デジタルツインとは？
メリットや各業界の活用事例をわかりやすく解説

デジタルツインとは、現実空間に存在する物や人をサイバー空間で再現する技術です。「現実空間に存在する物」と「サイバー空間に存在する物」が双子 (ツイン) のように見えることから、名づけられました。

デジタルツインは、現実世界から収集したさまざまなデータを利用して構築されます。工場の生産ラインを例に挙げると、設備の稼働状況や温度・湿度などの環境データをリアルタイムで取得し、AIやIoTなどの技術で処理することで、サイバー空間上に工場のデジタルツインを作り出します。これにより、生産ラインの最適化などが行えます。

「デジタルツイン」と「シミュレーション」の大きな違いは、データのリアルタイム性にあります。
従来の「シミュレーション」では、あらかじめ設定した条件やシナリオに基づいて仮想環境を作り、分析を行うのが一般的です。そのため、現実で発生する変化をリアルタイムで反映することはできず、主に特定の検証を目的に使用されます。

デジタルツインが注目される背景には、製造業やインフラ分野でのDX推進があります。従来の現場管理では、設備や工程の異常を事後対応するケースが多く、コストやリスクが課題でした。近年はIoTやセンサー技術の進化により、リアルタイムで膨大なデータを取得できるようになり、仮想空間でのシミュレーションが可能になりました。これにより、予知保全や生産効率化、環境負荷低減など、企業の競争力強化に直結するメリットが期待されています。

デジタルツインを活用することで、現実世界で物や人を実際に動かすことなく、サイバー空間上で多様なシミュレーションや検証を行うことができます。以下では、デジタルツインの具体的なメリットを6つ紹介します。

デジタルツインは設備や工程を仮想空間で再現し、稼働状況をリアルタイムで把握できます。これにより、ボトルネックや不具合の兆候を早期に発見し、改善策を迅速に検討可能。結果として作業のムダを削減し、品質のばらつきを抑えることで安定した生産体制を実現します。

試作や検証をデジタル上で行うことで、物理的な試験コストを大幅に削減できます。さらに、シミュレーションによる最適化でエネルギーや原材料の無駄を減らし、総コストを抑制。結果として利益率の改善が期待でき、企業の競争力強化にもつながります。

デジタルツインを活用すれば、設備やシステムの状態をリアルタイムで監視し、異常の兆候を早期に把握できます。災害や故障を想定したシナリオ分析も可能で、事前の対策を検討しやすくなります。突発的な停止リスクを低減し、事業継続性を強化する重要な手段です。

センサー情報や過去データを活用し、故障の兆候を予測することで計画的なメンテナンスが可能になります。突発的な故障を防ぎ、設備の稼働率を維持。結果として設備の寿命を延ばし、交換コストを抑えることで長期的な資産価値の維持に貢献します。

デジタルツインは現場データを統合し、シミュレーション結果を即座に確認可能です。複数の選択肢を比較しながら迅速な判断が可能となり、変化の激しい製造や物流分野で高い効果が期待できます。意思決定のスピードと精度を大幅に向上させ、経営判断を支援します。

エネルギー消費や排出量をシミュレーションで可視化し、最適化することで環境負荷の削減も期待できます。企業は持続可能な経営を実現し、ESGの取り組みを強化できます。環境対応と収益性の両立を支援する重要な手段として、社会的評価の向上にもつながるでしょう。

アパレル業界では、衣服のデジタルツイン「XRマネキン」が活用されています。ここでは、布地の質感や特徴も忠実に再現されており、衣服のデザインから完成状態、着用時の動きまで一貫してデジタル上でシミュレーションできます。
このデータを活用することで、店舗に備えた高精細サイネージで、お客さまが「XRマネキン」を360度自由自在に動かして衣服を確認したり、室内、野外といった着用環境でコーディネートを見ることも可能です。バーチャルファッションショー向けには、着用して動いたときの布地のしわや揺れなども確認可能です。
また、衣服に使用する布の質感や厚み、ドレープ感なども忠実に再現されるため、デザイナーは実際に縫製を行わなくても、デザインから完成状態までデジタル上で把握できます。これにより、企画から製造・販売までのリードタイムが短縮され、経営効率が向上し、環境負荷軽減にもつながります。

医療業界でも、デジタルツインは大きな役割を果たしています。患者の臓器や身体を精密に再現し、治療計画や手術シミュレーションに活用することで、医師は複数の治療方法を比較検討し、最適な選択が可能になります。
例えば、外科医は手術前にバーチャル空間で臓器の状態を確認し、リスクを最小化する手順のシミュレーションが可能です。医学生はVRを使った手術トレーニングで、実践に近い環境でスキルを磨けます。また、患者自身も自分の臓器や病変を視覚的に理解でき、治療内容への納得感が高まります。こうした取り組みにより、個別化医療の実現、薬剤効果の予測、慢性疾患管理が進み、医療機器開発や遠隔医療にも応用されているのです。

建設業界では、建物や橋梁などの構造物をデジタルツインで再現し、設計段階から施工計画までを効率化しています。現場では、施工前にARゴーグルを使って資材配置や作業手順を確認し、ミスを防ぎながら作業を進めます。完成後はVRで建物内部を歩き、設備点検や安全性を検証することも可能です。さらに、都市防災計画では、洪水や地震のシナリオをシミュレーションし、被害を最小化する対策を事前に立てることができます。
これにより、工期短縮やコスト削減、維持管理の効率化、老朽化予測による資産価値維持が実現。スマートシティ構想と連携し、都市インフラの最適化にも貢献しています。

デジタルツインを実現するには、現実世界の情報を正確に取得し、仮想空間で再現・解析するための複数の技術が必要です。以下では、主要な技術について紹介します。

IoTは、センサーや機器をネットワークで接続し、現場の温度、振動、位置などのデータをリアルタイムで収集します。デジタルツインでは、この情報を基に物理空間の状態を正確に再現。設備の稼働状況や環境条件を常時監視できるため、異常検知や予知保全の基盤となります。

AIは、収集した膨大なデータを解析し、予測や最適化を行う中核技術です。デジタルツインでは、AIがシミュレーション結果を評価し、故障予測や生産計画の最適化を支援します。機械学習やディープラーニングを活用することで、複雑なパターンを抽出し、意思決定の精度を高めます。

5Gは、超高速・低遅延の通信を可能にし、膨大なセンサーデータをリアルタイムで送受信します。デジタルツインでは、遠隔地の設備や車両の状態を即時に反映できるため、製造や物流、スマートシティなどでの活用が進んでいます。高信頼性通信により、遠隔操作や自動制御も実現可能です。

AR/VRは、デジタルツインの情報を直感的に可視化する技術です。ARは現実空間にデジタル情報を重ね、現場作業の支援に活用されます。VRは仮想空間で設備や都市を再現し、設計検証やトレーニングに利用されます。

CAE (Computer Aided Engineering) は、構造解析や流体解析などのシミュレーション技術です。デジタルツインでは、製品や設備の挙動を予測し、設計段階での問題を事前に解決します。製造業では部品強度や熱解析、自動車業界では衝突シミュレーション、航空宇宙では空力解析などに活用され、試作コスト削減や安全性向上に貢献します。

RTLS (Real-Time Location System) は、物体や人の位置情報をリアルタイムで取得する技術です。デジタルツインでは、工場内の資材や車両、作業員の動きを正確に把握し、工程管理や安全対策に活用します。物流や医療現場でも、在庫管理や機器追跡に利用されています。

KDDIは国内外の通信インフラを通じて、豊富なデータを収集・分析しています。特に、通信ネットワークから得られる人の移動や行動に関するビッグデータは、デジタルツインの構築において重要な資産です。こうしたデータを組み合わせることで、実用的なデジタルツインソリューションを構築できるのがKDDIの強みです。

その具体例が、トヨタ自動車株式会社様との連携で実現した「交通デジタルツイン」です。KDDIが保有する「人流データ」とトヨタ自動車様が持つ「車両データ」を組み合わせることで、交通事故予測の精度を高められます。これにより、事故が起こりやすいエリアを特定し、運転手への事前警告や速度抑制の促進など、具体的な事故防止策を適宜講じることができます。今後は自治体などと協力し、交通事故減少につなげていく予定です。

KDDIではデジタルツインを用いたソリューションとして、VR/AR技術を駆使した「αU place」(外部サイトへ遷移します) を提供しています。このサービスでは、実店舗をデジタル空間に精密に再現し、ユーザーがオンライン上で商品を閲覧しながら、スタッフとリアルタイムにチャットで相談できる環境を構築しています。導入に際しては、お客さまの業務課題や目的を丁寧にヒアリングし、最適な活用方法をご提案します。

また、デジタルツインでは大量のデータを取り扱うため、サイバー攻撃対策などのセキュリティ対策が不可欠です。KDDIでは、独自のセキュリティサービスと組み合わせることで、安全性の高いデジタルツイン環境を確保します。

デジタルツインは、現実世界の物や人をサイバー空間で正確に再現する技術です。センサーやIoTを活用してリアルタイムで多種多様なデータを収集し、現実の状態を忠実に再現することで、実際に物や人を動かすことなく検証可能です。従来は多大な時間とコストを要していた実証実験や製品開発を、より迅速かつ効率的に実現できるようになります。今後、幅広い分野で活用されていくと予想されています。