近年IoTやAIなどの関連技術の進化に伴い、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、建物や製品などの品質向上や製造の効率化など様々なメリットが存在します。

　

そんななか、「デジタルツインの概要やメリットをしっかりと理解しておきたい」、「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？

　

そこで今回は、デジタルツインの概要やメリット、活用事例をわかりやすく解説します。

本記事を読めば、デジタルツインの基礎知識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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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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デジタルツインとメタバース・シミュレーションとの違い

デジタルツインはバーチャル空間上にリアル空間での環境を再現することによるシミュレーション技術のことをさし、様々なシミュレーション手法のうちの1つという位置づけです。

　

また、デジタルツインはメタバースと一部共通している部分があり、両者近い概念という関係です。構築する対象に関して、デジタルツインでは原則リアル空間に存在するものであるのに対し、メタバースでは必ずしもリアル空間に存在するものとは限りません。また、用途に関しては、デジタルツインでは原則シミュレーションに用いるのに対し、メタバースはシミュレーションに限らず、ゲームやコミュニケーション、リアル/デジタル商品の売買など幅広い用途での利用が進んでいます。

デジタルツインが注目される理由

①関連テクノロジーの発展

関連テクノロジーの発展により効率的かつ正確なシミュレーションが可能となったことで、ビジネスにより大きなインパクトをもたらすようになってきました。関連テクノロジーの発展の例としては、IoTセンサーの性能向上や普及により、収集できるデータの種類や量が増加してきたこと、AI技術の発展により収集したデータを基にしたシミュレーションの精度が向上したことなどが挙げられます。

②コロナウイルスによる対面や現場での活動の制限

また、コロナウイルス感染拡大の影響により、リアルな現場での作業や対面での打ち合わせなどの活動が制限をうけたことで、より多くの業務をデジタルにシフトしようという動きが加速しました。

　

これらの理由から、都市計画を行う政府や建設会社、メーカーなどを筆頭に、幅広い業界での活用が進んでいます。

デジタルツインに活用される４つの関連テクノロジー

デジタルツインに活用される関連するテクノロジーとして、代表的なものは以下の４つです。

　

• ①IoT：データを収集するために活用
• ②AI：データを分析するために活用
• ③AR・VR・MR：デジタルツインを視覚に表現
• ④5G：データ通信のインフラ

　

それぞれについてわかりやすく解説します。

①IoT：データを収集するために活用

IoTは、物理的なオブジェクトやシステムをインターネットに接続し、データを収集・分析するためにデジタルツインに活用されます。デジタルツインでは、IoTセンサーからリアルタイムでデータを取得することで仮想空間の状態を更新します。近年、IoTセンサーの性能が向上し、普及によるスケールメリットにより価格が安くなったことで、高性能かつ安価なIoTセンサーによって収集できるデータの種類や量が増加しています。

②AI：データを分析するために活用

AIは、収集されたデータの分析を行うためにデジタルツインに活用されます。デジタルツインでは、IoTセンサーによって大量のデータが収集されるため、そのデータを分析し、パターンを見つけ出し処理を最適化させる為にAIが活用されています。AI技術の進歩によって、デジタルツインでの処理速度が向上し、より現実とリンクした空間が実現可能となりました。

③AR・VR・MR：デジタルツインを視覚に表現

AR・VR・MRの技術はどれも、デジタル空間を視覚的に表現するために活用されています。AR・VR・MRを用いることにより、ユーザーはデジタルツインの中に没入感をもって入り込むことができます。これにより、ユーザーは直感的にシステムの状態を理解したり、シミュレーションの結果を確認したりすることが可能となります。AR・VR・MRを活用することにより、デジタルツインを直感的に理解することができるようになります。

④５G：データ通信のインフラ

5Gは高速で大容量の通信を可能にするための通信技術です。デジタルツインは、IoTセンサーによるデータの収集から始まり、AIによる情報処理、AR・VR・MRによる視覚的な表現に至るまで大量のデータを扱います。大量の情報を取得し・分析し遅延のないデジタルツイン環境を実現するために、5Gの技術は欠かせません。

デジタルツインを活用する５大メリット

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シミュ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。

　

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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、迅速なシミュ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シミュ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ミュ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、シミュ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。

デジタルツインの活用事例１０選

デジタルツインの活用事例として以下の10事例が挙げられます。

　

• ①シンガポール：世界初 国全体をデジタルツイン化
• ②国交省：デジタルツイン構築により都市づくりのDXを推進
• ③トヨタ：次世代の街・サービスづくりにデジタルツインを活用
• ④テスラ：車両を遠隔で自動アップデート
• ⑤鹿島建設：国内初、建築の全フェーズでデジタルツインを実現
• ⑥川崎重工：工場を丸ごとメタバース化する計画を発表
• ⑦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
• ⑧コマツ：建設現場に生産性向上にむけデジタルツインを導入
• ⑨大林組：４D施工管理システムを開発
• ⑩清水建設：都市デジタルツインの基盤を整備

　

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シンガポール：世界初 国全体をデジタルツイン化

シンガポール政府は、自然や建物、道路や人・車などのあらゆるデータを集約し、国全体のデジタルツイン化に世界で初めて成功しました。この空間は「バーチャルシンガポール」と呼ばれ、都市計画へのデジタルツインの活用事例として世界中から注目を集めています。

　

バーチャルシンガポールに活用されるデータは、政府機関やインターネット、IoTからのリアルタイムデータなど幅広いソースから集められています。

　

この取り組みの成果は、最適な都市計画の策定や自然災害のリスク評価・対策、国民への最適な交通ルートの提案など多岐にわたり、国全体のDX化の基盤となっています。

②国交省：デジタルツイン構築により都市づくりのDXを推進

2020年度より国土交通省は、「ProjectPLATEAU」で都市づくりのDXを推進しています。日本全国の都市で3D都市モデルを構築し、オープンデータとして公開することで、誰もが自由に都市データにアクセスし、防災やまちづくり、AR/VRなどさまざまな用途に活用できるようになります。

　

都市の3Dモデルは、都市計画・開発の様々な場面で利用することができます。例えば、交通の流れやバス停の混み具合、駐車場の空き状況、建物や公共施設に必要なスペースの把握、交通システムから排出されるCO2の量、自然災害の評価など、都市空間が持つさまざまなデータ・機能・特徴を把握することができるのです。

　

2021年には全国都市の３D都市モデルの整備が完了し、そのモデルを様々な地方公共団体や民間企業が活用し、数多くの未来のまちづくりにむけた実証実験が行われています。

③トヨタ：次世代の街・サービスづくりにデジタルツインを活用

トヨタ自動車は、自動運転などの様々な技術・サービスの実証実験を行うスマートシティである「Woven City」を静岡県裾野市の自社工場跡地に建設しています。

　

トヨタはこのスマートシティにおける都市やサービスの設計・運営のシミュレーションにデジタルツインを活用しています。街の様々な箇所に設置されたセンサーや自動車、住民の利用するデバイスなどから収集された膨大なデータを1つのデータプラットフォームに統合することで、モビリティや医療、教育など様々なサービスの構築・改善に繋げる計画とのことです。

　

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④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。

⑤鹿島建設：国内初、建築の全フェーズでデジタルツインを実現

2020年に鹿島建設はオービック御堂筋ビルの新築工事において、プロジェクトの全フェーズにおいてBIMによるデジタルツインを活用することで、プロジェクトの各フェーズにおける建物データの連携・共有を可能にしました。

　

企画・設計フェーズでは周辺環境へのビル風のシュミレーション、建物内のシュミレーションに、施工フェーズでは工事プロセスのデジタル化と進捗管理、MRの活用による、実際の施工状況の確認に、維持管理フェーズでは、ファシリティマネジメントのデータへの連携、日常の点検から得られた情報を収集し、その後の建築の企画・開発への活用になど、多岐にわたるユースケースでデジタルツインを活用しました。

　

デジタルツインを活用することで、建物自体の高品質化はもちろん、企画・設計から竣工後の管理・運営までの一連の建物にまつわる情報をデジタル化し、お客様に提供することが建物の更なる価値向上に繋がると考えているとのことです。

⑥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。

　

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⑦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

2021年に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。

⑧コマツ：建設現場に生産性向上にむけデジタルツインを導入

総合機械メーカーであるコマツは、建築現場での生産性向上にむけデジタルツインを導入しています。コマツのデジタルツインは、資材、建設機械、資材、作業員の位置・稼働データと建物の図面データを組み合わせた遠隔管理システムです。これらのデータをPCの画面上に表示するように表示します。施工管理者などは、現地事務所や本社、支店から現場の隅々まで状況を確認することができます。

　

この取り組みにより、少人数での工事現場の効率的な管理や資材・機材を現場で探す時間やレンタル費用の削減、車両の待ち時間削減などの実現を期待しています。

　

同社は、これらの取り組みにより、日本の直面する課題である少子高齢化による労働人口の減少、また世界的な課題であるCO２排出量の増加の解消に貢献できるとしています。

⑨大林組：４D施工管理システムを開発

大林組は建築物の3Dモデルに建設現場周辺の地形やクレームの位置などの施工現場の状況を、デジタル上のモデルにリアルタイムに反映する「４D施工管理システム」を開発しました。

　

このシステムは、北海道で2023年3月の開業を控える「エスコンフィールドHOKKAIDO」の建設現場で実証が進められています。この実証では、クレーンに設置したセンサーからの位置や方角のデータを基に、クレーンの動作に関するデータをリアルタイムに収集し、デジタルツインに反映することで、施工の品質向上はもちろん、各業者の作業の出来高の算出にも活用されています。

　

また、現場に設置された入退場システムから取得した作業員の入退場データを基に、各作業を担当する作業員の工数を測定し、作業の効率化に繋げる試みも行われています。

⑩清水建設：都市デジタルツインの基盤を整備

清水建設はオートデスクと共に、都市デジタルツインの実装に向け、データ基盤やプラットフォームを整備するプロジェクトを推進しています。都市デジタルツインとは、都市内の建物や道路などの静的データに加え、街での人流や物流、エネルギー―消費などの動的データなどを統合した大規模なデジタルツインのことを指します。

　

この都市デジタルツインを活用することで、より人が暮らしやすい都市開発が可能になると考えられています。

　

今後は、この都市デジタルツインをスタートアップなどの企業に提供することで、豊洲エリアのスマートシティ化を推進しつつ、そのノウハウを他都市の開発計画に対しても展開していく予定です。

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