製造業のDXの文脈で、「デジタルツイン」という言葉を耳にする機会が増えてきました。
DX推進を任されたものの、
「具体的に何を指しているのか分からない」
「自社の工場に関係あるのか判断できない」
と感じている方も多いのではないでしょうか。
特に製造業の現場では、日々の生産を止めるわけにはいかない中で、新しい概念を理解し、導入を検討することは簡単ではありません。
本記事では、製造業におけるデジタルツインとは何かを身近な例から分かりやすく解説し、工場での活用例やメリット、中小製造業でも無理なく始められる導入ステップを紹介します。
難しい理論ではなく、「工場の現場で使える考え方」として理解することを目的としています。
デジタルツインとは？身近な例でわかる基本
デジタルツイン（Digital Twin）は、直訳すると「デジタルの双子」です。
現実にあるモノや環境を、デジタル空間にもう一つ“双子”のように再現する考え方を指します。
難しい最先端技術のように聞こえますが、実は私たちの生活の中ですでに使われています。
代表的な例が、地図アプリやカーナビです。
現実の道路や建物をデジタル空間に再現し、渋滞情報や最短ルート、到着時刻の予測をリアルタイムで提示してくれます。
私たちはその情報をもとに、最適な移動方法を判断しています。
このように、現実の状況をデジタル上に再現し、未来の状態を予測する仕組みがデジタルツインの基本的な考え方です。
製造業・工場におけるデジタルツインとは
製造業におけるデジタルツインとは、工場の設備や工程、物流、人の動きなどをデジタル空間上に再現し、仮想的に検証できる仕組みを指します。
例えば、生産計画の変更や設備配置の見直しを行う際、実際に現場で試す前にシミュレーションによって結果を確認できます。
これにより、導入後のトラブルや生産停止のリスクを低減できます。
つまり、実際の工場をもう一つデジタル上に持つようなイメージです。
デジタルツインとシミュレーションの違いと関係
デジタルツインとよく一緒に語られるのが「シミュレーション」です。似た言葉ですが、役割が違います。
- デジタルツイン
- 工場の設備や工程、人の動きをデジタル上に再現した「仮想の工場」そのもののこと
- シミュレーション
- その仮想の工場を動かして「こうしたらどうなるか」を試すこと
地図アプリでいえば、デジタル上に再現された地図がデジタルツイン、ルートや到着時刻の予測がシミュレーションにあたります。
両方がそろってはじめて、「試してから決める」ことができます。
なお、実際の稼働データとリアルタイムに連動しているものだけをデジタルツインと呼ぶ考え方もあります。
しかし、最初からそこを目指す必要はありません。設備仕様や作業工程、レイアウトといった分かっている情報から仮想の工場を作り、シミュレーションで試しながら、実データを重ねて精度を上げていく。
これが製造業で現実的なデジタルツインの育て方です。
製造業でデジタルツインが注目される理由
製造業でデジタルツインが注目される背景には、工場を取り巻く環境の変化があります。
- 人手不足と技能継承
- ベテランの経験や勘に頼った判断を、誰もが確認できる形に残す必要が高まっています。
- 多品種少量・短納期への対応
- 特急対応や計画変更が増え、生産計画を何度も作り直す負担が大きくなっています。
- 設備投資の失敗リスク
- AGV・AMRや新設備を入れても、期待した効果が出ないケースがあります。
- ITの身近さ
- IoTやクラウドの普及で、大がかりな投資をしなくても工場のデジタル化に取り組みやすくなりました。
「止められない工場で、失敗せずに変える方法」が求められていることが、デジタルツインへの関心を後押ししています。
工場でのデジタルツイン活用例
製造業の工場でデジタルツインがよく使われるのは、次の4つの場面です。
それぞれの課題と、デジタルツインでできることを紹介します。
生産計画：計画変更の影響を事前に確かめる
多品種少量生産の工場では、特急対応や計画変更のたびに生産計画を作り直す必要があります。Excelで管理している場合、作成に時間がかかるうえ、担当者にしか分からない計画になりがちです。
デジタルツインを生産計画に使うと、計画を変えたときに「どの工程が詰まるか」「納期に間に合うか」を、実際に生産する前に確かめられます。複数の計画案を並べて比べられるため、担当者の経験だけに頼らず、根拠を持って計画を決められます。
- よくある課題
- 計画作成に時間がかかる
Excel管理で属人化している
特急対応のたびに作り直している
- デジタルツインでできること
- 計画変更の影響を事前に確かめ、複数の計画案を比べて決められる
レイアウト・工程の見直し：ボトルネックを見つけて流れを整える
「どこかで仕掛品が滞留している」「作業者の移動が多い」と感じていても、原因となっている工程を特定するのは簡単ではありません。工場のレイアウトを実際に動かして試すには、生産を止める必要もあります。
デジタルツインを使えば、工程の順番や設備の配置、人の動線を仮想の工場で組み替え、どこで詰まりや待ちが起きるかを確かめられます。ボトルネック工程を結果で示せるので、現場との話し合いも進めやすくなります。
- よくある課題
- ボトルネック工程が特定できない
人の動線が長い
レイアウト変更を試せない
- デジタルツインでできること
- 仮想の工場で工程や配置を組み替え、詰まりや待ちが起きる場所を確かめられる
設備投資の判断：AGV・AMRや新設備の効果を導入前に見積もる
AGV・AMRや新しい設備は大きな投資ですが、導入してみないと効果が分からないことが少なくありません。台数が足りない、搬送ルートが混み合うといった問題が、導入後に見つかることもあります。
デジタルツインで導入前に台数や搬送ルート、設備の配置を試せば、期待できる効果を事前に見積もれます。複数の導入パターンを比べたうえで、投資を判断できます。
- よくある課題
- AGV・AMRや新設備の導入効果が読めない
導入後に想定外の問題が見つかる
- デジタルツインでできること
- 導入前に台数や搬送ルートを試し、効果を見積もったうえで投資を判断できる
AGV・AMR導入の具体的な検討方法については、以下の記事で紹介しています。
在庫・コスト管理：在庫量と投入タイミングを見直す
部品在庫や工程間の中間在庫は、多すぎれば保管スペースや資金を圧迫し、少なすぎれば欠品で生産が止まります。適切な量は生産計画や工程の流れによって変わるため、勘で決めるのが難しい部分です。
デジタルツインを使うと、在庫量や材料の投入タイミングを変えた場合に、生産の流れやリードタイムがどう変わるかを比べられます。過不足の少ない在庫の持ち方を、生産を止めずに検討できます。
- よくある課題
- 部品在庫や中間在庫を最適化できない
欠品や過剰在庫が起きる
- デジタルツインでできること
- 在庫量や投入タイミングを変えた影響を比べ、適切な在庫の持ち方を検討できる
工場でのデジタルツイン活用例まとめ
| 活用場面 | デジタルツインでできること |
|---|---|
| 生産計画 | 計画変更の影響を事前に確かめ、複数の計画案を比べて決める |
| レイアウト・工程の見直し | 仮想の工場で工程や配置を組み替え、ボトルネックを見つける |
| 設備投資の判断 | AGV・AMRや新設備の効果を導入前に見積もる |
| 在庫・コスト管理 | 在庫量や投入タイミングを変えた影響を比べる |
製造業がデジタルツインを導入するメリット
デジタルツインの最大のメリットは、「試してから決められる」ことにあります。
これまで工場では、実際に運用してみるまで結果が分からないケースが多くありました。
- 失敗のリスクを減らせる
- 生産を止めずに、仮想の工場で何度でも試せます。複数の条件を組み合わせて数千パターンのシミュレーションを行い、最適解を探すこともできます。
- 勘や経験に頼った判断をデータで裏付けられる
- デジタルツインを導入すると、経験や勘に頼っていた判断も、データに基づいて検証できるようになります。現場責任者にとって大きな安心材料になります。
- 現場の判断を支える「ナビ」になる
- すべての工程が自動化されていなくても問題ありません。カーナビがあれば運転がしやすくなるように、デジタルツインは工場の判断を支援する「ナビ」のような役割を果たします。
中小製造業でも始められるデジタルツインの導入ステップ
デジタルツインは大企業だけのものと思われがちですが、近年は中小製造業でも導入が進んでいます。
工場全体を一度に再現する必要はなく、特定の工程や課題に絞れば無理なく取り組めます。
- 課題を一つに絞る：「この工程の詰まりを解消したい」「AGVの効果を知りたい」など、検証したいことを決めます。
- 分かっている情報を集める：設備仕様、サイクルタイムの目安、作業工程、レイアウトなど、手元の情報で構いません。
- 仮の工場モデルを作る：集めた情報をもとに、生産シミュレーションで仮想の工程ラインを作ります。
- 改善案を比較する：レイアウトや人員配置、計画を変えた場合の結果を比べ、効果の高い案を選びます。
- 実データを重ねて精度を上げる：運用しながら実際のデータを反映し、少しずつ“工場の双子”に近づけていきます。
導入時の注意点
デジタルツインは大企業だけのものと思われがちですが、近年は中小製造業でも導入が進んでいます。
工場全体を一度に再現する必要はなく、特定の工程や課題に絞れば無理なく取り組めます。
- 目的を決めずに始めない：「デジタルツインを作ること」が目的になると、成果につながりません。
- 最初から完璧を目指さない：工場全体・リアルタイム連携から始めると、時間とコストがかさみます。小さな検証から始めましょう。
- 現場を巻き込む：シミュレーション結果を現場と一緒に見て議論することで、改善が定着しやすくなります。
よくある質問
工場にデータが揃っていなくても、デジタルツインは始められますか？
始められます！
設備仕様や想定値から仮のモデルを作り、運用しながら実データを重ねていく方法が現実的です。
中小製造業でもデジタルツインは導入できますか？
できます。工程や課題を絞って小さく始めれば、大規模な投資は必要ありません。
デジタルツインとスマートファクトリーは何が違いますか？
スマートファクトリーはデジタル技術で最適化された工場の姿を指し、デジタルツインはそれを実現するための手段の一つです。
まとめ｜工場DXの第一歩としてのデジタルツイン
この記事のポイントは次の3つです。
- デジタルツインは、工場をデジタル上に再現した「仮想の工場」です。
- 生産計画、レイアウト、設備投資、在庫の検討に活用できます。
- データが揃っていなくても、課題を絞って小さく始められます。
製造業のデジタルツインは、難しいIT施策ではなく、工場の課題解決を支援するためのツールです。
生産シミュレーションを通じて現状を可視化し、将来の選択肢を比較できる点が大きな特徴です。
「自社の工場でも活用できるのか分からない」と感じている場合は、まず現場の課題を整理することから始めるとよいでしょう。小さな検証からでも、DXの第一歩になります。
FRICS Fabの生産シミュレーションサービス「フリックスNavi」では、工場の状況に合わせたデジタルツインの構築と検証を支援しています。
DXを進めたいが何から始めるべきか悩んでいる方にとって、現実的な第一歩となるはずです。
