デジタルツイン

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デジタルツインとは？

デジタルツインとは、現実世界に存在する製品やシステムを、そっくりそのままデジタル空間に再現する技術のことです。現実世界のモノの状態をセンサー等で収集し、リアルタイムにデジタルツインへ反映させることで、シミュレーションや将来予測、遠隔監視などが可能になります。

さらに、デジタルツインはデジタルスレッドを通じて、その製品が「どのように設計され、製造され、運用されてきたか」という過去から現在までの全情報に繋がっています。これにより、単なる仮想モデルに留まらない、深い洞察を得ることができます。

デジタルツイン技術の歴史

デジタルツインは、PLM (製品ライフサイクル管理) の基礎として最初に構想されました。デジタルツインのアイデアは、1991年のデビッド・ゲラーンターの著書「Mirror Worlds」に初めて登場しました。しかし、最初の実用例は、2010年にNASAが宇宙船シミュレーションを改善するための試みの一環として行われました。

デジタルツインの仕組み

ビジネス成果を向上させるためにデジタルツインを使用するためのユースケースは無限にあります。製造業者として、構築された製品の構成ができるだけ正確で詳細であることを確認する必要があります。これにより、すべてのシリアル化された電気、電子、機械、およびソフトウェアコンポーネントをキャプチャし、それらをエンジニアリングパーツおよび関連する履歴とリンクすることによって、製造された各製品の正確で一意の表現を開発する最初の機会が生まれます。このようにして、製品をすべて関連するデジタルスレッド情報にリンクします。CADモデル、シミュレーション、要求事項、変更命令などは、必要なユースケースをサポートするための価値に基づいて考慮されます。また、運用および保守においても独自のデジタルツイン構成を作成することができます。これは、製品の構成を正確に記録し、時間の経過とともにどのように変更されるかを管理することから始まります。目標は、製品が製造される時点で製品メーカーがデジタルツイン構成を持ち、その構成が時間の経過とともに変更されるまで管理し続けることです。最終的には、その個々の物理製品が廃棄され、リサイクルされるまでです。

デジタルツインの種類

デジタルツインには無数の使用方法がありますが、最も一般的なデジタルツインの4つのタイプは次のとおりです。

• コンポーネントデジタルツイン： 「部品ツイン」とも呼ばれることがあります。コンポーネントデジタルツインは、センサーやスイッチのような小さなシステム要素を複製します。これにより、これらのデバイスの性能とシミュレーションテストを監視することができます。
• 製品または資産デジタルツイン： 資産または製品デジタルツインを実装することで、エンジニアはパフォーマンスを監視し、改善が必要な問題を検出し、生産性を向上させるためのフレームワークを得ることができます。また、エンジニアが洞察を得て、改善の可能性がある領域を特定する新しい方法も提供されます。
• システムデジタルツイン： 「ユニットツイン」とも呼ばれます。システムデジタルツインは、システムレベルの資産を複製します。システムデジタルツインは特定の製品の資産のセットをカバーし、リアルタイムの監視とシミュレーションにより、戦略的意思決定に役立つ貴重なデータを提供します。
• プロセスデジタルツイン： プロセスデジタルツインは、システムツインを単一のエンティティに接続し、異なるシステム間の協力を探求します。これにより、工場のプロセスとワークフローの最も広範な視点が提供され、より深く、より微妙なデータ分析が可能になります。

デジタルツインの利点

• メンテナンス組織は、デジタルツインを使用して高度な戦略をサポートできます。Arasを使用することで、管理されている資産の一意のデジタルツイン構成ごとにビューを持つことができます。資産の運用状況を詳細に調べて、予定外のダウンタイムが発生する前に今後のメンテナンス要件を特定することができます。
• デジタルツインは、製品ライフサイクル全体でのコラボレーションを向上させ、企業が戦略的な新市場に迅速にピボットするのを助けます。
• Aras デジタルツインコアなどのアプリケーションを使用することで、組織は物理的な資産の構成変更のペースをデジタルで管理し、特定の部品に特徴を追加して、運用イベントに基づいてメンテナンスが発生する時期を定義できます。これにより、組織は複雑な資産のための製品サービス戦略を採用し、規制要件を満たすか、サービスレベル契約に基づいて稼働時間を保証するメンテナンス計画を作成できます。
• デジタルツイン構成を構築および管理することで、物理的な資産が変更されるたびに独自の重要な情報にアクセスできます。
• デジタルツインを構築することで、基本的な追跡可能性が確立されます。新しいシリアル化されたコンポーネント情報で変更を記録し、デジタルツイン構成を最新の状態に保ち、古いコンポーネントをそのデジタルスレッドの追跡可能性の一部として表示できます。
• デジタルツインを使用して未来を予測できます。特定の資産の個々の構成とシミュレーションを使用して、部品を交換したりソフトウェアを更新したりした場合に何が起こるかを予測できます。

デジタルツインの活用事例

デジタルツインは、メーカーや資産集約型産業の他の分野に大きな利益をもたらします。デジタルツインは、任意の業界の任意の資産または資産システムの構成をモデリング、適応、および拡張することを可能にします。これにより、フィールド上の各一意の物理資産のコンテキストを作成することで、予測保守、パフォーマンスの最適化、さらには “OTA（Over The Air” のソフトウェアアップデートなどの複雑なシナリオをサポートするための不正確さと関連コストを排除できます。デジタルツインを使用してビジネス成果を改善する方法には無限の可能性がありますが、いくつかの活用事例を以下に示します。

• 製造業： 設計、エンジニアリング、および製造段階で作成された製品データをリンクし、変更が発生したときにキャプチャする技術が利用可能です。これをデジタルスレッドと呼びます。多くのメーカーは、部門間でデジタルスレッドを作成することの重要性を認識しています。すべてが製品製造の最終段階で最終製品に接続される必要があります。このデジタルツイン構成は、すべての製品データの履歴、決定、決定者とその理由をリンクし、CADモデル、シミュレーション、および要求事項を含みます。
• 原子力： Aras Innovatorは、PLMをバックボーンとして設計および管理された最初の原子力発電所によって実装された唯一のデータソースの基盤を提供します。これにより、設計および製造中に作成されたすべての製品データの追跡可能性を備えた、納品時の原子炉のアズビルトデジタルツイン構成を提供することができます。
• 石油およびガス： PLMは、エンジニアリングプロセスの改善に重要であり、より洗練されたフィールドサポートおよび予測保守を可能にするアズビルトデジタルツイン構成を提供します。例えば、石油およびガスや発電において、変更が頻繁であり、製品が多く、製品間の関係が存在します—システムのシステムを作成します。これらの企業は、変化のペースに追いつくために、より自動化された構成を必要としています。
• 航空機設計および保守： デジタルツイン構成を構築することで、資産の運用段階にモデリングおよびシミュレーション技術を導入する機会が生まれます。これらの機能は、運用データを比較し、現在の資産の挙動とその継続する場合の将来の状態をシミュレートするために使用できます。これにより、組織は運用および保守の決定の精度を向上させて航空機フリートを最適化し、OEMが次世代航空機の将来の製品改善をサポートするために使用できます。

デジタルツインの柔軟性

デジタルツインは、特定の業界だけでなく、製品ライフサイクルにおける様々な関係者の独自の要件や目的に合わせて、その構成や見せ方を柔軟に変えることが可能です。

• 顧客要求に応じたデジタルツイン： 顧客が製品または製品システムを受け取ったとき、時間の経過に伴う製品の保守方法に基づいて、表示したい詳細度を自由に調整することができます。
• ビジネスモデルに応じたデジタルツイン： 提供するサービスレベル契約やビジネスモデルに応じて、デジタルツインの構成や見せ方を柔軟に変えるという考え方です。例えば、アップグレード販売を促進するためには製品の全構成情報へのアクセスを提供し、一方で「サービスとしての製品（PaaS）」モデルでは、保証された稼働時間を維持するために必要な情報のみに絞ったビューを提供します。
• サプライチェーンに応じたデジタルツイン： 同じ製品であっても、サプライチェーン上の立場によって必要とされるデジタルツインのビューは異なります。例えば、製品メーカー（OEM）は部品レベルの極めて詳細な構成情報を必要としますが、その製品のオーナーや運用者は、保守作業や部品の再発注に必要な、自身が取引するベンダーと連携するための情報に絞ったビューを必要とします。
• 特定のシナリオに応じたデジタルツイン： 企業が財務的・運用的に何を達成しようとしているかに応じて、デジタルツインの構成は変化・適応します。例えば、予防保全から予測保全へと移行する場合には、より高精細なビューが必要となります。一方で、ソフトウェアで機能が定義される製品を管理する際には、無線通信によるアップデートが必要な資産と時期を判断するために、ソフトウェア関連の構成情報のみに絞ったビューが求められます。

デジタルツイン技術が拓く未来

• 市場で稼働する製品がますます複雑化する中、多くの企業は既存の技術だけでは変化のスピードに対応しきれないという現実に直面しています。この変化に対応できないことは、ブランド価値、収益性、ひいては事業の持続可能性そのものを脅かします。ここに、デジタルツインによる変革の大きな機会が生まれます。デジタルツインは、高精度なシミュレーションを通じて「未来を予測する」ことを可能にします。個々の製品が持つ固有の構成情報に基づき、「この部品を交換したらどうなるか」「ソフトウェアを更新したら何が起こるか」といった未来の挙動を、事前に正確に把握できます。具体的に、デジタルツインは以下のような未来を実現します。
• デジタルツインは、管理下にある個々の資産（製品）の状態を詳細に可視化します。稼働状況をドリルダウンして分析することで、予期せぬダウンタイムが発生する前に、次に必要なメンテナンス時期を特定できます。これは「処方的メンテナンス」として知られ、故障が起こる前に最適なタイミングで対処するという、究極の予防保全を実現します。
• デジタルツイン技術は、製品ライフサイクル全体のイノベーションを可能にします。顧客が実際に製品を「どのように使っているか」を深く理解し、品質上の課題や、要望の多い新機能などを正確に把握できます。この顧客インサイトこそが、企業が新たな市場機会を捉え、迅速にビジネスの舵を切るための羅針盤となります。
• PLMは、単に計画されたものを追跡するだけでなく、将来の複雑な製品を設計するエンジニアを支援します。PLMに蓄積された設計意図を活用すれば、物理的な製品が手元になくとも、文脈に応じたデジタルツインを生成できます。これにより、製品アップデートの影響分析、IoTデータを活用した予防保全、特定の製品に対するサービスの遠隔操作などが可能になります。さらにAIを組み合わせれば、より高度なデータ検索やレポート生成も実現します。
• デジタルツインは、企業のESGへの取り組みにおいても重要な役割を果たします。製品の稼働状況を分析することで、よりサステナブルな製品や運用方法の可能性を明らかにし、企業の環境目標達成を支援します。さらに、デジタルツインに紐づくデジタルスレッドのデータは、規制当局への報告やコンプライアンス要件への対応にも活用できます。