スピラテックがオープンコミッショニングと共同イノベーションで製造を再定義する方法

著者：マイケル・カセケルト（チームおよびアカウントマネージャー）、ビクトル・ガポネンコ（シニアプロフェッショナルエンジニア）、およびモリッツ・ランガー（プロフェッショナルエンジニア）。

スピラテックグループは、デジタルトランスフォーメーション、エンジニアリング、ロボティクス、自動化、産業ITを専門とするプロセス産業における産業工学とソリューションのグローバルプレーヤーです。スピラテックの仮想立ち上げの専門知識は、製造業者がプロセスを最適化し、コストを削減し、世界中でデジタル化を加速するのに役立ちます。

この記事では、スピラテックが顧客の主要な業界の課題にどのように対処しているか、そして‘オープンコミッショニング’の背後にある旅を発見してください。これは、Unityに基づいて構築されたオープンソースのイニシアチブで、仮想立ち上げのための真に協力的でアクセス可能なソリューションを作成することを目指しています。

産業がデジタルトランスフォーメーションを加速する中、製造業者は市場に製品をより早く投入し、コストを削減し、持続可能性の目標を達成するためのプレッシャーが高まっています。その一方で、断片化されたデータ、時代遅れの方法論、限られた標準化に苦しんでいます。これらの課題は、よりスマートで統合されたソリューションを求めています。ここでデジタルツインと仮想立ち上げが登場します。

グローバルなデジタルツイン市場は需要の急増を見ています：2024年には177.3億ドルの価値があり、2025年には244.8億ドルから2032年には2593.2億ドルに成長すると予測されています。キャップジェミニリサーチインスティテュートのデジタルツインレポートによると、57％の組織がデジタルツイン投資の主要な推進要因として持続可能性を挙げており、51％がこれらの技術が環境目標の達成に役立つと期待しています。

仮想立ち上げ—デジタルツイン技術の主要なアプリケーション—は、デジタル化のゲームチェンジャーであり、製造業者が実際の展開前にプロセスをシミュレーションし最適化できるようにし、リソース消費を削減しコストを削減します。

仮想立ち上げの理解

従来、オートメーションにおける立ち上げは、新しいシステム（デバイス、機械、プラントなど）を完全に稼働可能な生産準備状態に持っていくプロセスを指します。過去には、ほとんどのPLC（プログラマブルロジックコントローラー）のプログラミングとシステムテストには物理的なハードウェアが必要であり、しばしば高額な遅延や最後の瞬間のトラブルシューティングを引き起こしていました。

仮想立ち上げはこのパラダイムを逆転させ、デジタル環境で立ち上げプロセス全体を再現します。実際のデバイス、センサー、アクチュエーターと通信する代わりに、PLCはデジタルツインと通信します。これは、実際のシステムの動作を正確に反映するエミュレートされたモデルです。重要なのは、同じPLCプログラムコードが仮想段階と物理段階の両方で使用され、物理的なハードウェアが利用可能になったときにコードの修正や最後の瞬間の書き換えが不要であることを保証します。

仮想コミッショニングが現実の価値を提供する方法

効率の向上 仮想コミッショニングは、現場でのテストと物理的プロトタイプの必要性を大幅に削減し、時間とコストの大幅な節約を実現します。また、デジタル環境で迅速に反復作業を行うことにより、開発サイクルを加速し、市場投入までの時間を短縮します。

リスク削減 シミュレーションを通じて早期にエラーを検出することで、仮想コミッショニングは高額なミスのリスクを減少させます。さらに、危険な作業をデジタルでシミュレートすることにより、物理的な実装前に潜在的なリスクを排除し、安全なデプロイメントをサポートします。

コラボレーションとイノベーション 現実的なシミュレーションは、クロスファンクショナルチーム間のより良い整列を促進します。システムを仮想空間で視覚化し、相互作用することで、利害関係者はより深い洞察を得て、全体的なコミュニケーションを強化し、創造性とイノベーションを促進します。

制約から能力へ:私たちのUnityへのシフト

SpiraTecでは、常に一つの目標に駆り立てられてきました：お客様が仮想コミッショニングをシームレスに業務に統合できるよう支援することです。私たちは、拡張性が限られた閉じたシステム、小規模なユーザーコミュニティ、最小限のアプリケーションプログラミングインターフェース（API）に直面していました。これらの条件は、ベンダーロックインを助長し、プロジェクトリスクを増加させました。

これらの制限は、私たちが革新することを可能にするのではなく、しばしば私たちを遅らせ、お客様に必要なアクセス可能でスケーラブルなソリューションを提供できない結果となりました。

Unityが登場しました。リアルタイム3Dエンジンは、私たちの最大の障害を克服するための鍵となりました。Unityのエディタの力を解放することで、最先端の物理学とレンダリング機能を得ただけでなく、デジタルツインモデル開発へのアプローチ全体を根本的に変革しました。

Unity内の以下の技術と機能が、いくつかの問題を解決し、私たちのデジタルツイン開発プロセスを形成しました：

• プレハブシステム:再利用可能なコンポーネントのライブラリを利用したオブジェクト指向アプローチでデジタルツインを作成することを可能にします。これにより、異なるプロジェクト間で一貫した品質を維持しながら、開発が大幅に加速されます。
• Pixyz:コンピュータ支援設計データ（CAD）データをシームレスにインポートし、特定のメタデータと顧客基準に基づいてデジタルツインを作成するためのルールベースのワークフローを設定します。
• ユーザーインターフェース（UI）ツールキット:エディタとランタイムのためのUIコンテンツの作成と強化を可能にし、カスタムツールとインターフェースのためのよりスムーズなユーザー体験を提供します。
• ジョブシステム:流体の流れ、バルク材料の移動、応力モデリングなどの複雑なプロセスの効率的なマルチスレッドシミュレーションを可能にし、大規模なデジタルツインプロジェクトを実現するための大きな前進です。

アナライザー＆ストレージプロファイラー:パフォーマンスのボトルネックに関する詳細な洞察を提供し、展開前にプロジェクトの品質を最適化および改善することを可能にし、最終的に顧客により信頼性の高いソリューションを提供します。

大規模デジタルツインの内部：倉庫の立ち上げを再考

私たちは、主要な物流会社の倉庫シミュレーションを特徴とする実世界の成功事例を誇りに思います。ここでは、12の仮想PLCを完全にデジタルな環境に統合しました。モデルは、フィールドバスエミュレーションとドライブ、安全モジュール、RFIDリーダーなどの産業コンポーネントのシミュレーションを特徴としました。使いやすさを向上させるために、カスタムユーザーインターフェースが開発され、大規模シミュレーションに最適化された軽量で強力なスタンドアロン.exeアプリケーションが提供されました。

さらに、システムは倉庫管理システム（WMS）とシームレスに統合され、セキュアな仮想環境でのリアルタイム製品データ管理のためのネイティブテレグラム通信を可能にしました。これにより、物理的な機械が存在する前に包括的なソフトウェア検証が保証され、品質が大幅に向上し、展開リスクが低減されました。

この取り組みにより、彼らの立ち上げ時間を30％短縮し、プロジェクトのスケジュールを大幅に加速し、コストとリスクを削減しました。効率の向上を超えて、部門間のコラボレーションを強化し、コスト効率の良い反復開発と迅速な概念検証を可能にしました。

効率を超えて：シミュレーションを通じて持続可能性を推進する

仮想立ち上げに関する会話は、しばしば立ち上げ時間の短縮とコラボレーションの改善に焦点を当てますが、これらの利点は持続可能性に関して特に、具体的なビジネス価値に直接変換されます。

私たちはすでに顧客と協力して、デジタルツインの使用をその後の製品ライフサイクル全体に拡大する取り組みを始めており、持続可能性とコスト削減を加速する可能性は非常に大きいです。プロセスを合理化し、高忠実度のシミュレーションを活用することで、企業は：

• 設備の寿命を延ばす：シミュレーションデータで訓練された予測メンテナンスアルゴリズムを使用することで、組織は摩耗を最小限に抑え、高額な交換や修理を先延ばしにします。故障が少ないことで、メンテナンスコストが直接的に低下し、計画外のダウンタイムが減少します。
• リソース消費を削減する：仮想環境で制御ロジックとワークフローを検証することで、チームはエネルギー使用の削減と材料廃棄物の最小化につながる効率のギャップを特定できます。これらの改善は環境目標の達成に役立つだけでなく、運営コストの削減にもつながります。
• 市場投入までの時間を短縮する：仮想立ち上げは、物理的なプロトタイプや長期の現場テストの必要性を最小限に抑えます。その結果、企業は製品をより早く投入し、市場シェアを早く獲得し、研究開発投資の回収を早めることができます。

現場のフットプリントを削減する：トラブルシューティングの訪問を減らし、インストール時間を短縮することで、旅行に関連する排出量と費用を削減します。この利点は、複数のグローバル施設を持つ組織にとって大きくスケールします。

共に未来を形作る：コミュニティ主導のイニシアチブ

コラボレーションとオープン性が、仮想コミッショニングの最大のブレークスルーを推進し続けます。オープンコミッショニングでは、単にツールを共有するだけでなく、革新的なアイデアを洗練し、テストし、実際の課題を解決するために適用できるコミュニティ主導のエコシステムを構築しています。

最もエキサイティングな展開はまだ来ていません。私たちの次の進化は、生成AIとリアルタイムクラウドシミュレーションの統合、データ標準の確立、産業接続性の拡大を含みます。GitHubでの進捗を探り、イノベーションの一部になりましょう。

製造の未来は、協力的でデータ駆動型、かつグリーンです。この旅に参加することをお勧めします。共に、よりスマートで持続可能な産業の風景を創造しましょう。

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