デジタルツイン: それは何で、どのように機能するのか

デジタルツインは、物理オブジェクトのシミュレーション、テスト、監視によく使用される物理オブジェクトの仮想モデルです。

これらにより、大型機械、ジェットエンジン、スマートシティ、公共施設などの複雑なプロジェクトを簡単に視覚化できます。

デジタルツインは、存在しないオブジェクトに対しても存在する可能性があり、その場合、デジタルツインはそのようなオブジェクトの計画と開発に使用されます。

この blog デジタルツインについて知っておくべきことすべてを詳しく説明し、それが次のビジネスに役立つかどうかを確認します。プロジェクト.

デジタルツインの特徴

デジタルツインテクノロジは、独自の一連の特徴を持つ他のテクノロジとは一線を画しており、次のような特徴があります。

モジュール性: デジタルツインテクノロジは、モジュール設計アプローチを適用して、複数のコンポーネントを備えた単一のマシンを構築することがよくあります。このアプローチにより、望ましい結果を達成するために何らかの方法で交換、改善、または微調整できる特定のコンポーネントを簡単に識別できます。
接続性: デジタルツインは接続にも大きく依存しており、これは通常、IoT デバイスを介して接続されたセンサーによって実現されます。この接続は双方向で行われ、デジタルツインと物理ツインの間の通信を可能にします。
スマートで再プログラム可能: デジタルツインシステムは、さまざまなパラメーターを変更できるという意味でスマートです。たとえば、IoT センサーからの情報により、デジタルツインが一部のパラメーターを調整し、同様にこれらの新しい設定を物理ツインに送信して自身を調整することができます。
均質化: 均質化とは、物理マシンからのすべてのデータと入力をシンプルなデジタル形式で合理化し、他のユーザー、システム、チームメンバーと簡単に共有できるようにすることを指します。
デジタルトレース作成: デジタルツインは、たとえば、誤動作が発生する前の時点までマシンの状態を簡単に巻き戻すことを可能にする痕跡も残します。したがって、問題の診断が容易になります。

デジタルツインの仕組み

デジタルツインの機能のプロセスは比較的単純です。ここでは基本的な 3 ステップのプロセスを説明します。

1. 物理的な双子

まず、物理的な物体または機械があります。これには、V8 内燃エンジンからターボファンジェットエンジン、工場の組み立てライン、サプライチェーン全体まで、あらゆるものが考えられます。物理ツインには、あらゆる形式のデータを収集して仮想ツインに送信するセンサーが装備されています。これらのデータには、温度、XNUMX 分あたりの回転数、圧力、騒音レベル、振動などが含まれます。

2. デジタルツイン

コンピューターの世界では、仮想シミュレーションのために物理双子の対応する仮想モデルが作成されます。この仮想モデルは、必要に応じて単純にすることも複雑にすることもできます。単純なグラフィック表現を使用することも、物理的双子をより忠実に模倣する物理的または工学的原理を備えたより複雑なグラフィックスを使用することもできます。

3. データ接続

システムは、センサーからのライブデータがデジタルツインに供給されてリアルタイムフィードバックループを作成するときに初めて完成します。物理ツインは対応するデジタルに影響を与え、デジタルツインも物理的なパフォーマンスを監視できます。シミュレーションを実行したり、物理的な双子に変更を加えたり、作業のための要員を訓練したりするために使用されます。

デジタルツインのメリット

デジタルツインには多くの利点がありますが、ここではその一部を紹介します。

予知保全： デジタルツインは機器とそのパフォーマンスを安定的に監視することで予知保全を可能にし、費用のかかる機器の故障や計画外のダウンタイムを防ぐことができます。
運用効率の向上: デジタルツインは、リアルタイムデータに基づいてプロセスを最適化し、リソースを最適に割り当てるための洞察を提供することで、重要な成果につながる可能性もあります。生産性得ます。
安全性とリスク管理の強化: デジタルツインを使用して危険なシナリオをシミュレーションし、潜在的な危険を特定し、適切な措置を講じることができます。
イノベーションと製品開発: デジタルツインは、物理的な生産に着手する前にアイデアをテストおよび洗練するための仮想環境を提供することで、イノベーションの促進に役立ちます。これにより、イノベーションと製品開発プロセスが加速され、製品をより早く市場に投入できるようになります。
意思決定の改善: デジタルツインは、物理システムの状態とパフォーマンスに関するリアルタイムのデータ駆動型の洞察を提供します。この情報により、意思決定者は情報に基づいた選択を行い、システムのプロセスを最適化し、予期せぬ状況に簡単に対応できるようになります。
コスト削減： デジタルツインは、予知保全、プロセスの最適化、全体的なリソース管理の改善を通じて、組織のコスト削減に貢献できます。

デジタルツインの種類

デジタルツインには、アプリケーションや範囲に基づいてさまざまなタイプがあります。主なものは次のとおりです。

コンポーネントツイン: パーツツインとも呼ばれ、システムの最小要素に相当するデジタルツインです。例としては、6 気筒エンジンの単一ピストンがあります。コンポーネントツインは、振動や温度などの特定のパラメータを監視できます。
双子の製品: 製品または資産ツインは通常、複数のコンポーネントツインを組み合わせて、より複雑なモデルを実現します。製品ツインは通常、エンジンや人工呼吸器などの物理的な製品を表します。
プロセスツイン: システム内の操作またはワークフローをモデル化し、シミュレートするために使用されます。プロセスツインは、製造やサプライチェーン管理などの産業プロセスの最適化や監視に適用できます。
システムツイン: 複数のプロセスまたは製品ツインを組み合わせて、さまざまな仮想モデルの相互作用を 1 つのユニットとして分析またはシミュレートするために使用される複雑なシステムを作成します。

業界を超えたアプリケーション

企業は世界中のさまざまな業界にデジタルツインテクノロジーを適用しています。これらの主要なアプリケーションのいくつかを次に示します。

製造業： デジタルツインは工場の生産プロセスを最適化し、それによってダウンタイムを最小限に抑え、機器の状態を監視し、企業の全体的な業務効率を向上させるのに役立ちます。
航空宇宙： 航空宇宙メーカーは、航空機コンポーネントの設計とテストにデジタルツインを採用しています。ロールスロイスが自社のエンジンで行っているように、リアルタイム監視にこれを採用している企業もあります。
スマートシティ： スマートシティは、交通の最適化、エネルギーの監視、管理にデジタルツインを採用し、都市住民に利益をもたらすさまざまな情報に基づいた意思決定を行っています。
エネルギーとユーティリティ： デジタルツインテクノロジーは、再生可能エネルギー、送電網、およびエネルギーシステムの複雑な組み合わせの管理に役立ちます。これらは、リソース割り当ての最適化、エネルギー需要予測などに役立ちます。
構造： デジタルツインにより、建築家やエンジニアは、着工前にさまざまなオプションを視覚化し、シミュレーションできるようになります。さらに、建設後の建物を監視することもできます。
サプライチェーンマネジメント： 複雑なサプライチェーンでは、デジタルツインテクノロジーを採用して、商品や資材をリアルタイムで追跡し、輸送ルートを最適化し、潜在的な遅延を特定し、サプライチェーン全体の効率を向上させることができます。
製品開発： デジタルツインを使用すると、新製品を市場に出す前に仮想的にテストして改良することができるため、開発コストを削減できます。

アプリケーションの例

ここでは、企業がデジタルツインテクノロジーを採用しているさまざまな方法の記憶に残る例をいくつか紹介します。

GE風力タービン: GE は、風力タービンのデジタルツインを性能監視と予知保全に使用しています。
SpaceX社: ドラゴンカプセルのデジタルツインにより、オペレーターは安全性と信頼性を確保するために軌道、負荷、推進システムを監視および調整できます。
シンガポールのスマートシティ: シンガポールは、エネルギー消費、大気質、交通をリアルタイムで監視するために、建物、インフラ、交通ネットワークを含む都市全体のデジタルツインを開発中です。
シュナイダーエレクトリックグリッド: シュナイダーエレクトリックは、エネルギーフローの最適化、潜在的な停電予測、およびグリッドの回復力のために電力グリッドのデジタルツインを使用しています。
ABインベブ: 世界最大のビール会社は、サプライチェーンと生産ラインを管理するためにデジタルツインテクノロジーを採用しています。
ロールスロイス： ロールスロイス社は、リアルタイムのエンジン追跡、最適化、燃料効率のために航空機エンジンのデジタルツインを使用しています。
ユニリーバ： この製造大手は、工場内のプロセスの最適化とリソースの最大化のためにデジタルツインテクノロジーを採用しています。
ボストンコンサルティンググループ: ボストンコンサルティンググループ (BCG) は、ビジネスプロセスのデジタルツインを採用して、クライアントのビジネスにおける非効率性の特定と解決、プロセスのボトルネックの予測、リソース割り当ての最適化を行っています。

デジタルツイン関連技術

デジタルツインテクノロジーは孤立して発展するわけではありません。これらは、次のような他の複数のテクノロジーとの相互作用の結果です。

AI &ML：人工知能（AI）と機械学習 (ML) は、エンジニアがデジタルツインシステムからセンサーとデータ入力を取得し、それらを実用的な洞察やその他の貴重なビジネスアプリケーションに変換することを容易にするコンピューターサイエンスの分野です。
IoT: モノのインターネット (IoT) は、相互に接続されたデバイスの成長するウェブであり、相互に通信したり、他のデバイスと通信したりすることができます。コンピューティングプラットフォーム。 IoT のアプリケーションとイノベーションは依然として増加しています。
拡張現実感: エクステンデットリアリティは、仮想現実、拡張現実、複合現実アプリケーションを指す包括的な用語です。
クラウドとエッジ: クラウドプラットフォームによりデータの均質化が容易になりますが、エッジコンピューティングシステムは、企業がインフラストラクチャとデータ処理能力を最適化するのに役立ちます。
シミュレーター: 3D モデリングシステムから物理エンジン、視覚化ツール、デジタルツインの作成と視覚化を可能にするその他のプラットフォームまで。
ブロックチェーン: サプライチェーンソリューションなどの一部のデジタルツインアプリケーションが適用されます。ブロックチェーンテクノロジー正確で信頼性の高いデータ管理を実現します。

資料

デジタルツインに関するウィキペディアの記事: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
IBMのデジタルツイン: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
Microsoft の Azure Digital Twins サービス: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
デジタルツインコンソーシアム: https://www.digitaltwinconsortium.org/
デジタルツインハブ: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
インダストリアル IoT インサイトハブ: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

まとめ

デジタルツインが、私たちが物理世界を認識し、それとやり取りする方法をどのように変革し、革命を起こしているかを見てきました。製品設計から都市エコシステム全体のオーケストレーションに至るまで、デジタルツインは比類のない洞察、効率性、イノベーションを提供します。

また、デジタルツインは物理領域とデジタル領域をリアルタイムのデータ分析と予測機能で接続し、業界がプロセスを簡単に最適化し、意思決定を強化できるようにします。これは、あなたとあなたのビジネスが新たな可能性を解き放つのに役立ちます。