デジタル ツインとは?

デジタル ツインは、製品設計とエンジニアリング レビューにますます使用されるようになっています。 これにより仮想のプロトタイピングと設計の反復が加速され、設計者とエンジニアは高価な物理的なプロトタイプを必要とせずに異なる設計の選択肢を検討することができます。物理的な製品のこれらのデジタル レプリカは、さまざまなシナリオをテストし、性能を予測し、設計を最適化するための複雑なシミュレーションを実行するために使用されます。

Siemens Teamcenter X は NVIDIA Omniverse API を使用して、設計者とエンジニアが没入感のあるフォトリアリスティックなデジタル ツインを作成できるようにします。エンジニアは共有された仮想モデルをリアルタイムでナビゲート、編集、反復でき、コラボレーションを促進しエラーを削減します。物理的に正確なモデルとリアルタイムの更新により、Teamcenter X はユーザーが設計を検証し、ワークフローの無駄を最小化し、産業規模のプロジェクトの時間とコストを節約することを可能にします。

リアルタイム デジタル ツインは、コンピューター支援エンジニアリング (CAE: Computer-Aided Engineering) シミュレーションの最先端であり、航空宇宙から自動車や電子設計まで、製造業界全体で高い需要があります。これによりエンジニアはエンジニアリング設計ループで即座にフィードバックを得ることができ、自由に革新し、自動車、飛行機、船舶、その他多くの製品の新しい設計を迅速に探求することができます。

インタラクティブな流体シミュレーション用の NVIDIA Omniverse Blueprint により、開発者は高速化されたソルバー、シミュレーション AI、仮想環境を組み合わせてリアルタイムのデジタル ツインを作成できます。Ansys、Cadence、Siemens などの業界大手のソフトウェア開発者は、ブループリントを使用して、製品の開発時にリアルタイムの可視化と分析を可能にする CAE ソフトウェア ツールを開発することができます。スタートアップ向け NVIDIA Inception プログラムのメンバーである Luminary Cloud は、クラウドネイティブな GPU 高速化ソルバーと共に Omniverse Blueprint を活用してリアルタイム仮想風洞を実現しました。Rescale も、その物理 AI プラットフォームにブループリントを組み込み、業界ソフトウェア開発者向けにリアルタイムのデジタル ツインを実現しています。

自動車会社、小売業者、消費財企業は、物理的な資産の代わりに完全にデジタルな製品と環境を使用して、魅力的な体験とコンテンツを大規模に提供する 3D 製品コンフィギュレーターを開発しています。これらの製品デジタル ツインにより、3D 以外のアーティストでもマーケティング キャンペーン用にフォトリアリスティックでパーソナライズされた 3D コンテンツを作成したりカスタマイズでき、データセットの再利用と生成 AI による反復作業の自動化によりコストとコンテンツ制作時間を削減できます。

CGI スタジオである Katana は、ユーザーに使いやすいコンテンツ制作アプリケーションを通じて、Nissan のマーケティング チームが 3D データからキャンペーン素材をオンデマンドで作成できるようにしています。

この体験を次のレベルに引き上げるため、開発者は空間ストリーミング ワークフロー ガイドを活用して、インタラクティブなデジタル ツインを Apple Vision Pro にストリーミングするソリューションを構築し、消費者が没入感のある世界に入り、拡張現実 (XR) で車両に乗り込むことを可能にしています。

NVIDIA NIM マイクロサービス、USD Search、USD Code により、マーケティング リーダーの WPP は The Coca-Cola Company がグローバル規模でクリエイティブ キャンペーンの反復を高速化しています。

Accenture Song、Collective World、GRIP、Monks、WPP などの独立系ソフトウェアベンダー (ISV) や制作サービス代理店の開発者は、制御可能な生成 AI を統合し、OpenUSD と精密な視覚生成 AI 用 3D コンディショニング向けの Omniverse Blueprint 上に構築された次世代コンテンツ作成ソリューションを構築しています。

建築設計チームは、効率的なコラボレーション、レンダリングにおけるより迅速な反復、正確なシミュレーションとフォトリアリズムへの期待の高まりに直面しています。チームが世界中に分散している場合、これらの需要はさらに困難になることがあります。

デジタル ツインにより、あらゆる設計段階で建築情報モデリング (BIM) と非 BIM データソースとのリアルタイム コラボレーションが可能になります。OpenUSD により、建築設計チームは 3D 建築データをデジタル ツインに統合でき、異なるツールのユーザーが同じ仮想環境でコラボレーションできるようになります。

大手建築事務所である Zaha Hadid Architects (ZHA) は、OpenUSD を活用したデジタル ツインを使用して、設計チームが複雑なプロジェクト設計でコラボレーションしたり、反復サイクルを高速化できるようにしています。

産業施設と相互作用するエンボディド AI と共にフィジカル AI の時代が近づいています。これにより、世界中の工場と倉庫により多くの知能、自動化、自律性がもたらされます。物理ベースの産業デジタル ツインは、この変革にとって重要であり、物理世界とデジタル世界を橋渡しします。これらの仮想施設は、インテリジェント施設、ロボティクス シミュレーション、マルチロボット群の誕生の場かつテストの場として機能します。

Continental の開発者は、OpenUSD と NVIDIA Omniverse 上に工場計画および製造運用アプリケーションの ContiVerse を作成しました。このアプリケーションにより、Continental の計画および運用チームは工場レイアウトを最適化し、生産工程を協力して計画でき、メンテナンス作業とダウンタイムの 10% 削減が期待されています。

グローバル電子機器メーカーの Wistron は、CAD とプロセス シミュレーション データを統合された物理的に正確な仮想環境に統合することで工場デジタル ツインを作成し、作業者の効率を向上させ、建設時間を 50% 削減しています。同社のチームは、デジタル ツインをエッジの IoT デバイスに接続することで、リアルタイム運用監視の恩恵を受けています。

Foxconn は、レイアウト、構成、設備配置を最適化するために工場のデジタル ツインを構築し、物理的変更のコストを大幅に削減し、運用効率を向上させています。このアプローチにより、同社は仮想環境でロボットの作業用の AI アプリケーションをトレーニングおよびテストでき、現実世界の運用での正確な実装と性能向上を確実なものにします。

産業企業は、自動化や自律化された施設の構築を目指して、AI を運用に統合することが増えています。これらの変化により、オペレーション チームはリモート オペレーション センターに集約されつつありす。これらのチームは、オペレーションを監視して、システムと施設に対するより深い洞察を得て、問題の特定と意思決定を高速化するために、デジタル ツインを採用することが増えています。

Microsoft Azure は NVIDIA と協力して、開発者が運用デジタル ツインを構築するのを支援するリファレンス アーキテクチャ、Azure Arc Jumpstart と公開 GitHub リポジトリを開発しました。開発者は、これらのリソースを活用して、産業システムと生産環境の 3D モデルを Azure IoT Operations と Power BI レポートからのリアルタイム データに接続することができます。

自動運転車や倉庫ロボットなどの自律マシンは、動作する環境に対して適切にトレーニングされ準備されるために、膨大な量のセンサー データを必要とします。

デジタル ツインは、これらのフィジカル AI システムの誕生の場です。デジタル ツインは、人工知能開発者が頻繁に経験するデータ不足の解決策を提供し、合成データを生成し AI モデルをトレーニング、テスト、検証するための安全なサンドボックスとして使用できます。例えば、Amazon Robotics は倉庫のデジタル ツインを使用して倉庫設計とフローをシミュレーションし最適化しています。同社は、これらの環境を使用して大規模でフォトリアリスティックな合成データセットを生成し、を高速化し、コンピューター ビジョン モデルの精度を向上させ、全体的な生産性を改善しています。モデルが現実世界に展開されると、倉庫ロボットはより効果的に物体を検出し、施設をナビゲートできるようになります。

自動車業界では、自動運転車のトレーニング、テスト、展開のためにシミュレーション用のデジタル ツインの作成が重要ですが、現実世界の忠実度を達成することは困難です。AV シミュレーション用の NVIDIA Omniverse Blueprint は、大規模で忠実度の高いセンサー シミュレーションを可能にすることで、この課題に対処するのに役立ちます。この API ベースのリファレンス ワークフローにより、CARLA、MathWorks、Foretellix などの開発者は、デジタル ツインを提供し、カメラ、LiDAR、レーダー用の物理ベースのセンサー データをレンダリングして、AV 開発を強化することができます。

KION Group は、マルチロボット群テスト用の NVIDIA Omniverse Blueprint である Mega を活用して、インテリジェント カメラ、フォークリフト、ロボット機器を含むロボット エージェントを、現実世界への展開前に仮想環境でトレーニングおよびテストしています。倉庫オペレーションをシミュレーションすることで、KION はシームレスな統合を確保し、展開リスクを低減し、運用効率を向上させています。

電力や熱管理技術のグローバル企業である Delta Electronics は、デジタル ツインを活用してコンピューター ビジョンと AI 支援自動光学検査 (AOI: AI-assisted Automated Optical Inspection) モデルをトレーニングし、部品の欠品やねじの位置ずれなどの欠陥を迅速に検出できるようにし、手動検査の必要性を軽減しています。

Pegatron は NVIDIA Metropolis for Factories を使用して、プリント基板 (PCB: Printed Circuit Board) 工場をシミュレーション、ロボティクス、自動生産検査で強化し、小規模なデータセットで 99.8% の欠陥検出精度を達成しています。

デジタル ツインは、AI ファクトリーと次世代データ センターの設計と運用を革新しています。OpenUSD により、エンジニアは CAD データセットを物理的な正確性と精度で統合および可視化することができ、気流や冷却システムなどの側面のシミュレーションが可能になります。デジタル ツインの使用により、より迅速な展開とより効率的で正確なデータ センター設計の最適化も可能になり、データ センター開発の計画および実行段階が大幅に強化されます。

AI ファクトリー デジタル ツイン用の NVIDIA Omniverse Blueprint により、開発者は AI データ センターのあらゆる側面を建設開始前に一緒に設計、シミュレーション、最適化できる統合デジタル ツインを構築することができます。OpenUSD ライブラリを使用することで、エンジニアはすべての施設コンポーネントからの 3D データを集約し可視化でき、従来はサイロ化されていたチームをまとめることができる、リアルタイムで物理的に正確なシミュレーションが可能となります。このアプローチにより、エンジニアは設計変更を即座にテストし、冗長性を検証し、障害シナリオをモデル化でき、リスクを大幅に削減し、時間を節約し、次世代データ センター設計の将来性を保証します。

医療機関は、手術準備などの分野で、デジタル ツインの魅力的な用途を見出しています。外科医は、マルチメディア ツールを使用して手術をリハーサルし、その後デジタル ツインの支援により高度にリアルなシミュレーションに移行することができます。脳神経外科では、これらのデジタル モデルは患者の脳の解剖学的構造に合わせてカスタマイズされ、外科医が患者の特定のサイズ、形状、病変位置を正確に再現した仮想の脳で練習できるようになります。

シミュレーションでは AI アルゴリズムも採用され、安全な手術経路を提案し、手術中の脳組織の反応を予測します。さらに、手術室のデジタル ツインにより、外科医は実物そっくりな環境に没入し、パフォーマンスに関するフィードバックを受けることができます。

スマート シティは、技術を使用して複雑な都市課題を解決することで、私たちの生活様式を変革しています。ビデオ カメラ、エッジ コンピューティング、AI の力を活用することで、これらのスマート シティ システムは、駐車場、交通の流れ、犯罪パターンなどの都市生活のさまざまな側面に対する深い洞察を得ます。この貴重なデータにより、都市計画者は情報に基づいた意思決定を行い、都市設計を最適化し、住民の全体的な生活の質を向上させることができます。

デジタル ツインは、抽象化することなく、システムレベルの動作をシミュレーションでき、高度な 5G および 6G ネットワーク特有の要求に対応します。その詳細な 3D モデルは電磁波伝搬を正確に再現し、大規模なユーザー ボリュームを持つ多数のセルのストレス テストを促進します。

NVIDIA Aerial Omniverse Digital Twin により、単一のタワーから都市全体まで、ソフトウェア定義の RAN、ユーザー機器シミュレーター、リアルな地形特性を組み込んだ 5G および 6G システムの正確なシミュレーションが可能になります。これにより、研究者はサイト固有データを使用して基地局アルゴリズムをシミュレーションして構築でき、スペクトル効率を向上させるためにリアルタイムでモデルをトレーニングできます。

デジタル ツインは、気候モデリングとエネルギー効率化の取り組みにも応用されています。

NVIDIA の Earth-2 は、地球規模で気象と気候のシミュレーションと可視化を強化するために設計された気候デジタル ツイン クラウド プラットフォームです。このプラットフォームは、気候変動によって悪化する極端な気象条件の経済的および安全面への影響に対処する NVIDIA のより広範な取り組みの一部です。

AI サロゲートを活用することで、Earth-2 は、グローバルな大気条件から台風や乱気流などの局地的な気象現象まで網羅するインタラクティブで高解像度のシミュレーションの作成を可能にします。Earth-2 により、より迅速で正確な気象予報が可能になり、これはタイムリーな災害対応と計画にとって重要です。

デジタル ツインは、より精密で高速なシミュレーションと運用を可能にすることで、さまざまな業界でエネルギー効率を大幅に向上させています。

例えば、Wistron は NVIDIA PhysicsNeMo と Omniverse を活用して、試験施設内の気流と温度をシミュレーションするデジタル ツインを作成しました。これにより、シミュレーション時間が数時間から数秒に短縮され、エネルギー効率が最大 10% 向上し、炭素排出量が削減されました。同様に、Siemens Energy は熱回収蒸気発生器のシミュレーションを高速化し、潜在的なダウンタイムを削減し、より持続可能なコンピューティングの実践を促進しています。