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「デジタルツイン」という言葉をご存じでしょうか。


デジタルツインとは、「デジタルの仮想空間上に、現実の空間や物体を、即時の連動性を持って再現したもの」。具体的には空間・機器・設備の状況やそれをとりまく環境情報をセンサー等を使って収集する一方、仮想空間上にそのツイン(双子)を構築することで、現実世界で起こっていることをリアルタイムで把握できるようになるというものです。

IoT化の進展により、広範囲に分散されたモノの情報を詳細かつリアルタイムで取得することが容易になりつつあり、デジタルツインは単なる概念から実用化への段階に移ってきています。


デジタルツインの実務への応用でリードしている企業のひとつは、ドイツの国を挙げたモノづくり革新プロジェクト「インダストリー4.0」を牽引するシーメンス。製品のライフサイクル全ての工程をデジタル化して、圧倒的な効率化を実現する「デジタル・エンタープライズ」を提唱しています。ドイツのバイエルン州アンベルク市にあるアンベルク工場はスマートファクトリーとして進化し、毎日5000万件に及ぶ製品やプロセスのデータを収集・活用しているといいます。デジタルツインが持つ製造業への改善インパクトにはどんなものがあるでしょうか?

①設備保全の質向上
稼働データを仮想空間に反映させていることで、生産ラインを止めずに製造工程における問題点をスピーディに特定できるだけでなく、設計上のミスや使い方の誤りなどのデータも詳細に取得できるようになる為、設備の保全の質を向上させることができます。
②リードタイムの短縮
リアルタイムに製造工程をモニタリングでき、その稼働状況や負荷といったデータを可視化することで、効率よく改善策が講じられるようになります。
③試作コスト削減
従来は現実世界で製品の試作を行っていましたが、デジタルツインではそれを仮想空間上で行うことができるため、多大なコスト削減が実現します。また、現実の物理的な制限もなくなるため、これまでよりも大胆な試作に取り組むことが可能になります。
④アフターサービスの充実や新商品企画への活用
出荷後の稼働状況をデジタルツインでモデリングすることで、部品の摩耗状況、製品の疲弊度や不良の発生をチェックし、適切なタイミングで修理や部品の交換といったアフターサービスを行うことができます。また、顧客の使用態様を知ることで、真のニーズを把握することができ、需要に合った新商品の企画やマーケティング戦略に活用することができます。


一般的なシミュレーションシステムとデジタルツインの違いは「リアルタイム」及び「現実世界との連動」という点にあります。これを防災/危機管理の分野にどのように活用できるでしょうか?


それを知るにはまずスマートシティについて触れる必要があります。「スマートシティ」とは、国土交通省の定義によると「都市が抱える諸問題に対して、ICT等の新技術を活用しつつ、マネジメント(計画・整備・管理・運営)が行われ、全体最適化が図られる持続可能な都市」となります。これを実現するのに必要なことは、上述した「製造工程のデジタルツイン」が拡張した、「都市のデジタルツイン」と言うことができます。


先進事例として、シンガポールでは約720平方kmに及ぶ国土全体を3D空間に再現するプロジェクト「バーチャル・シンガポール」が進行しており、2018年に一旦公開されたあと、発展を続けています。このプロジェクトの目的は、交通・インフラ・エネルギー・防災など多岐にわたる分野の都市の情報を統合し、効率よくマネジメントしたり、新たなビジネスやサービスを創造することです。


具体的には

  • 歩行者の動線シミュレーションによる施設へのアクセシビリティ改善
  • 採光や通風などの環境シミュレーションに基づく各種インフラ整備の計画
  • 発電量のシミュレーションに基づく効率的な太陽光発電パネルの設置場所の計画
  • シミュレーションを通じた効率的な公共交通機関の整備・運用

などが想定されています。


バーチャル・シンガポールは、グーグル・アースやグーグル・マップと同じように見えますが、大きく違うのは建物やインフラ設備などの3Dモデルに属性情報を持たせている点です。

シンガポールのデジタルツイン
(出典:National Research Foundation – Prime Minister’s Office Singapore)

例えば、あるビルをクリックするとビルの住所だけではなく、日照時間や材質などの情報も出てきますし、駐車場の台数や外構の木の本数なども瞬時に表示が可能。さらにはその地点の雨量や水位などのセンサー情報や監視カメラの映像など、リアルタイムなデータまでをも取り込もうとしています。


こうしたデジタルツインをどのように、防災/危機管理に活用できるでしょうか?

準備段階
地震や津波、台風・大雨などの自然災害や事故・テロ攻撃など人為災害に備え、現在とは桁違いに多くの要素を計算に入れた高度なシミュレーションを行うことで、人的被害や建物・インフラの被害を事前に予測し、予防策の策定や避難計画の構築、事業継続計画(BCP)の策定等を効果的に行うことができます。各自治体で導入が進んでいるハザードマップについても、リアルタイムの環境情報に応じた動的なものに進化させることができ、また、リスクの正確な把握により損害保険料の料率算定も効率的に行われるようになります。
発災時・復旧時
被災状況や被害状況を3Dで俯瞰して、かつリアルタイムに把握することができるため、刻々と変わり続ける現場の状況に応じた適切な避難指示の発信・誘導、効率的な救急・消防・警察の派遣、迅速な救助活動・救護活動を行うことができます。また、復旧に際しては、どの地点で何のリソースが足りていないかを正確に把握できるため、被災者への救援物資の配分を適正に行うことができ、またライフラインの復旧計画策定と実行も、迅速かつ効果的に行うことができるようになります。

こうした次世代の防災/危機管理の仕組みを構築するには、建築物や地形の情報、交通機関など社会インフラに関する「ストック情報」で構築した仮想空間の上に、人や車などの位置情報を含む交通情報やその他インフラの稼働状況などの「フロー情報」を統合する必要があります。IoT化の波の中で今後無数のセンサーが我々の社会に組み込まれていき、また「高速大容量」「高信頼・低遅延通信」「多数同時接続」を特徴とする5Gの普及、膨大な情報を解析・処理する人工知能や量子コンピューティングの技術の発展、これらが相俟った時に次世代の扉が開くものと思われます。


日本においても、実質的には「バーチャル・ジャパン」構想と言える、「国土交通データプラットフォーム(仮称)整備計画」が2019年5月30日に策定されました。

当該計画の中で、防災への利用イメージとして「災害発生時には、インフラの被害状況や通行止め情報などのデータを収集し、共有するとともに、蓄積した施設情報から迅速な復旧が可能になる。発災時にリアルタイムに変化するインフラの被災状況と公共交通関連データ、地方公共団体が保有する避難所等の情報を連携することで、安全な避難誘導や速やかな復旧計画策定が可能となり、暮らしの安全性向上に寄与できる」としています。


技術の進化とともに発展し、社会実装が進むデジタルツインから目が離せません。

(SN)
April 24, 2020

防災と人工知能
(出典:内閣府)

参考情報

デジタルツイン | シーメンス
https://www.plm.automation.siemens.com/global/ja/our-story/glossary/digital-twin/24465

Virtual Singapore
National Research Foundation – Prime Minister’s Office Singapore
https://www.nrf.gov.sg/programmes/virtual-singapore

国土交通データプラットフォーム(仮称)整備計画について(国土交通省)
http://www.mlit.go.jp/report/press/kanbo08_hh_000592.html

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