昨今、製造業ではデジタル技術の発展や生産性向上、サステナビリティ移行に対する社会の要請などにより、デジタルツインの活用が活発になっています。
本記事ではxR時代における製造業のデジタルツイン活用と実際の取り組み事例をご紹介します。
デジタルツインとは？
デジタルツインとは、現実世界の物体や環境などの情報を、センサーなどを使ったIoT技術を駆使することでリアルタイムに取得し、仮想空間に再現する技術のことを指します。
まるで双子のように再現でき、限りなく現実に近い物理的なシミュレーションを可能が可能です。デジタルツインの情報で正確にシミュレーションすることで、将来の故障やトラブルを事前に把握し備えることで、コストの削減や業務効率化につながります。
デジタルツインを支える4つのテクノロジー
デジタルツインのコンセプト自体は古くから形成されていましたが、近年主に下記4つのテクノロジーの発達により、製造業などビジネスのさまざまな現場で活用され始めています。まずはこの4つのテクノロジーをおさらいしましょう。
IoT（Internet of Things）
「モノのインターネット」と言われるIoTは、これまで単体かつフィジカルで機能していたさまざまなモノをサーバーやクラウドサービスにつなぎデジタル情報に変換、モノの情報を相互に交換させることができるテクノロジーです。
5G（第5世代移動通信システム）
5Gは、4Gの次の世代にあたる通信システムです。4Gと比べて、最大の通信速度が約20倍、最大接続台数も10倍、通信遅延も1/1000と4Gの1/100と比べて大幅に改善。大量のデジタルデータを瞬時に届けるリアルタイム性を有しています。
AI（人工知能）
AIは人工知能のことを指し、人間が実現する知的活動を人工的に再現するテクノロジーです。大量のデジタルデータに基づく高度な推論を実現します。
xR（クロスリアリティ）
現実世界と仮想世界を融合させ、現実にはない新しい体験を実現するテクノロジーがxRです。ここまで紹介した3つの技術を組み合わせた世界では、「IoT」によってデジタル化されたフィジカル情報と、「5G」によって流通する大量のデジタル情報が、「AI」による高度な推論で処理されます。
「xR」は、これらを自らの知識・経験から統一的に処理し、瞬時に高度な判断を行うことを可能にします。膨大な情報を活用・体験するには、xRが欠かせない技術となり、真のデジタルツインを実現するキーテクノロジーとして位置づけられています。
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製造業がデジタルツインに取り組む価値
冒頭で述べたように、昨今製造業でデジタルツインの活用が盛んになりつつあります。ここでは、なぜ製造業がデジタルツインを活用するのか、その理由や利用価値について見ていきましょう。
開発／設計の効率化（製品自体／ライン・製造設備）
製品開発や設計には多大なコストや時間がかかりますが、これらを抑制しようとこれまでシミュレーションという形で実施されてきました。デジタルツインの発展により、現実空間の製造設備などの環境を仮想空間で再現できるようになりました。結果、従来以上にリアルな試作を行うことが可能となったのです。さらに、物理空間でプロトタイプを作成する必要がなくなることから、試作期間が大幅に短縮。開発・設計が効率的にできるようになります。
オペレーション／メンテナンスの効率化
現実世界の情報をデータ化して仮想空間に反映することで、製造工程のオペレーションにおける故障やトラブルを予知し阻止できます。また、メンテナンスの時期を適時に知らせてくれることなどにより、メンテナンスの効率化にもつながります。
アフターサービスの充実／サービタイゼーション
製品がデジタルツイン上で連携されているため、製品出荷後にも製造者側はその状態をリアルタイムで確認できます。そのため、顧客へのアフターサービス提供が可能となります。結果、製造者側は顧客満足度やロイヤルティの向上、課金ポイントの分散化を実現する仕組みを構築、業績にも貢献するビジネスモデルの転換も視野に入れることができるのです。
このように、デジタルツインは従来叫ばれてきた「『モノづくり・売り』から『コト売り』」というサービタイゼーションを確固たるものにする可能性を秘めています。
技術継承・トレーニング
熟練工・ベテラン技術者の動きや暗黙知などをデジタルツインで記録することで、経験の浅い技術者への技術継承やトレーニングとしても活用できます。つまり、熟練工の持つ技術を社内でオープンソース化できるのです。さらに、デジタルツイン上のデータを活用し、技能向上を目的とするトレーニングなども実施できます。
生産性向上
上記で見てきたように、モノの設計から製造、保全・アフターサービスに至るまで製品ライフサイクル全体で効率化・最適化を図れます。
また、設備のオペレーションや、顧客に製品が届いた後でも予知保全ができること、技術を効率的に継承できることなど、全体として生産性向上に貢献するでしょう。実際、デジタルツインを活用することにより、オペレーションの効率化を実現した製造業の事例が出てきています。
サステナビリティの向上
キャップジェミニ・リサーチ・インスティテュートによるレポート「Digital Twins: Adding Intelligence to the Real World」によると、主要産業の60%の企業が、業績だけではなくサステナビリティの課題解決に貢献するための触媒としてデジタルツインに注力しています。エネルギーと資源利用最適化、物流に伴うCO2排出削減、製品の所有権を提供側に保持させることで利用時における環境負荷削減につなげることなど、サステナビリティ向上と相性が良いと言えます。
製造業のデジタルツイン取り組み事例
それでは、実際デジタルツインは製造業でどのように活用されているのでしょうか。3つの取り組み事例を見ていきましょう。
ダイキン工業 「工場IoTプラットフォーム」」
空調設備を製造する同社は、2018年に建て替えを行った大阪の堺製作所臨海工場に「デジタル・ファクトリー」を設立。製造設備などにセンサーやカメラを取り付けて、各工程の状況を仮想空間に再現するなど、「工場IoTプラットフォーム」を整備しました。
工場内に「工場IoTプロジェクトセンター」を設置し、仮想空間で得た情報をすぐさま生産ラインにフィードバックすることで、2021年は2019年度に比べてロスを約3割改善できる見込みのようです。
旭化成 「熟練作業員の遠隔作業」
福島県浪江町にある水素製造プラントでデジタルツインを構築。熟練作業員数が相対的に少ない現場において、彼らが現場にいなくてもデジタルツイン上で異常対応が遠隔でできる仕組みを整備しようとしています。こういったシステムは、対応の迅速化・効率化につながるというメリットに加え、より多くの作業員が熟練作業員の技術を学ぶことを可能にさせる側面もあるでしょう。
GEのサービタイゼーション
航空機ジェットエンジンや風力発電用タービンなどを製造している同社は、これらの製品提供と顧客導入後のアフターサービス（保守サービス）をセットにして販売。具体的には、航空機ジェットエンジンにセンサーを取り付け、リアルタイムでエンジンの状態を把握する仕組みにより、予知保全・保守サービスを提供しています。
航空会社にとっては、航空機のダウンタイム削減は至上命題です。たとえばダウンタイムが原因の欠航や運行遅延により、顧客への補償や従業員の再配備など多くのコストがかかります。飛行機が着陸する前に交換が必要な部品などを把握することや、故障などを予め防いでくれる予知保全は、こういった課題にも対処してくれます。また、本業である航空サービス提供にできるだけ集中することも可能となります。
デジタルツイン普及のカギを握るxR技術
上記のように、製造業で普及が進むもののデジタルツインを本格化させる技術が整ってきたのはここ最近であることから、製造業における真のデジタルツインの有効活用はまだまだ始まったばかりです。
そんな中、昨今注目されているxRは、デジタル情報をただ集めるだけではなく、収集したデジタル情報をもとに「ヒト」の把握・判断・行動を支援するテクノロジーとして、これまで以上に仮想空間と物理空間を融合させます。結果、デジタルツインの精度をより高くし、活用幅も広げてくれるものとなるのです。まさに、xRはデジタルツイン普及のラストピースと言えるでしょう。
