デジタルツイン
デジタルツインとは何ですか？
デジタルツインとは、物理的な物体やシステムのデータが豊富に盛り込まれた仮想レプリカであり、現実世界の挙動をシミュレートすることで、建築や製造業などの業界において、設計、テスト、運用管理の改善を可能にするものです。
デジタルツインはどのように機能するのでしょうか？
デジタルツインの仕組みは、高度なシミュレーション技術として機能し、センサー、IoTデバイス、エンタープライズシステムからの継続的なデータ交換を通じて、物理的な実体とその仮想的な対応物との間に双方向の接続を構築し、デジタルモデルをリアルタイムで更新するというものです。
静的な3Dモデルとは異なり、デジタルツインはライフサイクルを通じて進化し、現在の状況や過去の実績を反映すると同時に、将来のシナリオの予測分析を可能にします。
デジタルツインを活用することで、部門横断的なチームが、インタラクティブかつ没入感のある方法で、複雑なシステムの設計、構築、テスト、展開、運用を共同で行うことが可能になります。それらは企業が過去を理解し、現状を把握し、将来の問題を未然に防ぐのに役立つ。それらは、販売およびマーケティングに関する洞察、分析、 3Dビジュアライゼーション、シミュレーション、予測を通じて、意思決定に役立つ情報を提供する。
デジタルツインはどのように活用されるのか？
建築設計事務所は、エネルギー消費量とメンテナンススケジュールを最適化するために、構造モデルと空調システム、居住パターン、環境データを統合した建物のデジタルツインを導入している。
同様に、製造施設では、物理的な変更を実施する前にさまざまな運用構成をシミュレートする包括的な生産ラインの複製を作成し、コストのかかるダウンタイムと検証プロセスを最小限に抑えています。
最も高度な実装では、物理ベースのシミュレーション機能と機械学習アルゴリズムを組み合わせ、仮想予測と実際の結果との間の観測された差異に基づいて予測精度を継続的に向上させている。
デジタルツインは、物理的な運用を妨げることなく、実験と最適化のための安全な環境を提供することで、開発コストを大幅に削減し、業界全体でイノベーションサイクルを加速させます。
デジタルツインはどのように作成するのですか？
デジタルツインは、概念モデル（BIM、CAD、GISなどを介して）をインポートしたり、現実世界の物理的な実体をスキャンしたりして作成され、企業データやモノのインターネット（IoT）データと組み合わせて視覚化および分析されます。リアルタイム3D（人間の知覚よりも速くインタラクティブなコンテンツを生成するコンピュータグラフィックス技術）によって駆動されるデジタルツインは、複数のデータソース（情報とモデルの両方）を、実物そっくりのインタラクティブな視覚化としてキュレーション、整理、提示することもできます。
デジタルツインとは、資産が物理世界で経験する動き、力、相互作用を仮想的に表現したものである。これにより、ユーザーは3次元で、リアルタイムでユーザーの操作に反応する動的なコンテンツとインタラクトできるようになります。この仮想環境では、現実世界の状況、想定されるあらゆるシナリオ、そしてあらゆる状況を効果的にシミュレートし、モバイルデバイス、コンピューター、拡張現実、複合現実、仮想現実（AR/MR/VR）デバイスなど、あらゆるプラットフォーム上で結果を即座に視覚化することができます。
デジタルツインの導入はそれぞれ固有のものである。導入は多くの場合段階的に行われ、各段階ごとに複雑さとビジネスへの影響が増していく。デジタルツインは、3Dモデルの製品コンフィギュレーターから、都市ほど広大なネットワークやシステムの精密な表現まで多岐にわたり、その各コンポーネントは、エンジニアリング、建設、運用データ、仮想設計と動的にリンクされます。
様々な分野や場所にまたがるチームが、複雑な建造物の設計、エンジニアリング、建設、販売、そして最終的には運用と保守を行う際、デジタルツインはライフサイクルのあらゆる段階で意思決定に役立つ情報を提供する。
デジタルツイン技術の歴史
物理的な物体を研究する手段としてデジタルツインを用いるという概念は、1960年代にNASAによって初めて提唱された。NASAは探査ミッションのために、宇宙空間のシステムと一致するように、地上で宇宙船を複製した。この技術は、アポロ13号ミッションで特に実証された。接続された2つのシステムを通じて、管制センターは損傷した宇宙船の状況に合わせてシミュレーションを迅速に調整・修正し、宇宙飛行士を安全に地球に帰還させるための戦略を練ることができた。
1970年代初頭、メインフレームコンピュータは、発電所などの大規模施設を監視するためのデジタルツインのようなシステムとして使用されていた。1980年代には、AutoCADのような2D CADシステムが登場し、技術図面の作成を可能にしたことで、コンピュータを使ってあらゆるものを設計できるようになり、数百万人のデザイナーやエンジニアに急速に採用された。
2000年代までに、パラメトリックモデリングとシミュレーションを備えた3D CADによって、相互接続されたオブジェクトのデータベースのように、より複雑なアセンブリをより高度な方法で設計することが可能になった。時は流れ2010年代半ばになると、主要な3D CADベンダーはすべてクラウド接続ソリューションをリリースした。主な目的はコラボレーションとプロジェクト管理であり、徐々にジェネレーティブデザインにも応用されるようになったが、CADツール自体はデスクトップベースのままだった。
現代は、リアルタイム3D技術を活用したデジタルツインの時代の幕開けであり、ダッシュボードや3Dモデルを超え、あらゆるデバイスやプラットフォーム上の複数のソースからデータを活用し、より優れたコラボレーション、視覚化、意思決定を実現する時代です。
デジタルツインの利点
デジタルツインを導入することで、顧客はデータへのアクセス性の向上をすぐに実感できます。デジタルツインが成熟するにつれて、メンテナンスコストの削減、大幅なコスト削減につながるより情報に基づいたプロセス変更の意思決定、メンテナンスと運用効率の向上など、その他のメリットも得られます。最初から優れた設計を行うことは、プロジェクトのライフサイクル全体を通して大きな利益をもたらします。なぜなら、施設の製造、使用、および維持管理中に発生するコストの80～90%は、設計段階で決定されるからです。
デザイン業界におけるデジタルツインの活用は、複数ユーザーによるコラボレーションとコミュニケーションを向上させた。建設前の段階の顧客は、データの集約と業者間の連携がシームレスに行われるというメリットを享受できます。
デジタルツインによって可能になった安全訓練、品質保証、品質管理は、建設業界における事故やミスを大幅に削減した。デジタルツインの取り組みを保守・運用に活用すると、運用の最適化、ダウンタイムの削減、保守・人件費の削減といったメリットが得られます。
リアルタイムでデータとやり取りできる能力は、人々が設計、運用、保守に関する意思決定を行う方法を変えつつある。複雑な操作をリアルタイム3Dで視覚化しシミュレーションする能力は、人々が資産と関わる方法を向上させ、地球上のあらゆる物理的な空間と資産の創造、構築、運用方法を変革しました。
デジタルツインとモノのインターネット（IoT）はどのように関連しているのでしょうか？
デジタルツインとは、概念モデル（BIM、CAD、GISなど）や物理的な実体（製造された製品や施設など）のスキャンデータから構築された視覚化のことです。モノのインターネット（IoT）とは、固有の識別子（UID）を持ち、組み込み技術を搭載した物理的な物体のネットワークを指します。これにより、インターネットを介して他の物体と通信・相互作用し、現実世界のリアルタイムデータを収集することが可能になる。デジタルツインがIoTデータと統合されると、特定の時点における資産のパフォーマンスに関する洞察が得られ、ユーザーが潜在的な結果を評価したり、解決策を計画したりするのに役立ちます。
IoTセンサーとデータにアクセスすることで、デジタルツインは仮想モデルの全体像を把握し、より高度な運用インテリジェンスを引き出すことができる。例えば、エンジンのデジタルツインには、その性能特性に関する情報が含まれており、エンジニアはシミュレーションを実行して新しい設計をテストしたり、将来の変更の影響を測定したりすることができる。
デジタルツインには様々な種類があるが、それらはすべて多くの共通点を持っている。これらは物理的な物体やシステムのデジタル表現を使用し、インターネット上のデバイスによって容易に識別できるようにUIDを含み、情報交換や動作の調整のために、自身と物理的なIoTデバイスとの間で双方向通信を可能にする。
デジタルツインの課題
膨大なデータを収集することと、それを賢明な方法で活用することは全く別の問題だ。最良の意思決定はデータに基づいて行われるが、データの価値は、それをビジネスシナリオのシミュレーションや予測に活用する能力によって左右される。
デジタル変革に取り組むすべての企業は、処理方法や活用方法を見つける前に、膨大な生データに溺れてしまうリスクを抱えている。今日では、生データを取得すること自体はそれほど難しくなく、むしろそれを処理して、不要な部分をフィルタリングし、組み合わせ、ユーザーがアプリケーションの文脈で意味を持てる情報に変換することの方が難しい。
最大の課題は、情報の持つ力を解き放つことである。企業データやIoTデータは、データベース、スプレッドシート、モデル（CAD、BIM、GIS）の中に埋もれてしまっている。リアルタイム3Dデジタルツインは、そのデータを生き生きと表現することができる。
デジタルツインの未来
製品、設備、工場、建物、都市などは、もはや単なる物理世界に存在する物ではなく、正確な仮想的な対応物を持つようになっている。人間にもデジタルツインが存在する。私たちは、リアルタイム3Dを通してメタバースの中で、インターネットの次世代版、そしてシステム、デバイス、人々のつながりを体験することになるでしょう。
メタバースは、施設の更新管理や車両購入のカスタマイズなど、クロスデジタル空間やハイブリッド現実空間での没入型体験を実現する3Dマーケティングなど、無数の機会を提供する新たな経済圏を切り開いています。
