デジタル ツイン: テクノロジーが基本を超える方法

コネクテッド ワールド向けのマシンを設計する場合、従来のエンジニアのツールボックスを使用することはまったく無関係に思えるかもしれません。 今日、私たちのテクノロジーはかなり複雑になり、資産やシステムを構築、スケーリング、管理する方法も変化しています。

したがって、デジタル ディスラプションによって促進されたソフトウェア主導の製品の優れた能力に匹敵する必要があることは否定できません。

そこにデジタルツインが登場します。 それらは、何が起こっているか、または将来私たちの物理的資産に何が起こる可能性があるかを垣間見せてくれます。

デジタルツインの定義

デジタル ツインは、基本的にオブジェクトに関する実世界のデータを入力としてフェッチし、一連の条件下でそのオブジェクトがどのように動作するかを予測またはシミュレーションします。

このアイデアは、宇宙カプセルが宇宙空間でどのように動作するかを理解するために、NASA が実物大のモックアップを開発したことから生まれました。 デジタル ツインにより、物理世界とデジタル世界の間のリンクが可能になり、予防的な問題解決と将来の計画の改善が可能になります。

デジタルツインとモノのインターネット (IoT)

IoT テクノロジーは日々複雑化しています。 より多くのオブジェクトが開発されてオンラインになるため、現在のシステムが処理するように設計されているよりも多くのデータが生成されます。

この点で、モノや空間がどのように機能しているかをリアルタイムで把握する方法として、デジタル ツインが登場しています。 現実を直視してみましょう。IoT センサーの爆発的な増加は、デジタル ツインを可能にする一部の要因です。

また、IoT デバイスが時間の経過とともに洗練されるにつれて、デジタル ツインはより小さく、より単純なオブジェクトになる可能性があり、企業により多くの利益をもたらします。

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デジタルツインは、変数データに基づいてさまざまな結果を予測するために使用できます。 これは、デジタル環境で可能なシナリオが実現する、SF 映画でよく見られるシミュレーションに似ています。

このテクノロジを使用すると、堅牢なデジタル ツイン ソフトウェアとデータ分析を使用して IoT 展開を最適化して効率を最大化することもでき、設計者は IoT デバイスを物理的に展開する前に最適な運用方法を特定できます。

これにより、インストール プロセスがより効率的になり、将来のパフォーマンスと潜在的な障害を予測するのに役立ちます。

これは、デジタル ツインが一定期間にわたって前者のパフォーマンスをシミュレートした後に、高度に計測されたデバイスが展開される製造などのニッチな業界で特に役立ちます。

デジタルツイン vs シミュレーション

ここで、デジタル ツインはシミュレーションと同じではないことを覚えておくことが重要です。 シミュレーションは純粋にデジタル空間で構築され、製品設計段階で最終製品がどのように機能するかをテストするためによく使用されます。具体的な物理的な対応物はありません。

ただし、デジタルツインは、実際のオブジェクトをリアルタイムで模倣するように特別に設計されています。 さらに、製品のライフサイクルの設計段階でシミュレーションを使用して、将来の機能を予測することもできます。

一方、デジタルツインは、すでに機能している製品またはシステムがリアルタイムでどのように機能しているかについて、ビジネスのすべての部分に洞察を提供します。

4種類のデジタルツイン

以降のセクションでデジタル ツイン テクノロジのユース ケースを検討しますが、まずデジタル ツインの背後にある複雑さを理解することが不可欠です。

現在、エンジニアはどのような種類のデジタル ツインを使用していますか? 確認してみましょう：

1. コンポーネントまたはパーツ ツイン: マイナーな機能コンポーネントをミラーリングします。
2. プロセス ツイン: 連携して動作するシステムのトップレベル ビューを提供し、シミュレートされたシナリオで工場全体がどのように動作するかを判断できるようにします
3. アセット ツイン: 2 つ以上のコンポーネントが連携して動作するように模倣し、それらの相互作用を調べることができます。
4. ユニットまたはシステム ツイン: 複数のアセットがどのように連携して機能するかを確認できます。 これは、生産ライン全体をシミュレートすることを意味する可能性があり、メーカーにとっては恩恵です。

方程式にコンポーネントを追加すると複雑さが増すことに注意してください。特に、異なるメーカーの要素を組み合わせて使用​​する場合は注意が必要です。 すべての人の知的財産は、デジタル ツインとうまく連携することはできません。

デジタルツインの仕組み

デジタル ツインは、応用数学またはデータ サイエンスの専門家によって構築されます。これらの専門家は、物理オブジェクトの背後にある物理を理解し、デジタルの世界でそれを模倣する数学モデルを設計します。

各ツインは、実世界のオブジェクトからデータを取得してオブジェクトをリアルタイムでシミュレートするセンサーから入力を受け取るように設計されています。 入力は、最良の結果を得るために一般的な市況などのコンテキスト データに対して評価されます。

デジタルツインは、オブジェクトが構築される前に、またはオブジェクトの後のバージョンを改良する方法として、物理オブジェクトのプロトタイプとしても機能します。 科学者が望むのと同じくらい単純でも複雑でもかまいません。当然、デジタルツインの構築に使用されるデータが多ければ多いほど、シミュレーションはより正確になります。

デジタル ツインは、現在を理解し、未来を予測するのに役立ちます。 IoT に接続されたセンサーやデバイスからのデータを分析し、他の情報源と組み合わせることで、製品や顧客の期待を予測することができます。

豊富な情報により、企業はより迅速に学習し、実用的な洞察を有効に活用できます。 製品の革新、価値の創造、複雑なライフサイクルを取り巻く古い概念を打破することができます。

8つのデジタルツインの例

デジタル ツインは、ビジネスと AI における最大の新しいトレンドの 1 つです。 以下を含むいくつかの産業がすでにその使用を受け入れています。

1. 小売
2. ヘルスケアと医療
3. 自動車
4. 工事
5. 製造業
6. 製品包装
7. IoT
8. サプライチェーン

物体、空間、さらには人のリアルタイム シミュレーションを研究することで、企業は現在のパフォーマンスについてより深い洞察を得て、将来についてより賢明な予測を行うことができます。

1. 小売業におけるデジタル ツイン

デジタル ツインは、さまざまなファッション、装飾品、製品の用途などを仮想的にモデル化することで、顧客のショッピング エクスペリエンスを向上させることができます。

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また、店舗のレイアウト、エネルギー使用、セキュリティ機能などを最適化するのにも役立ち、小売業者がより現実に近い体験を顧客に提供できるように支援します。

2. ヘルスケアと医療におけるデジタル ツイン

デジタル ツインは、予防医療、患者のモニタリング、カスタマイズされた治療に重要な用途があります。

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病院のデジタル ツインを構築することは、医療提供者が施設の運用パフォーマンスを監視および改善するのに役立ちます。

製薬会社は、デジタル ツイン テクノロジを使用して生理学的特性、ゲノム コード、および患者のライフスタイルをモデル化し、他よりも効果的な独自の医薬品を開発できます。

3. 自動車製造におけるデジタルツイン

場合によっては、自動車のデジタル ツインが設計段階で作成され、実行が通知されます。

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自動車のデジタル ツインは、次の目的に使用できます。

• 運用効率の把握
• 問題のある領域を遠くからトラブルシューティングする
• より良い安全機能を提案する
• お客様の使い勝手と快適性を向上

4. 建設およびスマート シティにおけるデジタル ツイン

センサーとインテリジェント ネットワークからの都市データは、政策立案者や建築計画者が何が機能しているかを確認し、それに応じて決定を下すのに役立ちます。

公共インフラを最適化し、エコロジカル フットプリントを削減し、市民により良い生活の質を提供します。

5. 製造業におけるデジタルツイン

デジタルツインは、製造および保守プロセスを大幅に最適化できます。

次の製造作業をサポートできます。

• 生産開始前に欠陥を特定
• ストレステストを受けてパフォーマンスを向上させる
• スループット時間を短縮

デジタルツインを使用すると、問題の製品のさまざまな順列を設計することもできます。

デジタル ツインは、製品を監視し、エンジニアがどの製品に欠陥があるか、または意図したよりもパフォーマンスが低いかを確認するために使用できます。

6. 製品パッケージのデジタルツイン

このプロセスは、パッケージ化する前に仮想化してエラーをテストできます。 デジタル ツインは、物流会社が物質的な実現可能性を判断するのに役立ちます。

7. インダストリアル IoT (IIoT) におけるデジタル ツイン

デジタルツインと産業用 IoT テクノロジーは密接に絡み合っています。

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企業は、デジタル ツインを使用して産業システムを監視および制御することで、現在の運用を改善し、将来の混乱や異常を回避できます。

8. サプライ チェーンの在庫管理におけるデジタル ツイン

道路網のデジタル ツインは、道路のレイアウトと交通状況に関する情報を取得します。 その情報を使用して、在庫の保管場所と流通ルートを効果的に設計できます。

デジタル ツインとインダストリー 4.0: テクノロジーが重要な理由

2017 年、デジタル ツインは Gartner の戦略的テクノロジ トレンドのトップ 10 リストに掲載されましたが、それには正当な理由があります。 機械学習と IoT はすでに飛躍的に成長しており、産業規模でのデジタル ツインの実装がかつてないほど容易になっています。

システムベースの設計プロセスを導入することで、物事がどのように機能するかをより深く理解し、予防的に改善を行う機会が得られるため、貴重なリソースを節約しながらユーザー エクスペリエンスを向上させることができます。

これは、組織がはるかに迅速に学習できることを意味し、従来の製品ライフ サイクルを短縮し、価値創造の範囲を拡大します。 デジタル ツイン テクノロジは、データ サイエンティストと製品の専門家の間のコラボレーションの新たな機会も提供します。

リアルタイムの状況を一緒に視覚化することで、それぞれのスキルを使用して、個別に作業した場合よりも堅牢なソリューションを開発できます。

デジタルツインの未来は明るい

デジタル ツイン テクノロジーは、さまざまな業界で「主流」になりつつあります。 コグニティブ・コンピューティングの応用など、すでにいくつかの開発によって技術がさらに洗練される可能性があります。

成功を収めるパイロット プロジェクトが次々と始動するにつれて、新しい産業革命が起こる可能性があります。これは、アイデアと実行が並行して行われ、大きな競争上の優位性が得られる革命です。