デジタルツインの自動車業界での活用事例を紹介!工場DXや開発効率化に有効!

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デジタルツインと自動車業界は相性抜群

自動車業界はDX化を推進

自動車メーカー各社は、開発の効率化や製造工場の保全のためにDX(デジタル・トランスフォーメーション)化に取り組んでいます

DX化とは、開発にデジタル技術を積極的に使っていこうとする活動のことを一般的に指しています。具体的には、Iot(Internet of Things)、AI(Artificial Intelligence)、VR(Virtual Reality)、ビッグデータ解析、デジタルツインなどのデジタル技術はすべてDX化の中に含まれます。

この記事では、デジタルツインに焦点を当てて、自動車業界でどのように活用されているのかの事例を紹介していきたいと思います。

デジタルツインは開発と製造の両面で有効

自動車業界において、デジタルツイン技術は開発と製造の両面に対して有効です。開発では製品の性能向上につながります。一方、製造ではリードタイム短縮や生産設備の保全に効果的です。

開発と製造では考え方がまったく異なるように思えますが、同じ考え方が適用できます。その詳細は後述します。

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デジタルツインとはどのような技術?

デジタルツインとはデジタルの双子

ツインは「双子」という意味です。つまり、デジタルツインとは直訳するとデジタルの双子となります。

自動車に置き換えると、リアルワールド(現実空間)に実在するクルマの双子をバーチャルワールド(仮想空間)に用意することです。

そのバーチャルの双子で事前に新しいアイデアを試したり、未然に異常を検知したりして、その結果をリアルワールドの双子にフィードバックしてあげましょうという考え方がデジタルツインです。

IoTと組み合わせて稼働中のデータを利活用

デジタルツインはIotと組み合わせることによって、その効果が増大します。

IoT技術を用いてリアルワールドの双子、つまり走行中の自動車のデータや工場で稼働中の設備のデータをクラウド上のストレージに蓄積します。現在はCASEの中のコネクティッドの技術開発により、走行中のデータを取得できるようになってきています。

そして、IoTで取得したデータをバーチャルの双子に入力すれば、リアルタイムにリアルとバーチャルの比較ができるわけです。

現実に動いている自動車や工場設備の運転状況がリアルタイムに、そっくりそのままPCの中でモニターできるようになります。そして、以下で解説するような事例に活用することにより、業務の効率化が図られていくのです。

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デジタルツインの構築方法

ここまででデジタルツインの概要と有効性がわかりましたが、ここからは実際の作り方について説明します。

デジタルツインで最も重要なことは、リアルワールドの実機と同じ動きをすることです。それぞれがまったく動きをしていれば、それは双子ではなくただの他人です。

では、ツインにするためには何が必要なのでしょうか?それは、実機で起こっている現象をしっかり理解し、その特性を織り込むことです。例えば、自動車は物理法則に従って動いています。したがって、デジタルツインも運動方程式、慣性の法則、作用・反作用の原理という運動の基本法則でモデリングすべきです。

しかし、実機には教科書に書かれているようなシンプルな方程式だけで挙動が決まるわけではありません。実際には様々な外乱が加わることにより、非常に複雑を動きをします。

したがって、実機を精度良く再現するデジタルツインを構築することは想像以上に難しいことであり、それには高い技術力が要求されます。

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自動車業界における活用事例

開発現場での活用事例:新しいアイデアの事前検討

デジタルツインの開発現場の活用例として、新しいアイデアの効果を事前に検討できるということが挙げられます。

例えば、次世代車種の開発をしているときにデジタルツインを使って新しいシステムや制御ロジックの効果を確認することができます。現行車種のデジタルツインと公道を走行しているときのデータをIoTで取得できたとします。

そのときに、バーチャルの双子の車両システムや制御ロジックを次世代相当のものに変更してリアルとバーチャルの出力を比較するのです。リアルの車両システムや制御ロジックは現行車種から変更することはできません。

しかし、バーチャルでは好きなように変更することができるので、その変更の効果検証ができます。ハイブリッドシステムを次世代仕様に変更して、そのときの燃費性能を確認したり、制御ロジックをアップデートして、車両運動挙動を確認したりすることができます。

実車で変更することが不可能なシステム構成やパラメータなどを簡単に変更して、その効果の度合いを机上ですぐに測れるのは大きなメリットですね。

製造現場での活用事例:工場設備のメンテナンス

製造現場の活用事例としては、工場設備のメンテナンス時期の予測が向いています。

リアルワールドの設備では、見た目ではわからない異常が起こっているケースがあります。デジタルツインを使えば、人間の目には気付けないような小さな異常も早めに検知してメンテナンス時期のタイミングを予測することができます。

これにはAIとデジタルツインの融合が効果的です。開発現場での活用と同様に、IoTを使って稼働中の設備の時系列データをリアルタイムに取得できるとしましょう。そのデータをAIに学習させることによって、正常な状態と異常な状態を区別できるようになります。

例えば、ある設備の温度や圧力の時系列データをAIに学習しておいて、その値が異常値になれば事前に知らせてくれるようなデジタルツインを作るのです。そうすることによって、早期に設備の故障や部品交換のタイミングを知ることができ、工場の保全につながります。

このようなDX技術を使って工場設備の稼働状況や電力消費量をリアルタイムで監視して、改善に役立てる活動のことを「工場DX」と呼び、世界中の工場でDX化が進んでいます。

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まとめ

最後に、今回の記事の内容をまとめます。

  • デジタルツインとは、実機の物理特性を模擬できるシミュレーション環境をPC上に構築(デジタルの双子)し、そこで得られた結果を再度実機にフィードバックさせる開発手法
  • デジタルツインはIoTやAIと相性がよく、上手く組み合わせることによって相乗効果が得られる
  • 自動車業界では、次世代車種に実装予定の新しいアイデアの事前検討や工場設備の異常を早期に検知したメンテナンス時期の予測に用いられることが期待されている
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