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デジタルツインが製造業をどう変えるかを確認する前に、製造業の現状を理解する必要があります。
デジタル化が進む実世界にありながらも、伝統的な製造業は依然として経済にとって不可欠です。全米製造業協会（NAM）が行った 2021年の調査によると、製造業は米国の経済生産高の年間10.94％を占め、1200万人以上を雇用しています。
しかし長い間製造業はある種の乗り越えられない制約に阻まれてきました。高価な機械の継続的な維持管理、進化し続ける規制遵守のガイドラインの遵守など、工場のパフォーマンスを最適化することは大きな課題となっていました。
しかし、インテリジェント・デジタル・ツイン（以下、デジタルツイン）の登場により、その状況は急速に変化しています。この記事では、デジタルツインが製造業にどのような変化をもたらしているのか、そしてなぜこの技術の導入が組織の将来にとって不可欠であるのかを解説します。
デジタルツインとは、物理的なオブジェクト、プロセス、または環境の正確な仮想ドッペルゲンガーと定義されます。言い換えれば、物理的な対応物に対するデジタル的な再現として機能する高度なソフトウェアモデルです。
デジタルツインのコンセプトは 1992年に発表され 、その数年後には製造業に普及しました。しかし、NASAが宇宙船のモデリングを改良するために、この技術をようやく採用を実現したのは2010年のことでした。
それ以来、デジタルツインの実世界での応用例は飛躍的に増えています。
見た目だけでなく、動作も同じ物理的な物体のデジタル版を作成する能力は、必要不可欠なものであることが証明されています。洗練されたアルゴリズムにより、異常の検出、修理の予測、使用と寿命の最適化、性能のシミュレーションを確実に行うことができます。
その結果、デジタルツインは、何十年にもわたってメーカーを悩ませてきた「天井効果」を克服することを可能にしたのです。VRヘッドセットやデスクトップでアクセスできるこの仮想3Dレプリカは、ダウンタイムの削減と工場の効率化を実現する有望なソリューションです。
出典: Deloitte
技術的な詳細はさておき、デジタルツインの設定はかなりシンプルです。
この最初のステップは、世界観の構築です。例えば製造業では、物理的な工場とその設備に関する設計図データを3Dマッピングプログラムに入力し、正確な仮想環境を作り出します。次に、リアルタイムモニターやセンサーを使って、機械の動的な性能データを抽出します。
作業モデルが完成したら、次は人工知能（AI）と機械学習（ML）の力を活用するステップです。高度なアルゴリズムは、デジタルツインを「観察」し、正常な性能動作と異常な性能動作を区別するために「学習」することで、運用の基準値を確立します。
従来、ほとんどの監視システムは、各機器に関する情報を単独で提供するだけでした。全体的なアプローチがないため、すぐに管理が混乱し、重要な手がかりを見落としがちでした。
しかし、デジタルツインでは、機械のデータを環境的な背景や他の機械との関連性の中で集約しています。これによって、オペレーション全体の統合的かつ包括的な全体像が表現され、実用的なインサイトを導き出すことが可能になります。
デジタルツインの概念を理解するためにその実例を見てみます。そこでバイエルン州の美しい町、ドイツ・レーゲンスブルクを訪ねることにしました。レーゲンスブルクは、ヨーロッパの中でも最も中世の街並み残す場所として広く知られています。そのレーゲンスブルクに、BMWの巨大な生産拠点が2つあることはあまり知られていません。
一か所は、1日に800台の新車を生産するいわゆる物理的な工場。もう一か所の工場は、見た目も機能もまったく同じですが、唯一違うのは、完全にデジタルの世界に存在している点です。
製造ラインで機器を運ぶ作業員のアバター、車両の金属フレームを成形する技術者、すべての部品を詳細に検査する品質管理担当者など、 BMW工場のデジタルツインはまさに生産工程のあらゆる部分をエミュレートしています。
モニターやバーチャルリアリティ（VR）ヘッドセットでアクセスし、実生活では仮想のものとみなされるデジタルレプリカは、廃棄物の削減、複雑な技術計画の設計、インフラの整備、気候変動対策に欠かせないツールとなっています。しかし、デジタルツイン技術を賞賛しているのは自動車製造業だけではありません。
医療分野では、実物を観察することが困難な臓器の精密な再現にデジタルツインが利用されています。また、航空宇宙産業では、防衛関連企業がデジタル製造機能を活用し、米国空軍の次世代戦闘機の設計とプロトタイピングを行っています。
実例はあらゆる分野に及びます。第一次産業革命で人手が蒸気に置き換わって以来、デジタルツインの技術が製造業を最も大きく変えていることは明らかです。
高価な機械を維持するためには、十分な注意と配慮が必要です。特に、刻々と変化する作業条件や厳しい納期を前にすると、そのような作業は困難を極めます。ソフトウェアソリューションをもってしても、多くの製造業は、生産性と生産時間の両面で、最適化の壁に突き当たってきました。
しかし、デジタルツインは、製造業があらゆるレベルで効率、価値、イノベーションを最適化できるよう支援し、ゲームチェンジャーになりつつあります。これは、工場の様々な要素やダイナミクスに基づき、工場の完全な運用状態をリアルタイムに把握することで実現します。その結果、以下が可能です。
製造業においてデジタルツインがますます普及するのは疑いの余地が有りません。特に、航空宇宙、医療、自動車、都市計画、建設など、高額な部品が不足している組織では、この傾向が顕著です。
インダストリー4.0（4IR）は、製造業の根本的な変革を約束するものです。、. インテリジェント・オートメーションはすでにパラダイムシフトを先導する以下のような幅広い最先端技術を統合しています。
デジタルツインはこれらの多くを活用して、真の相互接続と分散型意思決定を実現します。そしてこの傾向が今後も続くことに疑いの余地はありません。世界のデジタルツイン市場は、2020年に31億ドルと評価されました。2026年には、その評価額は482億ドルを超えると予想されています。
工場内の物理的な物体やプロセスからリアルタイムフレームでデータを採取することで、継続的な生産性向上が実現します。これは実用的な情報に常にアクセスできる安定した流れを確実にします。
これまで見てきたように、デジタルツインはあらゆる新手法で業務効率を向上させます。設計、エンジニアリングから組み立て、サービスに至るまで、この拡張性の高いテクノロジーによって、製造業者は各自の業務をシームレスに相互接続されたデジタルネットワークに統合することができます。
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