DX（デジタルトランスフォーメーション）
2026.01.31
デジタルツインの工場・製造業における活用事例3選 | 制作方法についても
目次
製造業のDX推進において、デジタルツインは今や欠かせない技術となっています。本記事では、工場や製造現場での具体的な活用事例から、実現を支える技術まで、実務者の視点で詳しく解説します。デジタルツインによる業務変革の可能性を、ぜひご確認ください。
デジタルツインとは?製造業で注目される理由
デジタルツインの基本概念
デジタルツインとは、現実の物理的な資産やプロセスを仮想空間に忠実に再現したデジタルモデルです。単なる3Dモデルではなく、センサーやIoT機器から得られるリアルタイムデータと連携し、現実世界と同期しながら稼働する点が最大の特徴となります。
製造業においては、工場全体の設備配置、生産ライン、設備の稼働状態などを仮想空間で可視化し、シミュレーションや分析を行うことで、現場での試行錯誤やリスクを最小限に抑えながら最適化を図ることができます。
製造業での導入が加速する背景
製造業でデジタルツイン導入が注目されている背景には、複数の要因があります。第一に、労働人口の減少による熟練技術者不足への対応です。デジタルツインを活用することで、経験の浅い作業者でも仮想空間でのシミュレーションを通じて安全に学習でき、技術継承の課題解決につながります。
第二に、設備投資の最適化ニーズです。新規設備導入やレイアウト変更の際、実際の施工前にデジタル空間で検証することで、コストロスや手戻りを防ぐことができます。特に大規模な改修工事では、数千万円から数億円規模のコスト削減効果が期待できます。
第三に、グローバル化とリモートワークの進展です。海外拠点や複数の工場を持つ企業では、現地に行かなくても詳細な現場状況を把握し、意思決定できる環境が求められています。デジタルツインは、時間と場所の制約を超えた協業を実現する基盤技術となっているのです。
事例1:プラント工事における安全性と効率性の向上
導入の背景
渡辺鐵工が手掛ける製紙工場や化学プラントでは、屋外に大型タンクが十数台並んでいたり、高さ数十メートルの建屋の天井付近に複雑に配管が設置されているのが一般的です。従来、こうした設備の現場調査では大掛かりな足場を設置したり高所作業車を搬入して作業員が直接計測を行っていました。
しかしコストやスケジュールの観点から準備が難しい場合には、作業員が長いはしごに上って不安定な体勢で計測を行うこともありました。「限られたリソースのなかで安全第一で作業を行うために、本来は計測すべき箇所も作業を断念せざるをえない場合があります」と工事部部長の鴫原一範氏は語ります。
その結果、設計時には設備や配管の一部は想像を交えながら図面を作らざるを得ず、現場と不一致な図面を基に工事を行えば、新設する配管が既存の配管・配線に干渉して収まらないなど問題が発生していました。予定外の作業は要員を追加して対応するしかなく、コストアップに直結し、場合によっては工期が守られないというリスクを常に抱えていました。
導入内容
こうした問題を解消するため、渡辺鐵工は3Dスキャナーによる現場計測とInfiPointsを導入しました。
「InfiPointsの評判は聞いていましたが、購入前に体験版を使ってみることにしました。他社製品とも比べてみましたが、大きな点群データからの形状自動抽出処理のスピードが特に優れていました。他社製品では処理が終わらないデータでもInfiPointsは正常に処理をしてくれて、その安定性にも惹かれました」（鴫原氏）
点群データを取得しておくことで、工場に頻繁に立ち入ることができない場合でも細かい部分の確認が可能になりました。またInfiPointsで閲覧用ファイルを作成し、お客様に工事の内容を事前に3Dで確認してもらったり、現場に訪れたことのない作業員にデータを共有することで、関係者全員で工事のイメージのすり合わせができるようになりました。
導入後のメリット
高所作業の安全性向上
危険な高所での計測作業を削減し、3Dスキャナーで安全に現場データを取得。作業員の安全リスクを大幅に低減
設計精度の向上
想像に頼らず正確な現場データに基づいた設計が可能に。配管干渉などの問題を事前に回避し、手戻りを削減
関係者間の情報共有
点群データを活用した3D可視化により、顧客や作業員との工事内容のすり合わせがスムーズに。不必要な資料作成や説明時間も短縮。
さらに渡辺鐵工では、ポンプや大型タンクの制作と据え付け工事も請け負っており、今後は新規設備と既設設備・配管との干渉を事前にチェックする搬入シミュレーションもInfiPointsで行っていく予定です。点群を目先の改修工事に活用するだけでなく、現状をリアルに再現した大事な情報資産として保存・管理し、将来必要な時にしっかりと活用できる体制を維持していく考えです。
事例2:安全教育とトレーニングへの活用
導入背景
Amsted Railは約150年の歴史を持つ鉄道車両部品メーカーで、世界で最も過酷な環境下で稼働する鉄道車両の信頼性を支えてきました。COO(最高執行責任者)のMatt Cook氏は、ポストコロナ時代の製造業には革新的なアプローチが必要だと考え、自動化、AI、デジタルツインなどの技術を活用して業務効率を高め、競争力を強化する方針を打ち出しました。
特に重要視したのが、安全性の向上です。「当社の戦略は安全から始まり、安全で終わります。Industry 4.0技術も同じであるべきだと考えました」とCook氏は語ります。従来の安全教育では、実際の設備を使った訓練は危険が伴い、限定的な内容にとどまっていました。また、新入社員や協力会社の作業者への教育では、口頭説明や2D資料では実際の空間感覚や危険箇所を理解してもらうことが困難でした。
導入内容
Amsted RailはPrevu3Dのデジタルツイン技術を導入し、3Dスキャンデータから作成したリアルな3D環境を活用した没入型の安全教育プログラムを構築しました。
30万平方フィート(約28,000平方メートル)を超える建物を数週間でスキャンし、Prevu3Dで処理することで、施設全体のデジタルツインを作成しました。このデジタル環境内では、仮想3Dアバターを使って従業員を表現し、リアルなロールプレイングシナリオや協働訓練を実施できるようになりました。
作業員は安全で管理された環境の中で、危険な状況を疑似体験しながらスキルを磨くことができます。実際のリスクにさらされることなく、緊急時の対応訓練や、普段は立ち入らないエリアでの作業手順を習得できるようになりました。
導入効果
没入型安全教育の実現
リアルな3D環境での訓練により、従業員の理解度とエンゲージメントが大幅に向上。実際のリスクなしで危険な状況を体験可能に
施設改修の効率化
デジタルツイン上で生産ラインの移設や設備配置をシミュレーション。従来の2D設計と比較して大幅な時間短縮を実現
持続可能性の向上
空気品質改善などのプロジェクトを仮想空間で検証し、最適な持続可能ソリューションを短期間で実現。
「Prevu3Dにより、実際の作業を行うことなく製造プロセスを最適化できます。生産ラインのクリアランスを含む施設全体の静的テストを仮想的に実施できるのです。重要なのは、従来の2D設計に比べてほんの一部の時間でこれを実現できることです」とCook氏は語ります。
Amsted Railの先進的な取り組みは、健康、安全、持続可能性を事業の中心に据えた継続的改善の文化を体現しています。Prevu3Dとの協業により、没入型トレーニングと業務実践の新時代を切り開き、これらの重要な分野でさらなる成功を収めています。
事例3:製造ラインのメンテナンス意思決定支援
- Company: CNH Industrial (イタリア・スッツァーラ工場)出典
導入背景
CNH Industrialは、Case、New Holland、Ivecoなど12のブランドを擁する世界的な資本財メーカーです。180カ国に66の製造拠点と53の研究開発センターを持ち、63,000人以上の従業員を抱えています。製造プロセスのデジタル化が進む中、同社はIndustry 4.0技術を適用する有望な領域としてメンテナンスプロセスに着目しました。自動車および関連産業では、ダウンタイムのコストが非常に大きく、CNHIのようなグローバル企業では、わずか1分間のダウンタイムで16万ドル以上のコストが発生する可能性があり、この数字は年々増加しています。そのため、ダウンタイムを削減するためのメンテナンス改善は、大きな成功をもたらす可能性がありました。最も重要な領域を特定することで、わずかな改善率でも多額のコスト削減が可能になります。同社は、異なるメンテナンスポリシーを評価・選択するためのデジタルツールをテストすることを決定し、Fair Dynamicsとパイロットプロジェクトに合意しました。対象は、イタリアのスッツァーラ工場にあるIveco Dailyバンのシャーシ溶接を扱う単一の製造ライン(Mascherone line)です。
導入内容
Fair Dynamicsは、AnyLogicソフトウェアを使用してエージェントベースのデジタルツインを構築しました。このデジタルツインは、製造ラインを仮想環境で表現し、様々なシナリオにおける可能なメンテナンスポリシーの効果をCNHI経営陣が確認し、情報に基づいたメンテナンス意思決定を可能にします。デジタルツインは以下のエージェントで構成されています 。- バンエージェント:生産するバンのタイプに応じて異なるエージェントがあり、各タイプは異なる処理(異なる作業、ステーション、ロボットが関与)を必要とし、これがコンポーネントの劣化に影響
- ステーションエージェント:各ステーションは含まれるロボットの数によって特徴付けられ、特定のルールによって制御
- ロボットエージェント:各ロボットにはセンサーが装備され、ロボットの実際の状態に関する信号をシミュレーションモデルに送信。各ロボットエージェントには、受信した信号に従ってロボットの劣化を予測する特定のPHM(予知・健全性管理)モデルが提供
このデジタルツインにより、3つの基本的なメンテナンスポリシーをテストできるようになりました。
- 定期メンテナンス(スケジュールに従ってコンポーネントを交換)
- 状態基準メンテナンス(警告信号に従ってコンポーネントを交換)
- 予知メンテナンス(状態と使用状況の情報に基づいたスケジュールでコンポーネントを交換)
AnyLogicソフトウェアは、エージェントベースモデリングを可能にするだけでなく、Fair Dynamicsが予測ELF(機械学習)モデルを組み込むことを可能にするカスタマイズを実現しました。モデリングと機械学習技術の統合は、このようなシステムにおいて大きな可能性を持っています。
導入効果
詳細な経済・生産影響の可視化異なるメンテナンスポリシー構成の経済的・生産的影響について、詳細で実証的な情報を取得可能に。What-ifシナリオ分析メンテナンスポリシー、生産計画、作業スケジュールなどのコアパラメータを変更して様々なシナリオを実行し、変更がメンテナンスコストに与える影響を迅速に理解。包括的なデータ提供総生産量、メンテナンス時間、スペアパーツの総コスト、メンテナンスの作業コストなど、幅広いデータを提供し、効率的な生産ライン運用を確立。
デジタルツインは近い将来と遠い将来の両方に対応でき、シミュレーションに使用することで、シナリオを分析・比較するための使いやすいツールを提供します。これにより、効率的な生産ライン運用を確立するための詳細かつ包括的なツールとなっています。このプロジェクトは、CNH IndustrialがWorld Class Manufacturing(WCM)の原則を適用する中で実施されました。当時、同社はWCMゴールドレベル賞を1つしか持っておらず、スッツァーラのIveco工場は2つ目の賞に非常に近い状態でした。新技術がその達成にどのように貢献できるかを確認したいと考えていたのです。
デジタルツインの制作方法:主要な技術とサービス
デジタルツインを実現するためには、現実空間のデータ取得から3Dモデル化、データ統合、可視化まで、複数の技術を組み合わせる必要があります。ここでは、製造業で実際に活用されている代表的なソリューションを紹介します。
InfiPoints
レーザースキャンで取得した点群データから、高精度な3D CADモデルを生成できるソフトウェアです。
Vuforia
AR技術を活用し、3Dデータと実際の現場を重ね合わせて表示できるプラットフォームです。
Matterport
4K写真ベースで、最も手軽にデジタルツイン導入を始められる技術として注目されています。
InfiPoints:点群データから精密3D CADモデルへ
InfiPointsは、レーザースキャナーで取得した数億点にも及ぶ点群データを、設計や施工に使える3D CADモデルに変換するための専門ソフトウェアです。プラント設備や工場建屋など、複雑な形状の構造物を高精度でモデル化できることが最大の強みです。
特に既存設備の改修や増設プロジェクトでは、現状を正確に把握することが成功の鍵となります。InfiPointsを使用することで、配管の曲がり具合や設備間のクリアランスまで、ミリ単位の精度で3Dモデル化できるため、設計段階での干渉チェックが可能になります。
製造業での活用場面
- 老朽化設備の更新計画における既存設備の3Dモデル化
- 複雑な配管ルートの設計検討とシミュレーション
- 工場レイアウト変更時の設備配置最適化
- 竣工図が失われた設備の図面復元
点群データは建設業界では既に標準的な技術となっていますが、製造業でも活用が広がっています。InfiPointsは、その点群データを実務で使える形に変換する橋渡し役として、重要な位置を占めています。
Vuforia:AR技術で現場と3Dデータをつなぐ
Vuforiaは、PTC社が提供するエンタープライズ向けAR(拡張現実)プラットフォームです。タブレットやスマートグラスを通して現実の設備に3Dデータや作業手順を重ね合わせて表示することで、作業者が直感的に情報を得られる環境を実現します。
製造業では、複雑な設備の保守作業や組立作業において、紙のマニュアルを見ながらの作業は効率が悪く、ミスも発生しやすい状況でした。Vuforiaを活用することで、実際の設備を見ながら、その場で必要な情報にアクセスでき、作業品質と効率が大幅に向上します。
具体的な活用例
ある重工業メーカーでは、大型機械の定期メンテナンスにVuforiaを導入しました。保守作業者がタブレットを設備にかざすと、締め付けるべきボルトの位置、トルク値、点検項目などが3D表示されます。この結果、作業時間が平均30%短縮され、作業漏れもゼロになりました。
また、新入社員の教育にも効果を発揮しています。実際の設備を前に、内部構造や動作原理をARで可視化することで、理解度が飛躍的に向上しました。
Vuforiaの主な機能
- 3Dモデルの実物への重ね合わせ表示
- 作業手順のステップバイステップガイド
- リモート専門家によるリアルタイム支援
- 作業履歴の自動記録と分析
Matterport:最も手軽なデジタルツイン導入の選択肢
Matterportは、専用カメラで撮影した4K画像をもとに、誰でも簡単に高品質なデジタルツインを作成できるプラットフォームです。複雑な操作は不要で、カメラを設置してボタンを押すだけで、自動的に360度パノラマ画像と3Dモデルが生成されます。
最大の特徴は導入ハードルの低さです。レーザースキャナーのような高価な機材は不要で、専門的なCADスキルも必要ありません。撮影から公開までわずか数時間で完了するため、スピード感を持ってデジタルツイン活用を始められます。
製造業での活用メリット
Matterportは、写真ベースのため視覚的にわかりやすく、経営層への報告や関係者間での情報共有に最適です。工場全体を「歩いて見て回る」ような体験ができるため、現地に行けない状況でも詳細な状況把握が可能になります。
遠隔地からの現場確認 - 海外拠点や複数工場を持つ企業で、移動コストと時間を削減
改修計画の事前共有 - 関係者全員が同じ現場イメージを共有し、意思決定を迅速化
設備管理の効率化 - 現場に行かずとも設備配置や状態を確認でき、管理業務を効率化
安全教育への活用 - 実際の現場を仮想体験することで、安全意識と理解度が向上
さらに、Matterportで作成したデータは、測定機能により空間の寸法を計測できるため、簡易的なレイアウト検討にも活用できます。高精度なCADモデルまでは不要だが、現場の視覚的な記録と基本的な寸法情報が欲しいというニーズに最適なソリューションです。
ファクトリー・イノベーションがMatterport導入をサポートします
デジタルツインの可能性をご理解いただけたかと思いますが、実際の導入には「どこから始めればよいか」「自社に最適な技術はどれか」「投資対効果をどう見積もるか」といった疑問が生じることでしょう。
ファクトリー・イノベーションは、製造業のDX推進に特化したコンサルティング企業として、Matterportを活用したデジタルツイン導入を全面的にサポートいたします。
