デジタルツインの進化がファシリティマネジメントにもたらすもの
デジタルツインとは
デジタルツインは、意図された、または実際に存在する物理的な製品、システム、ま たはプロセス（物理的双子）のデジタル表現であり、以下のような実用的な目的の ために、実質的に区別できないデジタル対応物として機能するものである。 シミュ レーション, 統合, テスト, モニタリングそして メンテナンス.デジタルツインは、導入当 初から製品ライフサイクルマネジメントの基礎となることを意図しており、それが表 す物理的実体の作成、構築、運用/サポート、廃棄のライフサイクル全体を通じて存 在します。
“デジタルツインとは、オブジェクトやシステムのライフサイクルに渡る仮想表現であ り、リアルタイムデータから更新され、意思決定に役立つシミュレーション、機械学 習、推論を利用するものです。”
物理的な資産だけでなく、デジタルツインの技術は、プロセスを複製してデータを収 集し、そのパフォーマンスを予測するために使用することができます。
デジタルツインテクノロジーの仕組み
デジタルツインは、応用数学やデータサイエンスの専門家が、物理的な物体やシス テムの物理・運用データを研究し、オリジナルをシミュレートする数学モデルを開発 するところから始まります。
デジタルツインの開発者は、コンピュータの仮想モデルが、現実のモデルからデー タを収集するセンサーからフィードバックを受けられることを保証します。これにより 、デジタル・ツインは、オリジナル・バージョンで起こっていることをリアルタイムで模 倣し、シミュレートし、パフォーマンスや潜在的な問題についての洞察を得る機会を 作ることができるのです。
デジタルツインは、複雑なものからシンプルなものまで、さまざまなデータ量に対応 し、現実の物理モデルをどれだけ正確にシミュレートできるかを決定します。 ツインはプロトタイプと一緒に使うことで、開発中の製品にフィードバックを与えるこ とができますし、それ自体がプロトタイプとして機能し、物理的なバージョンを構築し たときに起こりうることをモデル化することもできます。
種類
デジタルツインは一般的に、デジタルツインプロトタイプ（DTP）、デジタルツインイン スタンス（DTI）、デジタルツインアグリゲート（DTA）などのサブタイプに分けられます 。DTPは、物理的な製品が存在する前に存在する。DTIは、製品が製造されると、そ の個々のインスタンスのデジタルツインとなります。DTIは、物理的な対応物の寿命 が尽きるまで、その物理的な対応物とリンクしている。DTAは、物理的な製品に関 する問い合わせ、予後予測、および学習に使用できるデータと情報を持つDTの集 合体である。デジタルツインに含まれる具体的な情報は、ユースケースによって決 定されます。デジタルツインは論理的な構成要素であり、実際のデータや情報は他 のアプリケーションに含まれる可能性があることを意味します。
使用するタイミング
デジタルツインは大きく3つのタイプに分けられ、それぞれ活用できるタイミングが異 なることを表しています。
- デジタルツインプロトタイプ（DTP）-物理的な製品が作られる前に行われる。
- デジタルツインインスタンス（DTI） – 製品が製造された後、さまざまな使用シ ナリオでテストを行うために実施されます。
- デジタルツインアグリゲーション（DTA） – DTI情報を収集し、製品の能力を 判断し、プログレノスティクスを実行し、動作パラメータをテストします。
これらの包括的なタイプは、物流計画、製品開発・再設計、品質管理・マネジメント、システム計画など、さまざまな用途に利用することができます。
デジタルツインは、設計、実装、モニタリング、改善のいずれにおいても、製品やプ ロセスのテストが必要な場合に、時間とコストを削減するために利用することができ ます。
デジタルツインは、様々な業界で、様々な用途や目的で利用されています。代表的 な例としては、以下のようなものがあります。
デジタルツインをデザインする理由と方法
前述したように、デジタルツインは、プロトタイプやデザインのテスト、製品やプロセ スが異なる条件下でどのように機能するかの評価、ライフサイクルの決定と監視な ど、幅広い用途で作成することが可能です。
デジタルツイン設計は、データを収集し、それを検証するための計算モデルを作成 することによって行われます。これには、デジタルモデルと実際の物理的な物体と の間に、フィードバックやデータをリアルタイムで送受信するためのインターフェイス を設けることができます。
データ
デジタルツインは、現実世界のアイテムや手順の動作や状態を表現する仮想モデ ルを作成するために、オブジェクトやプロセスに関するデータを必要とします。この データは製品のライフサイクルに関するもので、設計仕様、製造工程、エンジニアリ ング情報などが含まれます。また、設備、材料、部品、方法、品質管理などの生産 情報も含まれる。また、リアルタイムフィードバック、履歴分析、メンテナンス記録な ど、操作に関連するデータも含まれます。デジタルツイン設計で使用されるその他 のデータには、ビジネスデータや使用終了時の手順が含まれることがあります。
モデリング
データを収集したら、計算分析モデルを作成して、動作効果を示したり、疲労などの 状態を予測したり、動作を決定したりするのに利用できます。これらのモデルは、エ ンジニアリングシミュレーション、物理、化学、統計、機械学習、人工知能、ビジネス ロジック、または目標に基づいた行動を規定することができます。これらのモデルは 、調査結果の人間による理解を助けるために、3D表示や拡張現実モデリングによ って表示することができます。
リンク
デジタルツインで得られた知見は、装置ツインで得られた知見を生産ラインツインに 落とし込み、工場規模のデジタルツインに反映させるなど、連携して全体を把握す ることが可能です。このようにデジタルツインを連携して利用することで、実業務の 開発・改善を行うスマートインダストリアルアプリケーションを実現することができま す。
使用例
デジタルツインは、様々な業界で、様々な用途や目的で利用されています。代表的 な例としては、以下のようなものがあります。
都市計画・建設業
地理的デジタルツインは、都市計画の実務において、デジタル技術に対する意欲 が高まっていることから、一般化されています。 スマートシティこのデジタルツイン は、インタラクティブなプラットフォームとして提案されることが多い。これらのデジタ ルツインは、都市環境（都市）とその中のデータフィードをモデル化するために、リア ルタイムの3Dおよび4D空間データを取得・表示するインタラクティブプラットフォー ムという形で提案されることが多い。
などのビジュアライゼーション技術 拡張現実(AR）システムは、都市に埋め込まれ たセンサーからのデータフィードとデジタルツインを形成するAPIサービスを統合し て、建築環境における設計と計画のためのコラボレーションツールとして使用され ています。例えば、ARを使用して、拡張現実感のある地図、建物、データフィードを タブレットに投影し、建築環境の専門家が共同で閲覧することができます。
建築環境では、ビルディング・インフォメーション・モデリングの採用もあり ビルディ ング・インフォメーション・モデリング(BIM）プロセスの採用もあり、計画、設計、建設 、運用・保守活動のデジタル化が進んでおり、建築資産のデジタルツインは、個々 の資産レベルでも国レベルでも、論理的な延長線上にあると考えられています。例 えば、2018年11月にイギリスでは センター・フォー・デジタル・ビルト・ブリテンは、「 国家デジタルツイン」の開発を導くための原則をまとめた「The Gemini Principles」を 発表しました。
デジタル・ツイン」の実用化としては、1996年にヒースロー空港の建設中に達成され た例がある。 ヒースローエクスプレスの施設建設時に実現しました。 ヒースロー空 港's ターミナル1.コンサルタント モット・マクドナルドとBIMのパイオニア ジョナサン・ イングラムは、コファダムとボーリング孔に設置した移動センサーをデジタル・オブ ジェクト・モデルに接続し、モデル内の移動を表示しました。地盤の動きを安定させ るためにグラウトを地中に注入する効果を監視するために、デジタルグラウティング オブジェクトが作られた。
また、地震後の建物やインフラの目視点検を軽減する方法として、無人搬送車でデ ータを収集し、被災地の仮想モデルに追加するデジタルツインが提案されています。
スマートシティ
また、デジタルツインは、都市が経済的、環境的、社会的に持続可能なものになる ために利用することができます。バーチャルモデルは、計画決定の指針となり、現 代の都市が直面する多くの複雑な課題に対する解決策を提供することができます。 例えば、問題に対するリアルタイムの対応は、デジタルツインからのリアルタイムの 情報によって、病院などの資産が危機に対応できるようにすることができます
製造業
物理的な製造対象物を仮想化し、デジタルツインモデル（アバター）として物理空間 とサイバー空間の両方にシームレスかつ密接に統合して表現します。物理オブジェ クトとツインモデルは相互に有益な方法で相互作用します。
デジタルツインは、設計から製造、サービス、運用まで、製品ライフサイクル管理 （PLM）全体を破壊します。現在、PLM は、製品設計における効率、製造、インテリ ジェンス、サービスフェーズ、持続可能性の面で非常に時間がかかるものとなって います。デジタルツインは、製品の物理空間と仮想空間を融合させることができま す。デジタルツインによって、企業は設計から開発、製品ライフサイクル全体を通し て、すべての製品のデジタルフットプリントを持つことができます。大まかに言えば、 製造業を持つ産業はデジタルツインによって大きく破壊されています。製造工程で は、デジタルツインは工場で発生するほぼリアルタイムな出来事を仮想的に再現す るようなものです。物理的な製造プロセスの至る所に何千ものセンサーが配置され 、環境条件、機械の挙動特性、実行中の作業など、異なる次元からのデータをすべ て収集しています。これらのデータはすべて、デジタルツインによって継続的に通信 され、収集されます。
モノのインターネット化により、デジタルツインはより手頃な価格になり、製造業の未 来を牽引する可能性があります。エンジニアにとっての利点は、デジタルツインによ って仮想的に設計された製品が実際に使用されることにあります。リアルタイムの 機能を持つ実物のデジタルツインが存在するため、製品や資産の保守・管理の高 度な方法に手が届くようになります。
デジタルツインは、製造プロセスの過去を分析するのではなく、未来を予測すること で、大きなビジネスの可能性を提供します。デジタルツインが作り出す現実の表現 によって、メーカーは事前準備的なビジネス手法へと進化させることができます。製 造プロセスの各段階でデジタル化が進むにつれ、より高い生産性を達成するため の機会が生まれています。これは、モジュール化から始まり、生産システムの効率
性を高めることにつながります。さらに、自律性によって、生産システムは予期せぬ 出来事に対して効率的かつインテリジェントに対応できるようになります。最後に、 インターネットのようなコネクティビティは、デジタル化のループを閉じることを可能 にし、製品設計やプロモーションの次のサイクルをより高性能に最適化することを 可能にします。さらに、ストレージやコンピューティングのコストが安価になるにつれ て、デジタルツインの利用方法は広がっています。データ統合や組織、コンプライア ンスなどの実装上の課題が、デジタルツインの実装とその利点を妨げる可能性が あります。
メリット
デジタルツインのメリットは、使うタイミングや場所によって異なります。例えば、風 力発電機や石油パイプラインなど、既存の製品をデジタルツインで監視することで、 メンテナンスの負担を減らし、関連コストを数百万円単位で削減することができます 。また、製造前のプロトタイピングにデジタルツインを利用することで、製品の不具 合を減らし、市場投入までの時間を短縮することができます。その他、デジタルツイ ンの利用例としては、生産量に対する人員配置の監視や、製造やメンテナンスの要 件とサプライチェーンの整合性など、プロセスの改善も挙げられます。
一般的なメリットとしては、モニタリングやシミュレーションによる性能向上で信頼性 や可用性を高めることができます。また、故障による事故や予定外のダウンタイム のリスクを低減し、故障を事前に予測することでメンテナンスコストを削減し、メンテ ナンス、修理、交換部品の発注のスケジュールを立てることで生産目標に影響を与 えないようにすることができます。また、デジタルツインは、カスタマイズモデルの分 析による継続的な改善や、リアルタイムでの性能テストによる製品の品質確保も可 能です。
しかし、デジタルツインは複雑性を増すため、すべてのケースに適しているわけで はありません。ビジネス上の問題の中には、デジタルツインを必要とせず、時間や コストをかけずに解決できるものもあります。
デジタルツインテクノロジーがファシリティマネジメントをどう変 えるか
何から始めればいいのか？
エンジニアリング設計・施工 設計・施工省エネルギー、耐震性、スマートな建物へ の要求が高まる中、エンジニアリング、デザイン、建設は進化を続けています。法律 や規制の変化も建設業界を圧迫し、請負業者や熟練工に近代化を迫っています。 新しいテクノロジーは、建設プロセスにボリューム、スピード、価値を付加することで 適応性を促進します。このため、当初は従来の資源や工法に頼っていた小規模な
新興企業も成長することができます。
建設業界のテクノロジーによる変革に伴い、より高度な施設管理システムが必要と されています。従来のビルメンテナンスのソリューションでは、もはや十分ではあり ません。 ビルを機能的に、安全に、そして快適に保つには、もはや従来のビルメン テナンスのソリューションだけでは不十分です。.より厳しい法規制、快適性の向上、 新たな脅威の出現により、全く新しいデータ主導型のアプローチが必要になってい ます。これにより、施設管理チームは、状況に応じて問題を正確に可視化し、リモー トで検査やトラブルシューティングを行い、将来の問題をより正確に予測することが できます。
そこで登場するのが、デジタルツイン技術です。これは、機械学習、ソフトウェア分 析、人工知能を統合した仮想モデリング技術で 機械学習、ソフトウェア分析、人工 知能を統合した仮想モデリング技術です。この技術により、施設やプロジェクトの管 理チームは、施設のパフォーマンスのさまざまな側面を検証することができます。ま た、リアルタイムのデータに基づいて複数のシミュレーションを実行することで、問 題への対処（および改善の推奨）を支援します。この記事では、デジタルツイン技術 の細かい点、そしてそれがどのように施設管理に革命をもたらしているかについて 見ていきます。
デジタルツイン技術でファシリティマネジメントを変革する
現在のファシリティマネジメントのアプローチをアップグレードすることで 今後数年 間のビジネスの成長に備えることができます。.スマートで自己管理可能な設備など の革新的なソリューションは、建物の一般的な特徴となり、利便性の要求に応える 唯一の方法となるでしょう。ここでは、デジタルツイン技術をファシリティマネジメント に導入する具体的なメリットをご紹介します。
1.シミュレーションより優れている
伝統的な BIMマネジメントは、可能性のあるシナリオを確認し、最適な対応を計画 するために、通常、シミュレーションを行います。しかし、これらのシミュレーションは 、通常、時代遅れの、あるいはそれほど古くない研究または調査のデータを使用し ています。その結果はまだ使えるのですが、仮定や可能な行動指針が制限されて しまいます。また、標準的なシミュレーションは、一度に1つのプロセスしか研究でき ません。一方、デジタルツイン技術では、センサーが設備に関する異なるレイヤー のデータを提供するため、最新の情報に基づいてシミュレーションを行い、複数の シミュレーションを実行することが可能です。
2.推測の域を出ない
かつて、ハイブリッドワークスペースが現場の生産性を向上させるか、新しいBIM管 理システムが施設のエネルギー出力に関するより良い洞察をもたらすかどうかを考 えることは、多くの仮定に基づいていた時代がありました。誰も未来を正確に予測 することはできないため、現在も同じですが、デジタルツインを導入することで、意 思決定の裏付けとなる事実をより多く得ることができます。行動データを分析し、定 義できない変数から価値ある提案を生成することは、かつては不可能であり、推測 を促すものでした。デジタルツインのAI機能は、居住者の行動をリアルタイムで記録 し、過去の測定値と比較するため、これが可能になります。その結果は100％正確 ではないかもしれませんが、何倍もの信頼性があります。
3.自動化と離れた場所からの応答
行動データに関しては、デジタルツインを統合した施設管理ソフトウェアにより、以 下のことが可能です。 居住者の行動パターンを分析・記憶することで、ビルをスマ ート化することができます。.この分析結果をBIMソフトウェアの自動化に組み込むこ とで、人間が介在しなくても建物が特定の動作を行うようにすることができます。例 えば、センサーがフロアや部屋に動きがないことを検知すると、特定の時間帯に照 明やエアコンを停止するようにプログラムすることができます。もちろん、これを手動 で行うこともできますが、従来のモデルとは異なり、遠隔地から監視し、アクションを 起こすことができます。
4.あらゆる手段を尽くす
ファシリティマネジメントは 清掃、セキュリティ、持続可能性計画、緊急災害対応清 掃、セキュリティ、サステナビリティ計画、緊急事態や災害対応などです。これらのタ スクをすべて調整するには、最新の情報と分析にアクセスする必要があります。事 故が複数のエリアに影響を与える場合、デジタルツインはビル管理者に警告を発し 、どのエリアが影響を受け、どのような行動を取る必要があるかを示します。問題に 早期に対応することで、妥協することなく、すべての責任を果たすことができます。
結論
決断を下す前に最も可能性の高い影響を知ることこそが、ファシリティマネジメント におけるデジタルツイン導入の意義なのです。施設管理は、安全で快適かつ機能 的な空間を居住者に提供することが中心であることを忘れないでください。進化し 続ける建設業界において、デジタル・ツイン・テクノロジーを 施設管理プラットフォー ムプランレーダーのような施設管理プラットフォームに統合することで、これを実現 することができます。
