Using the power of innovation to impact the world around us
Signals+ ニュースレター登録
Signals+はコネクティビティ、デジタルヘルス、モビリティ、スマートインダストリーに関する最新情報をお届けします。
ありがとうございます。ご登録のメールアドレスにお送りしたメールを確認し、ニュースレター登録を完了させてください。
世界中の人々の生活に影響を与える、画期的なテクノロジーに関する最新情報をタイムリーにお届けします。
閉じる二度測って一度で切れ（失敗しないよう準備を万端にせよ）：デジタルツインはどのようにして複雑な設計を確実に加速させるか
主なポイント
|
現在のシステム設計者は、より速く行動し、コストを下げ、複雑さを管理するというプレッシャーが高まる中に置かれていながらも、昔ながらのハードウェア優先の開発によって、チームは「設計・構築・テスト」のサイクルを何度も繰り返さなくてはなりません。しかも各工程が時間とコストを要し、リスクも伴います。
デジタルツインによって、ハードウェアに実装する前に、エンジニアがシステムの動作をデジタル的にシミュレーション、検証、精密化できるようになり、それによって、この状況が変わりつつあります。現在では、その設計でどのような性能が得られるかを推測するのではなく、前もってモデル化し、ストレス試験を行い、最適化できます。
デジタルツインとは
デジタルツインは、物理的なシステムに対する、データに基づいた仮想的なレプリカであり、ICから車両、工場、航空機、医療機器などにいたる多数の領域において現実世界での動作をシミュレーションし、最適化します。デジタルツインは、自動車、産業、エネルギーなどのアプリケーションで用いられ、多くの場合、実際のハードウェアがリアルタイム・シミュレーションと相互作用する、ハードウェア・イン・ザ・ループ（HiL）を含んでいます。HiLにより、ECU、バッテリ管理（バッテリ・マネージメント）、操舵、サスペンションなどのリアルタイム・サブシステムのような複雑なシステムの検証が可能になり、コスト、リスク、開発時間の削減につながります。
デジタルツインによる業界横断的なメリットの俯瞰
- 開発および収益獲得の加速
仮想シミュレーションにより、物理的なプロトタイプ化が減少し、検証スピードが増加します。これにより、顧客サイクルでのデザイン・インが早まり、販売プロセスを短縮できます。それに伴い、より早期に収益化を開始できると共に、手動によるサポートへの依存度が下がります。 - 予防保全と継続的な最適化
リアルタイムでデータを比較することにより、予防保全のための異常を早期に検出できます。それと同時に、性能、エネルギー使用量、スループット、品質の継続的な最適化が可能になります。これにより、ダウンタイムをなくし、稼働効率を向上できます。 - バリュー・チェーン全体でのコスト削減
仮想試験と最適化された動作により、CAPEX（少ないプロトタイプ、少ない再作業）およびOPEX（労力、エネルギー、保守、フィールド・サポート）が低減します。 - 安全性、信頼性、コンプライアンスの向上
極端な状況または不安全な状況を仮想的に試験することにより、航空宇宙／防衛、オートモーティブ、ヘルスケア、インフラストラクチャの領域全体において、安全性、信頼性、規制コンプライアンスが向上します。 - プレミアムな位置付けと実証済みの結果
シミュレーションにより検証されたシステム性能は、部品専門の競合他社のソリューションとの差別化ができ、単なる仕様ではなく実証済みの結果を提供することにより、有意な価格設定が可能になります。 - スケーラブルなプラットフォーム収益
デザイン・ウィンの早期化と検証済みのモデルにより、複数の顧客プログラムや製品世代にわたって再利用が可能になり、プラットフォーム収益が拡大されます。
理想的には、デジタルツインは、意思決定をリアクティブなものから予測的なものに変換し、複雑で高価値のシステムにおいて、速度の増加、コストの削減、信頼性の向上をもたらします。
アナログ・デバイセズ、MathWorks、Leonardo：デジタルツインに息を吹き込むアナログ・デバイセズは、MathWorks（コンピューティング・ソフトウェア業界のリーダー）およびLeonardo（航空宇宙／防衛システム分野におけるグローバル・リーダー）と提携し、デジタル優先の設計を理論上のものではなく具体的な形にしました。アナログ・デバイセズとMathWorksは、共同して取り組むことにより、MATLAB®およびSimulink®において高度なデジタルツイン機能を実現し、強力なシミュレーション・ツールを技術者に提供しました。 Leonardoは、アナログ・デバイセズのデジタルツイン・モデルを防衛用のフェーズド・アレイ設計に活用し、ハードウェアへの実装に踏み切る前に、選択した部品やシステムレベルの性能を評価しました。それにより、Leonardoは、購入前にアナログ・デバイセズの部品をデジタル的に評価することができ、開発を加速すると共に、ハードウェア投資の決定に伴うリスクを低減しました。
|
デジタルツインが各業界に与える影響の例
オートモーティブ（EVおよびADAS）
- 車両、バッテリ・システム、製造ラインをモデリング
- 設計の検証およびソフトウェアのテストを加速
- 故障を予測し物理的なプロトタイプ作製を削減
航空宇宙および防衛
- 航空機、推進システム、構造をモデリング
- 資産の健全度を評価、安全性を向上、ライフサイクルを延長
- 保守および検査に伴うコストを削減
- フェーズド・アレイ・システムのシミュレーションにより、コストを要する物理的なプロトタイプ作製を行わずに様々な条件で性能を最適化
エネルギーおよび電力
- 電力網、タービン、産業用システムをモニタ
- 効率を向上、故障を予測
- 再生可能エネルギーへの移行をサポート
ヘルスケアおよび医療用機器
- 機器、器官、生理学的システムをモデリング
- 個人に合わせた治療計画が可能
- 開発を加速、患者アウトカムの改善を支援
産業オートメーションおよび製造
- 工場および機械をデジタル的にミラーリング
- 生産フローを最適化、メンテナンスの必要性を予測
- ダウンタイムを削減、コミッショニングに要するタイムラインを短縮
スマート・インフラおよびスマート・シティ
- 道路、建物、インフラ・システムをモデリング
- 交通量、エネルギー利用率、安全性を最適化
- 長期的な都市計画を支援
デジタルツインを活用するための主な技術
| 技術 | 機能 | 利点 |
| 高精度センサー（MEMS、環境、慣性、位置） | センサーは、現実世界の物理パラメータ - 温度、振動、圧力、モーション、フロー、生体信号 - をキャプチャし、デジタルツインに連続的にデータを供給します。 | 高精度で低ドリフトのセンシングにより、仮想モデルが現実をほぼ正確に反映できるようになるため、予測、シミュレーション、異常検出が信頼できるものになります。 |
| シグナル・コンディショニングおよびアンプ | 生のセンサー信号は、デジタル化の前に、フィルタ処理、増幅、安定化が行われます。これは特に、ノイズの多い工業、自動車、医療の環境において重要になります。 | データのノイズを少なくすることによりモデルの忠実度が向上するため、機械、車両、医療機器などのツインにおける誤警告が減少し、予測の正確度が高まります。 |
| 高性能データ・コンバータ（ADCおよびDAC） | 物理信号をモデリング、シミュレーション、AI推論用の高精度デジタル・データに変換します。あるいは、シミュレーションを基に物理システムを駆動します。 | 高分解能・低レイテンシにより、リアルタイムの高忠実度デジタルツインが、EV、航空機、ロボット工学などの安全が重視されるシステムにとって最適なものになります。 |
| エッジ処理および組み込みインテリジェンス | アナログ・デバイセズのプロセッサおよびエッジ・ソリューションは、データがクラウドや制御システムに送られる前に、ローカルで分析、フィルタ処理、推論を実行します。 | 帯域幅、レイテンシ、クラウド・コストが削減され、予防保全やシステム最適化に向けたより速い意思決定が可能になります。 |
| パワー・マネージメントおよびエネルギー・ソリューション | 効率的な電源レギュレーションが、分散型システムにおける常時オンのセンシングおよびエッジ・インテリジェンスをサポートします。 | システム稼働時間の延長、エネルギー消費の低減、拡張性のより高いデジタルツインの展開。 |
| コネクティビティおよび産業用インターフェース | 産業用イーサネット、Ethernet-APL、センサーからクラウドへのコネクティビティなどのソリューションが、物理的な資産とデジタルツイン・プラットフォームを結び付けます。 | 製造現場、車両、航空機、ヘルスケア・システム全体にわたるシームレスなデータ・フローが、デプロイメントとインテグレーションを推進します。 |
専門技術は替えが効かない - アナログ・デバイセズの強み
アナログ・デバイセズは、高品質の物理データとデジタルツインを結び付けることでその信頼性を保証し、様々な業界にわたるリスク低減とROIの最大化を実現します。その違いは、現実世界の性能を高い信頼度で予測できるよう仮想モデルを変換する、以下のアナログ・デバイセズの技術にあります。
- 信号源での高い精度：超低ノイズ・センサー、高分解能ADC/DAC、堅牢なシグナル・コンディショニングによって、デジタルツインは近似ではなく現実を確実に反映するものになります。
- システムレベルの統合：センサーから接続性までをカバーするフル機能のシグナル・チェーンが、展開を促進すると共に統合リスクを低減します。
- セーフティクリティカルな信頼性：故障が許されない、オートモーティブ、航空宇宙／防衛、医療の各アプリケーションで実績のある性能を提供します。
- エッジ・インテリジェンス：リアルタイム処理により、工場、車両、航空機において時間を争う意思決定をサポートできるインサイトを、瞬時に提供します。
デジタルツイン技術は幅広く利用可能です。しかし、アナログ・デバイセズの高精度計測器およびシステムに関する専門技術は、信頼性、拡張性、およびデジタルツインの投資利益率を直接向上させることのできる、独自の地位を確保しています。
デジタルツイン：初回での成功を導くデジタル検証
「二度測って一度で切る」という大工の古い格言がありますが、デジタルツイン技術をこれほど的確に言い表している言葉はありません。仮想的なプロトタイプ作製により、ハードウェアに移行する前に何回でも測定ができるためです。デジタルツインは、物理的な世界とデジタルの世界の架け橋となるものです。6Gから航空宇宙、オートモーティブ、工業用オートメーションにいたるまで幅広く開発を促進すると共に、コストを削減し、また、初回成功の確率を高めます。AIの統合化が進み協業のエコシステムが成熟するのに伴い、初回で成功することに専心する組織にとって、この技術がますます競争優位性を決定づける重要な要素となることでしょう。
