デジタルツインとは？メリット・デメリットや活用事例についても

現実世界をサイバー空間に双子のように再現する「デジタルツイン」。IoT、AI、5Gの進化により、製造業や建設業のDX実現に欠かせない技術として注目されています。

「デジタルツイン（Digital Twin）」とは、現実世界にある情報をIoT技術などを使って収集し、サイバー空間（仮想空間）上に「双子」のように再現する技術のことです。製造業や建設業を中心にDX（デジタルトランスフォーメーション）の切り札として注目されています。

この概念は実は最近生まれたものではありません。そのルーツは1960年代のNASAのアポロ計画にまで遡ります。当時、地上に宇宙船と同じシステム（実物大模型やシミュレーター）を用意し、宇宙空間でトラブルが起きた際に地上の「双子」を使って解決策を検証していました。特にアポロ13号の事故対応において、この「双子（当時の呼び名はLiving Model）」が重要な役割を果たしたことが知られています。

画像引用元：All About Space Magazine

用語解説

アポロ計画での「Living Model」がデジタルツインの概念的な前身となり、現代のIoT・AIの発展により実用化が進みました。

（出典：Why does the world (and NASA) need digital twins? – NASA Science）

デジタルツインという言葉の登場

「デジタルツイン」という言葉自体が広く提唱されたのは、2002年頃と言われています。米ミシガン大学のマイケル・グリーブス博士が製品ライフサイクル管理（PLM）の講義の中で提唱した概念モデル（Mirrored Spaces Model）がベースとなっています。当初は理想的な概念でしたが、近年のIoT（モノのインターネット）、AI（人工知能）、5G通信、クラウドコンピューティングなどの急速な進化により、膨大なデータをリアルタイムで処理できるようになり、実用化が一気に進みました。

（出典：Origins of the Digital Twin Concept – ResearchGate）

製造業は、デジタルツインが最も早くから活用され、効果を上げている分野の一つです。製品の企画・設計段階から製造ラインの構築、出荷後のメンテナンスに至るまで幅広く活用されています。例えば、新車開発において実車を作る前に仮想空間上で走行テストを行ったり、工場の生産ラインを仮想空間に再現してロボットの配置をシミュレーションしたりすることが可能になっています。

ものづくりにおけるデジタルツインの活用事例：GEによる航空機エンジン保守

AIによるイメージ画像

特に有名なのが、米GE（ゼネラル・エレクトリック / 現 GE Aerospace）による航空機エンジンの保守事例です。GEでは自社製のエンジンに対し、AIを活用した「デジタルツイン」モデルを構築しています。

エンジンから得られるデータを分析し、デジタルツイン上でシミュレーションを行うことで、エンジンの修理入庫の数ヶ月前から「どの部品の交換が必要か」「どのような作業が必要か」を高精度に予測可能にしました。これにより、メンテナンスのリードタイムを大幅に短縮し、航空会社の運航停止期間（ダウンタイム）を最小限に抑えることに成功しています。

（出典：AI @ GE Aerospace – GE Aerospace）

AIによるイメージ画像

建設業界でも、BIM（Building Information Modeling）の普及とともにデジタルツインの活用が進んでいます。

設計データの3D化だけでなく、点群データや360度画像を用いて、建設中の現場や完成後の建物をデジタル空間に再現する取り組みが広がっています。施工前の干渉チェック（配管と梁がぶつからないか等の確認）や、遠隔地からの現場確認などに使われ、業務効率化と品質向上に大きく貢献しています。

実践事例：大林組のデジタルツイン活用

大手ゼネコンの大林組では、ダムや発電所のリニューアル工事においてデジタルツインを活用しています。山間部に点在する現場と事務所をデジタルツインでつなぎ、3Dモデルを見ながら朝礼や昼礼を行うことで、移動時間を削減しつつ的確な指示出しを実現しています。

また、巨大なクレーンを現場で組み立てる際、事前にデジタル空間上で手順をシミュレーションする「デジタルリハーサル」を実施。これにより、物理的な干渉や危険な作業工程を事前に洗い出し、安全かつスムーズな施工を可能にしています。

（出典：デジタルツインで朝礼・昼礼！ 大林組が水力発電所工事で実践するBIM/CIM活用とリモート施工管理 – 建設ITワールド）

石油化学プラントや発電所などの巨大施設では、安全安定稼働のためにデジタルツインが不可欠な技術になりつつあります。プラント内の膨大な設備や配管情報を3Dモデル化し、センサーデータ（温度、圧力、振動など）と連携させることで、現場の状況をリアルタイムで監視したり、作業員のトレーニングに活用したりすることが可能になっています。

プラントにおけるデジタルツインの主たる活用範囲

	予知保全 設備の異常な振動や温度上昇をAIが検知し、故障する前に部品交換を行うことで、突発的な停止（ダウンタイム）を防ぎます。
	安全教育 危険な現場をデジタル空間に再現し、ベテランのノウハウを若手に伝えるVRトレーニングなどに活用できます。
	資産管理の効率化 複雑な配管や設備の配置を正確に把握でき、保全計画の精度が向上します。長期的なメンテナンス戦略の立案が容易になります。

旭化成による水素製造プラントでの導入事例

国内では、旭化成が福島県の水素製造プラントにおいてデジタルツインを導入しています。プラント建設時の設計データ（3Dモデルや配管計装図）と、稼働中のセンサーデータ、現場のマニュアル等を統合し、デジタルツインを構築。これにより、現場に専門家がいなくても、遠隔地の熟練技術者がデジタルツインを通じて的確なトラブルシューティングを行える体制を実現しました。熟練者不足の解消と、ダウンタイムの最小化に貢献しています。

（出典：旭化成の製造現場でのデジタル活用とは？ – Cognite）

デジタルツインを実現するために必要なものをハードウェアとソフトウェアに分けて説明します。

ハードウェア

• LiDARスキャナ レーザー光を使って対象物までの距離を計測し、高精度の点群データを取得します。建物や設備の形状を正確に記録できます。
• ドローン 上空や人が立ち入れない場所のデータを収集します。広範囲の現場を効率的にスキャンできます。
• 360度カメラ 空間全体の写真を撮影し、フォトリアリスティックな（写真品質の）モデルを作成します。視覚的に分かりやすい空間再現が可能です。
• IoTセンサー 温度、湿度、振動、位置情報などをリアルタイムで収集します。設備の状態監視に不可欠です。

ソフトウェア

• 点群処理ソフト レーザースキャナー等で取得した点群データ同士を結合したり不要なノイズを除去したりするソフト。この工程は前処理とも呼ばれます。
• 3Dモデリングソフト CADやBIMなど、形状データを作成・編集します。設計情報を詳細に管理できます。
• シミュレーションソフト 搬入経路の検討から流体の解析まで、現実空間同様の各種シミュレーションを行います。
• デジタルツインプラットフォームソフト 収集したデータを統合・可視化し、ブラウザ等で閲覧・共有可能にします。情報共有とコラボレーションを促進します。

デジタルツインと一口に言っても、その実現レベルには段階があります。自社の課題解決にはどのレベルが必要なのかを見極めることが重要です。多くの企業にとって、まずは「レベル1（可視化）」からスモールスタートし、徐々に高度化していくアプローチが失敗のリスクを低減します。

レベル1：現状の可視化

現実空間やオブジェクトをデジタル上にそのまま再現する段階です。遠隔地からの閲覧や、現状の把握・記録が目的です。Matterportなどは主にこの領域を得意とします。

レベル2：リアルタイムモニタリング

IoTセンサーなどを連携させ、温度や稼働状況などの変化をリアルタイムに反映させる段階です。現場の状態を常時監視できます。

レベル3：分析・予測

蓄積されたデータをAI等で分析し、将来の故障予測や最適な配置などをシミュレーションする段階です。データドリブンな意思決定が可能になります。

レベル4：自律制御

シミュレーション結果に基づき、現実世界の機器を自動制御する最終段階です。人の介入を最小限に抑えた最適化が実現します。

「デジタルツインには興味があるが、何千万もするシステムや高度な専門技術が必要なのでは？」と導入を躊躇される方も多いかもしれません。そこでおすすめなのが、Matterport（マーターポート）です。

Matterportは、現実空間をスキャンし、高品質な「空間のデジタルツイン」を驚くほど簡単に作成できるプラットフォームです。専門的なCADの知識は不要で、撮影したデータは自動的にクラウド上で処理され、ウォークスルー可能な3Dモデルが生成されます。

圧倒的な導入コストの低さ

従来のレーザースキャナによる測量は高額な機器と専門業者への委託が必要でしたが、Matterportなら安価な対応カメラやスマートフォンでも撮影可能です。初期投資を大幅に抑えられます。

誰でも扱える操作性

専門的なCADの知識は不要です。撮影したデータは自動的にクラウド上で処理され、ウォークスルー可能な3Dモデルが生成されます。現場スタッフでも簡単に運用できます。

情報共有のスピードアップ

生成されたデジタルツインはURL一つで共有可能。専用ソフトをインストールする必要なく、Webブラウザ上で誰でも閲覧できます。関係者間のコミュニケーションが円滑になります。

多様なデータ連携

空間内にタグ（Mattertag）を付け、マニュアルのPDFや点検記録へのリンクを埋め込んだり、点群データ（E57形式など）を書き出してBIMソフトに取り込んだりすることも可能です。

Matterportの導入には、企業の規模や用途に応じて複数の選択肢があります。初期投資を抑えてスモールスタートすることも、本格的に自社運用することも可能です。

方法１ 機材を購入して自社撮影

対応する360度カメラや、高精度なLiDAR搭載の「Matterport Pro3」などを導入し、自社スタッフで撮影・運用します。複数の現場を定期的にスキャンする場合に最適です。長期的にはコストパフォーマンスが高くなります。

方法２ 撮影代行サービスを利用

プロの撮影者に依頼し、高品質なデータを納品してもらう方法です。初期投資なしで始められ、まずは試してみたいという企業に最適です。撮影技術の習熟が不要で、すぐに高品質なデジタルツインを入手できます。

Matterport導入のステップ

1. 目的と予算の明確化
2. 撮影方法の選定（自社撮影 or 代行）
3. パイロットプロジェクトの実施
4. 効果測定と本格展開の検討
5. 社内への展開と運用体制の構築

いきなり高度なAIシミュレーションを目指すのはハードルが高いかもしれませんが、

「今の現場の状況を正確にデジタル化して残す・共有する」

という空間デジタルツインからであれば、Matterportを使って明日からでも始められます。