デジタルツインとシミュレーションの違いとは？詳しく解説

製造業ではDX、IoTが普及するとともに、「デジタルツイン」という言葉が注目されている。デジタルツインとは、仮想空間上に実在するものと瓜二つの構造物や空間を構築し、予測や検証・実験を行う技術だ。

シミュレーション技術の一つではあるのだが、厳密にいえば工学分野でこれまで用いられてきたシミュレーションとは異なる点も多い。今回は、デジタルツインが一般的なシミュレーション技術と比べてどのような点が優れているのかを解説したい。

デジタルツインの特徴と活用事例

主に製造業を中心に、注目されている「デジタルツイン」。シミュレーションよりも高精度な結果を得ることができ、製品開発や設備保全などの効率化を果たす画期的な技術である。

しかしこれまでにない新たな技術・概念であるため、詳しく知らないという方も多いのではないだろうか。ここではデジタルツインとは何か、また注目されている背景や、活用するメリットについて解説する。

デジタルツインとは？

デジタルツイン（Digital Twin）は「デジタル空間上の双子」とも訳される、仮想空間上に現実空間を再現する技術である。例えばIot機器などを使って設備に関するデータを収集し、仮想空間上で精密に再現。それを元にシミュレーションやテスト運営、実験を行えば、安全かつコストもかからない。さらに、再現された現実空間のデータをリアルタイムかつ遠隔で確認できるため、設備監視を効率化することも可能である。

デジタルツインは、古くからシミュレーション技術の一つとして、主に工学分野において扱われてきた。有名なのはアポロ13号における事故の話だ。

整備士がたった1本のネジを閉め忘れたことから、酸素タンクが爆発し、少ない酸素濃度、電力、水で月から地球に帰還せざるを得なかった事態が発生してしまいました。
引用：STORY /アポロ13号から始まった、モノづくり新常識「デジタルツイン」の過去と現在| AnFramed

この事故に対し、NASAはレプリカを作成し、13号が無事に帰還するまでの状況をシミュレーションした。その結果から的確な指示を行い、危機を乗り越えたのである。これは「元祖デジタルツイン」として工学分野では有名な話である。

参考：The Digital Twin Paradigm for Future NASA and U.S. Air Force Vehicles｜NTRS

デジタルツインはなぜ注目されているのか

デジタルツインは、近年の製造分野において重要とされているIoTと相性が良い。

IoT（Internet of Things）とはあらゆる情報の数値化、いうなれば情報化である。収集したデータをデジタルツインと併用すれば、緻密な仮想空間における分析が可能だ。デジタルツインは、収集したデータの活用方法の一つとして多くの企業から注目されている。

またそのほかの業界、建設業や小売業、医療、都市計画といったシーンでの活用も期待されている。Markets and Markets社のレポートによると、その市場規模は2028年までに1,101億ドルに達すると予想されている。

参考：デジタルツイン産業は2028年までに1,101億ドル相当に

デジタルツインを活用するメリット

とりわけ製造業において、Iot化の先にあるビジョンとして期待されているデジタルツイン。その活用にはどのようなメリットがあるのか。ここでは5つの利点を紹介しよう。製品開発の観点から

コストダウン・リスク低減の観点から

デジタルツインを導入すれば、製造ラインの稼働シミュレーションが可能だ。あくまでも仮想空間上で製品を再現するため、実際に製造する必要がなく、製造コストの削減につながる。そして、仮想空間上でトライアンドエラーを繰り返すことで、開発や製造に関わるリスクもあらかじめ予測できる。

設備保全の観点から

デジタルツインは設備保全の質を向上させる効果もある。設備のリアルタイムな状況を仮想空間上に反映させられるため、設計上のミス・不具合を可視化できるからだ。もし予期せぬエラーが起こったとしても、その原因をいち早く突き止め、対処することができる。

品質向上の観点から

品質管理においてもデジタルツインは有用だ。製品に不具合があった場合、その原因を特定しやすくなる。また、仮想空間上で製造のトライアンドエラーを繰り返せば、起こりうる不具合や品質劣化をシミュレーション上で把握できる。

効率化の観点から

設備データや指示書などを一元管理できれば、作業現場の誰もが必要な情報をすぐに取得できるようになる。作業経験がなくても参加できるようになれば、製造プロセスは効率化される。また製品開発においては、試作やライン稼働のシミュレーションをデジタルツイン上で行えるため、製造時間の短縮にもつながる。

アフターサービスの観点から

製品にセンサーを装備すれば、バッテリーの消耗や部品交換の時期などを確認できるようになる。適切な時期を知らせる機能のほか、アフターサービスとしてのさらなる活用方法も期待されている。

デジタルツインとシミュレーションの違いは？

デジタルツインは、現実空間にある設備や機械などを仮想空間上で再現する技術である。シミュレーションに関する技術の一つだが、工学分野における一般的なシミュレーションとは異なる点も多い。

ここからはデジタルツインとシミュレーションの違いについて解説する。

現実空間と連動しているか否かの違い

一般的なシミュレーションは現実に即した仕様・設計などを用意し、構成されたシナリオに即して実験を行う。そのためには専用の設備や人手が必要だ。それに対し、デジタルツインは現実の環境と限りなく近い仮想空間で、現実に起きているリアルタイム情報を基にシミュレーションを行う。シナリオではなくリアルな情報を基にしている点が、一般的なシミュレーションとは異なる。

リアルタイム性の有無の違い

一般的なシミュレーションでは専用設備において実験を行い、その結果を基に対策を練り、改善を図る。大きく分けて3つの行程が必要になるため、結果を出すまでに時間やコストがかかるのだ。それに対して、デジタルツインはリアルタイムの情報を基にシミュレーションを行うため、リアルタイム性が高い。

現実空間へのフィードバックの違い

現実空間で発生する可能性のある事象を仮想空間上で予測できるため、共有可能なアプローチで対処できるようになる。現実空間そのもののデータおよびリアルタイムの予測に基づき、具体的な方法で問題を回避することができる。一般的なシミュレーションは、想定しうる仮定を基に行うため、現実空間へのフィードバックが弱い。