デジタルツインとは？

デジタルツインとは現実空間に存在するものをデジタル空間上に作り上げ、現実世界に相対する”デジタルの双子”を産み出す技術です。インターネットに接続された機器から膨大な情報を収集、取得したデータを利用し、現実空間に存在する人・モノ・環境をリアルタイムでデジタル空間に再現します。

この働きに注目した技術者や実業家たちは、事業での活用を開始します。アメリカや劇的な技術・経済の進化を遂げたシンガポールでは、すでに実用を開始しており、2020年に入り日本でもさまざまな企業が実用に向けた試験を開始しています。

グローバルインフォメーションが公開したデータによると、デジタルツイン市場は2022年の69億米ドルから2027年には735億米ドルへと成長するとされ、注目度の高さを感じられます。

シミュレーションとの違い

デジタルツインの活用法としてデジタル空間での検証・実験があります。検証・実験といった観点から同一的な働きのあるシミュレーションが連想できます。

両者の活用目的は同じであり、主に製造における検証や実験で用いられます。ですが、デジタルツインとシミュレーションは時間軸・環境定義・精度における明らかな違いがあります。

デジタルツインはIotの技術で現実世界の出来事をリアルタイムで反映し、AIがデータ分析を行うことで、従来のシミュレーションに比べより精度の高い検証実験が可能となりました。

メタバースとの違い

デジタル空間というワードからメタバースと混同してしまいますが、デジタルツインとメタバースはデジタル空間の定義において別物であるとわかります。

両者ともに人々の生活を豊かにするものに変わりなく、近未来を彷彿させるいわばテクノロジーの最先端技術ではありますが、デジタルツインはさまざまな事業や社会問題の解決を担うという大きな役割があり、エンターテイメント要素を持つメタバースとは目的が大きく異なります。

デジタルツインはなぜ注目されているのか

デジタルツインの元祖となる概念は1991年アメリカのイェール大学デビット・ゲレルンター博士著作の『Mirror Worlds（ミラーワールド）』からと言われており、シミュレーション技術の一つとして提唱されていました。

ですが実際には、アメリカの航空宇宙局NASAがもっと古くからデジタルツインの元祖となる実証に成功しています。1970年にNASAが計画した『ペアリング・テクノロジー』は、アポロ13号月面着陸において月面と同じ設備を地球に用意しエラーやトラブルに遠隔指示で対応するといった内容でした。

計画は成功し実際に発生した酸素タンクの爆発では、遠隔から修理指示することで危機を回避します。

このように、デジタルツインの概念はかなり古くから誕生していましたが、近年のIotやAIの技術革新により忠実で精度の高い実証実験を繰り返し行うことが可能となり、日本でも多くの企業から注目を集めるようになりました。

デジタル空間での忠実な実証実験はコスト削減・品質向上・予知保全といったさまざまな観点から有効に働くと大いに期待されています。

ではここからデジタルツインの働きによって産み出される、具体的なメリットを紹介していきます。

人材配置の最適化ができる

デジタルツインが産み出す現実世界を忠実かつリアルタイムで再現するデジタル空間では、製品開発に伴う検証や実験ができます。実在する物質を扱わないことから使用する人材コストの削減を可能にします。

またIotによる情報収集、AIにより情報分析することで、適切な人員配置や作業工程の最適化をはかることが可能となり、人材ロスの防止につながります。

品質の向上が期待できる

現実世界では検証・実験を繰り返し行うことは物理的に限界がありますが、デジタルツインはローコストで検証・実験を繰り返し行うことが可能となります。

人材コスト同様、物質的なコストや時間を削減しながらより高い機能や品質に仕上げます。

また商品が完成するまで、トライアルアンドエラーのデータ収集と分析を同時進行で行うことが可能となり、さらなる品質改良が期待できます。

エラーやトラブルを事前に感知できる

AIを導入するデジタルツインは、エラーやトラブルが発生するパターンやデータをすでに取得しているため、事前に危機を察知し通知する機能を備えます。

またIotや5Gの技術を伴うデジタルツインは、リアルタイムでの状況通信を可能にし、万一誤作動や異常が発生した場合にも素早く伝達することが可能です。

製造段階のみならず、デジタルツインを搭載した製品は出荷後も遠隔管理を可能とするため、エラーやトラブル発生時も企業側から消費者へ素早く連絡・対応できます。

さまざまなリスク回避を実現する

前途記事からもわかるように、人材の最適化やデジタル空間でのトライアルアンドエラーを実施することでコストの削減ができ、エラーやトラブルを低減、万一の誤作動にも素早く対応できるなどさまざまなリスクを回避できます。

また製品制作に必要な設備や機器に対しても、デジタル空間で製造工場を管理することで、将来の故障を予知できるといった予知保全を可能にし、企業の現場を支える役割も期待できます。

デジタルツイン活用事例を紹介

日本では2020年代から徐々にデジタルツインを実際に採用している企業が存在しています。国土交通省はデジタルツインを都市のスケールに拡大し3D都市モデルの運用・構築を開始しています。

一企業や事業者の枠を超えて国としてデジタルツインによる都市の整備やオープンデータ化を図っています。

これに伴い多くの大手企業はすでに運用を開始しデジタルツインの実用例を発表しています。

富士通での普及

デジタルでビジネスや社会貢献を目指す日本の大手企業『富士通』は、自社がおこなう製造業に対してデジタルツインを設計・製造・サービスの3つの側面において実用を開始しています。

通信機器製造をおこなう富士通テレコムネットワークスはデジタルツインにより設計・製造段階での工場の最適化を実現し、さらに日本企業全体の課題である技術継承という大きな問題についても解決の糸口を担っています。

都市設計を試みるトヨタ自動車

都市化や高齢化といった日本の社会問題を解決するため、デジタルツインを用いた「スマートシティ」といわれる住みやすい街づくりを目指しています。

トヨタ自動車は2020年コネクティッドシティの構成を発表し、自動運転やMaaS、ロボットを導入した実証都市を作り、人の暮らしに必要なモノやサービスが情報でつながることを目指しています。

2020年の発表から2年後の2022年に市民の現状にそぐわないとし、計画の中断を発表しましたが、デジタルツインへの課題も視覚化されトヨタの試みは未来への大きな一歩となりました。

生産現場の最適化を図る日立

デジタルツインは人やモノの動作はIotを利用してデータを可視化します。可視化されたデータをもとに、生産現場のコスト・リスクへの最適化を図り、工場生産ラインでのリードタイムの短縮化に成功しています。

また日立は製造から発生する二酸化炭素（CO2）の削減にデジタルツインを採用。

日立大みか事業所は「脱炭素のデジタルツイン」の構成をおこない、工場全体をデジタルツイン化しCO2排出の低減を目標に掲げています。現在も検証や実験を繰り返し脱炭素の実現に向けて取り組んでいます。

デジタルツインの今後の課題

メリットが大きく感じられるデジタルツインにもトヨタ自動車の検証からもわかるように課題があることが確認されました。

生産業のみならず、人の生活環境へも踏み込みデジタルツインの拡大を目指していますが、住民や生活を営む一般市民への理解が壁となっていることがわかりました。

今後の課題やデジタルツイン普及による社会問題について詳しく見ていきましょう。

実データの回収と費用

デジタルツインに必要となるテクノロジーは、次の5つです。

ここに挙げられるテクノロジーは高度かつ精密なデジタルツイン実現を可能にする最先端技術です。5つのテクノロジーを利用するためには膨大な実データの回収とそれに伴う費用回収が必要となります。

大きな利益を産み出すにもかかわらず、大手企業のみが採用実験をおこなう理由はここにあると言えます。開発段階での採用リスクとコストを削減するには大手企業の先陣が要となります。

リアルとバーチャルのギャップが社会問題に

トヨタ自動車とデジタルツインによる都市設計を図ったNTTはデジタルツインによるリアルとバーチャルのギャップが社会問題になると提唱しています。

デジタルツインの普及により人々はリアル社会とバーチャル社会両方での生活を手にすることとなります。その中でリアルとバーチャルで発生するギャップによりストレスや不安を招くのではないかと懸念しています。

このことからNTTは、利用する人々の視点から社会問題を考え、課題に対しての技術的手段を事前に備えておく必要があるとしています。

リアルとバーチャルの融合社会の実現を現実的に受け止め探求していく考えに新たなデジタル社会への未来が感じられます。

まとめ

日本でも2020年代から実用実験が開始されたデジタルツイン。主に製造業での実用化が進む中、社会的な課題も浮上しました。

日本の生産業を支え都市の発展を担うデジタルツインは今後の課題解決に期待を寄せられています。世界に負けない日本の技術や営みをデジタルツインによって普及されることを期待しましょう。