~3,000万円
  • ②特定の設備・機器のモニタリング・故障予測:1,000万円~4,000万円

 

それぞれについてわかりやすく紹介していきます。

 

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①工場・施設全体の3D再現による設計・運用の最適化:500万円~3,000万円

工場・施設の設計・運用の最適化を目的とする、工場・施設全体を3D再現するのにかかる費用は500万円~3,000万円程度です。3D再現する工場・施設の大きさや、どこまで精緻に再現するかによって、費用は大きく変わってきます。

 

また、保守運用費や利用するプラットフォームのライセンス費が別途ランニングコストとしてかかる場合も多いです。

②特定の設備・機器のモニタリング・故障予測:1,000万円~4,000万円

特定の設備・機器のモニタリング・故障予測にかかる費用は、1,000万円~4,000万円程度です。単純に設備・機器の稼働状況を可視化・モニタリングするだけなのか、もしくはAI等を利用して故障予測も行うのかによって、費用は大きく変わってきます。

 

また、保守運用費や利用するプラットフォームのライセンス費が別途ランニングコストとして年間数百万円かかる場合も多いです。

おススメのデジタルツイン活用支援会社3選

おススメのデジタルツイン活用支援会社3選

おススメのデジタルツイン活用支援会社3選は以下の通りです。

 

  • ①Symmetry:デジタルツインを誰もが簡単に構築可能なプラットフォームを開発・提供
  • メタバース総研:デジタルツインの戦略から開発まで一気通貫で支援
  • ③NVIDIA:世界最大級の導入実績を持つデジタルツインプラットフォーム「NVIDIA Omniverse」を開発・提供

 

それぞれの会社についてわかりやすく紹介していきます。

 

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①Symmetry:デジタルツインを誰もが簡単に構築可能なプラットフォームを開発・提供

①Symmetry:デジタルツインを誰もが簡単に構築可能なプラットフォームを開発・提供
(画像:Symmetry)

Symmetryは、現実世界で起きている事象をデジタルデータに変換し、デジタルツイン上に再現するサービスを提供しています。IoTによるリアルタイムデータや人工衛星データをもとに現実で起こっている事象をそのまま反映し、デジタルツイン上で、現実世界のシミュレーションを行うことを可能とします。

 

例えば、都市計画の際の災害のシミュレーションに役立てたり、建築会社がデジタルツイン上で建築のシミュレーションを行い安全性を確認したり、小売り分野においてオペレーションの改善と店舗の少人化経営を図ったりするなど、様々な業界の企業に対し、デジタルツインのメリットを最大限に活用したソリューションを提供しています。

 

無料プランから気軽に利用を始めることができるため、デジタルツインを初めて導入しようと考えている企業におススメです。

②メタバース総研:国内最大級の知見に基づき企画から開発まで支援

メタバース総研:国内最大級の知見に基づき企画から開発まで支援

メタバース総研は、企業向けのメタバース/デジタルツインのコンサルティング・開発を行っている会社です。

 

同社は、多数のメタバース活用支援と国内最大級のビジネス向けメタバースメディアの運営により培った、豊富な経験と知見を武器とする、高品質のコンサルティングから制作/開発までの一気通貫での支援を強みとしています。

 

さらに、各領域に強みを持つ、38名のクリエイター/エンジニアや12社のパートナー企業による強力な支援体制を有しており、各企業の目的や要望に合わせた、オーダーメイドでの制作/開発が可能な点も特徴です。

 

そのため、現状構想段階にあり事業・企画の立案から支援してほしい企業や、テンプレ的な設計ではなく自社ならではのメタバース/デジタルツインを制作/開発したい企業におススメです。

 

※メタバース総研は豊富な経験とナレッジに基づき、各社様に合わせた先進事例や具体的な活用アイデアなどの最新ナレッジをご提供させていただいております。 メタバース/デジタルツイン活用でお困りの方は、ぜひお気軽にご相談ください。 

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③NVIDIA:世界最大級の導入実績を持つデジタルツインプラットフォーム「NVIDIA Omniverse」を開発・提供

NVIDIA:世界最大級の導入実績を持つデジタルツインプラットフォーム「NVIDIA Omniverse」を開発・提供
(画像:NVIDIA)

NVIDIA Omniverseとは、大手半導体メーカーNVIDIA社が企業に対し提供する、業務効率化向けのメタバース・デジタルツイン構築プラットフォームです。同ツールを活用することで、企業の企画・設計・製造・配送・アフターフォローという幅広いバリューチェーンの効率化を進めることができます。

 

同ツールの提供する機能は大きく2つで、1つ目は3Dデザインのコラボレーション空間の利用、2つ目は製品や製造ラインなどのデジタルツインの構築・シミュレーションです。

 

2020年のリリース以来、BMWやAmazonなどの大手企業700社、15万人以上のユーザーに利用されており、業務効率化向けデジタルツインプラットフォームとしては最有力といえます。

 

大手企業による技術力のしっかりしたサポートを受けたいという企業におススメです。

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このナレッジの著者

メタバース総研 代表取締役社長

今泉 響介

慶應義塾大学経済学部卒業。学生起業した事業を売却した後、日本企業の海外マーケティングを支援する株式会社Rec Loc を設立して代表取締役社長に就任。メタバースのビジネス活用を支援するメタバース総研を設立して代表取締役社長に就任。

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