HPC エンジニア、科学者、マネージャー向けのデジタル ツイン

デジタルツインとは何ですか?

デジタル ツインは、リアルタイム データやその他のソースを使用して現実世界の対応物を模倣する、物理的なオブジェクトまたはシステムの仮想表現またはデジタル モデルです。デジタル ツインは、オブジェクトがどのように動作および動作するかの要素とダイナミクスの両方を提供します。

センサーをタービン、パイプライン、製造装置などの物理資産に設置して、システムのステータス、状態、パフォーマンスに関するデータを収集できます。このデータはデジタル ツイン モデルに供給され、人工知能、機械学習、分析を使用してデータが処理されます。デジタル ツインは、物理システムが現在どのように動作しているかに関する洞察を提供し、問題を早期に検出し、シミュレーションを実行して将来のパフォーマンスを予測します。

デジタルツインを使用すると、企業は実際の業務に影響を与えることなく、システムや条件への変更を仮想的にテストできます。たとえば、さまざまな風速や気象条件の下で風力タービンがどのように動作するかをシミュレーションできます。この学習により、現実世界の資産と運用を最適化できます。デジタル ツインはモノのインターネットの重要なコンポーネントになりつつあり、どこからでも資産をリモート監視、制御、最適化できるようになります。コンピューティング能力と AI が進歩するにつれて、デジタル ツイン テクノロジーの機能も進化します。

デジタルツインはどのように機能するのでしょうか?

デジタル ツインは、物理オブジェクトまたはシステムの仮想モデルを作成することから始まります。これには、物理​​コンポーネントと、それがどのように動作し環境と相互作用するかを制御するルールまたは物理学の両方の定義が含まれます。たとえば、風力タービンのデジタル ツインには、ブレード、発電機、センサー、制御システム、空力特性などが組み込まれます。

次に、仮想モデルは、リアルタイム データを収集する一連のセンサーを通じて実際の物理資産に接続されます。センサーは、温度、振動、気流、スループット、または資産の動作に関連するあらゆる指標を追跡できます。さらに、システムに関する履歴データをデジタル ツインに入力して、より完全な状況を把握することができます。

強力なシミュレーション ソフトウェアは、人工知能、機械学習、分析を活用してデジタル ツイン モデルを実行します。センサーから受信した現実世界のデータを取り込んで、仮想環境における物理システムのパフォーマンスを反映します。複雑なアルゴリズムはコンポーネント間の相互作用をシミュレートし、人間には明らかではないパターンや洞察を特定します。

その後、オペレーターはデジタルツインを使用して「what if」シナリオを実行し、さまざまなパラメーターを調整して、変更が業務にどのような影響を与えるかを予測できます。デジタル ツインは、実際のシステムへの中断を最小限に抑えながら、反復と最適化を行うためのサンドボックスを提供します。パフォーマンスを向上させることが判明したアクションは、物理資産に適用できます。

時間の経過とともに、デジタル ツイン モデルの機械学習機能は、シミュレーションと実際の結果を比較することで継続的に向上します。これにより、デジタル表現がますます正確かつ価値のあるものになります。デジタル ツインは、物理世界のデータと高度な分析を組み合わせて、生産性を最適化し、ダウンタイムを防止し、新たな機会を開拓します。

デジタル ツインのさまざまな種類とは何ですか?

デジタル ツインには、いくつかの主なタイプまたはカテゴリがあります。

• プロダクト ツイン – ジェット エンジン、風力タービン、MRI 装置などの物理的な製品の仮想コピー。個々の資産のパフォーマンスを最適化するために使用されます。
• Production Twin – 組立ラインや石油精製所など、生産プロセス全体をシミュレートします。業務効率を最適化します。
• パフォーマンスツイン – 現場での製品または資産のパフォーマンスをモデル化します。実際の動作条件に関する洞察を提供します。
• システムツイン – 資産、プロセス、および人々のシステム全体を表します。システムを総合的に最適化するために使用されます。
• プロトタイプツイン – 物理資産が構築される前の、設計段階で作成されるデジタル ツイン モデル。プロトタイプを仮想的にテストできます。
• コンポジットツイン – さまざまなデジタルツインを 1 つのより大きな表現に集約したもの。より広範なエンタープライズレベルのビューを提供します。

デジタルツインのタイプは、個々の資産、運用プロセス、現実世界のパフォーマンス、完全なシステムまたはプロトタイプの強化など、その意図されたビジネス目的と密接に一致しています。一部のデジタルツインでは、さまざまな角度から洞察を得るために複数のタイプの要素を組み合わせることがあります。重要なのは、デジタル ツインが反映する物理的な資産とビジネス活動を効果的に最適化するために、デジタル ツインの適切な範囲を選択することです。

デジタルツインの歴史

デジタルツインの概念は何十年も前から存在していましたが、近年急速に注目を集めています。この用語が最初に言及されたのは、1960 年代に NASA がリアルタイムのステータスを反映するために宇宙船のデジタル ツインを作成したときです。ただし、その機能は今日に比べて原始的なものでした。

2010 年代のモノのインターネット センサー、クラウド コンピューティング、シミュレーション ソフトウェアの進歩により、より複雑なデジタル ツイン モデルの出現が可能になりました。 GE は、運用とメンテナンスを改善するために、ジェット エンジンや風力タービンなどの資産にデジタル ツインを産業利用する先駆者です。ダッソー・システムズは、設計から最終使用までの製品ライフサイクル全体にわたってデジタルツインを適用しました。

過去 5 年間で、デジタルツインの範囲は大幅に拡大しました。 Microsoft、AWS などのクラウド プラットフォームは、特殊なデジタル ツイン機能を提供するようになりました。エンタープライズ アプリケーションは、施設やサプライ チェーンなど全体にデジタル ツインを適用します。 AI と機械学習アルゴリズムを組み合わせることで、デジタル ツインはより高度な機能とビジネス価値を実現しています。 Gartner によると、大企業の 50% 以上が 2026 年までにデジタル ツインを導入するとのことです。デジタル ツイン テクノロジーは、産業と製造の多くの側面に革命を起こすことになります。

デジタルツインは数十年前に登場しましたが、最近の急激な進歩により、組織は洞察を獲得し、運用を最適化し、イノベーションを改善できる可能性が解き放たれ、ほぼすべてのセクターで大幅な生産性の向上が推進されています。私たちはまだ、この新興テクノロジー分野の表面をなぞっただけです。

デジタルツインの使用例にはどのようなものがありますか?

ここでは、さまざまな業界におけるデジタル ツイン テクノロジーの一般的な使用例と新たな使用例をいくつか紹介します。

• 予測メンテナンス – タービンや組立ラインなどの機器のデジタルツインは、ダウンタイムが発生する前に問題や故障のリスクを特定できます。
• 仮想コミッショニング – 新しい施設、生産ライン、その他のプロセスは、物理的に設置する前に仮想的にシミュレーションおよびテストできます。
• リモート監視 – デジタルツインにより、資産や車両などをリモートで追跡し、パフォーマンスを分析できます。
• 製品開発 – 新しい製品の設計は、最初にデジタルツインでシミュレーションすることで洗練され、最適化できます。
• トレーニング – 医療処置や災害対応などの高リスクシナリオをデジタルツインでシミュレーションしてトレーニングできます。
• スマートシティ – 都市インフラ、交通パターン、空気の流れのデジタルツインにより、交通とサービスを最適化できます。
• 物流 – サプライチェーンをデジタルでモデリングすると、最適化やボトルネックを特定し、混乱に備えることができます。
• ヘルスケア – スキャンとデータに基づいたデジタル患者は、治療や医療機器をカスタマイズできます。

アプリケーションは、個々の機器の最適化から組織全体の取り組みまで多岐にわたります。テクノロジーとそれに関連するメリットの理解が進むにつれて、デジタル ツインのユースケースは急速に拡大すると考えられます。

デジタルツインの将来とは何ですか?

業界全体のデジタル ツイン テクノロジーの将来は非常に有望です。デジタルツインの将来に関するいくつかの予測は次のとおりです。

• より広範な採用 – デジタルツインは、限られたニッチな用途から、製造、都市、ヘルスケア、小売などのセクター全体での主流の採用に移行します。
• より優れたインテリジェンス – 人工知能と機械学習の進歩により、デジタルツインはますます洗練され、洞察力が高まるでしょう。
• 拡張された統合 – デジタル ツインには、IoT センサー、ビジネス システム、外部データなどのより多くのデータ ソースが組み込まれ、包括的なモデルが作成されます。
• 民主化 – プラットフォームとツールにより、より多くの組織が深い技術的専門知識がなくてもデジタルツインを実装できるようになります。
• セミオーダーサービス – 高度にカスタマイズされたデジタル ツインは、事前構築されたコンポーネントのモジュール ライブラリを使用して構築されます。
• ライフサイクルでの用途 – デジタル ツインは、単なる運用を超えて、設計、トレーニング、エンドユーザーの監視などのライフサイクル全体にわたる用途に拡張されます。
• 新しいビジネスモデル – デジタル ツイン テクノロジーは、シミュレーション、予測的洞察、仮想サービスに関する革新的なビジネス チャンスを促進する可能性があります。
• 自動化されたアクション – デジタルツインは、受動的な監視からアクション、修復、物理資産の制御の自動化へと進化します。

要約すると、デジタル ツインは最先端から主流へと進化し、多くの業界にわたって効率、パフォーマンス、安全性、イノベーションの劇的な向上を推進する準備が整っています。実現テクノロジーの進歩に伴い、その機能は飛躍的に増大します。