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実際の工場に行かなくても、工場の仮想的な複製に入り、監視し、潜在的な問題を正確に診断することを夢見ていますか？ このアイデアは全く新しいものではありません。実は、前世紀からありました。しかし、当時は今日のようなデジタルツインを実装できる技術がありませんでした。

デジタルツインとは何ですか?

デジタルツインとは、部品、機械、または施設の仮想環境です。シミュレーションは特定の監視側面またはプロセスに焦点を当てていますが、デジタルツインは任意の数のシミュレーションを実行し、複数のプロセスをリアルタイムで同時に調査できます。デジタルツインは双方向の情報フローを提供し、運用データを収集して、行動に役立てることができます。

デジタル ツインからメリットを得られるアプリケーションは何ですか?

デジタルツインが明確なメリットをもたらす用途はいくつかあります。例えば、建物や橋梁といった物理的に大規模なプロジェクトにバーチャルツインを活用することができます。この技術は、ジェット機や風力タービン、自動車、トラック、電車、航空機といった機械的に複雑なプロジェクトにも適用できます。さらに、発電・送電用の発電設備や製造プロジェクトもバーチャルツインの活用対象となります。

しかし、すべてのアプリケーションがこの技術に適しているわけではありません。プロジェクトが複雑であればあるほど、バーチャルツインを活用できる可能性が高まります。バーチャルツインは、センサーデータの集中的かつ定期的なフローを提供します。そのため、バーチャルツインの導入には多額の設備投資が必要になりますが、生産性と効率性の向上が実現されない限り、財務的な観点からは正当化できません。

デジタルツインのメリット

そうは言っても、デジタル ツインは大きな利点をもたらします。

1. 研究開発の向上：デジタルツインセンサーから得られる膨大なデータを適切に活用することで、複雑な製品の研究開発段階を短縮し、ROI（投資収益率）と市場投入までの時間短縮を実現できます。さらに、この技術は、生産前の試作段階で修正可能な潜在的な問題に関する有用な洞察を得るのにも役立ちます。
2. 効率性の向上：デジタルツインは、特定の機械から生産ラインや製造施設全体までをミラーリングして監視するのに最適です。この技術は、故障や問題を予測し、問題が発生する前に修正するのに役立ちます。これにより、製造プロセス全体を通して最高の効率を維持できます。
3. ライフサイクル管理：デジタルツインは、製造業者が生産ラインに含まれる機械の修理・交換オプションを計画するのに役立ちます。これにより、コストのかかるダウンタイムを回避し、修理費用を節約できます。また、デジタルツインは、現在のオペレーションと100%互換性のある新しい機械を導入するための計画的なダウンタイムの計画にも役立ちます。

デジタルツインを支えるハードウェア

ハードウェアの面では、このテクノロジーはいくつかの課題をもたらします。以下に詳細を説明します。

互換性

デジタルツインは、インターネットまたはイントラネットを介して相互接続されたデバイスです。センサーレベルからデータセンターまで、数百台のデバイスを接続する必要があり、これらのデバイスは双方向でデータを送信できる必要があります。最新の製造デバイスには、センサーと監視ソフトウェアが組み込まれているものもあります。ただし、機械にセンサーを追加する必要がある場合もあります。課題は、必要な情報を収集するための適切なセンサーと、コンピューターまたはサーバーとの間で情報を送受信するための正しいゲートウェイを選択することから始まります。センサーとゲートウェイの詳細については、この記事とこの記事をお読みください。結果として、数百台のデバイスは、分散アーキテクチャによくある在庫問題になる可能性があります。設置されたデバイスの追跡を失わないように、デジタルツインの構造化されたメンテナンス計画を必ず実装してください。

大量のデータ

プロジェクトの複雑化や施設の大規模化に伴い、データ量は指数関数的に増加します。そのため、コンピューターやサーバーには強力な処理能力が求められます。また、工場の本格的なデジタルツインを構築する前に、クラウド、フォグ、エッジコンピューティングなどの機能を既に導入しておく必要があるでしょう。そのため、双方向の効率的なデータ転送には、信頼性が高く、高速で安全なネットワーク（インターネットまたはイントラネット）が不可欠です。

過酷な環境

産業用デジタルツインは、生産現場に設置されたコンピューターを利用して、データをメインサーバーに送信する前に処理を行います。これらのコンピューターには、ファンレスで効率的な冷却機能や、水や埃の侵入を防ぐ保護機能など、特別な機能が必要です。産業用コンピューターは、24時間365日、常に高負荷な稼働と高温への耐性が求められます。そのため、厳しい産業環境でもスムーズに動作させるには、適切な認証レベルを取得した専用コンピューターへの投資が不可欠です。産業用コンピューターの詳細については、こちらの記事をご覧ください。

安全

デバイスをインターネットやイントラネットに接続すると、常にセキュリティリスクが発生します。デジタル攻撃と物理攻撃の両方が増加しているため、ハードウェアにセキュリティ機能を追加する必要性を検討する必要があります。 この記事では、メーカーに追加を依頼できるセキュリティ機能をいくつかご紹介します。これらの機能は、特にセキュリティ保護されたデータセンター環境外に設置されたマシンやコンピューターからのネットワークへの物理的なアクセスを防ぐのに役立ちます。多くの攻撃は、金銭の脅迫や企業の評判の失墜につながる機密情報の取得を目的としていることに留意してください。詳細については、サイバーセキュリティブログシリーズをご覧ください。

結論として、バーチャルツインは既に存在しており、工場における問題の監視、診断、修正に優れたツールとなり得ます。将来的には、VR（仮想現実）を活用して工場を「訪問」できるようになるため、実際の物理的な訪問を避け、クリーンルームや無人設備の導入に役立つ可能性があります。ただし、この種の技術への投資は、プロジェクトが十分に複雑または大規模である場合にのみ価値があることに注意してください。

メタバースまたは関連テクノロジーをさらに探索したい場合は、メタバース ブログ シリーズにアクセスしてください。