インダストリアルメタバースの概要
産業メタバースの構築において、NVIDIA Omniverseは重要な基盤を提供しています。「機械が機械を作る」というエロン・マスクの言葉が示すように、スマートファクトリーはデジタルツインに依存しています。これらのデジタルツインは、実世界の実体やプロセスの仮想的な対応物であり、製品設計から生産及び物流プロセスの計画と管理、さらには納品後のデジタルサービス提供まで幅広く利用されています。シミュレーション技術やリアルタイムデータ解析は、このような取り組みを支える重要な要素です。また、使用される材料や製品ライフサイクル管理との関連性も考慮することで、より具体的な適用例を示すことができます。さらに、AIや機械学習による最適化手法を導入することで、企業は競争力を向上させることができるでしょう。
デジタルツインの重要性と役割
デジタルツインは、製品のライフサイクル全体にわたる情報を提供する唯一の真実の源として位置付けられています。物理的な実体は空間と時間に束縛されていますが、デジタルツインは過去の状態を集約し、行動を予測またはシミュレーションするために使用されます。スマートファクトリーのデジタルツインは、製造環境内のすべての要素の状態やプロセスを表す相互接続された複雑なシステムであり、過去の任意の時点や将来計画されたシナリオにおける状況を反映します。しかし現状では、一貫したデジタルツインを持つスマートファクトリーは存在せず、むしろ「デジタルシャドウ」と呼ぶべきものです。このような情報は、スマート製造バリューチェーン全体にわたって散在しています。これにはリアルタイムデータ収集技術が関与しており、その精度向上が製造プロセスにもたらす影響についても注目されるべきです。また、IoTデバイスや高性能素材など使用されるセンサーや材料が果たす役割も重要です。これによってデジタルツインが生産効率を最大化し、不具合予測にも寄与することが期待されています。
Comparison Table:
| 要素 | 説明 |
|---|---|
| NVIDIA Omniverse | 産業メタバースの基盤を提供し、デジタルツインの構築を促進するプラットフォーム。 |
| デジタルツイン | 実世界の実体やプロセスを仮想的に再現し、製品ライフサイクル全体で情報を一元管理。 |
| スマートファクトリー | リアルタイムデータ解析とシミュレーション技術に依存し、効率的な生産環境を実現。 |
| USD（ユニバーサルシーン記述） | 異なるアプリケーション間で共通の言語として機能し、非破壊的な変更が可能。 |
| AIと機械学習 | 最適化手法として導入され、生産性向上や不具合予測に寄与する。 |
スマートファクトリーのデジタルツインの現状
スマートファクトリーのさまざまな領域において、ビルやインフラの計画、製品設計、組立計画、物流計画、そしてメンテナンスなどが例として挙げられます。異なるデジタルファクトリーの領域間での協力は非常に重要です。各領域には、それぞれ特定のユースケースに関連する現実世界のリソースやプロセスを表す部分的なデジタルツインが存在していることがあります。このようにして、各ドメインはそれぞれのニーズに応じた情報を持ち寄りながら相互作用し合い、生産性や効率性を高めることが可能になります。また、このコラボレーションによって、全体として最適化された運用が実現されるでしょう。
異なるドメイン間での協力の課題
デジタルファクトリーのデジタルツインを構築する際には、技術的な面だけでなく、異なる分野の人々が協力して作業することも困難です。彼らはそれぞれの専門情報をもとに仕事を進めており、さまざまな場所で活動し、異なる専門ツールやビジュアル化手法を使用しています。このため、コミュニケーションや意思決定において多くの摩擦が生じてしまいます。こうした課題に対処するためには、まず通信プロトコルの標準化を進めることで異なるシステム間でのデータ交換を円滑にし、その上で共通のビジュアル言語やインターフェースを導入することが理解促進につながります。また、AIによる自動調整機能を活用すればリアルタイムで最適な作業環境が提供できる可能性があります。
供給者と製造業者間のデジタルツイン活用法
複雑な問題に対処することは単一の工場内では比較的容易ですが、製造ネットワークを考慮すると事態は非常に興味深くなります。部品供給業者の製品がOEM（元設備製造者）の製品に組み込まれ、工具供給業者の製品がOEMの製品を生産するための工場環境で使用されるからです。このような状況下で、サプライヤーとメーカー間でデジタルツインを活用することは、設計段階から生産プロセス全体にわたって有益です。エンジニアは正確な3D部品モデルとその物理特性（例えば材料）を用いてCFDシミュレーションを行うことができますし、生産計画担当者は最新のパフォーマンス属性を持つ生産資源のデジタルツインを利用して生産プロセスを最適化することができるでしょう。
**現実との同期と複数シナリオ間の調整**企業内には、多くの並行した計画プロジェクトがあります。これらは新しい製品派生物の導入や、需要予測による製品ミックスの変更、新しいロジスティクスコンセプトの実施など、生産に影響を与える可能性があります。このようなプロジェクトには、現在進行中の生産プロセスおよび環境について最新情報が必要です。包括的なデジタルツインを活用すれば、リアルな環境からいつでも分岐し、一つまたはいくつかの仮想環境へ移行して異なるプロジェクト範囲について様々な側面をシミュレートすることができます。そして常に実際の生産環境とシミュレーションシナリオとの追跡・確認を行うことで、各プロジェクト計画が実行されている間も目標達成への道筋が見えてきます。しかし残念ながら、このようなマルチプロジェクト・マルチシナリオプランニングおよびシミュレーション環境にはまだ到達していないという状況です。
**現実との同期と複数シナリオ間の調整**企業内には、多くの並行した計画プロジェクトがあります。これらは新しい製品派生物の導入や、需要予測による製品ミックスの変更、新しいロジスティクスコンセプトの実施など、生産に影響を与える可能性があります。このようなプロジェクトには、現在進行中の生産プロセスおよび環境について最新情報が必要です。包括的なデジタルツインを活用すれば、リアルな環境からいつでも分岐し、一つまたはいくつかの仮想環境へ移行して異なるプロジェクト範囲について様々な側面をシミュレートすることができます。そして常に実際の生産環境とシミュレーションシナリオとの追跡・確認を行うことで、各プロジェクト計画が実行されている間も目標達成への道筋が見えてきます。しかし残念ながら、このようなマルチプロジェクト・マルチシナリオプランニングおよびシミュレーション環境にはまだ到達していないという状況です。
現実と計画シナリオとの同期の必要性
次世代のスマート製造ネットワークには、共通の基盤、つまりスマートファクトリーやその要素のデジタルツインを説明するための共通言語が必要です。これにより、異なるドメインや企業間で非破壊的にアクセスし、共有し、接続できるオープンプラットフォームが求められます。また、安全な方法で協力的な可視化と計画ツールを活用することで、ユーザーはより良い意思決定を行い、同僚やサプライヤー、お客様と効率よく作業することが可能になります。このような概念は、工業メタバースとして知られています。
共通言語としてのユニバーサルシーン記述（USD）の利点
最終的に、産業メタバースは持続可能性を高める重要な鍵となります。これは、生産ネットワークが製造プロセスを最適化し、サプライチェーン全体で効率的に消費者向け製品を設計・生産できることを可能にするからです。最近発表されたNVIDIA Omniverseには、この実現のための多くの要素が含まれています。その一つが、普遍的シーン記述（USD）という共通言語です。このフォーマットはピクサーによって開発されており、彼らは受賞歴のあるアニメーション映画を制作する際に使用される複雑な分散シーングラフの取り扱いについて豊富な経験があります。
NVIDIA Omniverseプラットフォームについて
異なるデジタルファクトリー分野のユーザーは、レイヤリングやコンポジションアークなどのユニークな機能を活用して、グローバルデジタルツイン内で参照可能かつ非破壊的に変更できるアセットを作成できます。NVIDIA Omniverseは、USDをネイティブフォーマットとして基盤にしており、配信、キャッシング、バージョン管理、およびリアルタイムコラボレーションを実現するためのエンタープライズ向けバックエンドサービスを追加しています。これにより、生産効率の向上やトレーニング機会の拡充が期待される環境が整います。
コラボレーションを促進するアプリケーションとその重要性
もう一つの重要な要素は、特定のユースケース向けにアプリを簡単に作成できるように、Pythonを使用した拡張モデルに基づいて構築された迅速なアプリケーション開発プラットフォームであるKITです。最後に、RTXリアルタイムレンダリング機能を提供することで、高忠実度のデジタルファクトリー・ツインを視覚化しシミュレーションすることが可能になります。
今後の発展に向けた課題と期待
産業メタバースを構築するためには、協調的なアプリケーションの重要な集積が必要であり、それによってウイルス的な普及効果を生み出すことが求められます。ユーザーは即座に利点を享受できる必要があります。例えば、多くの変換ツールやインポート/エクスポートプロセスを使用せずとも、共有されたデジタルファクトリー・ツインにアクセスできることが理想です。そのため、異なる工場ドメインのアプリケーション同士が共通言語であるUSD（ユニバーサルシーン記述）を話し、このプラットフォームに接続できるようになることが鍵となります。最初のステップとして、各アプリケーションがOmniverse内でデジタルツインを共有し消費するためのコネクターを作成することがあります。さまざまなバックグラウンドからのコネクターは増えてきており、それらはすでに存在しています。
USD言語とOmniverseプラットフォームの協調的特性から得られるメリットを最大限に活かすためには、アプリケーションがUSDフォーマットをネイティブなデータモデルとして採用し、高度なプラットフォーム機能（リアルタイム同期や高品質ビジュアライゼーションなど）を活用することが理にかなっています。NVIDIAはKIT上に構築された数々のアプリケーションも提供しており、その中でも「Create」は3D環境の構築と修正、「View」はシーンレビューと他ユーザーとの相互作用に利用されています。この両方のアプリケーションは拡張システムを活用しており、200以上の拡張機能が既に存在します。それらは単純な追加ユーティリティから複雑なシミュレーションフレームワークまで多岐にわたります。
この流れによって、新しい軽量かつ高度に協力的なアプリケーション群が製造メタバースエコシステム形成につながる可能性があります。しかしながら、プラットフォームからコネクター、さらにはアプリケーションまでさまざまな分野で開発が進んでいる一方で、産業メタバース実現への道筋にはまだ多くの課題があります。その一つとして、デジタルツインを意味論的に表現するスキーマ定義や、その論理レベルでの相互運用性確保があります。また、OmnigraphプロジェクトやUSDコンポーネント内へのPythonロジックやユーザーインターフェース要素埋め込みも、一助となるかもしれません。
これから先、このような動向はデジタルファクトリー愛好者たちにとって非常に刺激的な時代となっていくでしょう。
USD言語とOmniverseプラットフォームの協調的特性から得られるメリットを最大限に活かすためには、アプリケーションがUSDフォーマットをネイティブなデータモデルとして採用し、高度なプラットフォーム機能（リアルタイム同期や高品質ビジュアライゼーションなど）を活用することが理にかなっています。NVIDIAはKIT上に構築された数々のアプリケーションも提供しており、その中でも「Create」は3D環境の構築と修正、「View」はシーンレビューと他ユーザーとの相互作用に利用されています。この両方のアプリケーションは拡張システムを活用しており、200以上の拡張機能が既に存在します。それらは単純な追加ユーティリティから複雑なシミュレーションフレームワークまで多岐にわたります。
この流れによって、新しい軽量かつ高度に協力的なアプリケーション群が製造メタバースエコシステム形成につながる可能性があります。しかしながら、プラットフォームからコネクター、さらにはアプリケーションまでさまざまな分野で開発が進んでいる一方で、産業メタバース実現への道筋にはまだ多くの課題があります。その一つとして、デジタルツインを意味論的に表現するスキーマ定義や、その論理レベルでの相互運用性確保があります。また、OmnigraphプロジェクトやUSDコンポーネント内へのPythonロジックやユーザーインターフェース要素埋め込みも、一助となるかもしれません。
これから先、このような動向はデジタルファクトリー愛好者たちにとって非常に刺激的な時代となっていくでしょう。
