让制造业DX成为现实的智能工厂
什么是在虚拟空间中再现工厂并挖掘工厂潜力的数字双胞胎？
计算机仿真广泛应用于科学技术研究和工业产品开发中。从半导体芯片到电子电路、机械零部件、发动机等复杂的机械系统，甚至是材料和化学产品等各种工业产品，通过将这些各种各样的工业产品用数字模型表现出来，可以在计算机上将现实世界中出现的电气、机械、物理和化学现象正确地重现出来。而且，无需实际花费精力、时间和成本来重复试制和实验，就能有效、高效地进行设计和生产工艺开发。
什么是在虚拟空间中重现工厂的数字双胞胎？
通过融合物联网技术、数字建模技术和先进的分析技术，仿真技术正在发展成为一种被称为“数字双胞胎”、具有新价值的技术（图1）。数字双胞胎是计算机上的数字模型，工厂的功能和状态被原封不动地复制到计算机上，其目的是解决现场发生的问题并提高生产率和质量。它是构建智能工厂的核心信息系统“CPS（Cyber-Physical System）”不可缺少的要素技术。
在迄今为止的仿真中，基于设计数据等创建数字模型。它被用于通过应用各种分析条件来预测产品的特性和行为。而在使用数字双胞胎的分析中，将通过传感器等检测到的实际存在物的特性和行为数据实时反映到基于设计数据的数字模型中。现实世界中的物品的性质和行为会随着经年劣化和使用环境的变化而发生变化。如果使用数字双胞胎，则可以进行考虑到这些现实变化后的分析。
传统仿真主要用于在设计时从材料和结构等各种选项中筛选出满足要求项目的理想条件。而数字双胞胎则用于预测已经存在的物品稍后的未来。它将用于寻找能够更加有效地使用产品的运用条件并进行理想和有效的维护等。
通过预测工厂稍后的未来可获得的好处
在智能工厂中，在什么情况下可以利用数字双胞胎？
例如，可以用于创建变种变量生产线的生产计划。在变种变量生产线中，需要进行生产品目切换准备，容易造成流水线受到干扰而紊乱或暂时停止生产，从而降低生产率。如果是同时生产多种产品的混合生产线，要考虑这些切换准备并找出能将工厂整体生产率最大化的生产计划是一项极其困难的作业。
以往，创建生产计划依赖于经验丰富的资深管理人员的经验。如果引入使用数字双胞胎的分析，就可以在计算机上对生产线的各种运用条件进行快速试错，并找到高效进行切换准备的方法和让生产率最大化的生产计划。
此外，如果能将生产线上的装置和设备的行为持续反映到数字双胞胎中，就可以在电脑上将时间快进，预测很久以后会发生什么。例如，可以预测由于工序之间合作不够充分并且逐渐积累而导致的被称为“短时间停机”的生产线停止、机床的工具等消耗品的更换时间、因疲劳而发生故障的时间等，并提前进行处理。
实现和利用数字双胞胎的技术
为了有效利用数字双胞胎，需要创建能够准确复制更接近实体的属性和行为的高精度数字双胞胎。
为此，除了利用物理和化学知识的建模技术之外，可以收集准确反映现场事物状态的数据的传感器技术也是必不可少的（图2）。但是，该应用中使用的传感器要求具有即使在高温环境、振动大的环境以及电磁噪声飞散的环境中也能收集高精度数据的耐环境性和高可靠性。
此外，在分析数字双胞胎以寻找理想生产条件或生产线运用条件时，需要先进的信息处理技术。可能会用到大数据分析、人工智能，甚至量子计算机。现在可能很难想象，但即使是中小型工厂也要通过云服务利用人工智能和量子计算机来分析数字双胞胎并将其用于工厂运用的时代已经近在眼前。
数字双胞胎的应用不仅限于智能工厂。人们正在尝试将公司整体的业务活动、供应链整体的物流状况以及整个城市的社会活动复制到数字双胞胎中，并将其用于优化运用。