デジタルツイン開発

監修:iCAD株式会社

デジタルツイン開発とは

デジタルツイン開発とは、デジタルツインを構築する技術と、そのモデルを活用した開発プロセスを指します。

デジタルツインは、現実空間からIoTを介してデータを収集し、仮想空間上に現実空間と同じ環境をまるで双子=ツインのように再現する技術です。

デジタルツインはメタバースと混同されがちですが、メタバースは現実空間を仮想空間に忠実に再現し一種のコミュニケーションツールとしての活用が主流であるのに対し、デジタルツインは現実空間では難しい高度なシミュレーションツールとして活用されています。

また、従来のシミュレーションは、いくつかの仮説をベースにある時点でのモデルで行われてきましたが、デジタルツインは、実在する現実空間のデータをベースに高いリアルタイム性で高精度なシミュレーションを行うことが特徴です。

デジタルツイン開発の使用用途

デジタルツイン開発は様々な分野で使用されています。以下はその使用用途の一例です。

1. 製造業

デジタルツイン上で試作を行うことにより試作品作成のコストを削減出来、製造・開発コストの予測を可能にします。

製造設備や作業工程などをリアルタイムでデジタルツイン上に再現し、過去の問題事象の分析結果を踏まえたシミュレーションを行うことで、製造リスクを低減させ品質向上に繋げます。

また、人員の稼働や在庫の状況を踏まえた上で、工期や人員配置の最適化も可能です。

2. 建設業

建設現場では、デジタルツインにより工事進捗を可視化出来、施工管理・遠隔管理を可能にしています。建設前には、周辺環境への影響や建設時の安全誘導などの検討をすることも出来ます。

3. 発電分野

発電分野では、デジタルツインを導入することにより、環境に配慮した効率的な運用が可能になります。

風力発電の例では、ポール高さ・ローター直径などの構成要素の組み合わせをデジタルツイン上でシミュレーションし、最も発電効率の良い設計や立地を選ぶことが出来ます。稼働段階では、風力発電所から送信されるデータをデジタルツイン上で処理し、効率的な運用を可能にします。

4. 都市計画・防災

国内の3D都市モデルをデジタルツインとして誰もが利用出来る様、整備が進んでいます。

仮想空間での街歩きや、様々なデータを可視化したスマートな街づくりなどの活用が始まっています。また、災害に関するデータの時系列的な変化を蓄積しデジタルツイン上で再現することにより、効果的な防災対策に活用しようという動きもあります。

デジタルツイン開発の原理

デジタルツイン開発の主要な原理を記載します。

1.IoTでのデータ収集

モノのインターネットと呼ばれるIoT機器を通して現実空間のデータをリアルタイムで収集し、デジタルツインプラットフォームへ送ります。

精度の高い分析・シミュレーションを行う為には、様々な種類の膨大な量のデータを収集することが重要ですが、5G技術によりリアルタイムに膨大なデータ通信を行うことが可能となっています。

2. モデル構築

デジタルツインプラットフォームに収集された様々な関連データを処理することによって、現実空間の環境を仮想空間で再現するモデルを構築します。デジタルツインは、膨大な量のデータをAIに学習させることにより、高精度な分析・シミュレーションを行うことが出来ます。

3. システム構築

デジタルツインプラットフォームは、仮想空間で再現されたモデルの可視化及び効果的に利用するためのソフトウェアなどを搭載し、デジタルツインのシステムとして運用出来るようにします。そして利用目的に応じた様々な条件でンシミュレーションを行うことで、システムを最適化します。

デジタルツイン開発のその他の情報

デジタルツイン開発の導入にあたり、考慮すべき主な点を記載します。

1.導入目的の明確化及びスモールスタート

デジタルツインで高精度の再現を目指すには、それ相応のコストと工数がかかります。

その為、デジタルツインで解決したい課題・目的を明確にした上で、デジタルツインの導入が必要かどうかを判断することが重要です。デジタルツインを導入する際には、費用対効果を考慮しながら必要なデータの種類や求める精度を検討し、小さくスタートすることも大切です。

2. 既存システムとの連携

デジタルツインの導入にあたっては、既存のシステムやアプリケーションなどのデータをデジタルツインのデータへ連携・統合を行うことが必要になります。この作業は技術的に難しいことが多く、デジタルツイン導入前の要検討項目となります。

3. デジタルツイン開発企業の利用

デジタルツイン開発企業は、リサーチ・企画段階から運用に至るまで全体的にサポート可能な企業や、ある特定のデジタルツイン技術に強みを持つ企業など、企業により特色が異なります。

デジタルツイン開発企業を利用する際には、デジタルツインで解決したい課題・目的に合ったサポートをしてくれる企業を選ぶことが必要となります。

本記事はデジタルツイン開発を行うiCAD株式会社様に監修を頂きました。

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点検ロボット

点検ロボットとは

点検ロボットとは、対象物を点検するために設計されたロボットです。点検ロボットは、カメラやセンサーなどを搭載し自律走行します。

近年、様々な現場で人手不足が深刻化しており、インフラの維持や設備管理に欠かせない点検作業の現場でも同様の問題を抱えています。そこで、従来人が行っていた点検作業を点検ロボットで行うことで、作業の効率化が図れると同時に人手不足の解消に繋がります。

また、適応した点検ロボットを使用することにより、危険を伴う現場で安全面を確保することや、従来人が入り込めなかった場所での点検を可能にします。

点検ロボットの使用用途

点検ロボットは様々な場面で使用されています。以下はその使用用途の一例です。

1. インフラの点検

生活インフラの一つである下水管、排水管において、点検ロボットを使用することにより内部の腐食や破損、ひび割れ等の点検を行うことができます。

また、データセンターにおいて点検ロボットを導入する動きが増えています。データセンターでは、電気を多量に使う為日々の設備点検が欠かせませんが、点検ロボットを自動巡回させることにより作業軽減に繋がります。

2. 災害現場

豪雨災害の現場では、建物の床下の状態や基礎や柱の点検などに点検ロボットが使用されています。

また、大地震などの災害現場でもロボットを活用する動きがあります。大地震などの災害が起きると、建物が倒壊し瓦礫の中で救助活動をしなければなりません。災害現場でロボットを遠隔操作することにより、人が入れない場所の被害状況の確認及びロボットアーム等を使用した救助活動を行うことができ、二次災害を防ぐことも可能になります。

3. 農業

農場では、土壌の状態や作物の成長状態を定点観測するにあたり点検ロボットの使用が可能です。農場は土地が広大で定期的に観測するのには多大な労力が必要ですが、ロボットを遠隔操作することで労力を低減できます。

また、農業用の水路トンネルの点検用途にも、点検ロボットが開発されています。農業用の水路トンネルは総延長2,000 km以上ありますが、上水、工業用水等と兼用になっているトンネルなどでは断水することが難しく、今まで人による点検が十分に出来ませんでした。高感度カメラを搭載し、通水中でもカメラが回転しない様自動制御される点検ロボットが開発され、水路トンネル内部のひび割れや漏水などを点検することが可能となっています。

4. 警備

近年は、大型ショッピングモールや複合施設、病院、工場などで、パトロールを行うロボットの導入が増えています。このロボットは警備ロボットとも呼ばれ、警備・見回りすると同時に、通路や手すりの消毒を行うなどニーズに合わせてカスタマイズすることも可能になっています。

点検ロボットの原理

点検ロボットは使用用途に応じ様々な機能を搭載します。以下に代表的な機能と原理を記載します。

1.自律走行

周囲の環境を認識するための3Dレーザーセンサーなどの情報からマップを作成し、自己位置と環境位置を把握し走行ルートを決め、ルート上の人や障害物を自動で回避しながら自律走行します。
また、ユーザーインタフェースや制御装置を介して操作することが可能です。

使用用途に合わせ、凹凸のある路面に対応させたり防水仕様にしたロボットもあります。

2. カメラ

CMOSカメラやCCDカメラ、使用場面に応じ赤外線カメラなどを搭載し撮影します。

3. センサー

自律走行に必要なマッピングのための3Dレーザーセンサーを備え、使用用途に応じ赤外線センサー、ガスセンサー、においセンサー、超音波センサー等を搭載します。

ユーザーは、これらのカメラやセンサーにより得られた情報を遠隔地で確認することができ、異常検知や、AIを用いての定量的な分析や記録・レポート作成を容易に出来る様になります。

点検ロボットのその他の情報

今後、更なる導入が進むことが期待される点検ロボットの一例を記載します。

インフラの中でも、特に維持・管理が難しいとされ老朽化が進む橋梁・トンネルにおいて、点検ロボットの導入が広がることが期待されます。人手不足の解消や、適切に点検・予防保全を進めることでSDGsに繋がります。

他にも、鉄道の架線整備やビルのメンテナンス等の高所作業への点検ロボットの導入が、安全面からも期待されています。

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Surface Treatment Chemicals

What Is Surface Treatment Chemicals?

Surface treatment chemicals encompass the various substances utilized in surface treatment processes, targeting materials like metal products, parts, and certain plastics. These treatments aim to enhance mechanical performance, encompassing attributes such as hardness, corrosion resistance, wear resistance, heat resistance, adhesion, insulation, and conductivity.

Additionally, decorative processes like polishing and coloring are often applied to surfaces to add aesthetic value.

The surface treatment process involves several steps, starting with pre-treatment measures like degreasing, acid washing, and rinsing to eliminate foreign substances from the material’s surface. Surface activation may also be necessary before applying coatings or initiating chemical reactions. Chemicals utilized in these pre-treatment and post-treatment rinsing processes are collectively known as surface treatment chemicals.

Applications of Surface Treatment Chemicals

Common surface treatment techniques include chemical reactions, plating, anodizing, and electrocoating.

1. Chemical Reactions

This method involves immersing materials in chemical solutions to induce reactions on the surface, altering material properties. For instance, blackening iron products enhance corrosion resistance by forming a ferric oxide film through chemical reactions.

2. Plating

Plating entails depositing a metallic coating onto metal substrates (and sometimes plastics) to enhance aesthetics, corrosion resistance, and mechanical properties.

3. Anodizing

Applied to aluminum substrates, anodizing forms an oxide film to improve corrosion resistance and other properties.

4. Electrocoating

Immersing materials in a water-soluble paint tank and applying direct current deposits the paint onto the surface. Methods like cationic and anionic electrodeposition coating offer superior corrosion resistance, with the former widely used in automotive undercoat painting.

Principles of Surface Treatment

Surface treatment processes necessitate proper surface preparation to remove contaminants like grease, rust, or unwanted films. Parameters such as chemical concentration, temperature, and electrical conditions must be meticulously controlled for effective and consistent treatment. Expertise in managing these parameters is critical for successful surface treatment.

Choosing Surface Treatment Chemicals

When selecting surface treatment chemicals, factors such as material type, desired performance, and treatment method must be considered. Consulting experts may be beneficial due to the broad range of available chemicals and specialized requirements.

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Drilling Routers

What Is a Drilling Router?

A Drilling Router is an electric power tool designed for drilling holes in various materials.

This tool operates by attaching a drill bit to the end of the router, which then spins at high speeds to create holes. The drill bits come in different sizes, allowing for the creation of holes in various dimensions. There are also several types of drill bits specifically designed for use with routers, available for purchase online or through other channels.

The capabilities of a Drilling Router vary based on the specific model, but generally, they can be used to drill holes in wood, metals, non-ferrous metals, plastics, and other materials. This versatility makes the Drilling Router a powerful tool for substantial tasks across various applications.

Certain models, such as the mini-router, are particularly suited for household use, making them ideal for DIY projects and hole-drilling in handmade crafts.

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Curing Oven

What Is a Curing Oven?

A Curing Oven, sometimes referred to as a Heat-Curing Furnace, is a specialized device designed to cure resin joints and materials such as plastics. It achieves this through a controlled heating environment.

Primarily used for heating and curing resins and plastics, Curing Ovens play an essential role in quickly solidifying welded joints and substrates. These ovens are available in various configurations, including belt conveyor, tabletop, and mesh belt styles, with the choice of oven depending on the specific material requirements. Featuring heating elements and circulating fans, Curing Ovens ensure uniform heat distribution, thereby helping maintain quality and enhance the efficiency of the production process.

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3D Printer Head

What Is a 3D Printer Head?

A 3D Printer Head is the component in a 3D printer that is responsible for creating objects. It does this by precisely dispensing and shaping the building material.

This head typically uses materials such as thermoplastic filaments or resins, forming objects layer by layer from a digital design file. The 3D Printer Head consists of a nozzle, a heating element, a cooling mechanism, and a motion control device. It works by layering the material, melting it with the heat source, and then solidifying it with the cooling mechanism, thus enabling the three-dimensional fabrication of objects as per the digital design.

Diverse types of 3D Printer Heads are available, each facilitating the formation of objects with varying materials, precision levels, and speeds. These printer heads are used in numerous fields, ranging from industrial applications to personal projects, significantly influencing the realms of product development and custom manufacturing.