インダストリー4.0：デジタルツイン技術によるスマート製造ガイド

製造チームは、わずかなミスが重大な結果を招きかねない環境で業務を行っています。安全性や稼働率は、単にシステムが書面上でどう動作することになっているかだけでなく、人々が工場フロアの実際の状況をどれだけ理解しているかにかかっています。

デジタルツインはそのギャップを埋めるのに役立ちます。実際の生産環境を正確に視覚化することで、チームは共通の信頼できる情報源を得て、オペレーターの研修、変更計画、プロセスの文書化、役割や拠点をまたいだ作業の連携を行えるようになります

この記事では、工場レベルの可視性と業務上の意思決定に焦点を当て、今日の製造業におけるデジタルツインの活用法について解説します。3Dモデルがいかにしてデータとワークフローを現実世界の状況に落とし込み、チームがより安全に作業を行い、日々の意思決定をより的確に行えるように支援するのかをご覧いただけます。

製造業におけるデジタルツインとは？

デジタルツインは、計画や生産から運用、保守に至るまで、製造ライフサイクル全体で活用されています。これらは研修、空間計画、文書作成をサポートし、実際の業務を中断したり人々を危険にさらしたりすることなく、チームが状況の確認や計画の変更を行えるようにします。

製造業において、デジタルツインは物理的な製品、機械、またはワークスペースを視覚的に表現したものです。現実世界の状況を反映し、工場フロアで機器、プロセス、環境が実際にどのように稼働しているかをチームが把握するのに役立ちます。

製造業において、デジタルツインは通常、個々の資産、生産ライン、工場全体、マルチサイトのサプライチェーンという4つのレベルで使用されます。各レベルは、設備の監視から拠点間の業務の調整に至るまで、さまざまな目標をサポートします。

Matterportは施設レベルや、複数拠点のユースケースにおいて最大の強みを発揮します。より俯瞰的なこれらのデジタルツインは、実際の施設を捉え、拠点間をつなぐことに重点を置いており、チームが現場に足を運ぶことなく作業の計画、状況の記録、共同作業を行うために必要な空間的情報を提供します。

下の表では、製造業におけるデジタルツインの4つのレベルを分類し、それぞれがどのような場面で最も役立つかを解説しています。

インダストリー4.0：デジタルツインとスマートテクノロジーが製造業をどのように変革するか

19世紀初頭、蒸気機関と機械化によって第一次産業革命が引き起こされました。それから2世紀が経ち、私たちは今、インダストリー4.0の真っ只中にいます。これはデジタルツインモデリング、拡張現実（AR）、モノのインターネット（IoT）、機械学習を統合し、製造の生産性を高め、多くの主要プロセスの自動化を実現するデジタルトランスフォーメーションです。

デトロイトによる2025年スマート製造・業務調査によると、回答者の78％が改善予算全体の20％以上をスマート製造への取り組みに配分しており、88％が来年も投資が継続または増加すると予想しています。

Industry 4.0とデジタルツインの導入傾向は、業種によって異なります。

• 自動車：複雑な生産環境と頻繁なライン変更により、計画上の課題が生じます。デジタルツインはこれらの環境の記録や調整に使用されており、工場レベルのツインを活用することで、生産速度を落とすことなく、設備の更新計画、レイアウトの検証、社内チームやサプライヤーとの連携を行うことができます。

• エレクトロニクスおよびハイテク：急速な製品サイクルと設備の密集したレイアウトが導入を後押ししています。デジタルツインは、現地へのアクセスが制限されている場合でも、チームが空間計画、新しいプロセスの導入、変更事項の共有を確実に行う方法を提供します。

• 医薬品：厳格な妥当性確認やアクセス管理のため、対面でのウォークスルーには大きなコストがかかります。デジタルツインは、コンプライアンスを維持しつつ業務への影響を最小限に抑えながら、リモートでのレビュー、研修、文書化をサポートします。

• 化学製品：危険な環境と老朽化したインフラは、リスクを増大させます。デジタルツインを活用すれば、スタッフを不要な危険にさらすことなく、レイアウトの把握、メンテナンスの計画、手順の確認をより安全に行うことができます。

• 食品・飲料: 継続的な製造および衛生要件により、稼働中の施設への立ち入りが制限されます。デジタルツインは、業務を中断することなく、トレーニング、監査、設備計画をサポートするために使用されます。

Matterportを使用すれば、チームはある瞬間の物理空間をモデル化したデジタルツインにアクセスできるようになります。IoTセンサーと連携させることで、これらのデジタルツインは単なる記録にとどまらず、リアルタイムの状況把握や業務における意思決定を支援できるようになります。これらの技術を組み合わせることで、製造業者は工場フロアの実情に基づきながら、安全性の向上とプロセスの自動化を実現できます。

製造業におけるデジタルツインの8つの使用例

デジタルツインは、製造業界の作業をより迅速、よりスマートに行うのに役立ちます。デジタルツインは、工場フロア構成の最適化、ダウンタイムの短縮、管理対象の物理資産への理解を深めることにも役立ちます。製造業におけるデジタルツインの使用例の上位8は以下のとおりです。

• 没入型の低リスクな製造業の従業員向け研修

• 高精度な寸法の空間計画とレイアウト検証

• 物理的なコンテキストに基づく予知保全計画

• 実際の機器に紐づいた品質管理とプロセスの文書化

• 現場の混乱を伴わないコンプライアンスレビューと監査の準備

• エネルギー使用量のモデリングとサステナビリティ計画

• ライブデータソースに接続したときのリアルタイムな運用に関する知見

• 移動を伴わないリモートでの現地訪問、視察、共同作業

1. 新入社員研修

• 課題：新しいオペレーターのトレーニングには大きな投資が必要です。座学による指導では物理的なコンテキストが不足しがちな一方、現場でのトレーニングでは、騒音、安全要件、稼働中の業務によって学習が難しくなる場合があります。

• 解決策：デジタルツインを活用することで、新入社員は工場フロアに入る前に、安全かつアクセスしやすい方法で学習を進めることができます。チームは研修のノートやベストプラクティスを機器に注釈として追加し、SOP、チェックリスト、マニュアル、写真、動画を実際の作業場所に直接リンクさせることができます。Local Union 669がMatterportを採用しているのは、技術およびコードコーディネーターであるJeffrey Van Rhyn Jr.氏の言葉を借りれば、「見習いにさらに多くの本を読ませたり、質問に答えさせたりするよりも、Matterportのほうが優れた代替手段」だからです。なぜなら、Matterportは「見習いたちが実際の現場をナビゲートできる環境を提供するので、現場に出たときに自信を持って、仕事に慣れた状態で臨める」からです。

2. 空間計画

• 課題：新しい機械やワークフローの変更によって空間の利用状況が変化するため、基本的な平面図、回路図、写真だけで更新を計画すると、エラーや誤解につながる可能性があります。認識の違いは、変更がすでに進んでいる段階になって後から表面化することがよくあります。

• 解決策：デジタルツインは、施設の寸法精度が高く、写真のようにリアルな画像を提供し、チームはそれを利用して自信を持って変更計画を立てることができます。Matterportは既存の状況を捉え、RevitなどのBIMやCADツールに取り込んだり、Autodesk Construction Cloud (ACC)を介して共有したりできるE57点群などのエクスポートをサポートします。空間の正確なモデルを使用することで、チームは作業を開始する前にラインの変更や改修をレビューし、機器の配置を検証し、ダウンタイムのリスクを軽減する方法で作業を計画できます。

3. 予知保全 

• 課題：機械はいつ故障するかわかりません。予期せぬ修理は生産を遅らせ、特にチームが適切なメンテナンス情報を迅速に見つけられない場合、収益の損失につながる可能性があります。

• 解決策：デジタルツインは、資産の修理の詳細、マニュアル、その他の重要な文書をモデル内の機器に直接リンクさせることで、予知保全をサポートします。Matterportのデジタルツインは、APIを介してCMMSおよびEAMシステムと連携し、メンテナンス履歴、検査データ、作業指示書を同じ空間ビューに集約します。IoT接続デバイスからのデータと組み合わせることで、チームはコンテキスト内で予測アラートを確認し、故障が発生する前に修理の計画を立てることができます。

4. 品質管理

• 課題：複雑な生産環境で一貫した品質を維持することは困難です。問題が発生した場合、チームはFDA、ISO、GMPなどの基準への準拠を証明しなければなりませんが、多くの場合、当時の機器やレイアウトの設置状況に関する記録は限られています。過去の状態が明確に把握できないと、根本原因の調査は遅れ、不確実なものになります。

• 解決策：デジタルツインによって、生産環境のタイムスタンプ付きの視覚的な記録が作成されます。チームは過去のレイアウト、設備の配置、周辺の状況を確認して、品質問題が発生したときにどのような状態であったかを把握できます。この視覚的な証拠により、より迅速な根本原因分析と確実な品質レビューが可能になります。

5. コンプライアンス

• 課題：監査には時間がかかり、業務の妨げになります。古い図面や不完全な文書が準備を遅らせ、現場での点検がリスクや出張のオーバーヘッドを増加させます。特に複数の施設にまたがる場合はそれが顕著になります。

• 解決策：デジタルツインは、レイアウトや安全管理のタイムスタンプ付きビジュアル記録を活用し、バーチャル監査や事前検査をサポートします。チームはモデルに直接メモやタグを追加して、一貫した方法で監査証拠をキャプチャーできます。これにより、業務の中断を減らし、出張を削減する共有コンプライアンスハブが構築されます。

6. エネルギー消費モデリング

• 課題：製造業では、スループットに影響を与えることなく、エネルギー使用量と排出量を削減するというプレッシャーが高まっています。複雑な施設では、視覚化や明確な文書化が難しいユーティリティシステムの中に、無駄が隠れていることがよくあります。

• 解決策: デジタルツインは、監査結果とエネルギーデータを施設の3Dモデルに直接マッピングすることで、エネルギー使用状況をよりわかりやすくします。チームは、正確な現場の状況を活用して問題箇所を視覚的に特定し、アップグレードや改修の計画を立てることができます。これにより、無駄を削減しながら、進行中の業務への中断を最小限に抑えることができます。

7. リアルタイムの運用インサイト

• 課題：従来のダッシュボードは、物理的コンテキストなしでデータを表示します。パフォーマンスの問題がレイアウトや近接性に起因する場合、実際に何が起きているかを把握するためにチームが現地に赴く必要があることが多く、それにより対応時間が遅くなります。

• 解決策： デジタルツインにより、チームは施設の空間的に正確な3Dモデル内でIoTデータやマシンデータを直接確認できるようになります。データをその場で確認できるため、現地での立ち会いを待つことなく、リモートで問題を診断し、拠点間で意思決定を調整することが容易になります。

8. リモートによる現地訪問

• 課題：多くの製造業者が複数の拠点で事業を展開しているため、知識の共有や連携が困難になっています。対面での訪問は予約に時間がかかり、安全に施設を利用できる人が限られる場合が多々あります。同時に、機密情報を扱う環境を無制限に公開することには、リスクが伴います。

• 解決策：デジタルツインにより、移動することなくリモートで施設を訪問できるため、社内チーム、パートナー、承認されたゲストに工場の全体像を明確に把握させることができます。利害関係者は、ブラウザやモバイル端末を使用して、バーチャルでスペース内を歩き回り、レイアウトを把握し、状態を確認することができます。アクセス制御と権限管理により、権限を持つ閲覧者のみが特定のエリアや情報を確認できるようにすることで、機密性の高い施設データを保護しながら、共同作業を継続することが可能です。

Matterportでデジタルツインを作成して製造プロセスを合理化

製造業のチームは、寸法精度の高い3Dデジタルツインを作成するためにMatterportを利用しています。 Matterportが製造会社の成果の変革を支援する方法をいくつかご紹介します。

• 水産食品メーカーのNordlaksは、工場の大規模な拡張に際し、既存の状態をキャプチャーするためにMatterportと提携しました。チームはAutodesk Construction Cloud内のスキャンデータを使用して、国境を越えてサプライヤーとの調整を行っています。このモデルは、機器が到着する前の干渉チェックに対応しています。また、人が現場に立ち入れない場合のバーチャル点検にも対応します。Tømmerås氏は、これらのツールによって何時間もの時間を節約し、移動の負担を軽減できると推定しています。

• GSNは、Matterportデジタルツインを活用して複雑なCNCシステムの研修を行っている製造オートメーションプロバイダーです。チームはプロセス手順や品質管理の情報をモデル内に保存します。マニュアルや手順書もそこに保存されます。これによりラーニングカーブを短縮し、研修コストを削減できます。また、研修中の人員や設備へのリスクも低減できます。

• 世界的工業メーカーのSiemensは、Matterportを活用して生産現場に集まることなく、組立ラインのレイアウトを確認しています。関係者はモデル内で会合を開き、雑音による制約を受けることなく詳細を検討できます。また、SiemensはMatterport SDKを使用して、リアルタイムのIoTデータをデジタルツイン内に配置しています。その空間的なコンテキストにより、センサーが報告する内容を容易に解釈できるようになります。

• 食品・飲料メーカーのDanoneは、Matterportと協力して厳格な安全性・品質プロトコルを備えた生産施設への訪問回数を削減しました。Danoneは、自社社員による現場訪問回数が最大50％削減されたと報告しています。チームは会議でモデルを使用して、生産ラインの確認や作業の計画を行います。Danoneは研修や記録の作成をサポートするためにタグも活用しています。