デジタル倍増。 リフレクションによる設計

「彼らの主なタスクは、すべてを細かくチェックし、手術中に外科医に何をすべきかを外科医に説明することです。 あなたは彼に切開をして、「さて、次に何をすべきか」と尋ねて欲しくありません。 彼らは追加のオプションを提供し、患者の膝で働く医師は、手術前にどのような種類のインプラントが必要かを正確に知っています」とマイケル・グリーブスは説明します。何年も前。 このアイデアは、デジタルモデルを使用した製品開発のコストを削減する方法として2003年に最初に提案されたという事実にもかかわらず、現在ではこのアプローチのみが広く使用されています。 Greavesは、フロリダ工科大学のライフサイクルおよびイノベーション管理センターの教授、研究者、およびアシスタントディレクターです。 Greavesは2003年の記事「デジタルツインズ：バーチャルプラントプロトタイプに基づく製造の卓越性」で次のように述べています。実際に製品を使用している-メーカー向け。」



デジタルダブルという用語は、グリーブスがNASAで働いたエンジニアによって造られました。 問題の物体が人工膝関節または空力エンジンのどちらであるかにかかわらず、グリーブスは、統一されたアプローチを使用することで、製品の設計、製造、運用、および保守のコストを大幅に削減できると考えています。 コンピューター支援設計（CAD）の分野で働いている多くの企業がこのアイデアを承認しています。



産業用ソフトウェア会社のPTCは、組織と製品のサービスおよびサポートの両方のために、物理的な製品のデジタルツインのアイデアを支持しました。 これとともに、PTCは仮想現実（VR）および拡張現実（AR）テクノロジーを適用します。 そのため、たとえば、修理が必要なマシンにタブレットをカメラで向けると、ソフトウェアはデジタルダブルへの要求を行い、従業員が実行する必要があるアクションを決定します。 「設計時に作成された」CADデータを使用して、現実の製品からの実際のデータを同時に使用する「拡張現実の指示」を作成できます。 このようにして、障害が発生した場所を見つけ、障害の原因を理解することさえできます」と、PTCのCAD部門の副社長であるブライアントンプソンは説明します。 「これは、モノのインターネットおよびCADデータベースのデータに基づくVR / ARテクノロジーの最も有望な産業ユースケースのようです。 これらのテクノロジーを共有すると、プラスの効果が得られます。 これは、サービスエンジニアとして、製品をさらに操作する必要があるという特定のデジタルアイデアを得ることができる場合に非常に便利です。」 サービスエンジニアが最終製品に到達するずっと前に、仮想ダブルがCADモデルの形式で作成され、その後数年間、デジタルダブルと見なされるように広範囲に開発されました。



Greavesは当初、モデルの3つの基本要件を概説しました。これは、実際のデジタルコピーと呼ばれる場合があります。 「仮想ダブルの3つの要件を提案しました。最初の要件は外観の適合性のチェックですが、この要件を拡張して、知覚の評価をすべての感覚と一致させました。」 基本的な要件は外観だけではないことに注意することが重要です。 仮想視覚分析には、製品の部品分析およびすべてのコンポーネントの詳細な検査が含まれます。



Greavesの2番目の要件は、デジタル風洞での吹込みや応力解析などのさまざまなテストを実行する際に、仮想製品が現実的に動作する必要があることです。



彼の3番目の要件は、物理エンジンを使用して仮想製品から情報を取得することです。まるでユーザーが実際の製品を確認できるかのように、たとえばエンジンによる燃料消費量を決定します。



Greavesは、要件を満たすための産業能力の成長に注目しています。「今日、デジタルダブルの実装はどこにありますか？ 私が仕事を始めたばかりのとき、視覚的な要件さえ満たすことができませんでした-今日、これはめったに問題ではありません。 今日では、実際の車の写真と写真のレンダリングを区別できなくなりました。



ダッソー・システムズ・ユーロノースのエグゼクティブ・ディレクターであるスティーブン・チャドウィックは、「アウディ車のフォトリアリスティックなレンダリングはコマーシャルで長い間使用されてきました。 3D Excite製品を使用すると、結果のデジタルビデオを映画と区別することは困難です。 テレビや映画館で見るアウディコマーシャルは、当社のソフトウェアプラットフォームのみを使用して制作されています。 美しく完璧なアウディ車のように見えるのは、実際にはCADモデルに基づいた視覚化です。

デジタル制作

Greavesの最初の2つの要件にほぼ対応するデジタルコピーは、「仮想プロダクション」の作業で使用でき、各「ステーション」で補足されます。 デジタルツインが生産前データとコンピューター支援設計（CAE）データを受信するのは、これらの瞬間です。 仮想製品の操作が実行される工場デジタルステーションのそれぞれ：製品ノードのアセンブリと製品の最終アセンブリも、すでに以前にモデル化されています。



「デジタル工場でデジタル製品を組み立てることができます。これにより、所定の製造プロセス向けに製品を組み立てていることを確認できます」と、シーメンスのソフトウェア開発担当エグゼクティブバイスプレジデントであるZvi Feyer氏は説明します。 シーメンスは、ロボットやコンベヤーなどの複数の機械の共同作業、および障害や回復の可能性をシミュレートできます。 Feuer氏は、デジタルツインが仮想プロダクションテクノロジーを通じて企業がどのようにお金を節約できるかを説明しています。 「最初の10〜20サイクル[新製品の発売]で、問題が発生する可能性があります。 サプライヤーに提供された情報は十分に正確ではなく、サプライヤーは間違った材料または製造プロセスを使用しました。 これらの部品は互いに適合せず、公差は予想よりも大きくなります。 私たちはこれに直面しています、それは何度も起こります。 今日、私たちは組み立ての可能性を予測し、プロセスに最大の影響を与える公差を決定する機会を持っています。」 Greavesはこれらの企業、特に生産をシミュレートする仮想製品を提供できない航空宇宙産業の企業について深刻な苦情を持っています。 「ボーイングとロッキードマーティンは、ベンダーが検証できるように仮想モデルを送信する必要があります。 これはボーイングとエアバスにとって非常に重要だと思います。彼らは物理的な製品とともに仮想情報を取得します。 彼らは、次の基準に基づいてサプライヤを選択します。「仮想モデルを提供できるはずです。」これは、将来このモデルを作成する際の遅延を避けるためです。」

仮想テスト

デジタル工場での製造のシミュレーションに基づいて仮想製品が改善されると、潜在的なコスト削減のもう1つの分野、品質管理のシミュレーションがあります。 高価なツールやスタンドの代わりに、すべてがコンピューター内部でモデル化されています。」 仮想テストには、物理​​テストよりもコストの面で利点があります。 航空宇宙産業で1つまたは2つのテストを行うと、すべて同じように高価ですが、実質的に追加費用なしで非常に多くのテストを実行できます」と、Greaves氏は言います。 チャドウィックは次のように付け加えます。「多くのお客様が[Dassaultソフトウェア]プラットフォームを使用してこのようなチェックを実行できることを発見しました。 デジタルデータモデルはかなり正確です。」 その後、承認後および運用フェーズ中に、製品のパフォーマンスを向上させ、製品の将来のバージョンの欠点を考慮に入れるために、内蔵センサーからフィードバックを受け取ることが想定されています。 昨年、PTCは、このアプローチを使用して、仮想製品（この場合は自転車）を改善する方法を示しました。 トンプソンはこれを次のように説明します。「お客様は、美徳として、操作中にパラメーターの変更を追跡できることを確認しています。



自転車の例で得た結果は、秋に公開されます。」 それにもかかわらず、トンプソンはすべての製品パラメータのデータを処理するのに困難を感じています。 「10,000個の自転車をリアルタイムで追跡する10,000個のユニークな製品モデルがある場合、大量のデータを取得します。」 解決策は、自転車のフォークなどの主要な設計要素を強調することです。 彼は、ビジネスの観点から、データの全量が冗長になる可能性があり、その処理に関連するコストが不当になる可能性があることに注意します。 代わりに、自転車のフォークの摩耗などの主要な製品パラメーターを強調表示することで、特定の製品の改善に関する情報を提供することでデータ処理コストを削減します。

ビッグデータ

Greavesは、ビッグデータの問題の解決策を検討していません。 「データ構造は心配していません。 こうした問題をすべて解決するために必要なツールがあります」と彼は言います。 彼は、情報技術の分野での協力の欠如をより懸念しており、開発は速すぎて、標準の形成よりも速くなっています。 「私たちが期待できる最善の方法は、協力です。そのため、すべての開発者は、一緒に使用するのが難しい多くの独自のデータ構造を持つ代わりに、同じサンドボックスで一緒に遊ぶことができます。 この状況での障害は、情報セキュリティです。 「これは最も差し迫った問題の1つです」とGreaves氏は言います。 「見た目を反映したインテリジェント製品を作成する場合、すべてではなく、許可されたユーザーのみがこの情報にアクセスできるようにする必要があります。 これを高度な妄想で治療することをお勧めします。 誰が情報を要求しているかを判断する必要があります。」



情報セキュリティは、デジタルツイン、モノのインターネットIoTの概念をサポートする別のIT業界の基本でもあります。 Thomsonによると、IoTを使用するための同社の戦略は、仮想製品と密接に関連しています。「デジタルカウンターパートの戦略はあるが、IoTの戦略はないというのは奇妙に思えます。 これら2つのテクノロジーを接続する方法が必要です。」 IoTのアプローチは、航空機エンジンメーカーによってすでに広く使用されています。 Greavesは次のように説明しています。「ロールスロイスはまさにそれを行います。 彼らに尋ねると、彼らは個々のエンジンと個々のフライトのデータを収集するので、巨大な相関メカニズムを使用して製品の故障を予測する機会があります。 このステータスとそのステータスを見ると、そのコンポーネントに問題があることがわかります。 Feuerによると、このようなリアルタイムIoTの比較は、製品の設計や修理だけでなく、企業のビジネスモデルの改善にも役立ちます。 例として、彼は印刷会社のビジネスモデルを引用しています。 「印刷会社を検討してください：なぜスマートなのですか？ 今日の技術により、製造業者が情報を収集するセンサーを設置できるようになり、印刷されたページの支払いやインクの支払いなど、新しいビジネスモデルを提供できるようになりました。

デジタルダブルスとPLM

この仮想製品の使用は、製品ライフサイクル管理（PLM）に似ています。 これは、デジタルツインの概念が現在PLMの一部と見なされているという事実にも起因しています。 PLMの定義は、初期化、設計、エンジニアリング、生産準備、保守、廃棄など、製品ライフサイクル全体を管理するプロセスと見なされます。 Greavesのデジタル対応製品と同様に、PLMの実装の度合いは業界ごと、企業ごとに異なり、仮想製品の概念も異なります。 Feuerは次のように述べています。「デジタルダブルは、デジタル製造企業のコンセプトであるインダストリー4.0への移行に対するPLMソリューションです。



トンプソンは、PLMを仮想製品とデジタルコピーが「作成」される場所の組み合わせと見なしています。 彼はまた、PLMからのデータと、ライフサイクル管理の外に置くエンタープライズリソースプランニング（ERP）などの領域を組み合わせたものと考えています。 「製品の製造段階に移行するとすぐに、PLMシステムとの接続が終了し、ERP領域または同様のシステムでダブルのパラメーターを監視します。」 ダブルは、すべての必要な情報、PLMアクティビティのフレームワーク内の会社情報、およびサービスセンサーからの情報などを効果的に収集し、元のCADモデルを補完します。 Feuerは、PLMをより広く見ることを提案します。「PLMは常に進化しています。 15年前に上司に聞いたら、PLMはCADデータ管理であり、CADはいくつかのCAEツールのセットであると彼は言うでしょう。 しかし、今日彼に尋ねると、彼は知的製品の全分野をカバーするシステムとしてのPLMについて語ります。これには、CADモデル、そしてCADモデル、CAE、生産、ソフトウェア、生命管理の出現前にさえ形成される製品要件が含まれますエレクトロニクスのサイクルと統合フェーズ。」 Greavesのデジタルダブルのアイデアが業界で開発されているように、PLMも静止していません。 Feuerは、「今日のPLMが35年前に始まったこの旅よりも優れていることを常に認識しています」と考えています。 Greavesのデジタルダブルの概念はゆっくりですが、技術的に実現されています。 この技術の応用に関しては、おそらく航空宇宙産業が最も先進的です。 GreavesとNASAの同僚がこのアイデアを形成してから13年で、このコンセプトは当時使用されていたアプローチよりも有利であると見なされたことは明らかです。 そして、将来のこれらの際立った利点は、ビジネスモデルとサービスの変化への影響を含め、さらに大きな影響を及ぼします。 それで、35年後に何が起こるでしょうか？