デジタルツインとは?導入のメリットや最新の活用事例・将来性について解説

デジタルツインとは現実世界の情報をデジタル化し、仮想空間上に再現する技術です。

loTやAIなど技術の進化により、デジタルツインの活用が急速に進んでいます。

本記事ではデジタルツインとは何かを説明するとともに、導入するメリットや支える技術、活用事例などを紹介します。

デジタルツインとは？

デジタルツイン（DigitalTwin）とは、現実世界から収集したデータをコンピュータ上で再現する技術のことです。

近年は技術の進化により、収集したデータをもとに仮想空間上に極めて精度が高いデジタルツインを構築できるようになり、分析に役立てられています。

デジタルツインと似た概念にシミュレーションやメタバースがありますが、これらは同じではありません。

それぞれの違いを見ていきましょう。

デジタルツインとシミュレーションの違い

デジタルツインは、シミュレーションとイコールではありません。

シミュレーションとは、実際の実験が難しい場合に本物に似た空間で実験し、そこで発生する出来事の検証や予測を行う技術のことです。

現実と似た空間で行うシミュレーションにはさまざまな形態があり、デジタル空間とは限りません。

 デジタルツインは現実世界をデジタル空間上に再現するものであり、シミュレーションの一種といえるでしょう。

一般的なシミュレーションでは、想定できるさまざまな事象を仮定して設計を行います。

現実の事象とリンクしているわけではなく、リアルタイム性は低い傾向です。

これに対し、デジタルツインはリアルタイムな現実世界そのもののデータをもとにしており、シミュレーションよりも現実的な分析が可能になります。

デジタルツインとメタバースの違い

メタバースとは、デジタル空間上に作られた仮想世界のことです。

Web上に構築された仮想空間で、アバターと呼ばれる自分の分身を作って行動します。

デジタルツインはあくまでも現実世界を再現するものですが、メタバースは仮想空間であり、現実と関係のない世界であってもかまいません。

実在する場所を再現した空間もあれば、完全に仮想のゲーム空間であるメタバースも存在します。

また、メタバースは仮想空間のなかでアバターにより活動しますが、デジタルツインは特にアバターを必要とするものではありません。

デジタルツインはシミュレーションやフィードバックを行うソリューションという位置づけであり、再現されるものはあくまで現実世界に存在する都市や生産ライン・製品などです。

これに対しメタバースは、複数のアバターが同じ空間にいるコミュニケーション空間ということができるでしょう。

メタバースについては、以下の記事で詳しく紹介しています。

 

デジタルツインの活用シーン

デジタルツインは、製造業や自動車産業、医療分野など幅広いシーンで活用されています。

例えば製造業で新しい製品を生産する場合、デジタルツインでバーチャルな生産ラインを再現することにより、試作品の材料費や人件費などのコストを削減しながら最適なシステムを考案することが可能です。

物流会社や小売店などで効率的な物流網や顧客の購買導線を考える際、実際に人や物を動かして検証することができません。

しかし、デジタルツインで仮想空間を再現し追跡することで、シミュレーションしながら輸送や製品管理の無駄を抑えられます。

デジタルツイン導入による5つのメリット

デジタルツインはすでに、さまざまな業界で課題解決のために活用されています。

デジタルツインを導入することでコストを削減し、スペースなど物理的な制限がなくなるのはメリットです。

また、リードタイムの短縮や問題が発生した際の課題特定がしやすくなるなど、多くのメリットがあります。

デジタルツイン導入により得られる5つのメリットについて見ていきましょう。

1.コストやスペースなどの物理的な制限がなくなる

デジタルツインによる仮想空間ではコストやスペースなどの物理的な制限がなくなり、さまざまな試みができるのはメリットです。

これまでの製造業では、製品を完成させるまでに何度も試作を重ね、時間や人員など多くのコストをかけてきました。

しかし、デジタルツインでは試作のプロセスを仮想空間で行えるため、試作期間やコストを大きく削減できます。

また、新商品の開発には各工程における人員確保や開発スペースが必要ですが、デジタルツインであれば仮想空間の中でシミュレーションできるため、これらを大幅に省くことができます。

仮に開発が失敗した場合も、損失を最小限にとどめることが可能です。

さらに、変化が激しい環境で状況が変わった場合でも、仮想空間の中であれば迅速な対応ができるというメリットがあります。

2.リードタイムを短縮できる

デジタルツインは、商品の発注から納品に至るまでにかかる時間（リードタイム）を短縮できます。

生産ライン全体をデジタルツインで再現し、実際に稼働する前に無駄な部分をチェックできるためです。

稼働状況や業務の負荷などを仮想空間上で分析し、最適化することによってリードタイムの短縮ができます。

デジタルツインで生産ラインをシミュレーションすることで、細かな欠陥の洗い出しやトラブルの原因発見も可能です。

デジタル上の事前検証が誰からも見える形で行えるため、リスクの軽減や品質向上にもつながるでしょう。

3.試作品作成費やマーケティング費用を削減できる

デジタルツインにより、試作品の制作費やマーケティングにかける費用も削減できます。

製造工程で現実に製品の試作を行う場合、材料費や人件費など多くのコストが必要です。

自動車製造であれば、実際に車両を製作してから専用コースで数度にわたる試走を繰り返します。

試作品と人件費に多大な費用が必要になるでしょう。

しかし、デジタルツインではこれらのプロセスをすべて仮想空間で行えるため、大幅なコスト削減が可能です。

また、デジタルツインでは流通後のデータもシミュレーションできます。

実際のニーズや利用状況などを把握でき、マーケティング戦略に活かしてリサーチにかけるコストを抑えることが期待できます。

4.製造ラインで問題が発生した際の課題特定が容易になる

製造ラインをデジタルツインで再現することで、製造プロセスにトラブルが発生した場合に課題を特定しやすくなります。

デジタル上に状況がリアルタイムに反映され、モニタリングして検証できるため、どの段階で問題が発生したのかスピーディーに原因を特定して改善を図ることが可能です。

すでに流通している製品に問題があることがわかっても、データをもとにどのプロセスで問題が生じたのか原因を究明できます。

また、蓄積されたデータから部品の劣化など将来的な故障を予測し、メンテナンスを行うことも可能です。

5.丁寧なアフターサービスが可能になる

デジタルツインでは、製品出荷後のアフターサービスも可能になります。

製品に取り付けたセンサーによってユーザーの使用状況をリアルタイムに分析でき、顧客のニーズや不満とする点を察知できるためです。

最適な使用方法を提案したり、故障時期を予測してメンテナンスを提案したりすることもできます。

また、使用状況を分析することによって、顧客のニーズに合った製品開発にも役立ちます。

製造業は、これまでのような単に製品を製造して売るというビジネスモデルから、より良いサービスを提供するビジネスモデルへと転換する契機にもなるでしょう。

デジタル・ツインを支える4つの技術　

デジタルツインには多くの技術が関わっており、特に重要なのは以下の4つの技術です。　

• IoT
• AI
• AR・VR
• 5G

IoTは、あらゆるモノがインターネットに接続してデータの送受信を行うテクノロジーです。

人工知能であるAIよるデータ分析もデジタルツインに欠かせません。

AR・VRはデジタル空間を視覚化するために重要な技術です。

IoTで取得したデータを迅速に送信するため、5Gの技術も欠かせません。

デジタルツインを実現する4つの技術について、紹介しましょう。

1.loT

IoTは「Internet of Things」の略で、「モノのインターネット」と訳されます。

家電や自動車などさまざまなモノがセンサーや監視カメラなどでネットワークに接続され、相互に情報交換をする仕組みです。

デジタルツインでは、IoTによりさまざまなセンサー類が現実世界における設備や機器などの情報を定期的に収集します。

これらの情報をネットワークを通じリアルタイムで仮想空間に反映することで、物理世界のモノと仮想空間のモノの同一性を保てます。

取得されたデータをデジタルツインに反映することで、よりリアルで高精度な仮装空間を構築できるのです。

2.AI

AI（Artificial Intelligence）とは人工知能のことです。

IoTによって取得される膨大なデータを分析する役割を担います。

AIを使うことで、IoTで得たデータを高精度かつ効率的に解析することが可能です。

異常な事態や新しいパターンの発見、将来の状況の予測などは、機械学習によるAIの技術で精度の高い予測が行われます。

近年はAI自体の情報処理能力が向上し、IoTの進化により取得するデータ量が増えてAIの学習機会も増えています。

機械学習を主体としたAI技術を駆使してより正確な将来予測が可能になり、高度な分析が必要とされるデジタルツインにAIの技術は欠かせません。

3.AR・VR

AR（Augmented Reality）は拡張現実のことで、現実世界にデジタルコンテンツを重ねて表示する技術です。

VR（Virtual Reality）は仮想現実を指し、仮想空間を現実の世界のように体感できる技術を指します。

デジタルツインは、現実世界を再現した仮想空間の中でさまざまな将来を予測するため、仮想空間を視覚的に伝えるARやVRの技術は欠かせないテクノロジーです。

仮想空間で起きた不具合などはAR・VR技術により視覚化されることで、リアルな改善策をもたらせるでしょう。

4.5G

IoTで取得した膨大なデータを送受信するには、高速かつ大容量、低遅延の通信技術が必要です。

そのような通信手段として期待を集めているのが5Gです。

5Gとは「5th Generation」の略で、携帯電話などに用いられる次世代通信規格の5世代目になります。

5Gには「高速大容量」「高信頼・低遅延通信」「多数同時接続」という特徴があります。

日本では2020年春から商用サービスが開始され、徐々にエリアを拡大している状況です。

企業や自治体がデジタルツインで利用するのは、携帯電話事業者による全国向けの5Gサービスではなく、敷地内でスポット的にネットワークを構築するローカル5Gです。

デジタルツインの構築には超高速・大容量の専用ネットワークが必要であり、全国向けの5Gサービスでは十分でありません。

不特定多数のユーザーが利用する一般的な5Gのネットワークでは、混雑する時間帯に通信速度が遅くなったり、接続できなかったりすることがあります。

しかし、独自のネットワークを利用するローカル5Gであれば、外部の使用環境の影響を受けずに利用できます。

総務省は2019年12月、5Gを自ら構築できるようにローカル5G制度を開始しており、免許申請することでローカル5Gを構築できるようになりました。ローカル5Gの活用により、リアルタイムなデジタルツインの構築が可能になります。

最新のデジタルツイン活用事例【大手企業】

デジタルツインを活用している企業は多く、さまざまな事例で成功を収めています。

大手企業の富士通が製造段階の取り組みとして、中国企業のデジタルツインを支援しているのもその一例です。

また、自動車メーカーのテスラはすべての車両にデジタルツインを活用し、シミュレーションを通して最適化を図っています。

それぞれの内容を見ていきましょう。

「富士通」が支援するカラーフィルターメーカー

富士通は、電子製造業界で50年以上の歴史を持つ中国の大手企業「INESA」とパートナーを組み、デジタルツインに取り組んでいます。

中国政府は「中国製造2025」の戦略構想のもと、製造の品質を重視した「製造強国」に転換することを目指している状況です。

富士通はINESAのパートナーとして、同社の競争力を強化する「スマート製造プロジェクト」を支援しています。

INESAでは、工場の建物から設備・機器のすべてをデータ化してデジタル空間上にデジタルツイン工場を再現しています。

これにより、現場のスタッフはデジタルツイン工場を俯瞰したり、各機器の電力消費量やコンディションデータを遠隔から細かく監視したりできるのです。

機器に異常が発生した際はデジタルツインによって実際の工場内のどこに発生したかを直感的に判断し、迅速な対処や改善を検討できるようになりました。

参考：FUJITSUJOURNAL 製造業の最新活用事例にみる「デジタルツイン」とは？

「テスラ」はすべての車にデジタルツインを活用

テスラはアメリカの電気自動車メーカーです。

製造するすべての車にセンサーを組み込み、デジタルツインを活用しています。

車と工場においてデータが共有され、走行中の他の自動車や人の動きといった車両周辺環境、道路の通過場所などの認識に関わる情報が常に提供されている状況です。

各車両の環境や動作はセンサーによりクラウド上へ送信され、AIがデータを分析しています。

デジタルツインを利用した性能の微調整とテストが常に行われ、気候条件に合わせて車両の設定を適応させるなど、仮想的に性能を向上させています。

また、遠隔診断ができるため、顧客がサービスセンターに行く頻度を減らすなど利便性の向上にも役立てられているのが特徴です。

参考：テスラ 公式HP

「シーメンス」が取り組む製品・製造のシミュレーションと最適化

ドイツに本社を置くシーメンスは、デジタル分野における世界有数のテクノロジー企業です。

戦略のひとつに「製品のデジタルツイン」「製造のデジタルツイン」「デジタルツインのパフォーマンス」の3つの形式で構成された「Comprehensive Digital Twin（包括的なデジタルツイン）」を掲げています。

同社はデジタルツインをただ現実のマシンをデジタルのマシンとして用意するのではなく、すべての機械のコンセプトと制御設計などをデジタルでつなぐことととらえているのが特徴です。

参考：SIEMENS デジタル・ツイン

最新のデジタルツイン活用事例【ベンチャー企業】

最新のデジタルツインに取り組むベンチャー企業も少なくありません。株式会社ヘッドウォータースはデジタルツインプラットフォームのサービスでスーパーシティ構想を支援しています。また、アンシスジャパンはIoTプラットフォームと連携したサービスを提供するなど、デジタルツインの効果を促進する事業を提供しています。

ベンチャー企業が手がける最新のデジタルツイン活用事例を見てみましょう。

「Headwaters」のデジタルツインプラットフォーム

株式会社ヘッドウォータース（Headwaters）は、AIソリューション事業を手がける会社です。

同社はスーパーシティ構想で求められる技術要素を取り入れた、デジタルツインプラットフォーム「SyncLect DigitalTwin」のサービスを開始しました。

スーパーシティ構想とは、特定の区域内にさまざまな先端技術が実装された未来型都市｢スーパーシティ｣の構築を目的とした計画で、全国各自治体・地域で取り組まれています。

SyncLect DigitalTwinは、スーパーシティで必要な「IoT」「データ蓄積・可視化」「データ連携」「セキュリティ」などのテクノロジーから構成され、取得したデータをAIにより解析してデジタルツインを構築することが可能です。

また、同社はスーパーシティオープンラボに加入し、スマートシティフォーラムにおいて日本マイクロソフトが推進する子育てしやすいまちづくりプロジェクトのAIエッジ技術の支援もしています。

参考：Headwaters 公式HP

「アンシスジャパン」IoTプラットフォームと連携したサービス　

アンシスジャパンは、ソフトウェア開発とトータルソリューションを提供する会社です。

従来から持つシステム解析や、3次元CAEの強みを活かしたシミュレーションベースのデジタルツインを構築し、IoTプラットフォームと連携してサービスを提供しています。

産業用モノのインターネット（IIoT）によるデジタルツインを提供しており、製造業や金属・鉱業などさまざまな産業において、幅広い範囲の産業機器やアセットにデバイスを接続します。

接続されたデバイスはデータを共有してビジネスプロセスの合理化や問題のリアルタイムな検出を行い、予知保全も可能にするものです。

また、同社はデジタルツインの効果を促進するため、現在200社以上がメンバーとなっているコンソーシアム「Digital Twin Consortium」の創設メンバーとして活動しています。

コンソーシアムでは、デジタルツインにおける各種技術の開発やオープンに利用できるための標準化などに取り組んでいます。

2021年7月には「SB C&S株式会社」と付加価値流通業者契約を締結し、デジタルツインの販売・導入やマーケティング活動をSB C&Sが支援することになりました。

参考：Ansys  産業用モノのインターネット（IIoT）のトレンド

「アクセロス」エネルギーインフラの運用効率と安全性を向上

スイスに本社を置くアクセロスは、デジタルツイン技術を開発するベンチャー企業です。

エネルギー分野における設計の最適化や運用コストの削減、老朽化した資産の寿命延長を可能にするデジタルツイン技術を提供しています。

世界経済フォーラムから2020年のテクノロジー・パイオニアにも選ばれるなど、高い評価を受けている会社です。

同社では、風力タービンを含む世界のエネルギーインフラの運用効率と安全性を向上させる、世界最先端のエンジニアリングシミュレーションと構造物のデジタルツイン技術を開発しています。

これらの活動により、ベンチャーキャピタルから約20億円の資金調達を獲得するなど、今後の成長に期待を寄せられています。

参考：PRTIMES ENECHANGE、洋上風力のデジタルツイン技術を有するスイス本社のベンチャー企業「アクセロス」へ脱炭素テックファンドを通じて出資

デジタルツインの将来性

デジタルツインは近年、IoTなど技術の急激な進化により注目を集め、市場規模も拡大しています。

製造業や自動車産業をはじめ、デジタルツインの技術は多くの業種で応用できることが、急速な市場拡大の理由です。

ここでは、拡大するデジタルツインの市場規模や、製造業以外でも活用が期待される分野について紹介します。

2027年に市場規模が735億米ドルに達する見込み

デジタルツイン市場規模は拡大を続け、2022年の69億米ドルから2027年には735億米ドルへと達する見込みです。

デジタルツインは製造業をはじめ、エネルギー・公益事業、ヘルスケア、自動車産業などさまざまな分野で活用されており、特に製造業におけるコスト削減とサプライチェーンの改善に重視され、市場の拡大を推進しています。

近年は新型コロナウイルスの影響により、企業は最小限の人員で事業運営することを余儀なくされてきました。

プロセスの合理化のため、自動化へと移行する企業も増えています。

デジタルツインの市場拡大は、プロセスを自動化するためのシミュレーションツールとして注目されたのも背景のひとつです。

今後、さまざまな産業で自動化が進み、デジタルツインの市場規模はさらに拡大していくと予想されています。

参考：株式会社グローバルインフォメーション「市場調査レポート」

製造業以外にも大きな可能性が秘めたデジタルツイン

デジタルツインは主に製造業で活用されていますが、製造業以外でも大きな可能性が秘められており、期待を集めています。

医療分野では医療情報をデータとして取り込み、今後の治療の予測などに活用が可能です。

また、自動運転や気候変動予測にもデジタルツインが役立ちます。

製造業以外でデジタルツインの活躍が期待できる分野について、3つ紹介します。　

医療分野

医療分野でデジタルツインを活用することで、正確な診断や治療法の確立、病気の予測などさまざまな影響をもたらします。

医療分野で活用するのは、主に以下のシーンです。

• 人間
• 医療機器
• 病院

人間のデジタルツインにより、心拍や血圧、脈拍など現在の体の状態をリアルタイムに把握できます。

遺伝子データや病歴などを反映し、治療・投薬のシミュレーションをして回復までの期間や必要な薬品、副作用のリスクなどを予測することも可能です。

医療機器のデジタルツインでは、機器の寿命や故障を予測して適切なメンテナンスや交換ができます。

医療機器の故障や不具合は患者の命に関わる場合もあり、その安全性は重要です。

そのため機器のメンテナンスは大切であり、デジタルツインによってトラブルや事故が起こるのを未然に防げます。

病院のデジタルツインでは、効率的な病院経営や医療スタッフの最適化が可能です。

医師の診断速度や患者数などのデータを取得し、時期ごとの患者数の変化などをデータ化することにより、医療スタッフの適切な人員配置ができるようになります。

自動運転

自動運転の分野でも、デジタルツインが活用されています。

自動運転の開発には、センサーが取得したデータを活用した反復作業が必要です。

周囲の車両や歩行者、障害物などを正確に検知・判別するために、あらゆる走行環境でデータを収集・分析し、正確性を高めていかなければなりません。

このような地道な作業を実際に公道で走行させながら行うのは時間やコストがかかります。

しかし、デジタルツインであれば仮想空間に再現した公道に仮想の自動運転車を走行させ、コンピューター上でデータを効果的に取得・分析することが可能です。

変化する渋滞の情報や道路の状態、街の風景などもIoTが搭載された車から情報がリアルタイムで収集され、デジタルツインに反映されて仮想空間を作り上げます。

仮想空間に集められた情報がより精度の高い自動運転を実現し、渋滞の予測や危険予知などにも活かされていくでしょう。

気候変動予測

デジタルツインでは、気候変動予測も可能です。

異常気象に関連する災害は年々増加しており、デジタルツインで将来の異常気象を予測することが被害の抑制につながります。

大気や水の循環、人間活動など地球環境を構成する観測データをリアルタイムに収集し、地球のデジタルツインに反映することで未来の異常気象を予測することが可能です。

異常気象を予測することで、インフラの強化や早めの避難を行うなどさまざまな対策ができ、被害を最小限に抑えられるでしょう。

更なる活躍が期待されるデジタルツイン！今後の動向に注目しよう

デジタルツインはコストの削減やリードタイムの短縮などさまざまなメリットがあり、問題が発生した際の課題特定や将来の予測も可能にします。

loTやAIなど技術の進化により、デジタルツインを導入する企業は増えており、今後も導入を考える企業は増えていくでしょう。

デジタルツインの技術を活用したベンチャー企業も活躍しています。

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